浅谈继电保护应用中存在的问题及解决措施

摘要:目前微机继电保护装置虽然正被广泛应用,变电站综合自动化水平也正在不断提高,但其仍然有不完善之处。文章针对继电保护应用中存在的10kV线路保护TA饱和问题和10kV线路保护线路中励磁涌流问题进行论述,并对站用变保护、主变后备保护等解决措施进行了探讨。

关键词:继电保护;变电站综合自动化;线路保护;TA饱和;励磁涌流;主变后备保护

中图分类号:TM764文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)07-0182-02

一、10kV线路保护TA饱和问题

(一)TA饱和对保护的影响

10kV线路出口处短路电流一般都较小,特别是农网中的变电所,它们往往远离电源,系统阻抗较大。对于同一线路,出口处短路电流大小一般由系统规模及运行方式来决定。随着系统规模的不断扩大,10kV系统短路电流会随之变大,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、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10kV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,故障要由母联断路器或主变后备保护来切除,不但延长了故障时间,扩大了故障范围,影响供电可靠性,而且严重威胁运行设备的安全。

(二)避免TA饱和的方法

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10kV线路保护TA变比最好大于600/1;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,10kV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。

二、10kV线路保护线路中励磁涌流问题

(一)线路中励磁涌流对继电保护装置的影响

励磁涌流是变压器所特有的,是由于变压器空载充电时,变压器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。

10kV线路装有大量的配电变压器,在线路投运时这些配电变压器在合闸瞬间将产生励磁涌流,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。这种系统设置,将可能出现励磁涌流值会大于装置整定值,导致保护误动。当线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时,这种情况并不突出,因此容易被忽视;但当线路变压器个数及容量增大后,该问题就可能出现。

(二)防止涌流引起误动的方法

励磁涌流有一明显的特征,就是含有大量的二次谐波,在主变主保护中我们可利用这个特性,来防止励磁涌流引起保护误动作。但如果用在10kV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,因此较难实现。励磁涌流的另一特征就是它的大小会随时间增加而衰减。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10kV线路这些对系统稳定运行影响较小的地方还是适用。为了保证能可靠的躲过励磁涌流,保护装置中的加速回路同样要加入延时。我局通过几年的摸索,在10kV线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15～0.2s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。

三、站用变保护

(一)站用变保护存在的问题

站用变是比较特殊的设备,容量较小但对可靠性要求非常高,而且安装位置也很特殊,一般就接在10kV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。人们一直对站用变保护的可靠性重视不足,这将对站用变直至整个10kV系统的安全运行造成很大的威胁。

传统的站用变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,这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电站,特别是综合自动化站,大多配置站用变开关柜,保护配置也跟10kV线路相似,而人们往往忽视了保护用的TA饱和问题。由于站用变容量小,一次额定电流很小,同时因为保护计量共用TA,为确保计量的准确性,设计时TA变比会选得很小,有的地方甚至选择10/5。这样一来,当站用变故障时,TA将严重饱和,感应到二次回路电流几乎为零,使站用变保护装置拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使母联保护或主变后备保护动作并断开故障点,如果是低压侧故障,短路电流可能达不到母联保护或主变后备保护的启动值,使得故障点无法及时切除,最终烧毁站用变,严重影响变电站的安全运行。

(二)解决办法

解决站用变保护拒动问题,应从合理配置保护入手,其TA的选择要考虑站用变故障时饱和问题,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,以保证对站用变的保护,计量用TA装在站用变的低压侧,以提高计量精度。在定值整定方面,电流速断保护可按站用变低压出口短路进行整定,过负荷保护按站用变容量整定。

四、主变后备保护的探讨

主变10kV侧仅装10kV复合电压过流保护并不能满足速动性要求。在保护整定中,三卷主变10kV侧过流的时间一般整定为2.5s或3.0s,双卷主变10kV不设过流保护,而110kV侧过流时间达2.0s或2.5s。现系统的容量越来越大,10kV侧短路电流也越来越大。随着10kV短线路不断增加,10kV线路离变电所近区故障机率也越来越大,由于开关拒动或保护拒动短路电流较长时间冲击变压器,对变压器构成极大威胁。

因此在主变10kV侧增设一套限时电流速断保护,作为10kV母线的后备。该保护动作于主变10kV侧开关。对于一台主变带二段10kV母线也可第一时间动作母联,第二时间动作10kV侧开关。这样不仅起到了对10kV母线及馈线电流速断的后备作用,同时减少了对变压器的冲击。

作者简介:黄碧怡,广东电网广州白云供电局助理经济师,研究方向:电气工程及其自动化。