北京奧普電氣安裝有限公司 石健

1 10kV變電站繼電保護(hù)的原理和構(gòu)成

在10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠有效地保護(hù)相關(guān)電器和元器件，同時(shí)對(duì)電器內(nèi)外部故障位置給予明確的指示。因此在10kV 變電站繼電保護(hù)中，為了更好地發(fā)揮出繼電保護(hù)裝置自身應(yīng)有的功能，可以針對(duì)繼電保護(hù)器的靈敏性、可靠性等提出針對(duì)性的要求，才能夠保證10kV變電站繼電器的可靠運(yùn)行[1]。

通常情況下，10kV變電站繼電保護(hù)裝置由5部分組成，分別是輸入、測(cè)量、邏輯、執(zhí)行以及輸出部分。其中，根據(jù)10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的劃分，針對(duì)被保護(hù)對(duì)象的不同，繼電保護(hù)類型通常劃分為輸電保護(hù)部分和主設(shè)備保護(hù)部分。根據(jù)保護(hù)裝置及處理信號(hào)量，可以將繼電保護(hù)模式劃分為模擬保護(hù)和數(shù)字保護(hù)。根據(jù)繼電保護(hù)的功能，則可以劃分為短路故障保護(hù)和異常運(yùn)行故障保護(hù)。按照保護(hù)原理，繼電保護(hù)則分為電流保護(hù)、過電壓保護(hù)以及低電壓等保護(hù)類型。

2 繼電保護(hù)在10kV變電站系統(tǒng)中的重要性

2.1 有利于避免故障繼續(xù)擴(kuò)大

當(dāng)10kV 變電站電力系統(tǒng)中的變壓器或者輸電線出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠按照相關(guān)參數(shù)對(duì)線路進(jìn)行有效切斷，避免故障的繼續(xù)擴(kuò)大，防止對(duì)設(shè)備造成較為嚴(yán)重的影響。在設(shè)備正常運(yùn)行中，工作人員按照一定的順序?qū)Ω麟娖髟M(jìn)行有序操作，不僅可以確保連接的合理性，也可以使配電裝置更好地滿足相關(guān)要求。在10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作中，如果設(shè)備存在異常時(shí)，工作人員能夠?qū)Υ嬖诠收系睦^電保護(hù)位置做到及時(shí)調(diào)整，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)，不僅可以達(dá)到延時(shí)動(dòng)作的目的，還能夠避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，確保10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2 有利于避免受到其他因素的干擾

10kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須由相關(guān)工作人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，針對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行有效處理，從而避免線路受到其他因素的干擾。相關(guān)工作人員通過定時(shí)限過流保護(hù)的方式，從而延長(zhǎng)跳閘時(shí)間，避免出現(xiàn)瞬間跳閘的情況。電力變壓器通常是該系統(tǒng)中較為重要的組成部分，出現(xiàn)問題時(shí)電力變壓器不僅會(huì)給繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，還會(huì)給企業(yè)帶來較大的損失。工作人員需要給予高度的重視，加大對(duì)裝置的保護(hù)力度，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 有利于降低系統(tǒng)的損壞情況

系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，需要繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的有效判斷，從而避免10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的損壞情況發(fā)生。因此繼電保護(hù)裝置必須具備以下基本功能，首先是工作人員通過變電站可以采集到更多數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。其次是具有良好的性能，當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障后，相關(guān)工作人員對(duì)其進(jìn)行檢修時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)工作人員的檢修情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄故障原因，提高故障問題的解決效率。在繼電保護(hù)裝置投入運(yùn)行時(shí)，相關(guān)工作人員對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，該系統(tǒng)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊刂行模跃W(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為支撐，從而有效促使相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行，保證10kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 10kV變電站機(jī)電保護(hù)常見的故障類型

3.1 元件故障

導(dǎo)致元件故障的主要因素是質(zhì)量問題以及設(shè)備維護(hù)不規(guī)范，當(dāng)設(shè)備類型不匹配時(shí)，會(huì)直接或者間接導(dǎo)致安全故障。因此10kV 變電站繼電保護(hù)裝置的元件質(zhì)量缺陷對(duì)其性能有直接的影響，會(huì)嚴(yán)重影響到配電站的整體運(yùn)行水平。

3.2 開關(guān)拒合故障

由于10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的電流速斷和過電流保護(hù)裝置主要位于高壓進(jìn)線柜和饋線柜上，從而進(jìn)行繼電保護(hù)工作。因此大多數(shù)地區(qū)供電或者中斷主要取決于高壓斷路器的接通或斷開，當(dāng)高壓斷路器在投入使用的最初階段，會(huì)具有較為良好的表現(xiàn)性。

但隨著開關(guān)柜合使用的時(shí)間延長(zhǎng)，相應(yīng)的用電負(fù)荷以及用電設(shè)備之間的容量會(huì)呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，最終造成高壓斷路器慢慢出現(xiàn)拒合的現(xiàn)象發(fā)生。而導(dǎo)致10kV 變電站繼電保護(hù)出現(xiàn)開關(guān)拒合故障的主要原因包括：承載開關(guān)的線路存在短路問題及開關(guān)的節(jié)點(diǎn)被焊死或者閘卡不能有效恢復(fù)到對(duì)應(yīng)的位置而造成的故障[2]。

當(dāng)技術(shù)人員針對(duì)開關(guān)拒合故障問題給予檢修分析時(shí)，如果沒有出現(xiàn)這兩種故障問題，則有可能是因?yàn)殚_關(guān)跳躍導(dǎo)致的開關(guān)拒合問題。無論是哪種因素導(dǎo)致的開關(guān)拒合故障，都會(huì)在工作中因?yàn)殚_關(guān)拒合現(xiàn)象而存在難以排除性的問題發(fā)生。

3.3 隱形故障

在10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，隱形故障會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成較為嚴(yán)重的損害，這是由于隱形故障很難被預(yù)測(cè)。在10kV 變電站繼電保護(hù)運(yùn)行中，由于直流回路之間的絕緣性嚴(yán)重下降，因此會(huì)出現(xiàn)直流接地的情況發(fā)生，引起意外停電事故，整個(gè)隱形故障因?yàn)樘幚淼碾y度相對(duì)較大，導(dǎo)致故障問題很難實(shí)現(xiàn)全面預(yù)防。而在日常的用電過程中，大部分情況下的電路故障都屬于隱形故障?；诖?，在日常的電力維護(hù)作業(yè)中，需要將隱形故障作為重點(diǎn)檢查工作，對(duì)電力系統(tǒng)中可能存在的隱形故障進(jìn)行仔細(xì)檢查和分析，有助于實(shí)現(xiàn)預(yù)防的作用。

3.4 低壓側(cè)近區(qū)故障問題

由于10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的變壓器低壓側(cè)區(qū)域很容易出現(xiàn)短路的情況，所以會(huì)出現(xiàn)大量電流沖擊變壓器的情況，導(dǎo)致10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的變壓器被損壞。變壓器缺乏對(duì)瞬時(shí)沖擊造成的電流的預(yù)防能力，所承受的大電流沖擊超過變壓器的極限時(shí)，變壓器就有可能被燒壞。因此在這種情況下，應(yīng)該對(duì)低壓側(cè)母線存在的故障及時(shí)處理，否則會(huì)因?yàn)樽儔浩鞯臒龎亩斐?0kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生一連串的故障問題，嚴(yán)重影響供電的穩(wěn)定性要求。

3.5 電流互感器過于飽和問題

隨著我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，在10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中發(fā)生電流短路的概率也會(huì)隨之增大。而配電站的出口發(fā)生短路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致短路電流變得非常大，甚至?xí)^以往電流的幾十倍到幾百倍，會(huì)比電流互感器的額定電流還要高[3]。在配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路的情況下，對(duì)應(yīng)的短路電流往往決定著電流互感器的誤差變化情況。因此電流互感器的誤差會(huì)隨之增大，并造成設(shè)備的靈敏度下降而導(dǎo)致繼電保護(hù)存在拒絕動(dòng)作的現(xiàn)象。當(dāng)10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的電流互感器發(fā)生飽和情況時(shí)，發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)二次側(cè)的電流則有很大的可能性不能真實(shí)地反應(yīng)故障電流，所以在這種情況下，會(huì)造成定時(shí)限電流速斷保護(hù)裝置不能進(jìn)行正常工作并且產(chǎn)生拒絕動(dòng)作的反應(yīng)。

4 10KV變電站繼電保護(hù)常見故障的應(yīng)對(duì)策略

4.1 加強(qiáng)元件檢測(cè)并落實(shí)配置方案

在10kV 變電站繼電保護(hù)中，對(duì)于相關(guān)人員有較高的技能水平要求，因?yàn)橹挥挟?dāng)繼電保護(hù)人員具備足夠扎實(shí)的理論水平和實(shí)踐操作技能時(shí)，才能夠有效地保證10kV變電站繼電保護(hù)工作的正常運(yùn)行。在繼電保護(hù)工作中，繼電保護(hù)人員加強(qiáng)對(duì)元件的檢測(cè)能力，保證相關(guān)設(shè)備元件質(zhì)量滿足要求，能夠有效滿足10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的專業(yè)性工作要求。10kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)工作的有效落實(shí)，需要保證相關(guān)繼電工作人員的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)人員頻繁流動(dòng)的情況發(fā)生。有利于確保繼電保護(hù)人員業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，以此增強(qiáng)對(duì)專業(yè)技能的有效掌握，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行效率的提升。

4.2 解決開關(guān)拒合故障的方法

解決開關(guān)拒合故障時(shí)，必須找到故障問題的原因，選擇針對(duì)性的有效處理方法。然而由于導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)開關(guān)拒合的主要原因是發(fā)生在繼電連接時(shí)，在電流回路接入瞬間常開接電的方式下才能實(shí)現(xiàn)延時(shí)閉合的常開接電。

隨著相關(guān)操作人員將其接入并進(jìn)行調(diào)試，可以避免出現(xiàn)開關(guān)拒合的問題發(fā)生。因此在進(jìn)行合閘時(shí)，沖擊的電流往往會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的影響，并隨著高壓斷路器的合閘而受到電流沖擊產(chǎn)生供電負(fù)荷的影響也會(huì)比較小，對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置很難起到有效的應(yīng)對(duì)作用[4]。

但是當(dāng)時(shí)間不斷增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的供電負(fù)荷也會(huì)不斷地增長(zhǎng)，并最終造成沖擊電流的逐步擴(kuò)大，一旦電流值達(dá)到開啟保護(hù)裝置的臨界點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致高壓斷路器出現(xiàn)拒合。針對(duì)這種情況，一般只需要將原有的運(yùn)行方式進(jìn)行改變即可實(shí)現(xiàn)對(duì)沖擊電流的減小作用。雖然使用這種方式無法徹底根除合閘沖擊電流帶來的問題，但是能夠確保10kV 變電站繼電保護(hù)避開沖擊電流所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)拒合故障的有效解決。

4.3 加強(qiáng)繼電保護(hù)設(shè)備的常規(guī)保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)

在10kV 變電站繼電保護(hù)過程中，針對(duì)常規(guī)的10kV 變電站繼電保護(hù)必須做好最為基本的保護(hù)配置，尤其是對(duì)變壓器和監(jiān)控設(shè)備的有效保護(hù)。在常規(guī)保護(hù)中，及時(shí)做到對(duì)設(shè)備的有效更換，并及時(shí)更新設(shè)備的性能，做好日常的檢修工作，進(jìn)而提升繼電保護(hù)設(shè)備的穩(wěn)定性。

設(shè)備性能不穩(wěn)定是當(dāng)前電網(wǎng)最為常見的故障之一，很容易造成變壓器的燒毀，所以在進(jìn)行常規(guī)的保護(hù)過程中，需要合理選擇保護(hù)裝置，同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)后期設(shè)備的保護(hù)[5]。因此在整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)與配置過程中，必須對(duì)系統(tǒng)做到雙重化的配置，有效明確系統(tǒng)設(shè)備的完善性，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)功能的有效保護(hù)，最終借助系統(tǒng)功能的控制方式完善繼電保護(hù)，對(duì)于加強(qiáng)10kV 繼電保護(hù)設(shè)備有著重要的作用。

4.4 解決低壓側(cè)近區(qū)故障的方法

針對(duì)低壓側(cè)近區(qū)故障問題，通常可以采取增加過流保護(hù)設(shè)備的方式做到限流速斷，有利于更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓出現(xiàn)速斷的有效配合。而在高壓閉鎖的過流中，由于低壓側(cè)母線存在較高的靈敏度，在這種情況下，原有的低壓側(cè)過流設(shè)置成限時(shí)速斷和過電流這兩段。如果同時(shí)出現(xiàn)速斷則應(yīng)該給予一定的配合，并重點(diǎn)作用于跳本側(cè)位置。在過電流中給予一定的配合，做到對(duì)本側(cè)限跳的方式給予總出口限跳。在增設(shè)限時(shí)速斷的情況下，如果低壓側(cè)母線之間存在一定的故障時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的斷路器、速斷保護(hù)等動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)限時(shí)速斷裝置故障的及時(shí)排除。

4.5 針對(duì)電流互感器過于飽和的處理措施

在10kV 變電站繼電保護(hù)中，相關(guān)的電流互感器因?yàn)樘幱陲柡吞幚泶胧┲?，因此?duì)應(yīng)的相關(guān)人員可以根據(jù)變化情況選擇合適的電流互感器，盡可能地減少對(duì)電流感器的二次負(fù)載。使用較為獨(dú)立的電流互感器，實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝置和繼電保護(hù)裝置的有效運(yùn)行，有助于實(shí)現(xiàn)互不干擾的要求。將電流互感器的保護(hù)和測(cè)控合二為一，能夠避免電流互感器的電流過于飽和的情況發(fā)生。在對(duì)電流互感器的誤差的保護(hù)中，保護(hù)用電流互感器可以根據(jù)對(duì)應(yīng)的工作特點(diǎn)規(guī)定兩個(gè)不同的指標(biāo)，分別是短路電流倍數(shù)和縮小誤差范圍。

5 結(jié)語

10kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠有效保障供配電的穩(wěn)定性，因此在電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)中，相關(guān)電力工作人員必須重視對(duì)10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的排查和維修工作。只有當(dāng)技術(shù)人員對(duì)存在的故障問題進(jìn)行及時(shí)地排查解決，才能夠保證10KV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，分析10kV 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障問題，將這些故障問題提早預(yù)防與規(guī)避，對(duì)變電站供電穩(wěn)定性的提升具有十分重要的意義。