10kV繼電保護裝置的運行維護

韓尚君

10kV供電系統(tǒng)是我國供電系統(tǒng)當中十分重要的組成部分，與人們的日常生活和工作息息相關，確保其能夠平穩(wěn)的運行對人們的日常生活和工作具有非常重要的現(xiàn)實意義。為了確保10kV供電系統(tǒng)平穩(wěn)安全的運行就必須采用性能穩(wěn)定、質(zhì)量安全可靠的繼電保護裝置，進而為10kV供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行提供有效的保護，避免其受到不良因素的干擾。本文對繼電保護裝置的基本工作原理進行了比較深入的分析研究，在此基礎上，進一步提出了10kV繼電保護裝置的基本性能要求以及如何做好10kV繼電保護裝置的運行維護，對從事10kV供電系統(tǒng)繼電保護裝置維護工作的技術人員具有一定的借鑒意義，進而不斷提高自身的工作水平，從而為整個10kV供電系統(tǒng)的供電、變電、輸電和用電的平穩(wěn)運行提供可靠的保障。

10kV繼電保護裝置是電力系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，對于維持整個電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行具有決定性的作用。繼電保護裝置是一種智能化的自動控制裝置，能夠?qū)φ麄€電力系統(tǒng)實施實時的監(jiān)控，能夠快速的檢測到電力設備的故障。若出現(xiàn)短路故障會導致系統(tǒng)中的電流過大，進而引起供電系統(tǒng)的局部電壓發(fā)生不同程度的下降，繼電保護裝置檢測到這個故障以后，就會將發(fā)生短路的部分與整個供電系統(tǒng)進行有效的隔離，進而降低對整個供電系統(tǒng)的影響，確保供電系統(tǒng)的其他部分平穩(wěn)運行。另外，繼電保護裝置還可以在系統(tǒng)出現(xiàn)超負荷、低頻率以及電壓過高時發(fā)出信號，再由工作人員進行故障的排除，這樣就能夠?qū)╇娤到y(tǒng)起到一個保護作用。

繼電保護裝置的基本原理

電力系統(tǒng)故障的特點。電力系統(tǒng)的結構非常復雜，在實際的運行過程中，會出現(xiàn)各種類型的故障，其中最常見的故障類型就是短路故障。電力系統(tǒng)一旦發(fā)生短路故障，就會導致電壓和電流之間的相位角發(fā)生一定的變化，進而影響到整個電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。電力系統(tǒng)短路故障根據(jù)其發(fā)生原因的不同可以分為：單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路以及三相短路等4種類型，除了三相短路之外的所有短路類型都是不對稱短路。其中，單相接地短路故障是最為常見的短路故障類型，占到電力系統(tǒng)總故障數(shù)量的65%左右；兩相短路接地故障占到20%左右；兩相短路故障占到10%左右；三相短路故障的發(fā)生概率非常低，僅占到5%左右。短路故障會導致電力系統(tǒng)中的電流猛增至正常工作狀態(tài)下的幾十甚至幾百倍，當處于高壓狀態(tài)下，其電流可以達到數(shù)千萬安培之大，會對整個電力系統(tǒng)造成嚴重的損害。短路故障的特點可以歸結為：電力系統(tǒng)中的設備所受到的損壞程度與短路故障的時間成正比，即短路故障的時間越長，所造成的損害就越大；短路點離電源的距離越小，其中的路阻抗越小，所導致的短路電流就越大。因此，一旦電路中發(fā)生短路，就要及時的采取應對措施，盡量減小短路時間，進而降低短路所造成的損失。

繼電保護裝置的幾種類型。電力系統(tǒng)中會發(fā)生不同類型的故障，就需要采用不同類型的繼電保護裝置對電力系統(tǒng)進行有效的保護。根據(jù)其工作原理的不同，繼電保護裝置可以分為以下幾種類型：

反應電流變化的繼電保護裝置。其工作原理就是通過對供電系統(tǒng)電流大小的有效監(jiān)測，根據(jù)電流大小的變化情況對供電系統(tǒng)的運行狀況進行有效的判斷，一旦發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)的電流大小出現(xiàn)異常情況，就可以及時的對整個供電系統(tǒng)進行有效的保護。該種類型的裝置主要是由定時限過電流保護、反時限過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和零序電流保護等組成。

反應電壓變化的繼電保護裝置。其工作原理就是對整個供電系統(tǒng)的電壓變化進行實時的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)電壓變化超過規(guī)定的安全范圍后，保護裝置就自動采取有效的措施，進而避免對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。該種類型的裝置主要是由過電壓保護和低電壓保護部分組成。

同時反應電流變化和電壓與電流之間相位角變化的繼電保護裝置。其工作原理就是通過對供電系統(tǒng)運行過程中的電流、電壓以及相位角的變化進行實時檢測，進而根據(jù)檢測結果對整個供電系統(tǒng)的運行狀況進行有效的判斷。

10KV繼電保護裝置的基本性能要求

繼電保護裝置的選擇性。10KV繼電保護裝置運行過程中，對供電系統(tǒng)所采取的保護措施要限制在故障線路內(nèi)，也就是說進行停電保護的線路范圍要盡可能小，避免因處理故障線路而對整個供電系統(tǒng)造成過大的影響。因此，這就要求繼電保護裝置在處理供電系統(tǒng)故障時，具有一定的選擇性，能夠?qū)⑹苡绊懙木€路區(qū)域限制在合理的范圍內(nèi)。繼電保護裝置對電力系統(tǒng)故障所采取的保護措施主要有：主保護、后備保護以及輔助保護等。其中，主保護是繼電保護中反應最迅速、運行最快、保護能力最大的保護系統(tǒng)，是處于主要地位的保護系統(tǒng)；后備保護相較于主保護運行速度較慢，在主保護沒有運行的前提下，對故障線路進行二次保護、主保護措施對線路無法起到有效的保護效果后，后備保護對故障線路進行一定的補救保護；輔助保護是在主保護和后備保護對故障線路的保護措施無效時才進行啟動，為電力系統(tǒng)提供簡單快捷的保護，相較于前兩種保護措施，輔助保護所提供的保護措施相對簡單，但是其作用仍非常重要。

繼電保護裝置的速動性。由于電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，若沒有立即的予以切斷，在很短的時間內(nèi)就可能造成非常大的損失。因此，在實際運行過程中，要求繼電保護裝置能夠在最短的時間內(nèi)將故障線路進行切斷隔離，即要求繼電保護裝置具有一定的速動性，避免故障線路對整個線路造成影響，進而對線路內(nèi)電力設施、電氣設備以及電路整體起到有效的保護作用。為了保障電力線路與設備的安全，繼電保護裝置的速動性要求如下：

對于電壓較高的輸電輸電線路要在第一時間予以切斷；確保電路中大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機等設備內(nèi)部故障發(fā)生情況下，繼電保護裝置運行迅速有效；由于10kV線路中電纜線截面較小，故障中易出現(xiàn)電路過熱現(xiàn)象，因此繼電設備不能使用延時保護措施；對社會公共安全和鐵路交通設施危害較大的線路故障，繼電保護裝置的反應時間應等于保護裝置和斷路器動作時間之和。具體的反應時間規(guī)定如下：快速保護動作時間平常為6～12%秒，峰值時間為1～4%秒；斷路器反應時間平常為6～25%秒，峰值時間為2～6%秒。endprint

繼電保護裝置的靈敏性。繼電保護裝置的靈敏性是指電力系統(tǒng)中的電流和電壓出現(xiàn)故障后，對故障進行合理的分析和采取有效的保護措施的反應能力。在電力系統(tǒng)實際的運行過程中，繼電保護裝置對故障所進行的判斷主要包括：故障發(fā)生的具體線路位置以及應該進行保護的電路范圍、所發(fā)生故障的類型、對故障應采取的保護措施等。對線路故障進行科學合理的判斷后，繼電保護裝置即可采取有效的保護措施，將故障線路予以切斷，進而將其與運行正常的線路進行有效的隔離，將故障限制在合理的范圍內(nèi)，避免故障線路對整個電力系統(tǒng)造成更大的影響。繼電保護裝置發(fā)現(xiàn)故障的靈敏性，主要是由設備的靈敏度系數(shù)決定，設備的靈敏度系數(shù)越高，繼電保護裝置對故障采取有效處理措施的時間就越短。一般靈敏度系數(shù)越高的繼電保護裝置，其對輕微故障的反應與應對能力越強，但技術與制作成本也越高。因此在繼電保護系統(tǒng)配置中，技術人員應根據(jù)電路保護實際需求，合理選擇繼電保護敏感性。

繼電保護裝置的可靠性。繼電保護裝置的可靠性是其對電路采取保護措施的基礎，只有繼電保護裝置具有較高的可靠性才能為整個電力系統(tǒng)提供可靠的保護，繼電保護裝置的可靠性要求主要有以下三個方面。

電力系統(tǒng)正常運行情況下的可靠性。在整個電力系統(tǒng)和設備運行正常的情況下，繼電保護裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：繼電保護系統(tǒng)中的監(jiān)控裝置能夠?qū)﹄娐放c設備的運行狀況進行有效的監(jiān)控；繼電保護裝置所提供的運行數(shù)據(jù)精確、詳細并且具有連續(xù)性的特征。

電力系統(tǒng)故障情況下可靠性。繼電保護裝置只有在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，才能發(fā)揮出對電路的保護作用，也是檢驗其可靠性的主要環(huán)節(jié)。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，繼電保護裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：對于電路中出現(xiàn)的故障，繼電保護裝置能夠自動、快速的做出有針對性的處理措施；所采取的處理措施能夠有效的避免故障線路對整個電力系統(tǒng)造成不良影響；確保電力系統(tǒng)中的非故障線路，能夠繼續(xù)穩(wěn)定的運行。

電力系統(tǒng)運行異常情況下下可靠性。當電力系統(tǒng)處于未發(fā)生故障的異常狀態(tài)下，繼電保護裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：能夠?qū)€路的異常狀況進行正確的判斷；對異常狀況能夠進行系統(tǒng)全面的記錄，并及時將出現(xiàn)異常狀況的線路部分進行預警報警。

10kV繼電保護裝置的運行維護

電流速斷保護。在10kv電力系統(tǒng)的運行過程中，一旦線路中出現(xiàn)短路故障，就會對整個線路的安全運行造成不小的影響，甚至會造成電網(wǎng)燒毀的嚴重后果。通過設置電流速斷保護裝置能夠在短路故障發(fā)生時，將電路進行有效的切斷，進而降低短路故障所造成的損失，從而確保電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。電流速斷保護根據(jù)其響應時間的不同可以分為瞬時電流速斷保護和略帶時限的電流速斷保護兩種類型，前者的動作電流要大于保護范圍外部短路時的最大短路電流，這就能夠?qū)⑺贁喾秶行У南拗圃诒槐Ｗo線路的內(nèi)部，進而減少因切斷電路所造成的影響范圍，確保電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。但是該方式在整定值的選擇上有著很大的局限性，在實際的應用過程中不宜單獨使用，要與其他保護方式進行協(xié)同保護。

定時限過流保護。定時限過流保護即要求繼電保護裝置能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成對電路的固定保護。其具體的反應時間是由時間繼電器進行有效的控制，能夠在一定的時間范圍內(nèi)進行合理的調(diào)整。因此，對于沒有采取接地措施的電力系統(tǒng)，其采用的方式主要是盡量使得被保護的線路躲避電流負荷，只有在線路中的電流超出規(guī)定的范圍內(nèi)才會采取保護措施。在使用定時限過流保護時，要充分關注到以下兩點：當線路中的電流大小在安全合理的范圍內(nèi)，即電力系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)，此時繼電保護裝置不會采取任何保護措施；電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，線路中的電流大小就會超過規(guī)定的范圍，繼電保護裝置就會采取定時限過流保護措施，進而將故障限制在合理的范圍內(nèi)。

反時限過流保護。反時限過流保護是指，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護裝置就會根據(jù)線路中的電流大小采取相應的保護措施。發(fā)生故障的線路中電流越大，繼電保護裝置進行保護動作所需的時間就越短，反之，進行保護動作的時間就越長。反時限過流保護主要是由感應型繼電器組成，其內(nèi)部含有啟動原件和和時間原件以及容量非常大的觸點，能夠有效的跳過中間繼電器而直接進行跳閘保護。此外，反時限過流保護裝置還設有機械掉牌信號裝置，在實際的連接中能夠?qū)崿F(xiàn)簡便快捷的保護接線。同時，在使用時還要注意，繼電器在其常閉觸點斷開時一般為先失電返回，這就使得其觸點不能夠閉合，所以跳閘線圈就不能正常地通電跳閘。

兩段式和三段式過流保護。瞬時電流速斷保護所能保護的線路范圍非常有限，一旦出現(xiàn)較大范圍的故障則該保護措施就無法提供有效的保護，因此，在實際的工作中，瞬時電流速斷保護只能作為一種輔助性的保護。為了給電力系統(tǒng)提供更加系統(tǒng)全面的保護，可以將瞬時電流速斷保護和定時限過流保護進行合理的組合，進而形成兩段式的電流保護形式。兩段式的電流保護形式兼具兩種保護方式的優(yōu)點，因而能夠為電力系統(tǒng)提供更加全面的保護。此外，為了進一步提高電力系統(tǒng)運行過程中的穩(wěn)定性，在實際的保護過程中還會采用三段式的電流保護，即瞬時電流速斷+略帶時限的電流速斷+定時限過流保護的組合形式，這種保護方式可以在相鄰的線路保護拒動時啟動后備保護，從而使得供電線路的運行更加安全。

總而言之，確保電力系統(tǒng)能夠進行平穩(wěn)安全的運行對于人們的生活和工作具有十分重要的現(xiàn)實意義。但是電力系統(tǒng)越來越龐大、越來越復雜，導致其故障的發(fā)生概率高居不下，為了提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，要在電力系統(tǒng)中合理的設置繼電保護裝置，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置能夠及時采取有效的保護措施，將故障電路與非故障電路進行有效的隔離，從而降低故障線路對整個電力系統(tǒng)所造成的影響，確保電力系統(tǒng)能夠進行平穩(wěn)安全的運行，為人們的生活和工作提供充足的能源。

（作者單位：中國鋁業(yè)河南分公司）endprint