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電力檢測技術

變配電站繼電保護有關問題分析

時間：2013-01-14

一、事故與繼電保護分析
        電能是一種特殊的物質，它不能存儲，在其傳輸過程中要有可靠的絕緣。各相之間絕緣破壞就會發生相間短路事故，各相對地之間絕緣破壞就會發生單相接地短路事故或故障。
        根據歐姆定律電壓等于電流與電阻的乘積： U=I×R I=U÷R
        在交流電路中電壓等于電流與阻抗的乘積： U=I×Z I=U÷Z
        供電系統中的阻抗包括發電設備、輸電線路、變配電設備與負載的阻抗。輸電線路與變配電設備的阻抗遠小于負載的阻抗。當輸電線路或變配電設備絕緣破壞，負載被短路，阻抗變小，電流就要變大。如果不及時將發生短路的輸電線路或變配電設備斷開(切除)，就會使事故擴大，造成設備損壞、引起火災、威脅人身安全，甚至破壞供電系統的穩定運行。短路保護是供電系統的主要保護。
        短路事故有相間短路與單相接地短路，相間短路有三相短路與兩相短路。電源中性點接地的供電系統發生單相接地時，短路電流有回路流通，可稱為單相接地短路。電源中性點不接地的供電系統發生單相接地時，因為短路電流沒有回路流通，只有三相對地不平衡電容電流，稱為單相接地故障。二者的繼電保護原理是不相同的。遠方短路及用電設備不正常造成的過電流與過負荷，及瓦斯與溫度等非電量故障均屬于異常運行，也需要及時報警或跳閘。
        繼電保護就是在供電系統發生短路事故與異常運行時，能夠按照要求迅速而有選擇性地將其切除或報警，最大限度減小事故造成的影響，保證供電系統的穩定運行。
        可靠性、選擇性、靈敏性與速動性是微機保護的四大要素。可靠性要求無事故時不誤動，發生事故時不拒動。選擇性可減少停電范圍。靈敏性是繼電保護對事故的反應能力，它用靈敏系數來表示，靈敏系數必須符合規范要求，靈敏系數等于最小運行方式下的事故電流除以繼電保護動作電流，。速動性要求盡快地切除事故，必要時可無選擇性動作，再用自動重合閘或備用電源自動投入來減小停電范圍。
        中高壓配電系統采用具有斷合功能的斷路器，發生短路事故與異常運行時，需要由繼電保護動作去斷開斷路器來切除或報警。
        供電系統發生事故后電流、電壓與頻率等參數就要發生變化，繼電保護就根據采集到電流、電壓與頻率等參數變化來動作。頻率變化超過規定值后，由自動低頻減載與解列動作來保證供電系統的穩定運行。電流與電壓變化超過規定值后，繼電保護就要動作將事故切除。有備用電源時，當主供電源斷電后，通過備用電源自動投入裝置將備用電源自動投入，幫助繼續供電。
        常規繼電保護由各種電流、電壓及信號繼電器組成包括測量、保護、控制與信號的二次電路。保護繼電器根據采集到電流、電壓等參數，與保護整定值比較后跳開斷路器將事故切除。
        變電站微機保護由測量回路，保護與控制回路、信號回路組成二次電路。由測量回路通過交流采樣直接采集到電流、電壓等參數后，由軟件進行各種保護處理，當電流、電壓或時間超過變化整定值時，由保護與控制回路發出跳閘命令將事故切除。
        由此可見常規繼電保護與變電站微機保護之間，二次電路設計有著非常大的差別，常規繼電保護需要根據保護功能要求來選擇各種保護繼電器，二次電路設計就比較復雜，工作量也大。
        變電站微機保護的保護功能由軟件來實現，只要根據保護功能要求設計好測量回路、保護與控制回路與信號回路就可以了，不用設計各種保護繼電器，二次電路設計相對比較簡單。
        二、相間短路保護
        相間短路保護由主保護來完成。主保護有電流與電壓保護，分別根據發生事故后的電流與電壓同保護整定值中設定的動作值進行比較來發出跳閘命令進行事故跳，完成繼電保護。國外電流保護分為若干段，而且有保護選擇性連鎖。國內把電流保護分為速斷、過電流與過負荷保護，通常稱為三段式保護，實際上速斷還分為不帶延時與帶延時電流保護。國內外基本上是相同的。
        電壓保護分為過電壓、低電壓與失壓保護。過電壓與低電壓用于發電機、高壓電動機、高壓電力電容器與電力變壓器中性點保護。失壓保護主要用于備用電源自投與不允許自起動的高壓電動機。
        隨著電力系統的不斷發展，電流與電壓保護就開始滿足不了要求。就出現了復合電壓電流保護、低電壓起動過電流保護與電流電壓聯鎖速斷保護，方向保護、距離保護、縱差動保護、橫差動保護與高頻保護等。工業與民用建筑變電站一般為終端站，復合電壓電流保護、電流電壓聯鎖速斷保護、距離保護、方向保護、橫差動保護與高頻保護等遇到的非常少。
        事故電流受電力系統運行方式的影響非常大，在繼電保護的電流速斷保護整定時涉及到電力系統最大運行方式與最小運行方式。電力系統最大運行方式下，下一級保護安裝處的三相短路電流乘以可靠系數作為本保護的電流速斷保護動作電流，然后再用電力系統最下運行方式下的兩相短路電流除以電流速斷保護動作電流作為靈敏系數進行校驗，靈敏系數必須符合規范要求。
        但電力系統主要發電機、變壓器或線路檢修或發生事故，運行方式就要發生變化，短路電流就會減小，靈敏系數就降低，保護范圍就要縮小，甚至消失，這是非常危險的。有計劃的正常檢修，可以根據運行方式的變化，人為的改變電流速斷保護整定值。當發生事故時引起運行方式變化時，目前無法自動改變電流速斷保護整定值。就需要采用復合電壓電流保護、低電壓起動電流保護與電流電壓聯鎖速斷保護，方向保護、距離保護、縱差動保護、橫差動保護與高頻保護等，來克服運行方式發生變化對繼電保護的影響，以保證繼電保護動作的可靠性與選擇性。
        對于有兩個以上電源的電力系統，雙側電源流過保護裝置的電流隨著電流的方向不同而變化，因此就采用方向保護。根據短路電流方向不同而設置兩套不同的電流速斷保護整定值。環網式供電在閉環運行時，也需要裝設帶方向的電流保護。
        三、單相接地保護
        單相接地保護決定于電源中性點的接地方式。110 kV及以上電壓等級的電源中性點接地系統，單相接地保護采用帶方向或不帶方向的階段式零序電流保護。不能滿足要求時，可裝設接地距離保護，再采用零序電流保護作為后備保護。
        電源中性點不接地的供電系統發生單相接地時，因為短路電流沒有回路流通，只有三相對地不平衡電容電流，稱為單相接地故障。此時采用單相接地故障檢測進行保護，動作于報警或跳閘。通常采用小電流接地選線裝置。現在許多變電站微機保護裝置也具有單相接地故障檢測功能，動作于報警或跳閘。
        電源中性點不接地的供電系統發生單相接地后，接地相對地電壓為零，不接地兩相對地電壓升高為線電壓，就可以通過零序電壓進行報警，全系統的其他兩相對地電容電流的向量和，由接地點，經過接地故障回路流回電源，此對地電容電流等于全系統單相對地電容電流的3倍。根據零序電壓以及對地電容電流的大小與方向，就可以對發生單相接地的回路進行保護，動作于報警或跳閘。
        我國10 kV、35 kV與63 kV 目前還為電源中性點不接地的供電系統。在單相接地電容電流不大的供電系統中，發生單相接地后可以只報警不跳閘。當單相接地電容電流大于10A時就需要報警并跳閘。現在城市電網發展很快，所以在一些大城市供電部門要求報警并跳閘。由于全系統單相對地電容電流精確計算很困難，單相接地保護整定就比較困難，誤動與拒動經常發生。目前我國10 kV供電系統，還不能夠改為電源中性點直接接地的供電系統。有些地區供電部門已經要求10 kV供電系統，采用電源中性點經過串聯電阻接地的供電系統。此時單相接地保護就可以按照零序過電流保護來整定。可以不計算單相接地電流，按照三相不平衡電流不大于25%來整定，整定值比較準確，動作可靠性就有了保證。無法安裝零序電流互感器時，可以從三相電流互感器二次側中性線取得零序電流的濾序器方案。
        四、結束語
        隨著電力系統、工業與民用建筑變配電站采用微機保護綜合自動化系統的推廣，需要我們不斷完善變電站微機保護出現的問題，使供電更加的安全、可靠。