110kV變電所繼電保護的故障分析及保護配置

朱國群 葉浩林 吳國強

摘 要：伴隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)也得到了空前發(fā)展，變電所的數(shù)量不斷增多，而且規(guī)模也不斷擴大?？v觀當(dāng)前的110 kV供配電系統(tǒng)的運行狀況，不難發(fā)現(xiàn)在運行的過程中受不同因素影響而產(chǎn)生了許多不正常狀態(tài)，這樣勢必影響電力系統(tǒng)的安全運行。倘若系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及發(fā)生不正常的運行狀態(tài)，需要有效地控制故障以及切除指令，最大限度降低因故障所造成的大面積停電，以便更好地促進電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，在110 kV變電所中配置相適應(yīng)的繼電保護設(shè)施是很有必要的。文章對110 kV變電所繼電保護的故障及保護設(shè)置進行了探討。

關(guān)鍵詞：110 kV變電所；繼電保護；故障；保護配置

中圖分類號：TM774 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0087-02

一般而言，繼電保護是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及進行異常狀況監(jiān)測的一種有效手段，也就是說在對故障現(xiàn)象進行分析后，所傳達出的相應(yīng)的報警信號或者短時間內(nèi)進行隔離的狀況。通常情況下，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)非正常運行狀態(tài)的時候，就會嚴重影響到用電設(shè)備的安全生產(chǎn)，甚至還會造成不堪設(shè)想的后果。因此，在實際工作中，促進電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行顯得尤為重要。筆者就對110 kV變電所繼電保護的故障及保護設(shè)置進行了分析。

1 繼電保護

縱觀當(dāng)前的繼電系統(tǒng)，倘若保護的原件或者系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)了問題，應(yīng)該將設(shè)備以及元件的控制繼電器保護裝置迅速采取動作，以便迅速切斷故障以及進行自我處理。與此同時，對距離最近的斷路器也能夠快速進行跳閘命令，這樣就能夠?qū)⒊霈F(xiàn)故障的電力實施有機地從電力系統(tǒng)中相互分離出，以便有效降低設(shè)備對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，而且在一定程度上也滿足了電力系統(tǒng)工作發(fā)展的需求。

當(dāng)前，繼電保護裝置成為電力系統(tǒng)中準(zhǔn)確反映電氣設(shè)備是否正常的一項重要參考指標(biāo)，通過對這些不正?，F(xiàn)象進行分析，及時傳遞出不相同的警告信號，這樣就能夠及時通知工作人員采取措施進行處理以及修復(fù)，也可以對保護裝備實現(xiàn)自我的調(diào)節(jié)及優(yōu)化，以便能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)安全事故的元件以及設(shè)備進行更換。因此，繼電保護的基本任務(wù)就是當(dāng)被保護的電力系統(tǒng)遇到故障的時候，通常由繼電保護裝置及時脫離故障的元件，促使故障的元件立即從電力系統(tǒng)中進行斷開，切實降低電力系統(tǒng)元件所造成的破壞，以便緩解電力系統(tǒng)對安全供電所造成的影響。

2 110 kV變電所繼電保護的故障分析

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，也極大程度上促進了繼電保護以及自動化技術(shù)的發(fā)展。特別是在近幾年內(nèi)，繼電保護裝置正在向著智能化和微軟化方向發(fā)展。然而，當(dāng)前危機保護裝置呈現(xiàn)出高度集成化的特征，這樣就極大程度上降低了裝置內(nèi)部的可視性，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)故障，甚至?xí)a(chǎn)生人們意想不到的現(xiàn)象，從而引發(fā)了繼電保護故障。縱觀當(dāng)前的繼電保護故障，故障產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 電流互感飽和故障

一般而言，電流互感器的飽和會直接影響到電力系統(tǒng)的繼電保護。因為配電系統(tǒng)設(shè)備的終端負荷是逐步增大，這樣若在運行過程中出現(xiàn)短路，就會產(chǎn)生較強大的短路電流。一旦系統(tǒng)在終端旁邊區(qū)域出現(xiàn)了短路，此時電流就會使額定電流的100倍。如果在常態(tài)短路的情況下，這時電流互感器的誤差也會隨之短路倍數(shù)的變化而變化，如果電流速段保護的靈敏度不斷降低，這時就會立即阻止動作。倘若線路出現(xiàn)了短路，電流互感器的電流也就會出現(xiàn)飽和，然而，再進行一次的感應(yīng)電流趨向于零或者是小于零的時候，也會導(dǎo)致過流保護裝置無法正常進行。此外。若配電系統(tǒng)發(fā)生了過流保護拒絕動作，就會立即作出配電所進線保護的動作，致使整個配電系統(tǒng)斷電。

2.2 未選擇合適的開關(guān)保護設(shè)備

眾所周知，開關(guān)保護設(shè)備在繼電保護中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，開關(guān)保護設(shè)備的選擇工作也是非常重要的。如今，眾多配電的開關(guān)站都往往設(shè)立在高負荷且密集的區(qū)域，也就是所說的，變電站—開關(guān)站—配電變壓器的供電輸電的模式。從而要求在未實現(xiàn)繼電保護的開關(guān)站內(nèi)，實施負荷開關(guān)和與之相關(guān)聯(lián)的繼電器設(shè)備系統(tǒng)是很重要的，這樣才能夠更好地作為開關(guān)保護的設(shè)備。

為了最大限度發(fā)揮繼電保護的作用，應(yīng)該堅持供電安全的基本原則，最大限度簡化接線。為了更好地提高繼電保護的準(zhǔn)確性以及可靠性，將三段過電流保護增加在線路保護中是很重要的，這樣就可以作為后備保護，從而在PT出現(xiàn)短線時，第一時間注入主變保護所增加的CTPT線路保護，保證安全可靠經(jīng)調(diào)研，采用D即-210型微機線路保護能夠與變電所其它設(shè)備實現(xiàn)可靠的結(jié)合，以便維持變電所的正常運行。

3 110 kV變電所繼電保護配置

3.1 對變壓器的保護

①接地保護。通常情況下，對于110 kV以上的中性點可以接入系統(tǒng)中電力變壓器，通過裝設(shè)零序電流來實施保護，并將此作為遍野器主保護的后備保護以及附件元件短路的后備，從而有效地保護大接地系統(tǒng)所造成短路。與此同時，要注意的是，零序電流的分布以及大小和系統(tǒng)變壓器中性點接地的位置和臺數(shù)有密切的關(guān)系。

②過負荷保護。在多數(shù)情況下，變壓器的過負荷波愛護都是三相對稱的，因而保護裝置也就只采用一個電流繼電器，接在一個相上，而且通過延時發(fā)揮的作用來反映對稱過負荷。

③差動保護。通常情況下，主變的差動屬于主變的主保護，所保護的范圍就控制在主變?nèi)齻?cè)的區(qū)域范圍內(nèi)，從而在這個領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)展的障礙都會隨著電流方向的變化而變化，這樣就會使得電流差流過差動繼電器而實施相應(yīng)的動作。

④零序過流。由于高壓不直接接地系統(tǒng)的接地保護，從而一個系統(tǒng)就只有一個零序電流的定值，若設(shè)備沒有接地故障的時候，通常零序電流就會小于這個定值，若有接地故障的時候，零序電流就會遠遠大于這個定值，并進行傳遞信號或者跳閘，圖1為零序短路電路圖。

⑤過流保護。通常過電流保護的主要目的就是有效地防止內(nèi)部以及外部間的短路，或者是做后備的保護。按照常理，過電流保護按躲就會出現(xiàn)最大過負荷的電流配置。

⑥速斷保護。一般而言，速斷保護所起到的作用就是最大限度避免內(nèi)部以及外部引線所造成短路現(xiàn)象的發(fā)生。電流速斷的保護要通過躲過系統(tǒng)最大的運行方式，促使變壓器低壓側(cè)三相短路時，這時就會流過高壓側(cè)短路的電流配置短路等值電路如圖2所示。

3.2 110 kV輸電線路的保護

通常情況下，依據(jù)線路長短配置的差異，對輸電線路的保護主要有以下幾種：第一，110 kV線路配置三段之間的距離是相同的，接地距離保護，四段定時按照零序的方向?qū)嵤┻^流保護，三相一次重合閘，然后后備保護往往是按照遠后備的形式。第二，光纖分項電流差動實施的保護。也就是說，主保護配置一整套完善的光纖分相電流差動實施保護，在后備保護往往是按照后備的方式，這樣可以為三段相同的距離進行接地距離的保護，三相一次重合閘。如果線路出現(xiàn)了滿載或者空載的情況，而且在保護的范圍內(nèi)發(fā)生金屬及非金屬的障礙，從而實施保護可以進行規(guī)范動作。若在保護范圍外出現(xiàn)了金屬或者非金屬的故障，這時保護就不應(yīng)該出現(xiàn)誤差動作；若在保護范圍外將出現(xiàn)的障礙進行清除或者對出現(xiàn)的障礙進行轉(zhuǎn)換，若造成了故障功率的偶然導(dǎo)向，甚至系統(tǒng)的操作，這時所實施的保護就不能是錯誤的動作；與此同時，被保護線路在不同情況下運行時，若要倒閘就應(yīng)該實施全面裝置，切記不可發(fā)錯跳閘的口號。第三，單相接地保護。一般而言，單相接地保護通常是裝置在較小電流接地的系統(tǒng)中。倘若出現(xiàn)了單相接地障礙，僅有非常小的接地電容電流，同時相互間的電壓也是對稱的，所以，也是可以維持暫時的運行。然而，因非故障的對地電壓是不斷升高的，從而也就會出現(xiàn)非故障相對地絕緣所形成的兩相接地短路，致使開關(guān)跳閘，與之所伴隨的線路停電。憑借單相接地所造成的零序電流產(chǎn)生保護裝置動作，同時要進行信號指導(dǎo)。

3.3 對電容器的保護

從某種意義上來講，速斷保護、線路保護和過流保護是相同的。因不平衡電流保護的影響，與整定值相比較，若不平衡電流大于該數(shù)值，這樣與之相應(yīng)的定時器就會實施保護；若定時器的時間大于該數(shù)值，這樣就會產(chǎn)生保護動作；若電壓低于整定值時而斷路器都處于合閘的狀況，所伴隨的定時器就會及時啟動，若定時器的時間大于該數(shù)值時，就會實施保護。因此，將電壓保護增添在關(guān)聯(lián)電容器中是很重要的。若與整定值相比較，電壓高于該值，當(dāng)斷路器是合閘時，所伴隨的定時器就會立即啟動，倘若定時器大于該數(shù)值，就會立即實施保護動作。

總而言之，由于繼電保護是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及進行異常狀況監(jiān)測的一種有效手段，通常情況下，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)障礙，甚至發(fā)生非正常運動狀態(tài)，這樣就會直接威脅到電流設(shè)備的安全生產(chǎn)，嚴重的話，還會產(chǎn)生無法想象的后果，從而直接影響到電力系統(tǒng)的正常、安全運營。因此，對110 kV變電所繼電保護的故障進行分析以及提供保護配置尤為重要。本文就探討了110 kV變電所繼電保護的故障，并從變壓器的保護、110 kV輸電線路的保護以及對電容器的保護等方面闡述了對110 kV變電所繼電保護的裝置。同時要認識到的是，隨著計算機硬件的快速發(fā)展，微機繼電保護硬件的不斷發(fā)展和完善，微機繼電保護技術(shù)將更多地應(yīng)用于變電所繼電保護系統(tǒng)中。

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