110kV變電所繼電保護(hù)的故障分析及保護(hù)配置

朱國(guó)群 葉浩林 吳國(guó)強(qiáng)

摘 要：伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)也得到了空前發(fā)展，變電所的數(shù)量不斷增多，而且規(guī)模也不斷擴(kuò)大。縱觀當(dāng)前的110 kV供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，不難發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行的過(guò)程中受不同因素影響而產(chǎn)生了許多不正常狀態(tài)，這樣勢(shì)必影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。倘若系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及發(fā)生不正常的運(yùn)行狀態(tài)，需要有效地控制故障以及切除指令，最大限度降低因故障所造成的大面積停電，以便更好地促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在110 kV變電所中配置相適應(yīng)的繼電保護(hù)設(shè)施是很有必要的。文章對(duì)110 kV變電所繼電保護(hù)的故障及保護(hù)設(shè)置進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：110 kV變電所；繼電保護(hù)；故障；保護(hù)配置

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）18-0087-02

一般而言，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及進(jìn)行異常狀況監(jiān)測(cè)的一種有效手段，也就是說(shuō)在對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析后，所傳達(dá)出的相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)或者短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行隔離的狀況。通常情況下，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)非正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，就會(huì)嚴(yán)重影響到用電設(shè)備的安全生產(chǎn)，甚至還會(huì)造成不堪設(shè)想的后果。因此，在實(shí)際工作中，促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要。筆者就對(duì)110 kV變電所繼電保護(hù)的故障及保護(hù)設(shè)置進(jìn)行了分析。

1 繼電保護(hù)

縱觀當(dāng)前的繼電系統(tǒng)，倘若保護(hù)的原件或者系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)了問(wèn)題，應(yīng)該將設(shè)備以及元件的控制繼電器保護(hù)裝置迅速采取動(dòng)作，以便迅速切斷故障以及進(jìn)行自我處理。與此同時(shí)，對(duì)距離最近的斷路器也能夠快速進(jìn)行跳閘命令，這樣就能夠?qū)⒊霈F(xiàn)故障的電力實(shí)施有機(jī)地從電力系統(tǒng)中相互分離出，以便有效降低設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，而且在一定程度上也滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)工作發(fā)展的需求。

當(dāng)前，繼電保護(hù)裝置成為電力系統(tǒng)中準(zhǔn)確反映電氣設(shè)備是否正常的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)，通過(guò)對(duì)這些不正常現(xiàn)象進(jìn)行分析，及時(shí)傳遞出不相同的警告信號(hào)，這樣就能夠及時(shí)通知工作人員采取措施進(jìn)行處理以及修復(fù)，也可以對(duì)保護(hù)裝備實(shí)現(xiàn)自我的調(diào)節(jié)及優(yōu)化，以便能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)安全事故的元件以及設(shè)備進(jìn)行更換。因此，繼電保護(hù)的基本任務(wù)就是當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)遇到故障的時(shí)候，通常由繼電保護(hù)裝置及時(shí)脫離故障的元件，促使故障的元件立即從電力系統(tǒng)中進(jìn)行斷開(kāi)，切實(shí)降低電力系統(tǒng)元件所造成的破壞，以便緩解電力系統(tǒng)對(duì)安全供電所造成的影響。

2 110 kV變電所繼電保護(hù)的故障分析

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，也極大程度上促進(jìn)了繼電保護(hù)以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。特別是在近幾年內(nèi)，繼電保護(hù)裝置正在向著智能化和微軟化方向發(fā)展。然而，當(dāng)前危機(jī)保護(hù)裝置呈現(xiàn)出高度集成化的特征，這樣就極大程度上降低了裝置內(nèi)部的可視性，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)故障，甚至?xí)a(chǎn)生人們意想不到的現(xiàn)象，從而引發(fā)了繼電保護(hù)故障。縱觀當(dāng)前的繼電保護(hù)故障，故障產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 電流互感飽和故障

一般而言，電流互感器的飽和會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)。因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)設(shè)備的終端負(fù)荷是逐步增大，這樣若在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)短路，就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)大的短路電流。一旦系統(tǒng)在終端旁邊區(qū)域出現(xiàn)了短路，此時(shí)電流就會(huì)使額定電流的100倍。如果在常態(tài)短路的情況下，這時(shí)電流互感器的誤差也會(huì)隨之短路倍數(shù)的變化而變化，如果電流速段保護(hù)的靈敏度不斷降低，這時(shí)就會(huì)立即阻止動(dòng)作。倘若線(xiàn)路出現(xiàn)了短路，電流互感器的電流也就會(huì)出現(xiàn)飽和，然而，再進(jìn)行一次的感應(yīng)電流趨向于零或者是小于零的時(shí)候，也會(huì)導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)裝置無(wú)法正常進(jìn)行。此外。若配電系統(tǒng)發(fā)生了過(guò)流保護(hù)拒絕動(dòng)作，就會(huì)立即作出配電所進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的動(dòng)作，致使整個(gè)配電系統(tǒng)斷電。

2.2 未選擇合適的開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)備

眾所周知，開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)備在繼電保護(hù)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)備的選擇工作也是非常重要的。如今，眾多配電的開(kāi)關(guān)站都往往設(shè)立在高負(fù)荷且密集的區(qū)域，也就是所說(shuō)的，變電站—開(kāi)關(guān)站—配電變壓器的供電輸電的模式。從而要求在未實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的開(kāi)關(guān)站內(nèi)，實(shí)施負(fù)荷開(kāi)關(guān)和與之相關(guān)聯(lián)的繼電器設(shè)備系統(tǒng)是很重要的，這樣才能夠更好地作為開(kāi)關(guān)保護(hù)的設(shè)備。

為了最大限度發(fā)揮繼電保護(hù)的作用，應(yīng)該堅(jiān)持供電安全的基本原則，最大限度簡(jiǎn)化接線(xiàn)。為了更好地提高繼電保護(hù)的準(zhǔn)確性以及可靠性，將三段過(guò)電流保護(hù)增加在線(xiàn)路保護(hù)中是很重要的，這樣就可以作為后備保護(hù)，從而在PT出現(xiàn)短線(xiàn)時(shí)，第一時(shí)間注入主變保護(hù)所增加的CTPT線(xiàn)路保護(hù)，保證安全可靠經(jīng)調(diào)研，采用D即-210型微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)能夠與變電所其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)可靠的結(jié)合，以便維持變電所的正常運(yùn)行。

3 110 kV變電所繼電保護(hù)配置

3.1 對(duì)變壓器的保護(hù)

①接地保護(hù)。通常情況下，對(duì)于110 kV以上的中性點(diǎn)可以接入系統(tǒng)中電力變壓器，通過(guò)裝設(shè)零序電流來(lái)實(shí)施保護(hù)，并將此作為遍野器主保護(hù)的后備保護(hù)以及附件元件短路的后備，從而有效地保護(hù)大接地系統(tǒng)所造成短路。與此同時(shí)，要注意的是，零序電流的分布以及大小和系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)接地的位置和臺(tái)數(shù)有密切的關(guān)系。

②過(guò)負(fù)荷保護(hù)。在多數(shù)情況下，變壓器的過(guò)負(fù)荷波愛(ài)護(hù)都是三相對(duì)稱(chēng)的，因而保護(hù)裝置也就只采用一個(gè)電流繼電器，接在一個(gè)相上，而且通過(guò)延時(shí)發(fā)揮的作用來(lái)反映對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷。

③差動(dòng)保護(hù)。通常情況下，主變的差動(dòng)屬于主變的主保護(hù)，所保護(hù)的范圍就控制在主變?nèi)齻?cè)的區(qū)域范圍內(nèi)，從而在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)展的障礙都會(huì)隨著電流方向的變化而變化，這樣就會(huì)使得電流差流過(guò)差動(dòng)繼電器而實(shí)施相應(yīng)的動(dòng)作。

④零序過(guò)流。由于高壓不直接接地系統(tǒng)的接地保護(hù)，從而一個(gè)系統(tǒng)就只有一個(gè)零序電流的定值，若設(shè)備沒(méi)有接地故障的時(shí)候，通常零序電流就會(huì)小于這個(gè)定值，若有接地故障的時(shí)候，零序電流就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)定值，并進(jìn)行傳遞信號(hào)或者跳閘，圖1為零序短路電路圖。

⑤過(guò)流保護(hù)。通常過(guò)電流保護(hù)的主要目的就是有效地防止內(nèi)部以及外部間的短路，或者是做后備的保護(hù)。按照常理，過(guò)電流保護(hù)按躲就會(huì)出現(xiàn)最大過(guò)負(fù)荷的電流配置。

⑥速斷保護(hù)。一般而言，速斷保護(hù)所起到的作用就是最大限度避免內(nèi)部以及外部引線(xiàn)所造成短路現(xiàn)象的發(fā)生。電流速斷的保護(hù)要通過(guò)躲過(guò)系統(tǒng)最大的運(yùn)行方式，促使變壓器低壓側(cè)三相短路時(shí)，這時(shí)就會(huì)流過(guò)高壓側(cè)短路的電流配置短路等值電路如圖2所示。

3.2 110 kV輸電線(xiàn)路的保護(hù)

通常情況下，依據(jù)線(xiàn)路長(zhǎng)短配置的差異，對(duì)輸電線(xiàn)路的保護(hù)主要有以下幾種：第一，110 kV線(xiàn)路配置三段之間的距離是相同的，接地距離保護(hù)，四段定時(shí)按照零序的方向?qū)嵤┻^(guò)流保護(hù)，三相一次重合閘，然后后備保護(hù)往往是按照遠(yuǎn)后備的形式。第二，光纖分項(xiàng)電流差動(dòng)實(shí)施的保護(hù)。也就是說(shuō)，主保護(hù)配置一整套完善的光纖分相電流差動(dòng)實(shí)施保護(hù)，在后備保護(hù)往往是按照后備的方式，這樣可以為三段相同的距離進(jìn)行接地距離的保護(hù)，三相一次重合閘。如果線(xiàn)路出現(xiàn)了滿(mǎn)載或者空載的情況，而且在保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生金屬及非金屬的障礙，從而實(shí)施保護(hù)可以進(jìn)行規(guī)范動(dòng)作。若在保護(hù)范圍外出現(xiàn)了金屬或者非金屬的故障，這時(shí)保護(hù)就不應(yīng)該出現(xiàn)誤差動(dòng)作；若在保護(hù)范圍外將出現(xiàn)的障礙進(jìn)行清除或者對(duì)出現(xiàn)的障礙進(jìn)行轉(zhuǎn)換，若造成了故障功率的偶然導(dǎo)向，甚至系統(tǒng)的操作，這時(shí)所實(shí)施的保護(hù)就不能是錯(cuò)誤的動(dòng)作；與此同時(shí)，被保護(hù)線(xiàn)路在不同情況下運(yùn)行時(shí)，若要倒閘就應(yīng)該實(shí)施全面裝置，切記不可發(fā)錯(cuò)跳閘的口號(hào)。第三，單相接地保護(hù)。一般而言，單相接地保護(hù)通常是裝置在較小電流接地的系統(tǒng)中。倘若出現(xiàn)了單相接地障礙，僅有非常小的接地電容電流，同時(shí)相互間的電壓也是對(duì)稱(chēng)的，所以，也是可以維持暫時(shí)的運(yùn)行。然而，因非故障的對(duì)地電壓是不斷升高的，從而也就會(huì)出現(xiàn)非故障相對(duì)地絕緣所形成的兩相接地短路，致使開(kāi)關(guān)跳閘，與之所伴隨的線(xiàn)路停電。憑借單相接地所造成的零序電流產(chǎn)生保護(hù)裝置動(dòng)作，同時(shí)要進(jìn)行信號(hào)指導(dǎo)。

3.3 對(duì)電容器的保護(hù)

從某種意義上來(lái)講，速斷保護(hù)、線(xiàn)路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)是相同的。因不平衡電流保護(hù)的影響，與整定值相比較，若不平衡電流大于該數(shù)值，這樣與之相應(yīng)的定時(shí)器就會(huì)實(shí)施保護(hù)；若定時(shí)器的時(shí)間大于該數(shù)值，這樣就會(huì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作；若電壓低于整定值時(shí)而斷路器都處于合閘的狀況，所伴隨的定時(shí)器就會(huì)及時(shí)啟動(dòng)，若定時(shí)器的時(shí)間大于該數(shù)值時(shí)，就會(huì)實(shí)施保護(hù)。因此，將電壓保護(hù)增添在關(guān)聯(lián)電容器中是很重要的。若與整定值相比較，電壓高于該值，當(dāng)斷路器是合閘時(shí)，所伴隨的定時(shí)器就會(huì)立即啟動(dòng)，倘若定時(shí)器大于該數(shù)值，就會(huì)立即實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。

總而言之，由于繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及進(jìn)行異常狀況監(jiān)測(cè)的一種有效手段，通常情況下，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)障礙，甚至發(fā)生非正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣就會(huì)直接威脅到電流設(shè)備的安全生產(chǎn)，嚴(yán)重的話(huà)，還會(huì)產(chǎn)生無(wú)法想象的后果，從而直接影響到電力系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)110 kV變電所繼電保護(hù)的故障進(jìn)行分析以及提供保護(hù)配置尤為重要。本文就探討了110 kV變電所繼電保護(hù)的故障，并從變壓器的保護(hù)、110 kV輸電線(xiàn)路的保護(hù)以及對(duì)電容器的保護(hù)等方面闡述了對(duì)110 kV變電所繼電保護(hù)的裝置。同時(shí)要認(rèn)識(shí)到的是，隨著計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，微機(jī)繼電保護(hù)硬件的不斷發(fā)展和完善，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)將更多地應(yīng)用于變電所繼電保護(hù)系統(tǒng)中。

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