供配電系統(tǒng)繼電保護原理及預(yù)警功能改進

高 俊

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠,江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶降壓站6kV系統(tǒng)為小電阻接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地或三相不平衡、相間短路故障時均直接動作于跳閘，饋線開關(guān)在跳閘的同時，才會發(fā)出相應(yīng)線路故障報警信號；而在各車間二級配電設(shè)備發(fā)生故障跳閘引起系統(tǒng)波動，或故障時越級跳降壓站主進線開關(guān)時，此時的故障饋線繼保不會發(fā)出報警信號［1-3］，變電運行人員對供配電系統(tǒng)異常、故障時的分析、預(yù)判上存在較大的難度。

2 供電潮流

如圖1，貴冶一系統(tǒng)降壓站6kV新系統(tǒng)配電線路為水廠、熔煉、制氧、動力中心及硫酸車間等，共20多條線路，均為主工藝相關(guān)生產(chǎn)車間，6kV新系統(tǒng)一但失電，一系統(tǒng)立即停產(chǎn)，同時因供水中斷，將影響二系統(tǒng)生產(chǎn)，停電影響進一步擴大。因此，對繼電保護的可靠性、選擇性及快速恢復(fù)供電尤為重要。

（1）當(dāng)生產(chǎn)車間A點回路出現(xiàn)故障，B開關(guān)跳電時，會引起整個供配電系統(tǒng)電壓波動。降壓站側(cè)線路繼電保護具有高靈敏性，D、E開關(guān)保護會同時啟動，但在繼電保護選擇性的階梯延時原則下，在下級B開關(guān)將故障切除后，D、E開關(guān)繼電保護會自動復(fù)歸。在供電可靠性上雖避免了停電范圍的擴大，因D開關(guān)故障報警信號未能發(fā)出，因此降壓站側(cè)無法定位故障線路，只能通過經(jīng)驗靠人工逐條線路分析負荷變化情況，來判斷故障線路，準確率不高而且耗時較長。同時在排查過程中可能出現(xiàn)設(shè)備帶故障試送，造成系統(tǒng)電壓多次波動，影響正常運行設(shè)備跳機，增加排查范圍。

（2）在A點發(fā)生故障，B、C、D開關(guān)保護拒動時，將越級跳降壓站側(cè)6kV進線E開關(guān)，這種情況下，同樣無法定位故障線路，只能采取逐條試送的方式查找故障線路。案例中制氧高壓避雷器故障，因制氧及總降側(cè)B、C、D開關(guān)同時拒動， 引起3#主變6kV進線開關(guān)保護動作跳閘，一系統(tǒng)停產(chǎn)。因事故之初無法判斷是哪條饋線引起的越級跳閘，所以只能逐條試送，在試送過程中3#主變第二次保護跳閘，既耽誤了送電時間，同時對3#主變造成第二次故障沖擊。這次故障從跳閘到確定故障線路花了近2個小時，從正常送電到恢復(fù)生產(chǎn)又花了好幾個小時，給工廠造成了巨大的損失。

3 繼電保護配置、邏輯

3.1 供電潮流保護階梯配置

線路故障通常表現(xiàn)為單相接地或三相不平衡、相間短路，保護配置由三段式電流保護（速斷、限時速斷、定時過流保護）及零序過流保護組成，三段式過流根據(jù)配置原則［4］進行階梯式配置，保護動作定值小、時間長表示故障程度較輕，保護動作定值大、時間短表示故障程度較嚴重。在供電潮流中，根據(jù)各級開關(guān)距離電源側(cè)遠/近及系統(tǒng)短路阻抗分布，來設(shè)計各級開關(guān)保護啟動值及動作時限。保護啟動定值根據(jù)系統(tǒng)短路阻抗分布及所處供電潮流中的位置，采取階梯遞減進行配置，動作時限根據(jù)所處供電潮流中位置，按逐級遞減方式配置，以此保證供配電系統(tǒng)各級繼電保護的選擇性、靈敏性、速動性、可靠性。

3.2 降壓站側(cè)饋線保護配置及邏輯。

降壓站側(cè)線路繼電保護SEL351中配置［5］有限時速斷、定時過流、零序過流等保護。

邏輯功能見圖2：

過流軟壓板LT2置位: SET2 =/RB6 * !LT2；

圖1 貴冶1#總降壓6kV新系統(tǒng)簡圖

圖2 饋線保護邏輯圖

圖3 改進后邏輯圖

過流軟壓板LT2復(fù)位: RST2 =/RB6 * LT2；

零序軟壓板LT3置位: SET3 =/RB7 * !LT3；

零序軟壓板LT3復(fù)位: RST3 =/RB7 * LT3；

變量方程: SV2=67P2T*LT2 SV3=67N1T*LT3；

跳閘出口:OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T *LT3。

3.3 動作原理

系統(tǒng)相間短路時，當(dāng)相過電流元件檢測到IA、IB、IC任一相電流超出設(shè)定值50P2P時，對應(yīng)比較器置1，通過或門50P2置1（過流軟壓板LT2在饋線送電前已投入），啟動邏輯計時元件67P2D，延時時間到后67P1T置 1，中間變量SV2T及跳閘出口OUT102邏輯條件均滿足，在跳開關(guān)的同時發(fā)出故障報警信號。

系統(tǒng)單相接地時，當(dāng)零序過電流元件檢測到IN電流超出設(shè)定值50N1P時，對應(yīng)比較器置1，通過或門50N1置1（零序軟壓板LT3在饋線送電前已投入），啟動邏輯計時元件67N1D，延時時間到后67N1T置 1，中間變量SV3T及跳閘出口OUT102邏輯條件均滿足，在跳開關(guān)的同時發(fā)出故障報警信號。

上位機報警信號取中間變量SV2T、SV3T，當(dāng)SV2T、SV3T置1時發(fā)出相應(yīng)的相間過流保護、零序過流保護報警信號。從上述變量關(guān)系式可以看出，要使SV2T或SV3T置1，67P2T或67N1T必須置1，而此開關(guān)在運行狀態(tài)時，軟壓板LT2、LT3均已投入，跳閘出口方程OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T * LT3也將置1，所以在系統(tǒng)發(fā)生單相接地、相間短路故障時，在開關(guān)跳閘的同時才會發(fā)出報警信號。而當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備故障或供電系統(tǒng)越級跳閘時，將沒有具體的饋線報警信號，這就是下級故障時無法定位的原因。

4 繼電保護功能改進

4.1 繼電保護定值核對、調(diào)整

重新組織各車間校對圖1中A、B、C、D、E各級開關(guān)階梯保護功能，對定值不相符的進行調(diào)整，確保繼電保護的靈敏性、選擇性，避免越級造成事故范圍的擴大。

4.2 增加獨立預(yù)警通道

在不改變現(xiàn)有保護定值及時限的前提下，在SEL351保護裝置上增加中間變量作為零序過流、相間過流保護越限報警的單獨通道［6］，實現(xiàn)實時預(yù)警。改進后的邏輯見圖3。

4.2.1 接地故障預(yù)警邏輯改進

零序過流越限報警變量方程為：SV6=67N2T 67N2D=2。

在零序過流保護邏輯中，增加零序過流Ⅱ段50N2作為啟動元件，報警定值取小于跳閘

定值，增加SV6中間變量作為獨立的單相接地故障預(yù)警通道，在系統(tǒng)單相接地或三相不平衡時，50N2置 1，67N2D計時元件2周波延時后（避免系統(tǒng)瞬間不平衡誤報），SV6T置1，在故障切除前檢測到故障，發(fā)出預(yù)警信號。

4.2.2 短路故障預(yù)警邏輯改進

相間過流越限報警變量方程為：SV9=50P2，SV9PU=0，SV9DO=500。

在相間過流保護邏輯中，增加SV9中間變量作為獨立短路預(yù)警通道，直接繞開軟壓板

LT2及跳閘邏輯67P2D計時元件1S的延時，在下級故障時，線路保護信號元件無延時啟動發(fā)信，并自保持10S，避免下級故障短時切除后，線路保護元件自動返回，確保預(yù)警信號能立即發(fā)出。同時在上位機中配置［7］SV6T、SV9T作為線路零序過流、相間過流預(yù)警點。

增設(shè)預(yù)警邏輯后，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，不論是越級跳閘還是在保護階梯時間內(nèi)故障已消除，均能保證在降壓站側(cè)立即發(fā)出報警信號，定位故障線路，降低運行人員對系統(tǒng)故障判斷的難度。

如在圖1中，當(dāng)A點發(fā)生故障時，開關(guān)D處繼電保護能立即發(fā)出預(yù)警，確定故障線路。及時通知下級配電室處理，避免工藝人員帶故障開機，造成對電力系統(tǒng)的二次沖擊。同樣，當(dāng)A點發(fā)生故障時，B、C、D開關(guān)保護拒動時，將越級跳降壓站側(cè)6kV進線E開關(guān)，此時開關(guān)D處已發(fā)出預(yù)警信號，運行人員可通過預(yù)警信息知道故障線路，及時隔離故障點，避免逐條試送來確定故障線路，提高供電恢復(fù)效率，縮短停電時間。

5 應(yīng)用效果

6kV系統(tǒng)饋線保護功能的完善運行至今，預(yù)警功能比較可靠，例如某車間在設(shè)備改造試驗中，在對循環(huán)水1#、2#線送電時，降壓站側(cè)出現(xiàn)電流越限報警，經(jīng)聯(lián)系得知其設(shè)備故障，已退出運行，從這次可以看出，對6kV新系統(tǒng)饋線保護功能的優(yōu)化是可靠的，供配電運行人員可立即掌握供電系統(tǒng)中存在的隱患點，通知下級配電室及時排查、隔離檢修，避免事故擴大。

6 結(jié)束語

（1） 繼電保護預(yù)警功能與跳閘功能分離后，下級配電系統(tǒng)負荷側(cè)發(fā)生故障時，降壓站側(cè)能對故障線路及故障性質(zhì)進行準確預(yù)警，及時掌握故障線路及故障情況，準確下達電力調(diào)度命令，避免引起系統(tǒng)多次波動。

（2）電力系統(tǒng)發(fā)生越級停電事故時，在恢復(fù)供電過程中，能有針對性地將故障設(shè)備隔離，避免帶故障試送電，降低短路故障對供電系統(tǒng)的二次沖擊及二次停電影響。