继电保护中出现问题的详细分析以及解决措施

时间:2017-12-12 09:26来源:电子技术应用网

摘要:在继电保护的实际应用和操作中,存在着一些比较容易被忽视的问题。

在继电保护的实际应用和操作中,存在着一些比较容易被忽视的问题,分析如下:
 
1 线路中励磁涌流问题
1.1 线路中励磁涌流对继电保护装置的影响

励磁涌流是由于变压器空载投运时,铁芯中的磁通不能突变,出现非周期分量磁通,使变压器铁芯饱和,励磁电流急剧增大而产生的。变压器励磁涌流最大值,可以达到变压器额定电流的6~8倍,并且跟变压器的容量大小有关,变压器容量越小,励磁涌流倍数越大。励磁涌流存在很大的非周期分量,并以一定时间系数衰减,衰减的时间常数同样与变压器容量大小有关,容量越大,时间常数越大,涌流存在时间越长。10 kV 线路装有大量的配电变压器,在线路投入时,这些配电变压器是挂在线路上,在合闸瞬间,各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射,产生了一个复杂的电磁暂态过程,在系统阻抗较小时,会出现较大的涌流,时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护,由于要兼顾灵敏度,动作电流值往往取得较小,特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值,使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出,因此容易被忽视,但当线路变压器个数及容量增大后,就可能出现。贵阳市北供电局就曾经在变电所增容后出现 10 kV 线路由于涌流而无法正常投入的问题。
 
1.2 防止涌流引起误动的方法
励磁涌流有一明显的特征,就是它含有大量的二次谐波,在主变压器主保护中就利用这个特性,来防止励磁涌流引起保护误动作,但如果用在 10 kV 线路保护,必须对保护装置进行改造,会大大增加装置的复杂性,因此实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减,一开始涌流很大,一段时间后涌流衰减为零,流过保护装置的电流为线路负荷电流,利用涌流这个特点,在电流速断保护加入一短时间延时,就可以防止励磁涌流引起的误动作,这种方法最大优点是不用改造保护装置(或只作简单改造),虽然会增加故障时间,但对于像 10 kV 这种对系统稳定运行影响较小之处还是适用。为了保证可靠地躲过励磁涌流,保护装置中加速回路同样要加入延时。通过几年的摸索,在 10 kV 线路电流速断保护及加速回路中加入了 0.15~0.2 s 的时限,就近几年运行来看,运行安全,并能很好的避免由于线路中励磁涌流造成保护装置误动作。
 
2 TA 饱和问题
2.1 TA 饱和对保护的影响

10 kV 线路出口处短路电流一般都较小,特别是农网中的变电所,往往远离电源,系统阻抗较大。对于同一线路,出口处短路电流大小会随着系统规模及运行方式不同而不同。随着系统规模的不断扩大,10 kV 系统短路电流会随着变大,可以达到 TA 一次额定电流的几百倍,系统中原有一些能正常运行的变比小的 TA 就可能饱和;另一方面,短路故障是一个暂态过程,短路电流中含大量非周期分量,又进一步加速 TA 饱和。在 10 kV 线路短路时,由于 TA 饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零,使保护装置拒动,故障由母联断路器或主变压器后备保护切除,不但延长了故障时间,会使故障范围扩大,影响供电可靠性,而且严重威胁运行设备的安全。
 
2.2 避免 TA 饱和的方法
TA 饱和,其实就是 TA 铁芯中磁通饱和,而磁通密度与感应电势成正比,因此,如果 TA 二次负载阻抗大,在同样电流情况下,二次回路感应电势就大,或在同样的负载阻抗下,二次电流越大,感应电势就越大,这两种情况都会使铁芯中磁通密度大,磁通密度大到一定值时,TA 就饱和。TA 严重饱和时,一次电流全部变成励磁电流,二次侧感应电流为零,流过电流继电器的电流为零,保护装置就会拒动。避免 TA 饱和主要从两个方面入手,一是在选择 TA 时,变比不能选得太小,要考虑线路短路时 TA 饱和问题,一般 10 kV 线路保护 TA 变比最好大于300/5。另一方面要尽量减少 TA 二次负载阻抗,尽量避免保护和计量共用 TA,缩短 TA 二次电缆长度及加大二次电缆截面;对于综合自动化变电所,10 kV 线路尽可能选用保护、测控合一的产品,并在控制屏上就地安装,这样能有效减小二次回路阻抗,防止 TA 饱和。
 
3 所用变压器保护
3.1 所用变压器保护存在的问题

所用变压器是一比较特殊的设备,容量较小但可靠性要求非常高,而且安装位置也很特殊,一般就接在 10 kV 母线上,其高压侧短路电流等于系统短路电流,可达十几千安,低压侧出口短路电流也较大。一直对所用变压器保护的可靠性重视不足,这将对所用变压器直至整个 10 kV 系统的安全运行造成很大的威胁。传统的所用变压器保护使用熔断器保护,其安全可靠性还是比较高,但随着系统短路容量的增大,以及综合自动化的要求提高,这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电所,特别是综合自动化所,大多配置所用变压器开关柜,保护配置也跟 10 kV 线路相似,而往往忽视了保护用的 TA 饱和问题。由于所用变压器容量小,一次额定电流很小,保护计量共用TA,为确保计量的准确性,设计时 TA 很小,有的地方甚至选择10/5。这样一来,当所用变压器故障时,TA 将严重饱和,感应到二次回路电流几乎为零,使所用变压器保护装置拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使母联保护或主变压器后备保护动作而断开故障,如果是低压侧故障,短路电流可能达不到母联保护或主变压器后备保护的启动值,使得故障无法及时切除,最终烧毁所用变压器,严重影响变压器的安全运行。
 
3.2 解决办法
解决所用变压器保护拒动问题,应从合理配置保护入手,其 TA 的选择要考虑所用变压器故障时饱和问题,同时,计量用的 TA 一定要跟保护用的 TA 分开,保护用的 TA 装在高压侧,以保证对所用变压器的保护,计量用 TA 装在所用变压器的低压侧,以提高计量精度。在定值整定方面,电流速断保护可按所用变压器低压出口短路进行整定,过负荷保护按所用变压器容量整定。
 
4 配电变压器保护
4.1 10 kV 配电变压器保护存在的问题
10 kV 配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等。负荷开关投资省,但不能开断短路电流,很少采用;断路器技术性能好,但设备投资较高,使用复杂,广泛应用不现实;负荷开关加熔断器组合的保护配置方式,既可避免采用操作复杂、价格昂贵的断路器,弥补负荷开关不能开断短路电流的缺点,又可满足实际运行的需要,该配置可作为配电变压器的保护方式。但对于容量比较大的配电变压器,配备有瓦斯继电器,需要断路器可与瓦斯继电器相配合,才能对变压器进行有效的保护,必要时还应有零序保护,这些问题都是值得注意的问题。
 
4.2 解决办法
无论在 10 kV 环网供电单元,还是在终端用户高压配电单元中,采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置,既可提供额定负荷电流,又可断开短路电流,并具备开合空载变压器的性能,能有效保护配电变压器。为此,推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置,作为配电变压器保护的保护方式。标准 GB 14285《继电保护和安全自动装置技术规程》规定,选择配电变压器的保护设备时,当容量等于或大于 800 kVA,应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定,可以理解为基于以下两方面的需要。
 
配电变压器容量达到 800 kVA 及以上时,过去大多使用油浸变压器,并配备有瓦斯继电器,使用断路器可与瓦斯继电器相配合,从而对变压器进行有效地保护。
 
对于装置容量大于 800 kVA 的用户,因种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作,从而使断路器跳闸,分隔故障,不至于引起变电所的馈线断路器动作,影响其他用户的正常供电。 标准还明确规定,即使单台变压器未达到此容量,但如果用户的配电变压器的总容量达到 800 kVA 时,亦要符合此要求。
 
5 线路保护
5.1 10 kV 配电线路保护中存在的问题

无论是城市内配网线路,还是农村配网线路,都以 10 kV 电压等级为主,但是 10 kV 配电线路结构特点是一致性差,如有的为用户专线,只带1~2个用户,类似于输电线路;有的呈放射状,几十台变压器T接于同一条线路的各个分支上;有的线路短到几百米,有的线路长到几十千米;有的线路由 35 kV 变电所出线,有的线路由 110 kV 变电所出线;有的线路上的配电变压器容量很小,最大不过 100 kVA,有的线路上却有几千千伏安的变压器。
 
5.2 解决办法
10 kV 配电线路的保护,一般采用电流速断、过电流及三相一次重合闸构成。特殊线路结构或特殊负荷线路保护,不能满足要求时,可考虑增加其它保护,如保护 Ⅱ 段、电压闭锁等。进行整定计算的过程中,应该考虑特殊情况和常规情况,并进行灵敏度校验。对于 10 kV 配电线路,保护装置的配置虽然较简单,但由于线路的复杂性和负荷的多变性,常规和特殊情况下,保护定值计算和保护装置的选型还是值得重视的。根据诸城电网保护配置情况及运行经验,利用规范的保护整定计算方法,各种情况均可计算,一般均可满足要求。

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