配電系統繼電保護技術探討

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摘要：本文作者通過對繼電保護的概念、工作原理繼電器的要求及評價統計指標進行了分析，主要就配電系統繼電保護中存在的問題和處理方法及改進措施進行了詳細的闡述。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；評價統計指標；配電運行；配置原則

1.繼電保護的概念

繼電保護裝置是電力系統中的發電機、變壓器、輸電線路、配電裝置等電氣設備發生故障，危及電力系統安全運行時，能夠向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令，終止這些故障發展的一種自動保護裝置。

2.繼電保護的工作原理

供電系統發生故障時，會引起電流增加、電壓降低、以及電流電壓間相位角的變化，因此出現故障時的參數與正常運行時的參數差別就可以構成不同原理和類型的繼電保護。一般情況下繼電保護是由測量部分、邏輯部分、執行部分組成。

測量部分從被保護對象讀取有關信號，與給定的整定值相比較，比較結果輸出至邏輯部分；邏輯部分根據測量部分各輸出量的大小性質、出現的順序或它們的組合，決定是否動作；如需動作，則發出信號給執行部分；執行部分立即或延時發出警報信號或跳閘信號。

3.對繼電器的要求

3.1.動作值的誤差小

由于保護裝置的靈敏度與動作值的誤差有關，因此，繼電器動作值的誤差應盡可能小，以免引起誤動作或降低保護的靈敏性。

3.2.接點可靠

繼電器接點接觸要良好，并具有一定的負荷能力。對于常閉接點要有一定的壓力；對于常開接點，閉合時要有一定的行程。

3.3.返回時間短

繼電器動作將故障切除后，繼電器應在最短時間內返回到起始位置。

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擔。

4.目前常用的評價統計指標

4.1.正確動作率

正確動作率即為一定期限內（例如一年）被統計的繼電保護裝置的正確動作次數與總動作次數之比。用公式表示為：

正確動作率=（正確動作次數/總動作次數）×100%

用正確動作率可以觀測該繼電保護系統每年的變化趨勢，也可以反映不同的繼電保護系統（如220kV與500kV）之間的對比情況，從中找出薄弱環節。

4.2.可靠度

可靠度r（t）是指元件在起始時刻正常的條件下，在時間區間（0，t）不發生故障的概率。對于繼電保護裝置，注意力主要集中在從起始時刻到首次故障的時間。

4.3.可用率

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

4.4.故障率

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

4.5.平均無故障工作時間

平均無故障工作時間MTBF（Mean Time Between Failure）。設從修復到首次故障之間的時間間隔為無故障工作時間，則其數學期望值為平均無故障工作時間。

4.6.修復率

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

4.7.平均修復時間

平均修復時間mttr（MeanTime to Repair）是修復時間的數學期望值。

5.配電系統繼電保護存在的問題

5.1電流互感器飽和

隨著供電系統規模的不斷擴大，很多低壓配電系統短路電流會隨著變大，當變、配電站出口處發生短路時，短路電流往往很大，甚至可以達到電流互感器一次側額定電流的幾百倍。在穩態短路情況下，一次短路電流倍數越大，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就可能拒絕動作。在線路短路時，由于電流互感器飽和，感應到二次側的電流不能正確反映短路電流，會造成定時限過流保護裝置拒動。此時則要靠母聯斷路器或主變壓器后備保護來切除，延長了故障時間，使事故范圍擴大，并對主設備造成沖擊，影響設備運行周期和壽命。

5.2 二次設備及二次回路老化

亳州地區前前些年對配電網重視不夠，資金投入少，一些配電設備陳舊、落后。甚至還存在一些20世紀七八十年代的老式繼電器，節點氧化塵太多，壓力不夠，也會造成保護誤動，出口不可靠。對于繼電保護二次回路來講，如果交流回路實驗端子老化，銹蝕，接觸電阻過大，嚴重時會引起開路，引起保護誤動或拒動。直流部分在系統失電和系統嚴重低電壓時可靠性難以保證，事故情況下更難以保證可靠動作，會導致越級跳閘，擴大事故范圍。

5.3.環網供電無保護或保護配合困難

目前亳州地區配電網基本采用負荷開關為主，前期不設斷路器，也沒有保護，因此一旦故障，只能依靠上一級保護切除。停電范圍大。近兩年為配合配電網自動化建設，才逐步裝設斷路器并配置電流型保護。但由于配電網運行方式變化，負荷轉移等因素，繼電保護定值難以配合，選擇性無法協調。目前環網運行方式是開口運行，故障時，故障環網全部停電，并通過人工操作對網絡重構來恢復供電。

6.配電系統繼電保護的改進措施

6.1.避免電流互感器飽和

避免電流互感器飽和主要從3個方面入手：首先選擇較大變比的電流互感器，要考慮線路短路時電流互感器飽和問題；其次可減少電流互感器二次負載阻抗，縮短電流互感器二次側電纜長度及加大二次側電纜截面；第三是遵守速斷保護的原則，時限整定零秒，必要情況下可犧牲速斷保護無選擇性。

6.2.完善環網結構的配套建設

目前環網結構是電纜網絡采用的主要形式，目前還沒有性能頗為理想的繼電保護裝置，為快速隔離故障、恢復供電，可以考慮結合配電自動化系統的建設，完善配電系統繼電保護配置。

6.3.實行狀態檢修

繼電保護發展至今，從保護原理的設計，到生產廠家制造工藝，到售后服務，各方面都已比較完善。微機保護裝置的性能已非常穩定。近幾年在我區范圍內，由于保護裝置性能不穩定引起的誤動基本上沒有出現過，所發生的保護誤動作基本上是保護裝置外部原因引起的。因此我們建議對配電繼電保護設備實行狀態檢修，能夠大大減少配電系統工作人員的工作量。

6.4.增加投入，更新設備

及時更新保護校驗設備，完善供電網絡建設，在不影響正常安全生產的情況下，確保各回路均有足夠保護整定時間，使保護裝置校驗做到應校必校，不漏項，不簡化。

結語

繼電保護是保障電網安全穩定運行的第一道防線。近年來隨著配電系統的不斷發展，配網網架結構更加復雜，運行方式靈活多變。同時配電網直接面向電力用戶，特別是當地養殖業、中藥材加工、化工生產等企業，對供電可靠性要求越來越高。因而對配電系統繼電保護的要求也就更高。因此，如何在今后確保配電系統更穩定、可靠、安全運行，是配電系統繼電保護發展的重要課題。

參考文獻：

【1】趙勇，楊鑫.電力系統繼電保護技術研究[N].科技創新導報，2009-19.

【2】嚴興疇.繼電保護技術極其應用[J].科技資訊.2007.