浅议继电保护装置在配电系统中的应用

2021-01-05严明

天津化工 2021年2期

严明

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

在前几年的工业项目设计中，无论是设计师还是业主工程师对变配电系统中的继电保护装置越来越重视。为确保供电的可靠性和生产的安全性，达到更高的自动化程度，部分项目的业主会聘请第三方公司对全厂性的继电保护系统进行评估，可见该保护装置的重要性。

继电保护技术是一套完整的保护体系，主要由故障分析、信息采集、信息存储保护控制及运保维护等技术组成，其中继电保护装置是完成该保护功能的核心，它能准确反应除电力系统中电气元件的故障，或者不正常工作状态，并可以动作于断路器跳闸或发出报警信号的装置。变配电系统作为电能的转换及电能的分配环节，其在电力系统中占有十分重要的地位，因此变配电系统能否安全、可靠的进行电能转换及分配，对整个电力系统来讲是“最后一厘米”的关键环节，它可以准确地检测出故障信息，及时地发出报警信号或切断故障线路，早发现，早切断故障回路，缩小供电故障范围，保证无故障的部分继续运行，不至于事故扩大化，给生产和生活造成更大的损失。

1 变配电系统中继电保护装置的保护分类和保护的基本要求。

1.1 保护分类

变配电系统中对于电气设备和配电线路的继电保护装置可分为主保护和后备保护，必要时可装设辅助保护功能。

1）主保护指满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

2）后备保护是当主保护或断路器据动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。远后备保护是当主保护或断路器据动时由相邻电气设备或线路的保护来实现的保护。近后备保护是当主保护据动时，由本设备或线路的另外一套继电保护来实现的保护。

3）辅助保护是为补充主保护和后备保护的辅助保护功能。

1.2 保护的基本要求

当继电保护装置有信号发出或有动作指令出现时，配电系统必然存在某种隐患或故障，此时要求继电保护装置能及时、准确地跳开相应配电回路，保护本回路的同时也防止事故的扩大化，保证非故障回路的正常供电，因此对继电保护装置提出如下要求：

1）保护的选择性，要求当被保护的设备或线路有故障时，仅由离故障点最近的一级保护开关动作跳闸，其它非故障配电回路正常供电，这样可保证事故范围的最下化，保护开关不应越级跳闸进行保护。

2）保护的可靠性，要求继电保护装置在该发出跳闸指令时必须发出；无故障或不该发出故障指令时，不应是保护开关误动作。这样才能保证配电网络有安全可靠且有连续的供电。

3）保护的速动性，这是对继电保护装置动作时效性的基本要求，只有保证动作的快速才能保证事故范围不扩大，只停留在本级保护内。同时速动性也为备自投装置和快切装置的提供来充足的跳闸和投切时间，保证供电可靠。

4）保护的灵敏性，灵敏系数是判断继电保护装置灵敏性的重要指标，每一个保护项都要满足灵敏性的要求，才能保证保护装置在最短时间内切除故障。一款好的继电保护装置可以检测出被保护区域微小的故障，反应到监控系统并发出报警信号或执行分段保护开关的指令。

1.3 继电保护装置的任务

1）监控变配电系统的运行状态并时时记录、存储相关数据，为系统故障做好事后有据可查，从而可避免类似故障再此发生。同时值班工作人员可根据后台监控系统的时时数据对整个配电箱系统进行监视，保证第一时间对故障问题进行处理和上报。

2）远程手动或自动操作配电系统的保护开关。手动状态下可通过上位机的投切按键进行操作；自动状态下，可完全由继电保护装置根据实际故障情况进行分合闸控制。

2 变配电系统中常用的继电保护装置

变配电系统中的继电保护装置可分为发电机保护、变压器保护、线路保护、电容器保护、母联柜保护、电动机保护等保护类型。下面主要对变压器保护和线路保护进行介绍。

2.1 变压器的继电保护

1）过电流保护，继电保护装置的动作电流应按变压器高压侧额定电流为基准，乘以相应安全系数，作为过电流保护的动作电流。当实际电流大于设定电流时，会启动保护装置的跳闸指令。

过电流保护又可分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。

a定时限过电流保护，是保护装置的动作时间是固定的，已设置好的定值，与过载电流大小无关，只是当配电线路过电流时，达到一定时间后会自动分开保护开关。

b反时限过电流保护，是指继电保护装置的动作时间与过载电流大小成反比，过载电流越大，继电保护的跳闸时间就越短。

2）电流速断保护，指变配电下系统中最大运行方式下变压器低压侧三相短路时高压侧（继电保护安装处）的短路电流初始值，再乘以相应的安全系数的电流值，作为速断保护的电流设定值，当短路电流大于此设定值时，启动继电保护装置的跳闸信号，速断保护的分闸信号无延时，速动。

3）低压侧单相接地保护，当最小运行方式下变压器低压侧母线或母干线末端的单相接地短路时，流过高压侧的稳态电流与继电保护装置的一次动作电流的比值（即灵敏系数）不大于1.3时，应在变压器低压侧中性线上装专用的零序保护。零序保护的动作电流，对于Yyn0接线型的变压器，其值不超过变压器低压侧额定电流的25%；对于Yzn11接线型的变压器，保护装置的动作电流不超过变压器低压侧额定电流的40%。

4）变压器的差动保护，差动保护分为纵联差动保护和横联差动保护，前者适用于单配线回路的保护，后者适用于双配电回路的保护。本次主要介绍常用的变压器纵联差差保护，其主要配置原理是分别在变压器高低压配电回路中装设电流互感器，由两套互感器分别采集一次电流转换到差动保护装置中，近而进行电流做差比较，正常情况下变压器内部及引出线和绝缘套管各处无故障，保护装置中的差值近视于零，保护装置不动作。反之，要进行差动保护分闸。

变压器正常运行时差动保护装置中也会产生不平衡电流，为减小此电流，我们在设计和设备生产过程中应采取一些必要的措施。

a由变压器接线方式所产生的不平衡电流及消除措施

全厂性项目的总变电所接线常采用Yd11接线，这样会造成变压器高低压侧电流存在30°的相位差，虽然可以通过调整电流互感器的变比使二次侧电流相等。但由于变压器高低压两侧电流存在相位差，在差动回路中仍存在较大但不平衡电流，大小约为0.268倍的互感器二次电流。为消除这一现象，可在装设电流互感器时在变压器星型连接侧把电流互感器改为三角形接线。而在变压器三角形接线一侧的电流互感器改为星型接线。这样可消除因变压器高低压侧电流相位不同引起的不平衡电流，提高差动保护的可靠性。

b变压器自身的励磁涌流引起的不平衡电流及消除措施

通常变压器空载或投切时会产生励磁涌流，因此涌流只通过变压器一次侧。由于变压器二次侧开路无电流，会在差动保护回路装置中产生较大的差动电流，导致差动保护误动作。为消除这一现象，可在差动保护回路中串入速饱和电流互感器，二次侧电流接入继电保护装置中，可以减小励磁涌流对差动保护的影响。

2.2 配电线路的继电保护

1）过电流保护，继电保护装置中的动作电流应按线路过负荷电流（包括电动机启动时引起的启动电流），再乘以相应的安全系数进行设定，当线路中传输电流大于设定值时，应启动保护装置分闸信号进行自动分闸操作。

2）无时限电流速断保护和带实现电流速断保护应分别按最大运行方式下线路末端三相短路电流和最大运行方式下相临元件末端三相短路电流作为基准，再乘以相应安全系数作为继电保护装置的动作电流进行设定。

在项目的实际整定过程中，配电线路无时限电流速断保护是存在保护不到的区域，此区域称之为“保护死区”。由于电流速断保护的电流躲过来线路末端的最大短路电流，因此在靠近末端的一段线路发生短路故障时，如两相短路时电流速断保护不会动作，说明无时限电流速断保护不可能保护线路全长。为了避免类似情况发生，凡是带有电流速断保护的配电线路都配带时限过电流保护，过电流保护动作时间要比电流速断保护多一个时间差，一般取0.5～0.7s。