關(guān)于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的分析

朱璠

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300)

關(guān)于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的分析

朱璠

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300)

本文作者通過對(duì)繼電保護(hù)的概念、工作原理繼電器的要求及評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了分析，主要就配電系統(tǒng)繼電保護(hù)中存在的問題和處理方法及改進(jìn)措施進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)；配電運(yùn)行；配置原則

前言：

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展，這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了新的挑戰(zhàn)。只有對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，按時(shí)巡檢其運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，保證系統(tǒng)無故障設(shè)備正常運(yùn)行，提高供電的可靠性。

1.繼電保護(hù)的概念

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、配電裝置等電氣設(shè)備發(fā)生故障，危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)，能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，終止這些故障發(fā)展的一種自動(dòng)保護(hù)裝置。

2.繼電保護(hù)的工作原理

供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起電流增加、電壓降低、以及電流電壓間相位角的變化，因此出現(xiàn)故障時(shí)的參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)差別就可以構(gòu)成不同原理和類型的繼電保護(hù)。一般情況下繼電保護(hù)是由測(cè)量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分組成，其原理如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置原理圖

測(cè)量部分從被保護(hù)對(duì)象讀取有關(guān)信號(hào)，與給定的整定值相比較，比較結(jié)果輸出至邏輯部分；邏輯部分根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，決定是否動(dòng)作；如需動(dòng)作，則發(fā)出信號(hào)給執(zhí)行部分；執(zhí)行部分立即或延時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)或跳閘信號(hào)。

3.對(duì)繼電器的要求

3.1.動(dòng)作值的誤差小

由于保護(hù)裝置的靈敏度與動(dòng)作值的誤差有關(guān)，因此，繼電器動(dòng)作值的誤差應(yīng)盡可能小，以免引起誤動(dòng)作或降低保護(hù)的靈敏性。

3.2.接點(diǎn)可靠

繼電器接點(diǎn)接觸要良好，并具有一定的負(fù)荷能力。對(duì)于常閉接點(diǎn)要有一定的壓力；對(duì)于常開接點(diǎn)，閉合時(shí)要有一定的行程。

3.3.返回時(shí)間短

繼電器動(dòng)作將故障切除后，繼電器應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)返回到起始位置。

3.3.消耗功率小

繼電器消耗的功率通常指繼電器線圈在額定狀態(tài)下（額定電流或電壓）所消耗的功率。繼電器消耗的功率小，可以減輕互感器的負(fù)擔(dān)。

4.目前常用的評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

4.1.正確動(dòng)作率

正確動(dòng)作率即為一定期限內(nèi)（例如一年）被統(tǒng)計(jì)的繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作次數(shù)與總動(dòng)作次數(shù)之比。用公式表示為：

正確動(dòng)作率=(正確動(dòng)作次數(shù)／總動(dòng)作次數(shù))×100%

用正確動(dòng)作率可以觀測(cè)該繼電保護(hù)系統(tǒng)每年的變化趨勢(shì)，也可以反映不同的繼電保護(hù)系統(tǒng)（如220kV與500kV）之間的對(duì)比情況，從中找出薄弱環(huán)節(jié)。

4.2.可靠度

可靠度r(t)是指元件在起始時(shí)刻正常的條件下，在時(shí)間區(qū)間(0，t)不發(fā)生故障的概率。對(duì)于繼電保護(hù)裝置，注意力主要集中在從起始時(shí)刻到首次故障的時(shí)間。

4.3.可用率

可用率a(t)是指元件在起始時(shí)刻正常工作的條件下，時(shí)刻t正常工作的概率。可靠度與可用率的區(qū)別在于，可靠度中的定義要求元件在時(shí)間區(qū)間(0，t)連續(xù)地處于正常狀態(tài)，而可用率則無此要求。

4.4.故障率

故障率h(t)是指元件從起始時(shí)刻直到時(shí)刻t完好條件下，在時(shí)刻t以后單位時(shí)間里發(fā)生故障的概率。

4.5.平均無故障工作時(shí)間

平均無故障工作時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure）。設(shè)從修復(fù)到首次故障之間的時(shí)間間隔為無故障工作時(shí)間，則其數(shù)學(xué)期望值為平均無故障工作時(shí)間。

4.6.修復(fù)率

修復(fù)率m(t)是指元件自起始時(shí)刻直到時(shí)刻t故障的條件下，自時(shí)刻t以后每單位時(shí)間里修復(fù)的概率。

4.7.平均修復(fù)時(shí)間

平均修復(fù)時(shí)間mttr（MeanTime to Repair）是修復(fù)時(shí)間的數(shù)學(xué)期望值。

5.配電系統(tǒng)繼電保護(hù)存在的問題

5.1.電流互感器飽和

隨著供電系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，很多低壓配電系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，當(dāng)變、配電所出口處發(fā)生短路時(shí)，短路電流往往很大，甚至可以達(dá)到電流互感器一次側(cè)額定電流的幾百倍。在穩(wěn)態(tài)短路情況下，一次短路電流倍數(shù)越大，電流互感器變比的誤差也越大，使靈敏度低的電流速斷保護(hù)就可能拒絕動(dòng)作。在線路短路時(shí)，由于電流互感器飽和，感應(yīng)到二次側(cè)的電流會(huì)很小或接近于零，造成定時(shí)限過流保護(hù)裝置拒動(dòng)。若是在變電所出線故障則要靠母聯(lián)斷路器或主變壓器后備保護(hù)來切除，延長(zhǎng)了故障時(shí)間，使故障范圍擴(kuò)大；而若是在配電所的出線過流保護(hù)拒動(dòng)，則將使整個(gè)配電所全停。

5.2.二次設(shè)備及二次回路老化

現(xiàn)在我國(guó)很多配電系統(tǒng)的繼電器是20世紀(jì)七八十年代的老式繼電器，節(jié)點(diǎn)氧化塵太多，壓力不夠，也會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)，出口不可靠。我們知道，二次回路分直流和交流2部分，如果交流回路實(shí)驗(yàn)端子老化，銹蝕，接觸電阻過大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起開路，引起保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。直流部分在系統(tǒng)失電和系統(tǒng)嚴(yán)重低電壓時(shí)可靠性難以保證，事故情況下更難以保證可靠動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘，擴(kuò)大事故范圍。

5.3.環(huán)網(wǎng)供電無保護(hù)

目前我國(guó)環(huán)狀配電網(wǎng)基本采用負(fù)荷開關(guān)為主，目前不設(shè)斷路器，也沒有保護(hù)。若裝設(shè)斷路器，由于運(yùn)行方式變化，負(fù)荷轉(zhuǎn)移等因素，繼電保護(hù)選擇性無法協(xié)調(diào)。目前環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式是開口運(yùn)行，故障時(shí)，故障環(huán)網(wǎng)全部停電，絕大部分網(wǎng)絡(luò)是用人工操作對(duì)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來恢復(fù)供電。

6.配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的改進(jìn)措施

6.1.避免電流互感器飽和

避免電流互感器飽和主要從3個(gè)方面入手：首先是電流互感器的變比不能選得太小，要考慮線路短路時(shí)電流互感器飽和問題。其次要盡量減少電流互感器二次負(fù)載阻抗。盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用電流互感器，縮短電流互感器二次側(cè)電纜長(zhǎng)度及加大二次側(cè)電纜截面。第三是遵守速斷保護(hù)的原則。高壓電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)電流乘以1.2～1.3倍可靠系數(shù)確定，如超過其數(shù)值就可確定故障電流。時(shí)限整定Os。單臺(tái)變壓器按所供電最大1臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流加上其余電動(dòng)機(jī)及照明等負(fù)荷的額定電流進(jìn)行整定，如整定值計(jì)算小于變壓器額定電流2倍，按2倍的電流整定。超過2倍的電流整定值，按計(jì)算數(shù)據(jù)乘以可靠系數(shù)確定，采區(qū)變電所內(nèi)進(jìn)線柜則遵照最大整定值數(shù)據(jù)加上其余變壓器的額定負(fù)荷。按等級(jí)劃分，確定延時(shí)時(shí)間，仍有選擇性。但短路情況下速斷保護(hù)無選擇性。

6.2.完善環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配套建設(shè)

目前環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電纜網(wǎng)絡(luò)采用的主要形式，目前還沒有性能頗為理想的繼電保護(hù)裝置，為快速隔離故障、恢復(fù)供電，可以考慮結(jié)合配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，繼電保護(hù)與自動(dòng)化系統(tǒng)相互配合使用。

6.3.實(shí)行狀態(tài)檢修

繼電保護(hù)發(fā)展至今，從保護(hù)原理的設(shè)計(jì)，到生產(chǎn)廠家制造工藝，到售后服務(wù)，各方面都已比較完善。微機(jī)保護(hù)裝置的性能已非常穩(wěn)定。近幾年在我區(qū)范圍內(nèi)，由于保護(hù)裝置性能不穩(wěn)定引起的誤動(dòng)基本上沒有出現(xiàn)過，所發(fā)生的保護(hù)誤動(dòng)作基本上是保護(hù)裝置外部原因引起的。因此我們建議對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修，也就是說，只要保護(hù)裝置不告警，就不用進(jìn)行檢修。

6.4.增加投入，更新設(shè)備

及時(shí)更新保護(hù)校驗(yàn)設(shè)備，完善供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在不影響正常安全生產(chǎn)的情況下，確保各回路均有足夠保護(hù)整定時(shí)間，使保護(hù)裝置校驗(yàn)做到應(yīng)校必校，不漏項(xiàng)，不簡(jiǎn)化。

結(jié)語

繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。近年來隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，輸送線路容量更大、線路距離更長(zhǎng)、系統(tǒng)短路容量更大，因而對(duì)線路繼電保護(hù)的要求也就更高。因此，如何在今后確保繼電保護(hù)的更可靠運(yùn)行，實(shí)施繼電保護(hù)全過程管理，是牽涉繼電保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。希望廣大現(xiàn)場(chǎng)工作的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)人員能結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出對(duì)應(yīng)的措施，共同做好工作。從而提高電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

【1】趙勇，楊鑫.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)研究[N].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009-19.

【2】楊奇遜.微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)[M].北京：水利電力出版社，1988.

【3】嚴(yán)興疇.繼電保護(hù)技術(shù)極其應(yīng)用[J].科技資訊.2007.

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