10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)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(yùn)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(yùn)行是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠的基礎(chǔ)。10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)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(hù)中存在的問(wèn)題、繼電保護(hù)的種類以及繼電保護(hù)中的故障處理方式。

[關(guān)鍵詞]繼電保護(hù)；10KV配網(wǎng)；故障處理

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)張的情況下面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。國(guó)家電監(jiān)會(huì)對(duì)供電的重點(diǎn)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(shí)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(shí)間的要求上，電監(jiān)會(huì)要求各供電管理部門對(duì)停電的時(shí)間、次數(shù)等設(shè)立明確的目標(biāo)，并將停電時(shí)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(jìn)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(jí)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(jí)，我國(guó)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(hù)過(guò)程中可能會(huì)受到勵(lì)磁涌流、電流互感器、保護(hù)電流時(shí)間配合等問(wèn)題的影響，對(duì)供電的可靠性造成干擾。本文就10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)中存在的問(wèn)題、繼電保護(hù)的種類以及繼電保護(hù)中的故障處理方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。

一、10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)概述

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

常見(jiàn)的繼電保護(hù)裝置包括：定時(shí)限保護(hù)裝置、出反時(shí)限過(guò)電流繼電保護(hù)裝置以及反時(shí)限過(guò)流繼電保護(hù)裝置。其中定時(shí)限保護(hù)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(jìn)行連續(xù)調(diào)整完成繼電保護(hù)工作的，動(dòng)作時(shí)間一定。其他兩種繼電保護(hù)裝置均與短路電流有關(guān)。反時(shí)限過(guò)流繼電保護(hù)裝置的工作原理是隨著短路電流的大小變化，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間也發(fā)生變化。出反時(shí)限過(guò)電流繼電保護(hù)裝置則具有靈敏度高、動(dòng)作快的特點(diǎn)，但日常維護(hù)復(fù)雜，應(yīng)用范圍較小（常用于用戶端進(jìn)線線路開(kāi)關(guān)附近）。

二、10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)中的常見(jiàn)問(wèn)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(kuò)大。配電網(wǎng)通常使用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行，呈輻射狀結(jié)構(gòu)。在配電線路進(jìn)行分段是采用主干線分段原則合理安裝分支線的開(kāi)關(guān)，控制分支線的長(zhǎng)度，并要求做好線路分支線的再分支工作。在對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行日常維護(hù)、檢修等工作時(shí)，按照解環(huán)、合環(huán)的順序?qū)ε潆娋W(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移會(huì)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(kuò)大本身會(huì)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(huì)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作。同時(shí)，在進(jìn)行合環(huán)時(shí)，可能會(huì)因合環(huán)電流過(guò)大而造成引起保護(hù)誤動(dòng)作，造成短路電流超標(biāo)。所以需要對(duì)合環(huán)轉(zhuǎn)電進(jìn)行繼電保護(hù)。地區(qū)電網(wǎng)合環(huán)轉(zhuǎn)電的合環(huán)點(diǎn)很多，但大部分的合環(huán)操作不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)作。

（二）勵(lì)磁涌流的影響分析

電流互感器的影響是使繼電保護(hù)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作，而勵(lì)磁涌流的影響則是使運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)頻繁跳閘的情況，后者還會(huì)在出線端檢修結(jié)束恢復(fù)送點(diǎn)的時(shí)候出現(xiàn)跳閘動(dòng)作。造成這種情況的原因是遠(yuǎn)距離配電網(wǎng)路中涉及到的變壓器多，阻抗大，從而造成動(dòng)作電流減小。如果整定過(guò)程中忽略了變壓器影響的話，勵(lì)磁涌流起始參數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)無(wú)時(shí)限速斷保護(hù)參數(shù)的條件下，就會(huì)出現(xiàn)頻繁跳閘現(xiàn)象。

（三）保護(hù)時(shí)間定值配合度影響分析

10KV配網(wǎng)的速斷保護(hù)的進(jìn)線保護(hù)額定時(shí)間為：速斷0s，過(guò)流0.1s；出現(xiàn)保護(hù)額定時(shí)間為：速斷0s，過(guò)流0.05s。二者的速段時(shí)間相同，但過(guò)流時(shí)間有差別。配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，如果線路的阻抗小，負(fù)荷電流大，會(huì)引起進(jìn)線保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)，二變電站微機(jī)保護(hù)速斷切斷電源時(shí)間短，造成越級(jí)跳閘。

三、繼電保護(hù)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(jì)算機(jī)軟件，提前計(jì)算變電站的各段母線上的電壓相角。正常運(yùn)行情況下，負(fù)荷與運(yùn)行方式都是一定的，這時(shí)，可以把各節(jié)點(diǎn)上的相角變化基本可看作零，對(duì)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)的電壓幅值進(jìn)行控制可以有效控制合環(huán)點(diǎn)電壓差。當(dāng)對(duì)變壓器分接頭位置進(jìn)行合理的調(diào)換可以達(dá)到最大程度降低合環(huán)點(diǎn)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(guò)程產(chǎn)生的，根據(jù)潮流軟件的計(jì)算結(jié)果可以知道，在保證合環(huán)點(diǎn)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(diǎn)的電壓差與合環(huán)電流會(huì)發(fā)生顯著降低。這個(gè)時(shí)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(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊影響也將會(huì)越小。根據(jù)上述理論，在用電的低谷期進(jìn)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?yàn)殡娍蛊鞯碾妷航档姆忍螅瑢?duì)配電網(wǎng)的合環(huán)操作會(huì)有較大沖擊電流產(chǎn)生，限流電抗器的投入對(duì)維持系統(tǒng)運(yùn)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(shí)阻抗增大的效果，進(jìn)而在電力系統(tǒng)發(fā)生短路或者電流出現(xiàn)增大時(shí)抑制短路的電流。

同時(shí)，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(zhǎng)度，防止電流互感器出現(xiàn)飽和。

（二）勵(lì)磁涌流的控制

根據(jù)勵(lì)磁涌流隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，延長(zhǎng)速斷時(shí)間，降低勵(lì)磁涌流影響。通過(guò)延時(shí)控制，不僅能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)（延時(shí)造成的時(shí)間差屬于微秒級(jí)別，可忽略不計(jì)），還不需要改造保護(hù)裝置。通常可以在10KV線路無(wú)時(shí)限斷流速斷保護(hù)和加速回路匯總增加0.1s-0.15s的時(shí)限。

（三）保護(hù)時(shí)限的配合度的控制

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

四、10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)故障處理方法

10KV配網(wǎng)的繼電保護(hù)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(xiàng)拆除處理等方法。

替換處理是比較直接和簡(jiǎn)單的處理方式，就是使用正常元件替換疑似故障元件來(lái)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(xiàng)拆除處理，操作方法是逐段并聯(lián)二次回路分段，再脫開(kāi)，直到故障出現(xiàn)，然后對(duì)各插件進(jìn)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(guò)縮小故障范圍的方法進(jìn)行故障處理的，其具體操作過(guò)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(kāi)路切換、電磁鎖失靈、繼電器不動(dòng)作等情況的處理。

相對(duì)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(cuò)誤或者定值校驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試值與預(yù)想值差別顯著，但無(wú)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(kāi)關(guān)拒分或拒合故障的過(guò)程，適用于插件故障無(wú)備用元件更換，或者通過(guò)儀器逐點(diǎn)測(cè)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(hù)對(duì)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(hù)裝置在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，既能對(duì)故障進(jìn)行有效預(yù)警和提示，還能自動(dòng)控制跳閘，保護(hù)電力元件的安全性。在配電過(guò)程中占據(jù)重要地位。但是繼電保護(hù)過(guò)程中也會(huì)受到各種不同因素的影響，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作、越級(jí)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(yùn)行。

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