繼電保護在電力調控中的應用

國網江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 胡 月

繼電保護是指通過在電力系統內，設置繼電保護裝置來保護線路的穩定運行，在這一過程中，如果出現異常和故障情況系統會發出警報，并進行操作，實現電網保護的方式，從而保護線路以及相關的設備避免遭受破壞，在電力調控中發揮了重要作用。目前，必須重視先進技術的應用，尤其重視對繼電保護裝置的研究，來保護電力事業的可持續穩定發展。

1 繼電保護

1.1 繼電保護的原理

電力系統是電力生產環節組成的整體，其中輸電網和配電網統稱為電網，完成一次能源轉換并且形成輸送和分配到用戶的系統稱為一次系統，而對電力進行保護、控制、監視等輔助系統是二次系統。在電力系統中，如果電力元件存在故障，向值班人員發出警告信號，或是向所控制的斷路器發出跳閘的指令，終止這些事件發生，實現自動化措施的成套硬件設備可以保護電力元件，因此被稱為繼電保護裝置。在系統中，繼電保護系統的作用在于斷開故障元件，最大限度減少對元件造成的破壞，同時反應電力元件不正常工作狀態，方便調整和監視，另外可支持系統的安全和穩定運行，尤其是能夠保護電網的穩定性。

表1 500kV與220kV線路運行參數

1.2 電力調度中繼電保護裝置的模式

一般情況下，電力調度中的繼電保護裝置模式主要有以下三種：首先是正常模式，在電網正常工作狀態下，繼電保護裝置在電力中檢測電網的正常運行狀態，同時進行變電站的實時檢測管理，進行變電站電力設備的檢測、維修管理；針對繼電保護裝置相連的一次配套設備情況調查，對定值區域內的信號進行數據采集與保護。另外，對于發生故障的設備，一旦設備接收到異常數據信息，則及時進行自檢同時發出警報。

其次，故障發生后，繼電保護模式為故障發生模式，在這一狀態下，繼電保護裝置檢測到系統故障后會進行自動操作，對異常數據進行處理之后及時發布警報信息，同時對示數異常的情況進行數據的采集和上傳，觀察其他設備的運行是否存在異常情況，同時對其進行規范操作[1]。

最后，繼電保護裝置處于靜態保護模式，在這一階段，繼電保護裝置發揮本身的作用，除了需要對責任人電網維修養護檔案信息進行分析、整合以外，還需要對電網繼電保護裝置，以及相關的保護裝置和設計圖紙來進行操作，采取合理應急故障處理手段來處理。

2 繼電保護常見問題

2.1 設備問題

圖1 電力系統運行狀態示意圖

電力系統中對繼電保護起到關鍵作用是設備，如電壓互感器與電流互感器，這一類裝置能將高電壓和大電流轉換成為繼電保護裝置可以接收的低電壓和小電流，從而起到維護繼電裝置安全穩定的運行的作用，這一類設備在整個電力系統中均處于高負荷運行的狀態，一旦出現故障就會引起繼電保護裝置的誤動和拒動現象，從而發生二次保護電流，此時如果不能及時采取保護措施，則會燒毀互感器繼而嚴重影響繼電保護裝置的作用。

2.2 靈敏性

繼電保護裝置對設備器件的靈敏度要求較高，因此在設備的保護、控制和優化過程中需要重點考慮繼電保護的靈敏度。靈敏度是指在多種因素下產生的效果，如系統運行模式和保護總體值之間的配合，設備的質量以及繼電保護所具備的合理性。

2.3 信息延遲

目前，一些電網系統都實現了電力調度與實時監控，依托先進的網絡信息技術支持以及先進的算法，實現操作運行，如數據采集和傳輸等。網絡信息對繼電保護設備和裝備影響其實是其中一個難點，信息采集和傳輸過程中如果信息系統存在問題，系統則難以實現自動化保護，也無法完全排除自動化，容易發生保護系統失靈問題。如果數據傳輸中斷，管理層則無法獲得信息實現全面的監控，繼而不能保護供電質量[2]。

3 電力調控中的繼電保護的維護措施

3.1 重視設備維護與整定值的校核

繼電保護設施與裝置等直接影響到繼電保護功能。所以，在維護與管理工作中需要重視對設備的管理，同時針對繼電保護裝置要做好缺陷和隱患的排查，尤其是針對缺陷做好處理，力求在短時間內消除裝備的缺陷，保證電力系統的穩定運行。另外，繼電保護在電網運行中是重要的保護者，計算質量直接關系到系統的穩定與安全，如果調度員計算方式有變化，則要及時校核，確保計算靈敏度計算和系統相符合。調度系統可以快速排除故障，積極采取相應措施來保證繼電保護裝置整定值的正確性，避免因為整定值的錯誤導致保護裝置誤動。

3.2 重視使用智能化技術

變電站實現無人值守，需要進行設備智能化改造和升級，主要是通過繼電保護裝置、檢測系統等各個環節智能化整合以后形成的綜合系統。繼電保護設備不僅僅起到采集故障信息的作用，也可以直接通過互聯網和信息終端生成故障信號，與控制中心連接。所以，變電站可充分使用智能化信息技術，按照IEC61850標準實現對電站內設備和裝置的信息交換，實現變電站的萬物互聯，根據變電站實際情況智能管理和維護電站。

3.3 使用自適應控制技術

繼電保護功能是智慧變電站內容的一部分，在電力調控中，要求變壓器和電力系統在發生故障時對線路與裝置進行功能調整，將自適應技術推廣在繼電保護中讓其發揮作用。這種自動調整保護功能符合電力系統對繼電保護的要求。

4 電力調度中繼電保護運用

4.1 在電流保護中的運用

設計目的：運用定時限過電流保護原理設計線路。

案例一：某學院校區擴建，項目工程需安裝2000kVA用電容量，設置兩臺1000kVA變壓器并列運行，從變電站接入10kV 941線T接10kV電源，同時安裝隔離刀閘。T接后架設10kV架空線路160m，其導線型號為JKYJ-150。為滿足項目需求，新設立12m電桿，電桿上安裝智能開關、計量裝置以及其他的高壓設備，敷設電纜型號為YJV22-8.7/15KV3×120，電纜連接到變壓器前分接箱。為保護系統的安全性，因此要給電纜線線路設備設置定時限電流保護裝置，從而保護整個線路運行與供電的安全。

在本次工程中，首先使用兩級時限來保護電纜線路，工作原理是繼電保護的時限不變，與故障電流的大小無關，定時限保護的時限是由時間繼電器來確定，電纜短路發熱作為時限整定根據。本次項目中使用的保護元件是電磁型繼電保護、時間繼電器、中間繼電器與信號繼電器組成。在整個電力運行中。電磁電流繼電器是反映電流變化的元件，是接受線路互感器的二次電流，因此保護原理和繼電器原理相同。

選定基準容量100VA、基準電壓10kV計算出基準電流。同時，與當地公司聯系得到系統電源電抗的最大的運行方式和系統最小運行方式、計算最大運行方式的三相電流、最小運行方式下的兩相短路電流。經過計算，該學院內2000kVA容量10kV線路允許的最大故障為99.488A，其他計算作為線路設計的輔助參考。根據電流，選擇10kV側電流互感器變比為100/5，如果互感器二次電流為5A，此時經過繼電器的電流為最大，觸發電流繼電器K1、K2工作從而保護線路。在設計上使用電流互感器的接線方式為互感器接線系數，在安裝設備時需要注意各個繼電器線圈接線端子，以及觸點的接線端子應該明確不要混淆，同時注意繼電器觸點端子是串接哪一個繼電器的線圈。

接線時要分步驟進行，按照先串聯后并聯的方式。定時限過電流保護動作的原則是：作為后備保護整定，線路可靠系數為1.1～1.2；其靈敏度不能低于1.25～1.5，在具體運行中后一級保護電路在跳閘后前一級的保護動作不會緊跟著跳閘，因為線路電路恢復正常，并且前一級的保護動作有時限差。當短路電流達到前一級動作整定值并且存續一個實際差后，后一級的保護開啟。后續使用過程中，學院擴建操場，挖掘機開挖地基的時候挖傷電纜導致線路短路，引起開關跳閘，這時保護裝置就起到了保護作用，創傷并沒有擴散，而是經過中間接頭處理后恢復正常供電。

4.2 電力調度運行工作中的電壓保護

案例二：電力設備過電壓和防雷保護。

某電網建成后前后經歷五次雷電波入侵變電站，雖然沒有引起事故，但是對電網運行造成了較大影響，組織技術人員進行現場檢查，發現變電站內35kV開關柜設備發生不同程度閃絡情況，其中最嚴重一次是夏季，開關柜內SF6開關外絕緣表現產生嚴重的電弧損傷，在開關外絕緣三相斷口間以及A與C部分有短路的情況，內部的進線銅排和絕緣板位置存在多處放電。經過技術人員分析，發現故障發生都是在變電所進線斷口位置，變電所防雷設計完全符合規范與章程，并且進線側也安裝了避雷裝置。

圖2 內部過電壓

事故發生原因是雷電過電壓、人為外力破壞、污閃、保護誤動等導致線路斷路器跳閘，重合閘前斷路器處于短時分閘的狀態，分閘之后重合不成功而不能立即恢復供電，業績沒有做好安全措施，在此期間內斷路器處于分閘狀態。雷電波是從線路口近側入侵的，由于反擊和繞擊所引起的線路斷口而產生累積的可能性不大，而是在雷擊發生距離變電站較近的桿塔附近，變電站內線路斷口泄放。

因此，采取的過電壓保護措施為：按照常規方式，針對變電站雷電入侵波地保護，一般依靠三道防線，一是在變電站內設置避雷針來屏蔽電波從大氣空間入侵的情況。二是在進線開關路側安裝避雷針，從而限制從線路上入侵雷電波的幅值；在斷路器、隔離開關、主變附近的母線上安裝避雷針，限制從線路上入侵的雷電波。三是針對本項目的35kV變電站進線段，可設置1～2km的避雷線減少雷電入侵的可能，盡量降低桿塔的接地電阻讓進線保護具備極高的水平。變電站開關斷口位置，盡量選擇無間隙避雷器、三相組合式避雷器來解決電波入侵的情況，在安裝的時候可以安裝在變電站內龍門架與出線的桿塔上。

4.3 電力調度中的誤碰事故

案例三：短路機組跳閘。

某水電廠檢修人員在保護改造工作中，由于沒有做好安全防護措施造成誤跳閘事故，同時值班人員發現跳閘情況，快速將機組負荷從260MW降低到0，調整其他負荷，檢查故障機組保護柜沒有發揮出任何保護信號，而發生事故的時候，檢修人員進行保護室內的保護改造工作，經過檢查沒有發現任何異常，初步確定是檢修人員作業造成的短路情況。10min后重新將機組并網，隨后機組負荷恢復正常。

出現該情況原因是內部管理混亂，在進行管理之前沒有制定嚴格的方案，加上工作班組對改造方案不熟悉所導致，安全意識不強，沒有按照規定來進行測量和爆炸，導致線頭誤短接出現跳閘事故。解決措施是強調工作人員的綜合素質，施工作業必須要對照圖紙資料有序完成。

綜上，電力調控是當前電網系統為人們輸送電的重要手段，需要結合電力系統實際情況合理進行維護管理，提高電力調控質量。