10KV配網(wǎng)的繼電保護分析

[摘要]電能是現(xiàn)代工業(yè)和居民生活的重要組成部分，保障供電的可靠性與穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)運行的首要任務(wù)。電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)絡(luò)是保證電力輸送的重要環(huán)節(jié)，其中10KV配網(wǎng)是城市電網(wǎng)的重要部分，配電網(wǎng)絡(luò)的正常運行是保障電力系統(tǒng)運行安全、可靠的基礎(chǔ)。10KV配網(wǎng)的繼電保護就是保證配電網(wǎng)絡(luò)安全的重要設(shè)備和技術(shù)措施。本文主要探討10KV配網(wǎng)的繼電保護中存在的問題、繼電保護的種類以及繼電保護中的故障處理方式。

[關(guān)鍵詞]繼電保護；10KV配網(wǎng)；故障處理

隨著我國經(jīng)濟社會的全面快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的運行在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴張的情況下面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。國家電監(jiān)會對供電的重點要求是保證供電的安全性與可靠性。其中，提高供電可靠性具體表現(xiàn)在供電管理水平的提高，停電時間的減少與用電用戶綜合滿意度的提高。尤其是在減少停電時間的要求上，電監(jiān)會要求各供電管理部門對停電的時間、次數(shù)等設(shè)立明確的目標(biāo)，并將停電時間做為各單位的考核指標(biāo)，統(tǒng)籌規(guī)劃配電網(wǎng)絡(luò)，合理分配供電區(qū)域。

配電網(wǎng)按照電壓等進行分類有高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)之分。35KV及其電壓等級以下的電網(wǎng)是給城市各配電站與用電負(fù)荷供電的電網(wǎng)。10KV配網(wǎng)是適合居民用電、商業(yè)和辦公局域用電、小型工業(yè)用電的最佳電壓等級，我國城市居民用電普遍采用10KV配電網(wǎng)絡(luò)。

10KV配電網(wǎng)絡(luò)的繼電保護過程中可能會受到勵磁涌流、電流互感器、保護電流時間配合等問題的影響，對供電的可靠性造成干擾。本文就10KV配網(wǎng)的繼電保護中存在的問題、繼電保護的種類以及繼電保護中的故障處理方式進行簡單的討論。

一、10KV配網(wǎng)的繼電保護概述

在電力系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障時或者電力系統(tǒng)自身的元件、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的情況下，繼電保護系統(tǒng)可以控制斷路器發(fā)出跳閘指示，同時向值班人員發(fā)出警告信號。完成這些操作的配套設(shè)備即為繼電保護設(shè)備。繼電保護設(shè)備在發(fā)出跳閘命令時，不僅是對電力系統(tǒng)元件的保護，更是電力運行暫態(tài)穩(wěn)定的保證；其對電力系統(tǒng)的監(jiān)控及警示信號的發(fā)出則保證了故障的及時發(fā)現(xiàn)與處理。基于以上功能，繼電保護裝置通常具有快速性、選擇性、可靠性和靈敏性的特點。

常見的繼電保護裝置包括：定時限保護裝置、出反時限過電流繼電保護裝置以及反時限過流繼電保護裝置。其中定時限保護裝置與短路電流變化的關(guān)系不大，其是由專業(yè)繼電器進行連續(xù)調(diào)整完成繼電保護工作的，動作時間一定。其他兩種繼電保護裝置均與短路電流有關(guān)。反時限過流繼電保護裝置的工作原理是隨著短路電流的大小變化，繼電保護動作時間也發(fā)生變化。出反時限過電流繼電保護裝置則具有靈敏度高、動作快的特點，但日常維護復(fù)雜，應(yīng)用范圍較小（常用于用戶端進線線路開關(guān)附近）。

二、10KV配網(wǎng)的繼電保護中的常見問題

（一）合環(huán)轉(zhuǎn)電與電流互感器的影響分析

隨著居民用電的需求不斷增加，配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模逐漸擴大。配電網(wǎng)通常使用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行，呈輻射狀結(jié)構(gòu)。在配電線路進行分段是采用主干線分段原則合理安裝分支線的開關(guān)，控制分支線的長度，并要求做好線路分支線的再分支工作。在對配網(wǎng)進行日常維護、檢修等工作時，按照解環(huán)、合環(huán)的順序?qū)ε潆娋W(wǎng)進行負(fù)荷轉(zhuǎn)移會引起間歇性供電情況的發(fā)生和用戶停電次數(shù)的增加，使供電可靠程度降低。配網(wǎng)規(guī)模擴大本身會造成系統(tǒng)中短路電流的增加，電流互感器誤差增加，電流速斷靈敏度低的情況下，會出現(xiàn)保護誤動作。同時，在進行合環(huán)時，可能會因合環(huán)電流過大而造成引起保護誤動作，造成短路電流超標(biāo)。所以需要對合環(huán)轉(zhuǎn)電進行繼電保護。地區(qū)電網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)電的合環(huán)點很多，但大部分的合環(huán)操作不會造成保護誤動作。

（二）勵磁涌流的影響分析

電流互感器的影響是使繼電保護出現(xiàn)保護誤動作，而勵磁涌流的影響則是使運行過程中出現(xiàn)頻繁跳閘的情況，后者還會在出線端檢修結(jié)束恢復(fù)送點的時候出現(xiàn)跳閘動作。造成這種情況的原因是遠距離配電網(wǎng)路中涉及到的變壓器多，阻抗大，從而造成動作電流減小。如果整定過程中忽略了變壓器影響的話，勵磁涌流起始參數(shù)遠超過無時限速斷保護參數(shù)的條件下，就會出現(xiàn)頻繁跳閘現(xiàn)象。

（三）保護時間定值配合度影響分析

10KV配網(wǎng)的速斷保護的進線保護額定時間為：速斷0s，過流0.1s；出現(xiàn)保護額定時間為：速斷0s，過流0.05s。二者的速段時間相同，但過流時間有差別。配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，如果線路的阻抗小，負(fù)荷電流大，會引起進線保護動作不及時，二變電站微機保護速斷切斷電源時間短，造成越級跳閘。

三、繼電保護性能提升方法

（一）減小合環(huán)電流，控制電流互感飽和

充分利用相關(guān)的計算機軟件，提前計算變電站的各段母線上的電壓相角。正常運行情況下，負(fù)荷與運行方式都是一定的，這時，可以把各節(jié)點上的相角變化基本可看作零，對合環(huán)點兩側(cè)的電壓幅值進行控制可以有效控制合環(huán)點電壓差。當(dāng)對變壓器分接頭位置進行合理的調(diào)換可以達到最大程度降低合環(huán)點兩側(cè)的電壓差，減小合環(huán)電流的目的。母線之間的相位差是向負(fù)荷傳輸功率過程產(chǎn)生的，根據(jù)潮流軟件的計算結(jié)果可以知道，在保證合環(huán)點兩端的母線幅值不產(chǎn)生變化的前提下，相位差減小，合環(huán)點的電壓差與合環(huán)電流會發(fā)生顯著降低。這個時候，兩10KV母線上的負(fù)荷差別就變得很小。母線的負(fù)荷越小，環(huán)流越小，對系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊影響也將會越小。根據(jù)上述理論，在用電的低谷期進行合環(huán)操作，可以有效保證供電的連續(xù)性和可靠性。電網(wǎng)內(nèi)使用的電抗器裝配方式有三種，分別是垂直裝配、水平裝配和品字形裝配。因為電抗器的電壓降的幅度太大，對配電網(wǎng)的合環(huán)操作會有較大沖擊電流產(chǎn)生，限流電抗器的投入對維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性有很好的作用。斷路器以電抗器串聯(lián)方式能夠起到短路時阻抗增大的效果，進而在電力系統(tǒng)發(fā)生短路或者電流出現(xiàn)增大時抑制短路的電流。

同時，考慮電流互感器變比的大小，使其大于300：5，最大程度降低電流互感器二次負(fù)載阻抗，增加二次側(cè)輸電線路導(dǎo)線截面積，索端長度，防止電流互感器出現(xiàn)飽和。

（二）勵磁涌流的控制

根據(jù)勵磁涌流隨時間變化的特點，延長速斷時間，降低勵磁涌流影響。通過延時控制，不僅能達到預(yù)期的目標(biāo)（延時造成的時間差屬于微秒級別，可忽略不計），還不需要改造保護裝置。通常可以在10KV線路無時限斷流速斷保護和加速回路匯總增加0.1s-0.15s的時限。

（三）保護時限的配合度的控制

更新繼電器，使用利用集成電路進行控制的定時限過流繼電保護裝置。這種裝置結(jié)合了過流繼電器和時間繼電器的優(yōu)點，具有高精度、高速度、低誤差的特點，滿足兩級保護的級差要求，防止出現(xiàn)級差過小，越級跳閘的狀況。將配電系統(tǒng)中速斷保護的時間設(shè)定為：速斷0.05s，過流0.1s；變電所的瞬時速斷改為0.2s，可有有效避免越級跳閘情況的出現(xiàn)。

四、10KV配網(wǎng)的繼電保護故障處理方法

10KV配網(wǎng)的繼電保護出現(xiàn)故障，可以根據(jù)故障類型不同采用多種處理方法，包括直觀處理、參照處理、短接、替換和分段逐項拆除處理等方法。

替換處理是比較直接和簡單的處理方式，就是使用正常元件替換疑似故障元件來確定故障范圍，判斷故障類型的方法，適用于電力元件故障的情況。類似的方法還有逐項拆除處理，操作方法是逐段并聯(lián)二次回路分段，再脫開，直到故障出現(xiàn)，然后對各插件進行拔插排查，這種檢查方法適用于查找直流接地與交流電源熔絲放不上等故障。短接處理也是通過縮小故障范圍的方法進行故障處理的，其具體操作過程是把回路的其中一段人為短接，判斷故障存在位置，適用于電流回路開路切換、電磁鎖失靈、繼電器不動作等情況的處理。

相對而言，參照處理和直觀處理的工作量較小。參照處理主要是根據(jù)正常設(shè)備與非正常設(shè)備的技術(shù)參數(shù)比較找出故障存在位置的方法，適用于接線錯誤或者定值校驗過程中測試值與預(yù)想值差別顯著，但無法準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生原因的情況。直觀處理則是處理lOKV開關(guān)拒分或拒合故障的過程，適用于插件故障無備用元件更換，或者通過儀器逐點測試方法行不通的情況。

五、小結(jié)

作為城市居民用電的重要組成，10KV配網(wǎng)的繼電保護對保障居民用電的安全性和可靠性具有十分重要的作用。繼電保護裝置在電力系統(tǒng)的運行過程中，既能對故障進行有效預(yù)警和提示，還能自動控制跳閘，保護電力元件的安全性。在配電過程中占據(jù)重要地位。但是繼電保護過程中也會受到各種不同因素的影響，導(dǎo)致保護誤動作、越級跳閘、頻繁跳閘等現(xiàn)象的出現(xiàn)，一方面要做好相關(guān)影響因素的控制工作，另一方面，要做好故障的排查與處理工作，保障電力系統(tǒng)的正常運行。

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