試析10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)場調(diào)試常見問題

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司揭陽揭西供電局 吳衍鑫

繼電保護(hù)主要功能是預(yù)防線路故障，以及短路問題導(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)計重要部分。繼電保護(hù)裝置能夠準(zhǔn)確反映出整個供配電系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備故障以及運行狀態(tài)。

1 10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)場調(diào)試主要問題

1.1 設(shè)計與實際不符

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，分別是饋出線路以及電源線路，能夠在系統(tǒng)故障中進(jìn)行事故預(yù)報，輔助判斷事故位置，縮減排查范圍，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在10kV配電系統(tǒng)相關(guān)繼電保護(hù)現(xiàn)場調(diào)試中，普遍存在設(shè)計與實際不符的問題，同時相關(guān)設(shè)計不合理，部分客戶為進(jìn)一步提高經(jīng)濟效益，與生產(chǎn)廠家串通更改繼電保護(hù)設(shè)計圖紙以及基礎(chǔ)設(shè)備。

在具體設(shè)計實踐中，因為和生產(chǎn)廠家溝通不足，導(dǎo)致設(shè)計不符合設(shè)計，如某配電系統(tǒng)實施現(xiàn)場調(diào)試中，現(xiàn)場是利用干式變壓器，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)場實際狀況進(jìn)行充分考慮，干式、油浸兩種類型變壓器主要差異如下：干式變壓器能夠看到線圈和鐵芯，引線用材硅橡膠，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)場保護(hù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生不合理以及違規(guī)問題。比如，10kV饋線柜保護(hù)中，主要利用短路電流控制開關(guān)跳閘，對應(yīng)規(guī)定過流整定值是3A，而配置設(shè)備內(nèi)控制斷路器斷開最低動作電流是5A，該種狀況容易在開關(guān)彈跳下斷路器無法順利斷開，假如不了解基礎(chǔ)原理，則無法繼續(xù)實施現(xiàn)場保護(hù)[1]。

1.2 安裝不合理

安裝人員專業(yè)能力以及責(zé)任意識會影響施工質(zhì)量，一次部分錯誤安裝，無法進(jìn)行正常保護(hù)動作，比如某配電系統(tǒng)現(xiàn)場試驗中發(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，無法正常啟動保護(hù)工作。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)是CT一次母排連接中，因為螺栓較長，初步緊固螺栓后無法順利流出二次電流。針對另一客戶對應(yīng)進(jìn)線柜實施保護(hù)試驗中，相關(guān)人員將計量柜對應(yīng)0.2S級CT錯誤安裝于進(jìn)線斷路器柜，并在計量柜內(nèi)安裝P級互感器。出現(xiàn)二次錯誤安裝，比如現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)對應(yīng)盤柜廠家通過一般連接端子取代電壓連接端子以及電流試驗端子，跳合閘端子沒有和正點間形成一個空端子間隔，電流互感器存在二次多點接地等，留下一定故障隱患[2]。

1.3 現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜

大多數(shù)中低壓配電系統(tǒng)工程中的現(xiàn)場施工環(huán)境較為復(fù)雜，人員眾多，設(shè)置有臨時構(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)試運行。經(jīng)過設(shè)備調(diào)試后，因為客戶方對設(shè)備了解不足，容易忽略其中的閉鎖裝置，并對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行強行操控。

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

優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計方面，需要加強圖紙審核，并對工程現(xiàn)場實施深入勘察，做好溝通工作，引領(lǐng)客戶尋找正規(guī)設(shè)計單位進(jìn)行工程圖紙設(shè)計工作，強化審圖。對應(yīng)調(diào)試班組初步接收對應(yīng)工作任務(wù)后，需要對各種設(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，分析圖紙設(shè)計合理性，保障設(shè)備回路合理，優(yōu)化設(shè)備裝置匹配性，落實繼電保護(hù)相關(guān)反事故措施，深入現(xiàn)場進(jìn)行實地考察，保障設(shè)計圖紙與現(xiàn)場一致性，明確現(xiàn)場設(shè)備安裝進(jìn)展，聯(lián)系具體問題和廠家、客戶進(jìn)行深入交流溝通，改善設(shè)計和實際不符問題。

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。在施工前對基礎(chǔ)設(shè)備資料、設(shè)計圖紙進(jìn)行充分了解，進(jìn)行現(xiàn)場勘察，嚴(yán)格按照行業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)，以及驗收規(guī)程對標(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)場隱患，以及安裝施工狀況進(jìn)行專項重點檢查。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螺釘壓接施工等，確保滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。按照行業(yè)試驗規(guī)程優(yōu)化設(shè)計檢驗調(diào)試項目，針對保護(hù)裝置以及二次回路實施絕緣、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，做好整組傳動試驗。現(xiàn)場實施逐項檢查，預(yù)防出現(xiàn)漏項問題，全面記錄各種漏項問題，消除疑問隱患。

加強現(xiàn)場檢查。對現(xiàn)場危險點進(jìn)行準(zhǔn)確辨識，形成合理控制措施，優(yōu)化工程現(xiàn)場協(xié)調(diào)指揮。率先熟悉了解工程現(xiàn)場施工狀況，科學(xué)設(shè)計施工方案，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)場狀況，分析是否存在變動，組織工作班前會，并對現(xiàn)場危險點以及防控措施明確告知。在現(xiàn)場至少設(shè)置兩人實施。設(shè)備調(diào)試中，和生產(chǎn)廠家進(jìn)行積極溝通，為客戶提供電工維護(hù)培訓(xùn)工作服務(wù)，準(zhǔn)確、細(xì)致交代好各種注意事項。結(jié)束系統(tǒng)調(diào)試后，組織專人看守，形成防范策略，保障設(shè)備順利交接。

3 案例分析

3.1 線路結(jié)構(gòu)

圖1為某10kV配電系統(tǒng)饋線結(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)，也被稱作是手拉手。圖中的熔斷器和斷路器，除S2周圍N母線出口斷路器處于開啟狀態(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，為此暫時無須考慮閉合斷路器。

圖1 10kV配電系統(tǒng)饋電線路結(jié)構(gòu)

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

3.2 現(xiàn)有繼電保護(hù)配置問題

現(xiàn)有繼電保護(hù)配置如下，S1電源母線M出口部位配置了線路保護(hù)裝置1。P點設(shè)置分段斷路器，額外設(shè)置保護(hù)裝置2。分支線中通常設(shè)置熔斷器以及保護(hù)開關(guān)裝置。饋電線路對應(yīng)變電站出口斷路器相關(guān)保護(hù)定值主要通過市供電企業(yè)調(diào)度部門實施自主整定，通常會在保護(hù)1部位增加設(shè)置兩段式過電流保護(hù)。整定方案分成兩類，第一是聯(lián)系饋線故障電流實施整定，第二是結(jié)合變電站內(nèi)饋線電壓等級規(guī)定保護(hù)定值。過流I端根據(jù)出口母線最低兩項短路電流實施計算，Ⅱ段整定根據(jù)躲線路最高負(fù)荷電流實施計算。結(jié)合變電站高壓側(cè)的電壓等級差異，針對保護(hù)定值在1.5～2kA內(nèi)取值。

現(xiàn)有系統(tǒng)保護(hù)整定規(guī)程僅針對變電站相關(guān)出口斷路器，對應(yīng)繼電保護(hù)定值實施原則性規(guī)定，但尚未提及饋電線路中分段斷路器保護(hù)定值以及位置設(shè)置，忽略了多個配電變壓器處于同比接入條件下形成的勵磁涌流問題。在具體運行中，線路某點產(chǎn)生故障，導(dǎo)致線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。分段開關(guān)以及出口斷路器之間無法有效配合進(jìn)行故障隔離，降低影響范圍。結(jié)合上述問題，需要進(jìn)一步做好現(xiàn)場調(diào)試工作，合理利用分段斷路器跳閘實施分段隔離，并對線路內(nèi)其余部分實施合理保護(hù)，促進(jìn)系統(tǒng)快速恢復(fù)正常運行。

3.3 保護(hù)整定方案

按照國家電網(wǎng)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，將變壓器低壓側(cè)的三相過流保護(hù)當(dāng)成低壓側(cè)后備保護(hù)，對應(yīng)動作時間低于2s。如果根據(jù)0.2s級差實施配合，并進(jìn)行逐級遞減，對10kV配電系統(tǒng)形成保護(hù)時間限額，動作最長時限為0.8s到1.2s，隨著變電站相關(guān)電壓等級的持續(xù)提升，出線保護(hù)限額縮短。當(dāng)前，柱上斷路器開關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備，能夠?qū)颖Ｗo(hù)裝置到斷路器跳開時長控制在150ms以下，因此配電網(wǎng)對應(yīng)保護(hù)級差需超出0.2s，如此才能支持各級斷路器開關(guān)加強時間配合，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配電線路是110kV、220kV的變電站出現(xiàn)，則最長允許動作時間是1.2s，這也是允許最長時限。主干線內(nèi)可以增設(shè)2～3分段，不同分段斷路器對應(yīng)保護(hù)分成兩段，例如設(shè)計2分段，其中末端時間最長是0.3s，中間段時間最長是0.5s，出口保護(hù)對應(yīng)保護(hù)時間最長是0.7～1s。假如只是35kV變電站對應(yīng)出現(xiàn)，則僅能存在一個下一級分段，分段不能和變電站出口過于接近。針對線路結(jié)構(gòu)，于主干線中增設(shè)1分段。

變電站出口設(shè)置成一級斷路器保護(hù)，P點分段斷路器設(shè)置為二級保護(hù)，注意P點不能過于接近M母線，分支線路保護(hù)是Br1、Br2保護(hù)。按照上級限額標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮整個線路狀況，第一級保護(hù)設(shè)計Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，具體對應(yīng)延時是0s、0.5s、0.7～1s；第二級設(shè)計Ⅰ、Ⅱ兩段保護(hù)設(shè)置，對應(yīng)延時參數(shù)是0.3s和0.5s；分支線路設(shè)計Ⅰ、Ⅱ兩段保護(hù)設(shè)置，具體延時參數(shù)是0s和0.3s，和二級保護(hù)互相協(xié)調(diào)配合。第一級保護(hù)對應(yīng)III段成為此線路后備，支持全長保護(hù)。

出口部位的一級保護(hù)作為此工程的重要保護(hù)，一級保護(hù)對應(yīng)I段應(yīng)該盡量切除近處故障，凸顯速動性，根據(jù)躲過分段開關(guān)最高短路電流實施科學(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點處于三相短路狀態(tài)下的電流值。過流Ⅰ段設(shè)置0s的動作時間。根據(jù)常規(guī)運行方式合理設(shè)計靈敏度，保護(hù)出口M點處于三相短路條件下的電流實施準(zhǔn)確校驗，最終結(jié)果大于1，則判斷合格，具體如下：，式中IM.max是M點處于三相短路條件下的流經(jīng)電流。

過流Ⅰ段對本段全長進(jìn)行保護(hù)，能夠?qū)⒕€路末端故障進(jìn)行快速切除，為此需要根據(jù)P點流經(jīng)最低兩相短路電流實施全面定。即：，式中：IP.min是p點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。在各項參數(shù)設(shè)置中，應(yīng)該基于導(dǎo)線所能承受熱穩(wěn)定電流進(jìn)行整定，過流Ⅲ段對應(yīng)動作時間是0.7s。

分段開關(guān)對應(yīng)二級保護(hù)主要分布于P點分段開關(guān)中，同時額外配置兩段式電流保護(hù)。Ⅰ段過流定值需要結(jié)合線路N點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點處于兩相短路條件下的電流，具體動作時間是0.3s。過流Ⅱ段和一級保護(hù)對應(yīng)過流Ⅲ段進(jìn)行有效配合，按照低于定值0.9倍實施整定。具體如下：，對應(yīng)過流Ⅱ段的保護(hù)動作時間是0.5s。

非典型線路實施保護(hù)整定中，如果長度低于2km，甚至線路更短條件下，相關(guān)用戶專門線路，變電站出口對應(yīng)一級保護(hù)Ⅰ段能夠處于最小運行狀態(tài)下，靈敏度較差。可以對過流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段動作電流和下級Ⅰ段保護(hù)過流有效配合，將動作時限設(shè)置成0.3s，整個線路較短，無須設(shè)置分段斷路器，不存在二級保護(hù)。

針對輕載長線路，長度為15km或以上的線路，同時沒有分段設(shè)置斷路器條件下，如果根據(jù)末端最高三相短路電流對Ⅰ段保護(hù)進(jìn)行整定，將整定時限設(shè)置成0s，同時近處配置較高容量變壓器，對應(yīng)低壓側(cè)在遇到運行故障條件下，容易進(jìn)一步引發(fā)出口保護(hù)動作，導(dǎo)致10kV饋電線路產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象。為此需要適當(dāng)擴大Ⅰ段保護(hù)時限，增加0.2s左右，方便配電變壓器對應(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)通過實施有效的繼電保護(hù)，能夠有效預(yù)防各種安全事故發(fā)生，并針對配電網(wǎng)絡(luò)中的故障問題進(jìn)行合理控制，減少周圍各種因素影響，除了需要對各種外部因素進(jìn)行合理控制以外，還需要加強現(xiàn)場繼電保護(hù)調(diào)試管理，綜合考慮繼電保護(hù)中的主要故障問題，靈活應(yīng)對各種故障，降低設(shè)備故障損壞，保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。