葉益昌 王星尹 宋遙

摘要：配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到人們的生產(chǎn)和生活質(zhì)量，但是對比輸電線路，10kV配電系統(tǒng)故障率相對較高，而利用繼電保護(hù)方式有利于及時(shí)隔離、終止故障，提高繼電保護(hù)調(diào)試運(yùn)行水平，有利于保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。本文結(jié)合10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)中的常見問題，提出針對性的處理措施，對于實(shí)際工作起到參考作用，在10kV配電系統(tǒng)中充分發(fā)揮出繼電保護(hù)的作用，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)繼電保護(hù)電路

中圖分類號：TM73

Analysis?of?Common?Problems?and?Measures?of?Relay?Protection?in?10kV?Distribution?Systems

YE?Yichang???WANG?Xingyin???SONG?Yao

（Central?&?South?China?Municipal?Engineering?Design?and?Research?Institute?Co.，?Ltd.，Wuhan，Hubei?Province，430010?China）

Abstract：?The?operation?status?of?distribution?systems?directly?affects?people's?production?and?quality?of?life.?However，?compared?to?transmission?lines，?the?fault?rate?of?10kV?distribution?systems?is?relatively?high，?and?the?use?of?relay?protection?methods?is?conducive?to?isolating?and?stopping?faults?in?time，?improving?the?debugging?and?operation?level?of?relay?protection，?and?ensuring?the?safety?and?stability?of?the?operation?of?power?grids.?This?article?proposes?targeted?solutions?to?deal?with?common?problems?in?relay?protection?in?10kV?distribution?systems，?which?plays?a?reference?role?in?practical?work.?It?is?necessary?to?give?full?play?to?the?role?of?relay?protection?in?10kV?distribution?systems?to?achieve?the?overall?stability?of?system?operation.

Key?Words：?10kV?distribution?system;?Relay?protection;?Relay?protection（重復(fù)前2）;?Circuit

10?kV配電網(wǎng)由于其裝置種類繁多、操作模式多樣、與人民群眾的日常生活息息相關(guān)，因此其失效風(fēng)險(xiǎn)大大超過了傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)失效率。其中，10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置可以更好地防止各種故障，通過主動(dòng)做好10kV配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)操作，就可以確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。下文就10?kV配電網(wǎng)的繼電保護(hù)在現(xiàn)場調(diào)試工作中常見的問題進(jìn)行了討論，并就如何應(yīng)對這些問題進(jìn)行了探索性的探索，以期對國家電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

1?概述10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用

在電力系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)化元件，可以發(fā)揮出繼電保護(hù)作用。如果電網(wǎng)工程運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障，繼電保護(hù)設(shè)備可以自動(dòng)隔離相關(guān)故障，從而保護(hù)系統(tǒng)，避免被破壞。利用繼電保護(hù)設(shè)備可以有效測量和監(jiān)視以及控制整個(gè)10kV配電系統(tǒng)【1】。在10kV配電系統(tǒng)中安裝繼電保護(hù)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測相關(guān)元件運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)電路異常之后，可以及時(shí)反映出來，降低電氣事故發(fā)生率，保障配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

2?10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置情況

2.1?線路保護(hù)

單邊供電線路上可以設(shè)置二次過流保護(hù)，第一段是無時(shí)間限制的電流速斷保護(hù)；第二段是帶有時(shí)間限制的過流保護(hù)，它可以是時(shí)間限制，也可以是逆時(shí)間限制。雙路供電的供電線路，可以配有有向和不帶方向兩種類型的電流速斷保護(hù)和過電路保護(hù)。在線路中安裝了零序電流互感器，在電纜線路中引出架空線路，如果在單相接地電流能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)的選擇性和靈敏性，必須在其上加裝一種與信號相應(yīng)的單相接地保護(hù)【2】。如果無法裝設(shè)零序電流變壓器，而又可以避開電流環(huán)內(nèi)的不對稱電流（如大的單相電流、或者感應(yīng)地電流的暫態(tài)），則可以在由三相電流變壓器組成的零序回路內(nèi)連接保護(hù)裝置。

2.2變壓器保護(hù)

6～10?kV高壓端的變壓器，一般都裝有時(shí)間限制的過流保護(hù)裝置；當(dāng)過流保護(hù)時(shí)間在0.5-0.7s以上時(shí)，需要安裝電力速斷保護(hù)。對于400kVA及以上的油浸變壓器，以及400kVA及以上的廠房用油浸變壓器，必須安裝氣體防護(hù)裝置。對于400?kVA及更高容量的多個(gè)變壓器，在多個(gè)設(shè)備并聯(lián)或單機(jī)同時(shí)工作時(shí)，要考慮到超載的條件，設(shè)置過載保護(hù)。當(dāng)發(fā)生較小的事故（俗稱“輕瓦斯”）時(shí)，將會(huì)動(dòng)作于信號，而其他的保護(hù)，如瓦斯保護(hù)保護(hù)，則在發(fā)生重大事故（俗稱為“重瓦斯”）時(shí)，通常會(huì)動(dòng)作于跳閘。

2.3母聯(lián)備投保護(hù)

采用母線備用自投法實(shí)現(xiàn)了雙電源之間互投的快速、自動(dòng)化。在兩個(gè)進(jìn)線配電箱的供電時(shí)，若不投出母線，則在斷電時(shí)將一條進(jìn)線斷開，并可讓這條母線自行投入，由一條電源來完成整個(gè)系統(tǒng)的全部裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。備用自投器的工作過程為：將備用自投器置于兩個(gè)進(jìn)線柜中，在偵測到本地供電不足時(shí)，備用自投裝置就會(huì)開始跳本側(cè)開關(guān)，在確定本地開關(guān)已脫離之后，再對兩邊的進(jìn)線端的電壓同時(shí)進(jìn)行測量，只要其中一端的電壓超過70V，然后關(guān)閉這個(gè)母線開關(guān)。備自投保護(hù)操作只有在充電結(jié)束以后才能實(shí)現(xiàn)，在該情況下，如果所說的母聯(lián)開關(guān)在工作位置或分閘位置時(shí)，兩邊的至少一方的供電電壓超過70?V，進(jìn)線開關(guān)被激勵(lì)，進(jìn)線開關(guān)被接通。

• Pt切換保護(hù)

針對雙母線系統(tǒng)的電氣元件，在兩組分母分列運(yùn)行階段，為了在電壓上對應(yīng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，避免自動(dòng)裝置發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)的問題，根據(jù)主接線一次運(yùn)行方式同步切換保護(hù)及自動(dòng)裝置的二次電壓回路【3】。并聯(lián)隔離開關(guān)兩個(gè)輔助觸點(diǎn)，啟動(dòng)中間繼電器，利用觸點(diǎn)自動(dòng)化切換電壓回路。

3?概述10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的常見問題

3.1?勵(lì)磁涌流的影響

10kV配電網(wǎng)以電流速斷保護(hù)為主要的保護(hù)措施，也就是要根據(jù)最大工作模式設(shè)置所需的電流值。當(dāng)靈敏度在1.2以上，將會(huì)顯著降低動(dòng)作動(dòng)作電流數(shù)值，針對長距離的線路，其中需要安裝多個(gè)變壓器，這樣提高整體系統(tǒng)的電阻，同時(shí)減少動(dòng)作電流值，這時(shí)將會(huì)關(guān)閉10KV變電站的開關(guān)，在變壓器中投放勵(lì)磁涌流，或者排除外部故障之后，再次恢復(fù)電壓之后將會(huì)快速的增加勵(lì)磁電流值，這時(shí)變壓器勵(lì)磁發(fā)行量大于變壓器額定電流。

將外部故障切除之后，或者在空載運(yùn)行狀態(tài)中，變壓器將會(huì)重新獲得勵(lì)磁，這時(shí)不會(huì)突然改變變壓器鐵芯的磁通，而是會(huì)形成成分磁通，并且具備周期性特征，鐵芯這時(shí)呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)，同時(shí)會(huì)逐漸降低變壓器的電容量，而且勵(lì)磁涌流和變壓器電容之間屬于反比的關(guān)系。在勵(lì)磁涌流中，周期成分的占比比較大【4】。

通常是在10KV線路中裝配配電變壓器，開關(guān)被關(guān)閉之后將會(huì)顯著增加愛勵(lì)磁涌流的數(shù)量，而且并不是固定不改變的，可以在線路上相互重疊勵(lì)磁涌流，這一過程表復(fù)雜，即使出現(xiàn)較小的電阻，也會(huì)顯著增加涌流，而且不會(huì)改變時(shí)間。在這一背景下，不會(huì)明顯影響到變壓器的數(shù)量和容量等，因此相關(guān)工作人員通常不會(huì)關(guān)注這種情況，增大變壓器數(shù)量和容量之后，將會(huì)凸顯出這種情況。

3.2?電流互感器過于飽和

隨著系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，系統(tǒng)的電流也會(huì)越來越大，很有可能會(huì)出現(xiàn)短路。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，會(huì)形成超出其容量幾十乃至上百倍的大型線路。在穩(wěn)定狀態(tài)下，由于主回路中的一次側(cè)短路電流增大，導(dǎo)致測試值出現(xiàn)誤差。由于被測量的變壓器處于飽和狀態(tài)，在次級端出現(xiàn)故障的概率非常小，甚至接近于零，從而造成了拒動(dòng)。若在變電所中出現(xiàn)了故障，需要通過母線上的斷路器或主變的后備保護(hù)來進(jìn)行切除，但這樣做會(huì)導(dǎo)致事故持續(xù)的時(shí)間更長，失效范圍也會(huì)增大。在配電網(wǎng)的工作中，若發(fā)生短路故障，就會(huì)引起進(jìn)線保護(hù)動(dòng)作，從而使整個(gè)配電網(wǎng)停電。

3.3開關(guān)保護(hù)設(shè)備選擇不合適

將開關(guān)站安裝于負(fù)載區(qū)域中，負(fù)責(zé)供應(yīng)內(nèi)部變壓器和配電系統(tǒng)的電能。未實(shí)施自動(dòng)切換的變電站普遍使用負(fù)載式斷路器與負(fù)載式斷路器+熔斷器相結(jié)合的裝置【5】。如果在正常的情形下，則需要在交換機(jī)的進(jìn)出線箱中使用負(fù)載開關(guān)，一方面可以發(fā)揮出分合操作作用，另一方面可以對負(fù)荷電流起到切斷作用，無需采取具體的保護(hù)對策；如果在變壓器出現(xiàn)箱中全部選用熔斷器和負(fù)載開關(guān)，則當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，將出現(xiàn)跨區(qū)跳閘現(xiàn)象，使停電范圍增大。

3.4繼電保護(hù)定值配合不合理

變電系統(tǒng)通常是利用微機(jī)保護(hù)方式，它的速斷時(shí)間為0s，過流為0.5s，它的速斷保護(hù)輸出時(shí)間通常是40ms。在速斷裝置中，由于沒有考慮到時(shí)間協(xié)調(diào)的概念，所以對變電站內(nèi)的線路和變電站的速斷動(dòng)作，其動(dòng)作間隔為0s，相差0.05s。在配電網(wǎng)中負(fù)載電流很大而阻抗又很低的情況下，如果出現(xiàn)了線路內(nèi)的故障，而沒有得到有效的保護(hù)，則會(huì)發(fā)生越級跳閘的情況。通常的配電網(wǎng)中使用的是傳統(tǒng)的繼電保護(hù)，這種方法因配置不當(dāng)和各種設(shè)備的誤差而造成的。在配電網(wǎng)中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，其快速切斷保護(hù)很容易在下一級動(dòng)作中做出反應(yīng)。

4?10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)常見問題的應(yīng)對措施

4.1控制涌流過大

首先，隨著時(shí)間的增減，勵(lì)磁涌流大小也會(huì)隨之衰減，初始階段的涌流峰值較高，部分低壓變壓器在7～10次頻率周波后，其減弱程度可被忽視。其次，可以根據(jù)涌流的特性，適當(dāng)?shù)难娱L電流速斷保護(hù)時(shí)間，從而可以有效地避免因勵(lì)磁涌流引起的某些錯(cuò)誤動(dòng)作。利用這種方式無需改造任何裝置，同時(shí)可以提供安全保障。雖然這樣做會(huì)延長故障時(shí)間，但卻可以保證10kV繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了防止勵(lì)磁涌流，也需要延時(shí)處理保護(hù)裝置匯總加速回路，通常10kV繼電系統(tǒng)中都采用了不限時(shí)間的快速切斷保護(hù)，并在回路中增加0.1～0.5s的時(shí)間間隔。

4.2避免電流互感器飽和

為了提高繼電保護(hù)裝置的安全性，為了避免變壓器的飽和，必須從如下幾個(gè)方面著手：第一，要克服變壓器在短路時(shí)產(chǎn)生的飽和；第二是要盡可能地減少變壓器的阻抗負(fù)載，盡可能地增強(qiáng)其強(qiáng)度，減少電纜的電纜長度，增加電纜的橫斷面；第三是要遵守變壓器的原理。對于高電壓電機(jī)，要按照其輸出的電流乘以一定的數(shù)值，若超過一定的數(shù)值，則判斷為故障電流，要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施【6】。

4.3改進(jìn)配電所保護(hù)設(shè)備

當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)上部出現(xiàn)故障時(shí)，可以對變電站10?KV線路進(jìn)行動(dòng)作保護(hù)。對于1250?kV以下的配變，為實(shí)現(xiàn)對變電站中每臺(tái)變的進(jìn)線盒的選用，必須與熔絲配套用電裝置進(jìn)行配套，以實(shí)現(xiàn)對變電站的安全防護(hù)。配電所進(jìn)線保護(hù)的電源來自于出線箱內(nèi)，并且大多為特殊線路，所以當(dāng)電源出口發(fā)生故障時(shí)，由交換機(jī)出口箱起到了防護(hù)作用。

4.4定期巡視和檢修繼電保護(hù)設(shè)備

繼電保護(hù)系統(tǒng)，從保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、制造公司的工藝制造、以及后期的售后服務(wù)等各個(gè)方面都有了良好的發(fā)展，因此，該危機(jī)防護(hù)裝置的工作能力是非常穩(wěn)定的，當(dāng)一個(gè)繼電保護(hù)裝置的線路不穩(wěn)定的時(shí)候，也是因?yàn)橥獠恳蛩匾l(fā)的。因此需要定期巡視繼電保護(hù)裝置，一旦發(fā)現(xiàn)異常工況、頻繁報(bào)警的現(xiàn)象，要立即找出問題并進(jìn)行維修，而不是等出了問題再進(jìn)行檢查。另外，因電氣元件的老化，其工作年限通常只有10～12年，因此，對繼電保護(hù)裝置應(yīng)加大投資，持續(xù)進(jìn)行設(shè)備升級。特別是電源、LCD等易出現(xiàn)故障，最好配合維修，定時(shí)更換。

4.5對繼電保護(hù)工作人員的要求

為了保障繼電保護(hù)作用，相關(guān)工作人員需要深入分析繼電保護(hù)工作原理，同時(shí)需要把握相關(guān)規(guī)定。在日常工作中精準(zhǔn)性的操作相關(guān)設(shè)備，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作等問題。每位員工都必須熟知當(dāng)裝置改變后可能產(chǎn)生的一種現(xiàn)象和相應(yīng)的應(yīng)對方法，掌握定值區(qū)、重合閘、備用電源自投的工作狀態(tài)，具體掌握定值區(qū)的轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)確地掌握重合閘的充電和放電狀態(tài)，準(zhǔn)確地判定備用電源已經(jīng)就緒。在值班時(shí)，操作人員的工作重點(diǎn)檢查壓板和保護(hù)告警等信息，同時(shí)需要做好交底工作，保證每一位工作人員對工作的每一步都要心中有數(shù)，防止工作中出錯(cuò)。在值班期間，要確認(rèn)繼電保護(hù)設(shè)備是否完好，保證其工作正常[7]。

5結(jié)語

在電力系統(tǒng)中，10kV配電系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，10kV配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性關(guān)系到人們用電的安全性。因此需要重視10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的常見問題，采取針對性的處理措施，保障繼電保護(hù)運(yùn)行的良好性，提高10kV配電系統(tǒng)可控性。

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