110kV變電站的自動(dòng)化繼電保護(hù)策略探析

摘 要：隨著電力行業(yè)技術(shù)的不斷應(yīng)用及更新，110kV變電站自動(dòng)化繼電保護(hù)也將隨之不斷進(jìn)步及發(fā)展。本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了變壓器及保護(hù)系統(tǒng)，并考慮了用戶在具體的供電可靠性。比如當(dāng)故障發(fā)生在低壓線路出口，如果其真空斷路器，在具體分?jǐn)嗌蠜]有成功，或沒有發(fā)揮相應(yīng)保護(hù)作用本文采用了將變壓器低壓側(cè)斷路器速跳開，以此達(dá)到排除故障的目的，并未等待第二、三段保護(hù)。

關(guān)鍵詞：變電站；自動(dòng)化；110kV；繼電保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.160

所謂繼電保護(hù)裝置就是對(duì)所發(fā)生的故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行切除，并能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)化報(bào)警的一種裝置形式。本文通過對(duì)110kV變電站繼電保護(hù)的任務(wù)形式進(jìn)行分析，并他通過實(shí)際案例就110kV變電站所存在問題及相應(yīng)繼電保護(hù)策略進(jìn)行探討。

1 繼電保護(hù)的任務(wù)分析

如果受保護(hù)電力系統(tǒng)相關(guān)元件出現(xiàn)故障狀況，應(yīng)由故障元件對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，及時(shí)、準(zhǔn)確地將跳閘命令，發(fā)送給故障元件相近斷路器，保證故障元件能夠及時(shí)、快速的從電力系統(tǒng)當(dāng)中予以斷開，促使電力系統(tǒng)元件自身損壞最大限度降低的目的，并就電力系統(tǒng)在安全供電方面所受到的影響盡量降低，并對(duì)電力系統(tǒng)的在某些特定條件下的基本要求予以滿足。針對(duì)繼電保護(hù)來講，其還能夠根據(jù)電氣設(shè)備相應(yīng)非正常運(yùn)行狀態(tài)做出及時(shí)反應(yīng)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件和不正常工作所存在不同，將預(yù)警信號(hào)及時(shí)發(fā)出，方便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)診斷及排除，針對(duì)那些雖然沒有發(fā)出預(yù)警信號(hào)，但是如若繼續(xù)運(yùn)行，則可能出現(xiàn)危及電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備，經(jīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)更換或切除，如果那些繼電保護(hù)裝置反應(yīng)不正常，則可對(duì)其實(shí)施相應(yīng)延時(shí)設(shè)計(jì)操作。

2 110Kv變電站自動(dòng)化繼電保護(hù)中所存在的問題

2.1 變壓器后備保護(hù)當(dāng)中所存在的問題

針對(duì)變壓器燒毀的情況，主要有以下三種狀況，首先，許多變壓器針對(duì)瞬間沖擊電流，其在具體耐受能力方面出現(xiàn)不強(qiáng)的狀況，對(duì)于長時(shí)間大電流不能承受。如若存在變壓器低壓側(cè)近區(qū)發(fā)生相應(yīng)短路狀況，且大電流對(duì)變壓器造成一定沖擊，并對(duì)變壓器的穩(wěn)定性造成破壞，則會(huì)最終造成變壓器燒毀的狀況；如果出現(xiàn)變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路且時(shí)間較長，則會(huì)由于變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，最終造成被燒毀的狀況。其次，針對(duì)變壓器低壓側(cè)來講，其缺乏相應(yīng)無雙重保護(hù)措施，對(duì)于真空斷路器，其在失靈狀況下也缺乏相應(yīng)保護(hù)措施。變壓器10kV側(cè)母線，其主要依據(jù)主變10kV側(cè)過流，在具體保護(hù)上所存在的延時(shí)，以此實(shí)現(xiàn)故障排除。針對(duì)變壓器10kV側(cè)過流保護(hù)來講，如果其構(gòu)件真空斷路器出現(xiàn)失靈或拒動(dòng)現(xiàn)象，高壓側(cè)過流對(duì)于低壓側(cè)，前者在故障靈敏度方面不夠，同時(shí)，如果真空斷路器在分段方面不能將其作用給予發(fā)揮，就難以排除低壓側(cè)故障。最后，如果故障出現(xiàn)在10kV出線間隔，如果配電設(shè)備質(zhì)量不高，或者配電裝置內(nèi)部電器間隔距離不夠不達(dá)標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致母線故障的產(chǎn)生。

2.2 低壓側(cè)近區(qū)故障

如果短路現(xiàn)象發(fā)生于變壓器出線近區(qū)，并且不能及時(shí)、有效的排除故障，或10kV側(cè)母線發(fā)生短路，都會(huì)對(duì)變壓器造成嚴(yán)重威脅，最終導(dǎo)致嚴(yán)重性的設(shè)備事故。

3 110kV變電站自動(dòng)化繼電保護(hù)策略

3.1 變壓器后備保護(hù)的具體措施

針對(duì)變壓器燒毀的誘使因素，排除低壓側(cè)母線的故障之外，還有真空斷路器靈敏度提升、將10kV母線切除、將出線近區(qū)的故障切除及對(duì)低壓側(cè)的雙重化保護(hù)給與加強(qiáng)之外，還具有以下措施。

3.1.1 復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)

當(dāng)前無論任何電力設(shè)備及線路，其在具體的運(yùn)行過程中，任何時(shí)間內(nèi)，均需要具有獨(dú)立完整性的兩套繼電保護(hù)裝置，利用兩臺(tái)完全獨(dú)立的斷路器，來實(shí)現(xiàn)控制及保護(hù)的目的。如果當(dāng)中的一套保護(hù)裝置或設(shè)備，出現(xiàn)斷路器停止工作的狀況，另一套設(shè)備及斷路器就會(huì)將線路斷開，然后及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并給與排除。針對(duì)此種原則，低壓母線如若存在變壓器高壓側(cè)，在復(fù)合電壓閉鎖過流中出現(xiàn)對(duì)低壓側(cè)的故障感應(yīng)存在不靈敏度狀況，可在變壓器低壓側(cè)放置一套過流保護(hù)裝置，并且兩套保護(hù)裝置，不管直流或交流，其均處于獨(dú)立狀態(tài)，這樣就能彌補(bǔ)原低壓側(cè)過流保護(hù)對(duì)變壓器的保護(hù)，此外，還應(yīng)根據(jù)低壓側(cè)先跳以及高壓側(cè)后跳的實(shí)際情況，延長低壓側(cè)過流保護(hù)時(shí)間，以此達(dá)到跳總出口的目的，同時(shí)，還可聯(lián)合使用高、低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖，達(dá)到提升高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖對(duì)于低壓側(cè)短路的靈敏度。

3.1.2 變壓器在接地后備的保護(hù)舉措

將放電間隙過流保護(hù)相應(yīng)延時(shí)進(jìn)行增加，并將切除接地故障的時(shí)間留出，能夠?qū)Σ唤拥刈儔浩鞣烹婇g隙過流保護(hù)，所存在的搶先動(dòng)作予以解決。對(duì)于變壓器過電壓來講，在運(yùn)行過程中，3U0零序過電壓保護(hù)有效性，相比于放電間隙過流保護(hù)，要明顯高于后者，因此，針對(duì)那些新建110kV變電站來講，將110kV母線三相電壓互感器予以建設(shè)十分必要，此外，還應(yīng)不斷完善放電間隙過流保護(hù)，以及中性點(diǎn)零序過流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)等，增加變壓器接地保護(hù)所存在運(yùn)行方式的靈活性及可靠性。

3.1.3 對(duì)CT位置給予正確選擇

對(duì)于變壓器差動(dòng)CT來講，其10kV側(cè)最佳位置，應(yīng)與斷路器緊挨，并且還應(yīng)在母線側(cè)，此種做法對(duì)于10kV斷路器，對(duì)其在分?jǐn)喾矫娌荒馨l(fā)揮作用時(shí)，如果進(jìn)行起弧操作，可利用差動(dòng)保護(hù)排除故障。如果不方便，還可采取將CT裝于母線側(cè)，但是應(yīng)靠近斷路器。此外，在靠近變壓器位置，安裝相間過流CT，促使其能夠?qū)σ€、套管進(jìn)行保護(hù)，對(duì)變壓器套管CT優(yōu)先采用。

3.1.4 避免直流電源消失

如果變壓器采用一個(gè)直流電源進(jìn)行保護(hù)，若低壓側(cè)故障的同時(shí)直流電源消失，其所造成的后果將非常嚴(yán)重。例如，某220kV變電站，其容量為150MVA的主變發(fā)生的兩次燒毀狀況均與直流電源中斷存在直接關(guān)系。究其原因是110kV出線發(fā)成故障，造成斷路器爆炸，并導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)引線不良的狀況，致使直流電源中斷，最終導(dǎo)致主變燒毀。為了防止上述事故的再次發(fā)生，應(yīng)對(duì)直流電源的可靠性進(jìn)行提升，因此，對(duì)同一個(gè)對(duì)象提供保護(hù)的兩套裝置在直流電源上要具有獨(dú)立性。

3.2 低壓側(cè)近區(qū)故障的具體保護(hù)措施

首先，對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)進(jìn)行增加。當(dāng)出現(xiàn)高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流，相對(duì)于低壓母線，出現(xiàn)靈敏度不夠狀況，可在低壓側(cè)增加一套過流保護(hù)裝置。此種新增保護(hù)舉措，還應(yīng)采取限時(shí)速斷，并將其配合于低壓出線速斷，先本側(cè)限跳，然后總出口限跳。此外，針對(duì)原過流保護(hù)要與出線過流進(jìn)行配合，先行本側(cè)限跳，而后對(duì)總出口限跳。如果存在在靈敏度非常高的狀況，可將原低壓側(cè)過流進(jìn)行兩段式設(shè)計(jì)。針對(duì)第一段，可實(shí)施限時(shí)速斷，然后與出線速斷相配合，均對(duì)跳本側(cè)予以作用；針對(duì)第二段，其實(shí)際為過電流，將其與出線過流進(jìn)行配合，同樣采取先本側(cè)限跳，后總出口限跳的對(duì)應(yīng)方式。對(duì)于上述狀況來講，當(dāng)增加限時(shí)速斷后，如果故障發(fā)生于低壓母線，或送出線近區(qū)，對(duì)于新增加的限時(shí)速斷裝置，其就會(huì)在以1到2個(gè)級(jí)差實(shí)施短暫延時(shí)，并就變壓器瞬間跳開，實(shí)現(xiàn)故障排除的目的。

其次，將母線保護(hù)裝置增設(shè)。針對(duì)低壓母線，如若其存在短路容量大狀況，并且變壓器低壓側(cè)的限時(shí)速斷保護(hù)對(duì)本母線不夠靈敏，以及變壓器對(duì)低壓側(cè)短路耐受能力較差，應(yīng)適當(dāng)增加母線保護(hù)裝置，就低壓母線故障排除時(shí)間進(jìn)行縮短。

最后，將保護(hù)級(jí)差縮短。將后備保護(hù)在切除時(shí)間上進(jìn)行加快，其中最為有效辦法為縮短保護(hù)配合時(shí)間級(jí)差。目前，新建的變電站絕大多數(shù)均運(yùn)用微機(jī)保護(hù)，如果選用更換元件，將與變壓器后備保護(hù)具有配合關(guān)系的普通時(shí)間元件，更換為高精度時(shí)間元件，可將時(shí)間級(jí)差從0.5s降至0.3s，其保護(hù)極差縮短比例達(dá)到40%，若在全網(wǎng)范圍內(nèi)推廣，不僅可以達(dá)到提高設(shè)備及系統(tǒng)安全性的目的，同時(shí)還可對(duì)故障電流的持續(xù)時(shí)間予以減少。

綜上所述，針對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)來講，其在具體的運(yùn)行過程中，隨時(shí)都有可能發(fā)生一些故障或者非正常運(yùn)行的狀況，對(duì)供電的可靠性造成嚴(yán)重影響，并對(duì)整個(gè)變電站造成嚴(yán)重后果。至此，為了更好保證供電的安全性和可靠性，在供電系統(tǒng)運(yùn)行裝置中，需將繼電保護(hù)裝置加入其中，及時(shí)切離故障元件的電源，達(dá)到對(duì)故障蔓延對(duì)生產(chǎn)、生活造成影響予以防止的目的。

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作者簡介：高世偉（1981-），男，中級(jí)工程師，研究方向：繼電保護(hù)。