煤礦供電保護定時限與反時限如何配合使用

蘇繼磊　張慶喜　董延科

摘要：煤礦企業供電系統的繼電保護中廣泛使用過電流保護，過電流保護根據過電流繼電器的特點可分為定時限過電流保護和反時限過電流保護兩種。本文主要闡述了煤礦供電企業變電所進線的定時限過電流保護和下級變壓器反時限過電流保護之間配合存在的問題，通過對定時限過電流保護整定計算優化后，使反時限與定時限過電流保護做到合理配合。

關鍵詞：供電 定時限 反時限 過電流 繼電保護 配合

1 概述

我國電力系統中多采用定時限保護作為配電網的主保護和輸電網后備保護。但是，定時限保護范圍直接受電網接線和系統運行方式影響，在某些極端運行方式下，很難同時滿足靈敏性和選擇性要求。長期以來，包括反時限過流保護在內的繼電保護整定計算采用逐級配合的整定方法，即保護僅與相鄰保護逐個進行配合，確定多個整定結果，從中選取最嚴重的數值作為最終整定值。這種整定方法沒有綜合考慮保護定值間的相互影響，不能獲得整體保護性能最優的保護定值。為了獲得一套滿足用戶期望的、保證整體保護性能最優的保護定值，國內外繼電保護工作者展開了大量的研究工作。1988年文獻首次提出反時限過流保護優化整定概念，從根本上改變了逐級配合的整定方法，綜合考慮所有保護間配合關系，能找出整體保護效果最優的保護定值。

2 輸電系統反時限過流保護動作特性的協調優化

電力系統過電流保護分為：定時限和反時限兩種。兩種保護的設計思路不同，“定時限”就是電流達到動作值（不論多大）都要按照設定的時間動作。“反時限”就是電流達到動作值以上，電流越大，動作時間越短。定時限過流一般用于輸電線路，采用三段式配合。反時限過流一般用于負載。

繼電保護的動作時間（時限）固定不變，與短路電流的數值無關，稱為定時限保護。定時限保護的時限是由時間繼電器獲得的，時間繼電器在一定的范圍內連續可調，使用時，可根據給定時間進行調整。而反時限繼電保護的動作時間和短路電流的大小成反比，即短路電流越大，保護動作時間越短，負荷電流越小，則保護動作時間越長。

反時限保護是在電力行業多用于發電廠的電動機保護，其意思是：被保護設備（如電動機）故障時，故障電流（或稱短路電流）越大，該繼電保護的動作延時越小，即：上述電流和與動作時間成反比；與反時限保護相對應的是定時限保護，定時限保護的動作時間與故障電流無關，是一定的（由繼電保護人員整定）。過電流保護一般是按避開最大負荷電流這一原則整定的。為了使上、下級的過電流保護具有選擇性，在時限上也應有一個級差。這就使靠近電源端的保護動作時限將很長，這在許多情況下是不允許的。為克服這一缺點，通常采用提高整定值以限制動作范圍的辦法，不加時限，可以瞬時動作，這種保護叫做電流速斷保護。無時限電流速斷不能保護線路全長，它只能保護線路的一部分。所以，為了保證動作的選擇性，其起動電流必須按最大運行方式來整定（即通過本線路的電流為最大電流），這就存在著保護的死區。為了彌補瞬時速斷保護不能保護線路全長的缺點，常采用略帶時限的速斷保護，即延時速斷保護。這種保護一般與瞬時速斷保護配合使用，其特點與定時限過電流保護裝置基本相同，所不同的是其動作時間比定時限過電流保護的整定時間短。為了使保護具有一定的選擇性，其動作時間應比下一級線路的瞬時速斷大一時限級差一般取0.5秒。

3 反時限優化模型研究

反時限過流保護優化整定的基本數學模型，當系統規模較大時，模型中含有大量的約束條件，維數很高，求解困難，需要很長的計算時間。除了尋找合適的優化算法，學者們還從保護的數學模型出發，研究各種減少約束條件的方法，以簡化問題。同時，實際系統復雜多變，反時限過流保護又受其他保護的影響，如何更好地在優化模型中完全反映實際系統的情況，這需要對模型進行改進。

反時限保護不單只用在發電廠的發電機上，還廣泛應用在用戶側的電動機保護、電抗器保護以及用戶開關站的配電線路保護。不過變電站出線的配電線路保護比較少用。

為了實現過電流保護的動作選擇性，各保護的動作時間一般按階梯原則進行整定。即相鄰保護的動作時間，自負荷向電源方向逐級增大，且每套保護的動作時間是恒定不變的，與短路電流的大小無關。具有這種動作時限特性的過電流保護稱為定時限過電流保護。

反時限過電流保護是指動作時間隨短路電流的增大而自動減小的保護。使用在輸電線路上的反時限過電流保護，能更快的切除被保護線路首端的故障。

什么是反時限特性：流過熔斷器的電流越大，熔斷時間越短。反時限就是保護裝置的動作時間與通過繼電器的電流（或故障電流）大小成反比關系。優點：所用繼電器數量大為減少，一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時限過流保護的電流繼電器，時間繼電器，中間繼電器和信號繼電器等一系列繼電器，因此投資少，接線簡單，而且可同時實現電流速斷保護。由于GL型繼電器的觸點容量大，所以可直接接通跳閘線圈，且適合交流操作。缺點：動作時間整定比較復雜，繼電器動作誤差較大，當短路電流較小時，其動作時間可能相當長，延長了故障持續時間。

4 反時限電流保護與定時限電流保護的配合

為了保證反時限電流保護與它的下級開關速斷保護相配合，尚應提出當通過繼電器的電流數值達到變壓器低壓側發生的最大三相故障電流值時，GL型反時限電器的動作時間應較下級開關的零秒速斷大一個時間級差⊿t，一般整定為0.6～0.7秒合適。本例變壓器低壓側最大三相故障電流為279安，相當于本保護動作電流的4.65倍，故應要求當通過繼電器的短路電流達到繼電器動作電流的4.65倍時，最小動作時間為0.6秒，否則與其出線開關的速斷保護不配合。用戶變電站低壓分路或者電動機，電纜等電氣設備故障機率較變壓器多，按這一原則進行整定繼電器，就不致因上述局部故障造成變壓器開關跳閘，甚至全廠停電。

綜上所述，該GL型反時限電流保護裝置的整定值和動作時間如下：繼電器的過流部份，啟動電流（即動作電流）是2安培，動作時間由繼電器的動作特性而定；但當流經繼電器的電流達到動作電流的2.17倍時要求小于或等于1.9秒動作，達到動作電流的4.65倍時大于或等于0.6秒動作；達到電流的7倍時0秒動作。校驗人員可根據以上整定位校驗繼電器的動作特性，并繪制實際動作特性曲線。整定出來的繼電保護定值，它的動作特性（動作區）永遠超前于上級開關所裝設的定時限保護的動作區，并具有足夠的可靠系數和靈敏性，保證可以相互配合，同時又放寬了GL型繼電器的整定范圍。

整定計算不是一項獨立的任務，應和其他技術方法相結合，最大限度地發揮繼電保護裝置的作用。優化整定方法在自適應保護系統的應用，還處于概念和構想階段，如何應用于工程實踐還有待進一步研究。工程經驗對于整定計算是非常實用和有效的，開發專家經驗系統，與優化整定方法相結合也是一個重要的發展方向。

5 結束語

綜上所述，計算定時限過電流保護與反時限電流保護的整定計算比較簡單，而定時限過電流保護與反時限電流保護之間的配合，相對說來復雜一些，此類問題在配電網絡中常常碰到。由變電站直配向企業供電時，企業中常采用反時限電流保護，而變電站出線開關多配置定時限保護，很多專業人員根據多年的整定計算實踐，探究出一種既能保證選擇性，又比較簡單的一種配合關系。

參考文獻：

[1]鄧健，宋瑋，張明霞.基于組件技術的繼電保護整定計算軟件的設計[J].電力科學與工程，2003（04）.

[2]王珍珍，凌煦，李小娟，宋連芳.電力系統智能型接地距離保護整定計算程序[J].電力系統自動化，2000（16）.

[3]胡春潮.基于數字化變電站的集中保護可靠性提升策略研究[D].華南理工大學，2011年.

[4]曹險峰.微機發變組保護整定計算中的幾點體會[J].電力自動化設備，1999（05）.

[5]葛耀中.對自適應電流速斷保護的評價[J].電力自動化設備，2000（06）.

[6]魏燕，張保會，高華.啟動/備用變壓器保護配置剖析[J].電力自動化設備，2001（02）.

[7]吳海濤，呂志寧，張浩，顧向陽，王穎.并聯電抗器運行異常分析及處理[J].電力自動化設備，2001（08）.

[8]嚴琪，肖萬芳.反時限電流保護整定計算相關問題研究[J].電力系統自動化設備，2008.endprint