試析10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試常見(jiàn)問(wèn)題

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司揭陽(yáng)揭西供電局 吳衍鑫

繼電保護(hù)主要功能是預(yù)防線(xiàn)路故障，以及短路問(wèn)題導(dǎo)致供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備損傷，保障系統(tǒng)穩(wěn)定供電、提升系統(tǒng)供電可靠性。繼電保護(hù)作為變電系統(tǒng)二次回路重要內(nèi)容，同樣是供電設(shè)計(jì)重要部分。繼電保護(hù)裝置能夠準(zhǔn)確反映出整個(gè)供配電系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備故障以及運(yùn)行狀態(tài)。

1 10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要問(wèn)題

1.1 設(shè)計(jì)與實(shí)際不符

10kV配電系統(tǒng)內(nèi)的繼電保護(hù)裝置主要涵蓋以下兩部分，分別是饋出線(xiàn)路以及電源線(xiàn)路，能夠在系統(tǒng)故障中進(jìn)行事故預(yù)報(bào)，輔助判斷事故位置，縮減排查范圍，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在10kV配電系統(tǒng)相關(guān)繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，普遍存在設(shè)計(jì)與實(shí)際不符的問(wèn)題，同時(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)不合理，部分客戶(hù)為進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，與生產(chǎn)廠(chǎng)家串通更改繼電保護(hù)設(shè)計(jì)圖紙以及基礎(chǔ)設(shè)備。

在具體設(shè)計(jì)實(shí)踐中，因?yàn)楹蜕a(chǎn)廠(chǎng)家溝通不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不符合設(shè)計(jì)，如某配電系統(tǒng)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，現(xiàn)場(chǎng)是利用干式變壓器，而保護(hù)柜內(nèi)配置的各種設(shè)備卻屬于油浸變壓器配套裝置，未能聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況進(jìn)行充分考慮，干式、油浸兩種類(lèi)型變壓器主要差異如下：干式變壓器能夠看到線(xiàn)圈和鐵芯，引線(xiàn)用材硅橡膠，容量普遍低于1600kVA；油浸變壓器僅能看到變壓器外殼，引線(xiàn)用材瓷，能夠?qū)崿F(xiàn)從小到大全部容量。

不了解設(shè)備配置導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生不合理以及違規(guī)問(wèn)題。比如，10kV饋線(xiàn)柜保護(hù)中，主要利用短路電流控制開(kāi)關(guān)跳閘，對(duì)應(yīng)規(guī)定過(guò)流整定值是3A，而配置設(shè)備內(nèi)控制斷路器斷開(kāi)最低動(dòng)作電流是5A，該種狀況容易在開(kāi)關(guān)彈跳下斷路器無(wú)法順利斷開(kāi)，假如不了解基礎(chǔ)原理，則無(wú)法繼續(xù)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)[1]。

1.2 安裝不合理

安裝人員專(zhuān)業(yè)能力以及責(zé)任意識(shí)會(huì)影響施工質(zhì)量，一次部分錯(cuò)誤安裝，無(wú)法進(jìn)行正常保護(hù)動(dòng)作，比如某配電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一次回路內(nèi)通入短路電流，而二次回路未接通電流，無(wú)法正常啟動(dòng)保護(hù)工作。經(jīng)過(guò)排查發(fā)現(xiàn)是CT一次母排連接中，因?yàn)槁菟ㄝ^長(zhǎng)，初步緊固螺栓后無(wú)法順利流出二次電流。針對(duì)另一客戶(hù)對(duì)應(yīng)進(jìn)線(xiàn)柜實(shí)施保護(hù)試驗(yàn)中，相關(guān)人員將計(jì)量柜對(duì)應(yīng)0.2S級(jí)CT錯(cuò)誤安裝于進(jìn)線(xiàn)斷路器柜，并在計(jì)量柜內(nèi)安裝P級(jí)互感器。出現(xiàn)二次錯(cuò)誤安裝，比如現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)盤(pán)柜廠(chǎng)家通過(guò)一般連接端子取代電壓連接端子以及電流試驗(yàn)端子，跳合閘端子沒(méi)有和正點(diǎn)間形成一個(gè)空端子間隔，電流互感器存在二次多點(diǎn)接地等，留下一定故障隱患[2]。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜

大多數(shù)中低壓配電系統(tǒng)工程中的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境較為復(fù)雜，人員眾多，設(shè)置有臨時(shí)構(gòu)架、井蓋以及電纜溝等，容易導(dǎo)致設(shè)備損傷以及人員傷亡，并影響設(shè)備正常調(diào)試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)設(shè)備調(diào)試后，因?yàn)榭蛻?hù)方對(duì)設(shè)備了解不足，容易忽略其中的閉鎖裝置，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)行操控。

2 10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法

優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方面，需要加強(qiáng)圖紙審核，并對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施深入勘察，做好溝通工作，引領(lǐng)客戶(hù)尋找正規(guī)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，強(qiáng)化審圖。對(duì)應(yīng)調(diào)試班組初步接收對(duì)應(yīng)工作任務(wù)后，需要對(duì)各種設(shè)備數(shù)據(jù)以及圖紙資料進(jìn)行全面采集，聯(lián)系調(diào)試安裝流程，分析圖紙?jiān)O(shè)計(jì)合理性，保障設(shè)備回路合理，優(yōu)化設(shè)備裝置匹配性，落實(shí)繼電保護(hù)相關(guān)反事故措施，深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，保障設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)一致性，明確現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝進(jìn)展，聯(lián)系具體問(wèn)題和廠(chǎng)家、客戶(hù)進(jìn)行深入交流溝通，改善設(shè)計(jì)和實(shí)際不符問(wèn)題。

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。在施工前對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備資料、設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行充分了解，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，嚴(yán)格按照行業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)，以及驗(yàn)收規(guī)程對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件進(jìn)行編制，結(jié)合10kV配電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)隱患，以及安裝施工狀況進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)檢查。比如二次回路中的端子排連片、一次設(shè)備緊固定、各插件配件裝置焊接、防水防塵裝置密封性以及二次線(xiàn)螺釘壓接施工等，確保滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。按照行業(yè)試驗(yàn)規(guī)程優(yōu)化設(shè)計(jì)檢驗(yàn)調(diào)試項(xiàng)目，針對(duì)保護(hù)裝置以及二次回路實(shí)施絕緣、通電、外部、模擬量通道、保護(hù)裝置、邏輯功能相關(guān)檢查工作，做好整組傳動(dòng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施逐項(xiàng)檢查，預(yù)防出現(xiàn)漏項(xiàng)問(wèn)題，全面記錄各種漏項(xiàng)問(wèn)題，消除疑問(wèn)隱患。

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確辨識(shí)，形成合理控制措施，優(yōu)化工程現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)指揮。率先熟悉了解工程現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，為工程施工提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。施工前繼續(xù)檢查現(xiàn)場(chǎng)狀況，分析是否存在變動(dòng)，組織工作班前會(huì)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)以及防控措施明確告知。在現(xiàn)場(chǎng)至少設(shè)置兩人實(shí)施。設(shè)備調(diào)試中，和生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行積極溝通，為客戶(hù)提供電工維護(hù)培訓(xùn)工作服務(wù)，準(zhǔn)確、細(xì)致交代好各種注意事項(xiàng)。結(jié)束系統(tǒng)調(diào)試后，組織專(zhuān)人看守，形成防范策略，保障設(shè)備順利交接。

3 案例分析

3.1 線(xiàn)路結(jié)構(gòu)

圖1為某10kV配電系統(tǒng)饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，S1和S2分別是供電電源1、2，該種環(huán)網(wǎng)供電形式主要分布于城市配電網(wǎng)內(nèi)，也被稱(chēng)作是手拉手。圖中的熔斷器和斷路器，除S2周?chē)鶱母線(xiàn)出口斷路器處于開(kāi)啟狀態(tài)之外剩余部分全面閉合。為此在電源切換以及故障隔離中需要閉合斷路器，為此暫時(shí)無(wú)須考慮閉合斷路器。

圖1 10kV配電系統(tǒng)饋電線(xiàn)路結(jié)構(gòu)

M、P、M點(diǎn)間共同構(gòu)成主干線(xiàn)，分支線(xiàn)是Br1與Br2，不同段線(xiàn)路長(zhǎng)度聯(lián)系具體電力荷載決定，通常供電半徑低于15km。線(xiàn)路中密集分布有配電變壓器，涵蓋企業(yè)用和公用等類(lèi)型，或經(jīng)斷路器和整個(gè)線(xiàn)路連接，經(jīng)熔斷器開(kāi)關(guān)和整個(gè)線(xiàn)路連接。主干線(xiàn)路對(duì)應(yīng)裝設(shè)柱中設(shè)置了環(huán)網(wǎng)柜以及分段開(kāi)關(guān)，在具體標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)置位置、開(kāi)關(guān)設(shè)置等方面缺少明確、完善規(guī)定，進(jìn)一步增加分段開(kāi)關(guān)安裝隨意性。部分會(huì)在變電站對(duì)應(yīng)出口#1桿中設(shè)置分段開(kāi)關(guān)，部分則是在主干線(xiàn)1km之內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，甚至?xí)谥鞲删€(xiàn)之間部位進(jìn)行設(shè)置。

3.2 現(xiàn)有繼電保護(hù)配置問(wèn)題

現(xiàn)有繼電保護(hù)配置如下，S1電源母線(xiàn)M出口部位配置了線(xiàn)路保護(hù)裝置1。P點(diǎn)設(shè)置分段斷路器，額外設(shè)置保護(hù)裝置2。分支線(xiàn)中通常設(shè)置熔斷器以及保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置。饋電線(xiàn)路對(duì)應(yīng)變電站出口斷路器相關(guān)保護(hù)定值主要通過(guò)市供電企業(yè)調(diào)度部門(mén)實(shí)施自主整定，通常會(huì)在保護(hù)1部位增加設(shè)置兩段式過(guò)電流保護(hù)。整定方案分成兩類(lèi)，第一是聯(lián)系饋線(xiàn)故障電流實(shí)施整定，第二是結(jié)合變電站內(nèi)饋線(xiàn)電壓等級(jí)規(guī)定保護(hù)定值。過(guò)流I端根據(jù)出口母線(xiàn)最低兩項(xiàng)短路電流實(shí)施計(jì)算，Ⅱ段整定根據(jù)躲線(xiàn)路最高負(fù)荷電流實(shí)施計(jì)算。結(jié)合變電站高壓側(cè)的電壓等級(jí)差異，針對(duì)保護(hù)定值在1.5～2kA內(nèi)取值。

現(xiàn)有系統(tǒng)保護(hù)整定規(guī)程僅針對(duì)變電站相關(guān)出口斷路器，對(duì)應(yīng)繼電保護(hù)定值實(shí)施原則性規(guī)定，但尚未提及饋電線(xiàn)路中分段斷路器保護(hù)定值以及位置設(shè)置，忽略了多個(gè)配電變壓器處于同比接入條件下形成的勵(lì)磁涌流問(wèn)題。在具體運(yùn)行中，線(xiàn)路某點(diǎn)產(chǎn)生故障，導(dǎo)致線(xiàn)路中的分段斷路器與出口斷路器同步跳閘，或不同分段斷路器共同跳閘。分段開(kāi)關(guān)以及出口斷路器之間無(wú)法有效配合進(jìn)行故障隔離，降低影響范圍。結(jié)合上述問(wèn)題，需要進(jìn)一步做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，合理利用分段斷路器跳閘實(shí)施分段隔離，并對(duì)線(xiàn)路內(nèi)其余部分實(shí)施合理保護(hù)，促進(jìn)系統(tǒng)快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3 保護(hù)整定方案

按照國(guó)家電網(wǎng)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，將變壓器低壓側(cè)的三相過(guò)流保護(hù)當(dāng)成低壓側(cè)后備保護(hù)，對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)間低于2s。如果根據(jù)0.2s級(jí)差實(shí)施配合，并進(jìn)行逐級(jí)遞減，對(duì)10kV配電系統(tǒng)形成保護(hù)時(shí)間限額，動(dòng)作最長(zhǎng)時(shí)限為0.8s到1.2s，隨著變電站相關(guān)電壓等級(jí)的持續(xù)提升，出線(xiàn)保護(hù)限額縮短。當(dāng)前，柱上斷路器開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備，能夠?qū)?dòng)保護(hù)裝置到斷路器跳開(kāi)時(shí)長(zhǎng)控制在150ms以下，因此配電網(wǎng)對(duì)應(yīng)保護(hù)級(jí)差需超出0.2s，如此才能支持各級(jí)斷路器開(kāi)關(guān)加強(qiáng)時(shí)間配合，縮減停電范圍，提高保護(hù)選擇性。

假如出口保護(hù)設(shè)置的10kV配電線(xiàn)路是110kV、220kV的變電站出現(xiàn)，則最長(zhǎng)允許動(dòng)作時(shí)間是1.2s，這也是允許最長(zhǎng)時(shí)限。主干線(xiàn)內(nèi)可以增設(shè)2～3分段，不同分段斷路器對(duì)應(yīng)保護(hù)分成兩段，例如設(shè)計(jì)2分段，其中末端時(shí)間最長(zhǎng)是0.3s，中間段時(shí)間最長(zhǎng)是0.5s，出口保護(hù)對(duì)應(yīng)保護(hù)時(shí)間最長(zhǎng)是0.7～1s。假如只是35kV變電站對(duì)應(yīng)出現(xiàn)，則僅能存在一個(gè)下一級(jí)分段，分段不能和變電站出口過(guò)于接近。針對(duì)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，于主干線(xiàn)中增設(shè)1分段。

變電站出口設(shè)置成一級(jí)斷路器保護(hù)，P點(diǎn)分段斷路器設(shè)置為二級(jí)保護(hù)，注意P點(diǎn)不能過(guò)于接近M母線(xiàn)，分支線(xiàn)路保護(hù)是Br1、Br2保護(hù)。按照上級(jí)限額標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮整個(gè)線(xiàn)路狀況，第一級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，具體對(duì)應(yīng)延時(shí)是0s、0.5s、0.7～1s；第二級(jí)設(shè)計(jì)Ⅰ、Ⅱ兩段保護(hù)設(shè)置，對(duì)應(yīng)延時(shí)參數(shù)是0.3s和0.5s；分支線(xiàn)路設(shè)計(jì)Ⅰ、Ⅱ兩段保護(hù)設(shè)置，具體延時(shí)參數(shù)是0s和0.3s，和二級(jí)保護(hù)互相協(xié)調(diào)配合。第一級(jí)保護(hù)對(duì)應(yīng)III段成為此線(xiàn)路后備，支持全長(zhǎng)保護(hù)。

出口部位的一級(jí)保護(hù)作為此工程的重要保護(hù)，一級(jí)保護(hù)對(duì)應(yīng)I段應(yīng)該盡量切除近處故障，凸顯速動(dòng)性，根據(jù)躲過(guò)分段開(kāi)關(guān)最高短路電流實(shí)施科學(xué)整定，具體如下：Iop.1I=KrelI×Ip.max，式中：Iop.1I是可靠系數(shù)，按照1.3進(jìn)行取值，Ip.max是P點(diǎn)處于三相短路狀態(tài)下的電流值。過(guò)流Ⅰ段設(shè)置0s的動(dòng)作時(shí)間。根據(jù)常規(guī)運(yùn)行方式合理設(shè)計(jì)靈敏度，保護(hù)出口M點(diǎn)處于三相短路條件下的電流實(shí)施準(zhǔn)確校驗(yàn)，最終結(jié)果大于1，則判斷合格，具體如下：，式中IM.max是M點(diǎn)處于三相短路條件下的流經(jīng)電流。

過(guò)流Ⅰ段對(duì)本段全長(zhǎng)進(jìn)行保護(hù)，能夠?qū)⒕€(xiàn)路末端故障進(jìn)行快速切除，為此需要根據(jù)P點(diǎn)流經(jīng)最低兩相短路電流實(shí)施全面定。即：，式中：IP.min是p點(diǎn)處于兩相短路條件下的電流，Ksen.1ii是靈敏系數(shù)，具體取值是1.5。在各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置中，應(yīng)該基于導(dǎo)線(xiàn)所能承受熱穩(wěn)定電流進(jìn)行整定，過(guò)流Ⅲ段對(duì)應(yīng)動(dòng)作時(shí)間是0.7s。

分段開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)二級(jí)保護(hù)主要分布于P點(diǎn)分段開(kāi)關(guān)中，同時(shí)額外配置兩段式電流保護(hù)。Ⅰ段過(guò)流定值需要結(jié)合線(xiàn)路N點(diǎn)末端最低兩相短路電流進(jìn)行靈活處理，具體如下：，式中：IN.min是N點(diǎn)處于兩相短路條件下的電流，具體動(dòng)作時(shí)間是0.3s。過(guò)流Ⅱ段和一級(jí)保護(hù)對(duì)應(yīng)過(guò)流Ⅲ段進(jìn)行有效配合，按照低于定值0.9倍實(shí)施整定。具體如下：，對(duì)應(yīng)過(guò)流Ⅱ段的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是0.5s。

非典型線(xiàn)路實(shí)施保護(hù)整定中，如果長(zhǎng)度低于2km，甚至線(xiàn)路更短條件下，相關(guān)用戶(hù)專(zhuān)門(mén)線(xiàn)路，變電站出口對(duì)應(yīng)一級(jí)保護(hù)Ⅰ段能夠處于最小運(yùn)行狀態(tài)下，靈敏度較差。可以對(duì)過(guò)流Ⅰ段進(jìn)行取消，根據(jù)Ⅱ、Ⅲ段整定原則優(yōu)化設(shè)置保護(hù)。Ⅱ段動(dòng)作電流和下級(jí)Ⅰ段保護(hù)過(guò)流有效配合，將動(dòng)作時(shí)限設(shè)置成0.3s，整個(gè)線(xiàn)路較短，無(wú)須設(shè)置分段斷路器，不存在二級(jí)保護(hù)。

針對(duì)輕載長(zhǎng)線(xiàn)路，長(zhǎng)度為15km或以上的線(xiàn)路，同時(shí)沒(méi)有分段設(shè)置斷路器條件下，如果根據(jù)末端最高三相短路電流對(duì)Ⅰ段保護(hù)進(jìn)行整定，將整定時(shí)限設(shè)置成0s，同時(shí)近處配置較高容量變壓器，對(duì)應(yīng)低壓側(cè)在遇到運(yùn)行故障條件下，容易進(jìn)一步引發(fā)出口保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致10kV饋電線(xiàn)路產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象。為此需要適當(dāng)擴(kuò)大Ⅰ段保護(hù)時(shí)限，增加0.2s左右，方便配電變壓器對(duì)應(yīng)速斷保護(hù)更好配合熔斷器操作。

綜上所述，10kV配電系統(tǒng)通過(guò)實(shí)施有效的繼電保護(hù)，能夠有效預(yù)防各種安全事故發(fā)生，并針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的故障問(wèn)題進(jìn)行合理控制，減少周?chē)鞣N因素影響，除了需要對(duì)各種外部因素進(jìn)行合理控制以外，還需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)調(diào)試管理，綜合考慮繼電保護(hù)中的主要故障問(wèn)題，靈活應(yīng)對(duì)各種故障，降低設(shè)備故障損壞，保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。