變電站中主設備繼電保護的實踐運用分析

【摘 要】本文基于工作實踐，分析了當前繼電保護應用在變電站主設備中的一些問題，并著重介紹了防止勵磁涌流、避免電流互感器飽和、解決變壓器保護拒動、解決配電變壓器保護存在的問題四種方法及其具體運用，希望給相關人員一些啟迪和思考，完善變電站中主設備繼電保護的改進方法，進一步促進電力行業的不斷健康發展。

【關鍵詞】變電站；繼電保護；技術改進

電力現在已經成為現代化國家轉型和發展的主要支撐力量。第二產業和第三產業的發展都離不開電力的幫助，衡量一個國家發展程度的標準之一就是電能的制造和輸出。作為整個電力傳輸系統中重要的一環，變電站工作的穩定性重要性不言而喻，這就需要我們研究關系到變電站安全運行的繼電保護。繼電保護裝置，是一種能發現電力系統中電氣元件產生故障或不正常運行的狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的自動裝置。經過數十年的發展，如今的繼電保護設備越發完善，但仍有一些問題會引發人們的忽視，這些問題或多或少地會影響繼電保護的穩定性。本文主要講講當今變電站主設備繼電保護存在的一些問題。

一、變電站主設備繼電保護的現狀及問題探析

1．線路中存在勵磁涌流。勵磁涌流的產生是由于變壓器空載投運時，鐵芯中的磁通無法突變，出現了非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵磁電流急劇增大而造成的。變壓器勵磁涌流最大值，能夠達到變壓器額定電流的六～八倍，這個最大值跟變壓器的容量大小有關，變壓器容量越小，勵磁涌流倍數越大。勵磁涌流具有很大的非周期分量，并按照一定時間系數衰減，衰減的時間常數也是和變壓器容量大小有關的，容量越大，時間常數越大，涌流存在時間也就越長。十千伏線路裝有大量的配電變壓器，在合閘前，這些配電變壓器是掛在線路上的，在合閘瞬間，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上互相疊加和來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。

2．存在電流互感器飽和問題。短路電流在十千伏線路出口處多數都較小，尤其是農網中的變電所，通常離電源較遠，系統的阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會因為系統規模及運行方式而變化。隨著系統規模的不斷擴大，十千伏系統短路電流會不斷增大，最終可以達到電流互感器一次額定電流的幾百倍，系統中本來一些能正常運行的變化比小的電流互感器就會飽和；另一方面，短路故障的過程是暫態的，短路電流中含有非常多的非周期分量，能進一步加速電流互感器達到飽和。在十千伏線路短路時，電流互感器達到飽和，能感應到二次側的電流接近于零。這樣保護裝置就會拒動，故障只能通過母聯斷路器或主變壓器后備保護裝置切除，如此不但延長了故障時間，還會使故障擴大范圍，供電可靠性受到影響，進而運行設備的安全受到嚴重威脅。

3．所用變壓器保護存在的問題。所用變壓器是一種比較特殊的設備，特點是容量小，可靠性要求非常高，安裝位置很特殊，一般接在十千伏母線上，它的高壓側短路電流與系統短路電流相等，最高達到十幾千安，低壓側短路電流也不小。所用變壓器保護的可靠性，將會影響到所用變壓器直至整個十千伏系統的安全運行，造成很大的威脅。傳統的所用變壓器使用熔斷器保護，其安全可靠性是比較高的，但現在系統短路容量的增加了，而且綜合自動化的要求提高，這種方式已逐漸達不到要求了。

4．配電變壓器保護保護存在的問題。十千伏配電變壓器的保護配置主要由斷路器、負荷開關或負荷開關加熔斷器等構成。負荷開關投資不大，但不能開斷短路電流，因而很少被采用；斷路器擁有好技術性能，但設備投資較高，加上使用繁瑣，也不能廣泛應用；負荷開關加熔斷器組合的保護配置方式，不必采用操作復雜、價格昂貴的斷路器，彌補了負荷開關不能開斷短路電流的缺點，還可滿足實際運行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護方式，但缺點是對于配備有瓦斯繼電器的大容量配電變壓器，需要斷路器與瓦斯繼電器相配合，才能對變壓器進行有效的保護，有時還需要零序保護，都是值得注意的問題。

5．十千伏配電線路存在的問題。無論是城市內配網線路，還是農村配網線路，十千伏都是主要電壓等級，但是十千伏配電線路具有一致性差的結構特點，比如有的用戶專線，只帶一二個用戶，像輸電線路一樣；有的呈放射狀，幾十臺變壓器接在同一條線路的各個分支上；有的線路只有幾百米的長度，有的線路卻長到幾十千米；有的線路由三十五千伏變電所出線，有的線路由一百一十千伏變電所出線；有的線路上的配電變壓器容量很小，最大不過一百千伏安，有的線路上卻有幾千千伏安的變壓器。

二、變電站中主設備繼電保護存在問題的解決方法

1．在電流速斷保護加入一段時間延時。勵磁涌流的一個明顯的特征，就是含有大量的二次諧波，在主變壓器主保護中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護誤動作，但如果用在十千伏線路保護，需要對保護裝置進行改造，這樣一來會大大增加裝置的復雜性，造成實用性很差。勵磁涌流的另一特征就是它的大小隨時間的推進而減小，一開始涌流很大，一段時間后涌流減小到零，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，根據涌流的這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流產生的誤動作，這種方法最大優點是不用改造或只作簡單改造保護裝置，雖然會增加故障時間，但由于十千伏這種對系統穩定運行影響較小，并且適用。為了準確躲過勵磁涌流，保護裝置中加速回路也要加入延時。通過多年的研究表明，在十千伏線路電流速斷保護及加速回路中加入了0.15到0.2秒的時限，從運行結果來看，比較安全，還能很好的避免由于線路中勵磁涌流引起的保護裝置誤動作。

2．選擇大變比或減少電流互感器二次負載阻抗。電流互感器飽和，實質就是電流互感器鐵芯中磁通飽和，又磁通密度與感應電勢成正比，因此，如果電流互感器二次負載阻抗較大，在電流相同情況的下，二次回路感應電勢就大，或在相同的負載阻抗下，二次電流就越大，感應電勢就越大，以上兩種情況都會增大鐵芯中磁通密度，磁通密度達到一定值時，電流互感器就飽和。電流互感器嚴重飽和時，一次電流全部變為勵磁電流，二次側感應電流為零，流過電流繼電器的電流也為零，保護裝置就會拒動。避免電流互感器飽和可以從兩個方面著手，一是在選擇電流互感器時，變比盡量選得大一些，考慮到線路短路時電流互感器飽和問題，一般十千伏線路保護電流互感器變比大于300比5為宜；二要盡量減少電流互感器二次負載阻抗，避免保護和計量共用電流互感器，縮短電流互感器二次電纜的長度并且加大二次電纜的截面；對于綜合自動化變電所，十千伏線路盡可能選用集保護、測控功能于一體的產品，并直接在控制屏上安裝，這樣做的目的是減小二次回路阻抗，防止電流互感器飽和。

3．解決所用變壓器保護拒動辦法。要解決所用變壓器保護拒動問題，關鍵在于合理配置保護，選擇電流互感器要考慮所用變壓器故障時的飽和問題，同時，一定要將計量用的電流互感器跟保護用的電流互感器分開，保護用的電流互感器安裝在所用變壓器的高壓側，用來保護所用變壓器，計量用電流互感器安裝在低壓側，來提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護可根據所用變壓器低壓出口短路進行調整，過負荷保護根據所用變壓器容量調整。

4．解決配電變壓器保護保護存在的辦法。不管在十千伏環網供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，保護配置將負荷開關和高遮斷容量后備式限流熔斷器組合在一起，既可提供額定負荷電流，又可斷開短路電流，還具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器。為此，推薦采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的方式，作為配電變壓器保護的標準配置。標準國標14285《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，在選擇配電變壓器的保護設備時，當容量等于或大于八百千伏安，應選用帶繼電保護裝置的斷路器。這個規定，其實包含了以下兩方面的需要。過去當容量達到八百千伏安及以上時，配電變壓器大多使用油浸變壓器，并且輔以有瓦斯繼電器，斷路器可與瓦斯繼電器配合著工作，從而能有效地保護變壓器。對于裝置容量大于八百千伏安的用戶，由于種種原因會引起單相接地故障，導致零序保護動作，從而使斷路器跳閘，分隔故障，可以有效地避免變電所的饋線斷路器動作，不至于影響其他用戶的正常供電。標準還明確規定，即使單臺變壓器未達到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總容量達到八百千伏安時，也可以符合此要求。

5．解決十千伏配電線路的保護。十千伏配電線路的保護，一般由三相一次重合閘、過電流和電流速斷構成。有些特殊情況的線路結構或負荷線路保護，不能滿足要求，可以增加其它保護，例如保護Ⅱ段和電壓閉鎖等。在進行整定計算的時候，還應該注意區別特殊情況和常規情況，并進行靈敏度校驗。十千伏配電線路保護裝置的配置雖然不是很復雜，但線路還是有一定的復雜性，負荷也具有多變性，常規和特殊情況下，計算保護定值和如何選擇保護裝置還是值得重視的。根據以往不同地區電網保護配置情況及運行經驗，利用規范的保護來調整計算方法，各種情況均可適用，并可滿足要求。

三、總結

通過以上的幾個問題，我們發現變電站中主設備繼電保護是一個非常精密、復雜的工作，以上任何一個細小的問題都會影響到繼電保護穩定與否，甚至更加嚴重。這些問題并不一定涵蓋很全，可能還有一些問題需要在工作中不斷琢磨才能發現并解決。對于在變電站工作的員工，其實更加需要的是一種態度，即安全是第一位的，變電站中安全無小事。只有這樣，變電站中的安全問題才能被徹底被預防和杜絕。

參 考 文 獻

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