繼電保護(hù)中容易被忽視的安全問題及解決辦法
1、線路中勵(lì)磁涌流問題
1.1 線路中勵(lì)磁涌流對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響
勵(lì)磁涌流是由于變壓器空載投運(yùn)時(shí)，鐵芯中的磁通不能突變，出現(xiàn)非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵(lì)磁電流急劇增大而產(chǎn)生的。變壓器勵(lì)磁涌流最大值，二次負(fù)荷測(cè)試儀提供電流互感器和電壓互感器的二次負(fù)荷測(cè)量。電壓互感器在實(shí)際運(yùn)行中，二次所接的測(cè)量?jī)x器以及二次電纜間及其與地線間電容組成時(shí)總導(dǎo)納?？梢赃_(dá)到變壓器額定電流的6～8倍，并且跟變壓器的容量大小有關(guān)，變壓器容量越小，勵(lì)磁涌流倍數(shù)越大。勵(lì)磁涌流存在很大的非周期分量，并以一定時(shí)間系數(shù)衰減，衰減的時(shí)間常數(shù)同樣與變壓器容量大小有關(guān)，容量越大，時(shí)間常數(shù)越大，涌流存在時(shí)間越長(zhǎng)。10 kV線路裝有大量的配電變壓器，在線路投入時(shí)，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的涌流，時(shí)間常數(shù)也較大。二段式電流保護(hù)中的電流速斷保護(hù)，由于要兼顧靈敏度，動(dòng)作電流值往往取得較小，特別在長(zhǎng)線路或系統(tǒng)阻抗大時(shí)更明顯。勵(lì)磁涌流值可能會(huì)大于裝置整定值，使保護(hù)誤動(dòng)。這種情況在線路變壓器個(gè)數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時(shí)并不突出，因此容易被忽視，但當(dāng)線路變壓器個(gè)數(shù)及容量增大后，就可能出現(xiàn)。
1.2 防止涌流引起誤動(dòng)的方法
勵(lì)磁涌流有一明顯的特征，就是它含有大量的二次諧波，在主變壓器主保護(hù)中就利用這個(gè)特性，來防止勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)作，但如果用在10 kV線路保護(hù)，必須對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行改造，會(huì)大大增加裝置的復(fù)雜性，因此實(shí)用性很差。勵(lì)磁涌流的另一特征就是它的大小隨時(shí)間而衰減，一開始涌流很大，一段時(shí)間后涌流衰減為零，流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流，利用涌流這個(gè)特點(diǎn)，在電流速斷保護(hù)加入一短時(shí)間延時(shí)，就可以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)作，這種方法最大優(yōu)點(diǎn)是不用改造保護(hù)裝置(或只作簡(jiǎn)單改造)，雖然會(huì)增加故障時(shí)間，但對(duì)于像10 kV這種對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響較小之處還是適用。為了保證可靠地躲過勵(lì)磁涌流，保護(hù)裝置中加速回路同樣要加入延時(shí)。通過幾年的摸索，在10 kV線路電流速斷保護(hù)及加速回路中加入了0.15～0.2 s的時(shí)限，就近幾年運(yùn)行來看，運(yùn)行安全，并能很好的避免由于線路中勵(lì)磁涌流造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。
2、TA飽和問題
2.1 TA飽和對(duì)保護(hù)的影響
10 kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農(nóng)網(wǎng)中的變電所，往往遠(yuǎn)離電源，系統(tǒng)阻抗較大。對(duì)于同一線路，出口處短路電流大小會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)行方式不同而不同。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，10 kV系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，可以達(dá)到TA一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中原有一些能正常運(yùn)行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個(gè)暫態(tài)過程，短路電流中含大量非周期分量，又進(jìn)一步加速TA飽和。在10 kV線路短路時(shí)，由于TA飽和，感應(yīng)到二次側(cè)的電流會(huì)很小或接近于零，使保護(hù)裝置拒動(dòng)，故障 由母聯(lián)斷路器或主變壓器后備保護(hù)切除，不但延長(zhǎng)了故障時(shí)間，會(huì)使故障范圍擴(kuò)大，影響供電可靠性，而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備的安全。
2.2 避免TA飽和的方法
TA飽和，其實(shí)就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應(yīng)電勢(shì)成正比，因此，如果TA二次負(fù)載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應(yīng)電勢(shì)就大，或在同樣的負(fù)載阻抗下，二次電流越大，感應(yīng)電勢(shì)就越大，這兩種情況都會(huì)使鐵芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值時(shí)，TA就飽和。TA嚴(yán)重飽和時(shí)，一次電流全部變成勵(lì)磁電流，二次側(cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護(hù)裝置就會(huì)拒動(dòng)。避免TA飽和主要從兩個(gè)方面入手，一是在選擇TA時(shí)，變比不能選得太小，要考慮線路短路時(shí)TA飽和問題，一般10 kV線路保護(hù)TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負(fù)載阻抗，盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用TA，縮短TA二次電纜長(zhǎng)度及加大二次電纜截面；對(duì)于綜合自動(dòng)化變電所，10 kV線路盡可能選用保護(hù)、測(cè)控合一的產(chǎn)品，并在控制屏上就地安裝，這樣能有效減小二次回路阻抗，防止TA飽和。
3 、所用變壓器保護(hù)
3.1 所用變壓器保護(hù)存在的問題
所用變壓器是一比較特殊的設(shè)備，容量較小但可靠性要求非常高，而且安裝位置也很特殊，一般就接在10 kV母線上，其高壓側(cè)短路電流等于系統(tǒng)短路電流，可達(dá)十幾千安，低壓側(cè)出口短路電流也較大。一直對(duì)所用變壓器保護(hù)的可靠性重視不足，這將對(duì)所用變壓器直至整個(gè)10 kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器保護(hù)使用熔斷器保護(hù)，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統(tǒng)短路容量的增大，以及綜合自動(dòng)化的要求提高，這種方式已逐漸滿足不了要求。現(xiàn)在新建或改造的變電所，特別是綜合自動(dòng)化所，大多配置所用變壓器開關(guān)柜，保護(hù)配置也跟10 kV線路相似，而往往忽視了保護(hù)用的TA飽和問題。由于所用變壓器容量小，一次額定電流很小，保護(hù)計(jì)量共用TA，為確保計(jì)量的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)時(shí)TA很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當(dāng)所用變壓器故障時(shí)，TA將嚴(yán)重飽和，感應(yīng)到二次回路電流幾乎為零，使所用變壓器保護(hù)裝置拒動(dòng)。如果是高壓側(cè)故障，短路電流足以使母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)動(dòng)作而斷開故障，如果是低壓側(cè)故障，短路電流可能達(dá)不到母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)的啟動(dòng)值，使得故障無法及時(shí)切除，最終燒毀所用變壓器，嚴(yán)重影響變壓器的安全運(yùn)行。
3.2 解決辦法
解決所用變壓器保護(hù)拒動(dòng)問題，應(yīng)從合理配置保護(hù)入手，其TA的選擇要考慮所用變壓器故障時(shí)飽和問題，同時(shí)，計(jì)量用的TA一定要跟保護(hù)用的TA分開，保護(hù)用的TA裝在高壓側(cè)，以保證對(duì)所用變壓器的保護(hù)，計(jì)量用TA裝在所用變壓器的低壓側(cè)，以提高計(jì)量精度。在定值整定方面，電流速斷保護(hù)可按所用變壓器低壓出口短路進(jìn)行整定，過負(fù)荷保護(hù)按所用變壓器容量整定。
4 、配電變壓器保護(hù)
4.1 10 kV配電變壓器保護(hù)存在的問題
10 kV配電變壓器的保護(hù)配置主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器等。負(fù)荷開關(guān)投資省，但不能開斷短路電流，很少采用；斷路器技術(shù)性能好，但設(shè)備投資較高，使用復(fù)雜，廣泛應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)；負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式，既可避免采用操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器，彌補(bǔ)負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點(diǎn)，又可滿足實(shí)際運(yùn)行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護(hù)方式。但對(duì)于容量比較大的配電變壓器，配備有瓦斯繼電器，需要斷路器可與瓦斯繼電器相配合，才能對(duì)變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)，必要時(shí)還應(yīng)有零序保護(hù)，這些問題都是值得注意的問題。
4.2 解決辦法
無論在10 kV環(huán)網(wǎng)供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護(hù)配置，既可提供額定負(fù)荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護(hù)配電變壓器。為此，推薦采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的配置，作為配電變壓器保護(hù)的保護(hù)方式。標(biāo)準(zhǔn)GB 14285《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，選擇配電變壓器的保護(hù)設(shè)備時(shí)，當(dāng)容量等于或大于800 kVA，應(yīng)選用帶繼電保護(hù)裝置的斷路器。對(duì)于這個(gè)規(guī)定，可以理解為基于以下兩方面的需要。
配電變壓器容量達(dá)到800 kVA及以上時(shí)，過去大多使用油浸變壓器，并配備有瓦斯繼電器，使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合，從而對(duì)變壓器進(jìn)行有效地保護(hù)。
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1.1 線路中勵(lì)磁涌流對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響
勵(lì)磁涌流是由于變壓器空載投運(yùn)時(shí)，鐵芯中的磁通不能突變，出現(xiàn)非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵(lì)磁電流急劇增大而產(chǎn)生的。變壓器勵(lì)磁涌流最大值，二次負(fù)荷測(cè)試儀提供電流互感器和電壓互感器的二次負(fù)荷測(cè)量。電壓互感器在實(shí)際運(yùn)行中，二次所接的測(cè)量?jī)x器以及二次電纜間及其與地線間電容組成時(shí)總導(dǎo)納?？梢赃_(dá)到變壓器額定電流的6～8倍，并且跟變壓器的容量大小有關(guān)，變壓器容量越小，勵(lì)磁涌流倍數(shù)越大。勵(lì)磁涌流存在很大的非周期分量，并以一定時(shí)間系數(shù)衰減，衰減的時(shí)間常數(shù)同樣與變壓器容量大小有關(guān)，容量越大，時(shí)間常數(shù)越大，涌流存在時(shí)間越長(zhǎng)。10 kV線路裝有大量的配電變壓器，在線路投入時(shí)，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的涌流，時(shí)間常數(shù)也較大。二段式電流保護(hù)中的電流速斷保護(hù)，由于要兼顧靈敏度，動(dòng)作電流值往往取得較小，特別在長(zhǎng)線路或系統(tǒng)阻抗大時(shí)更明顯。勵(lì)磁涌流值可能會(huì)大于裝置整定值，使保護(hù)誤動(dòng)。這種情況在線路變壓器個(gè)數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時(shí)并不突出，因此容易被忽視，但當(dāng)線路變壓器個(gè)數(shù)及容量增大后，就可能出現(xiàn)。
1.2 防止涌流引起誤動(dòng)的方法
勵(lì)磁涌流有一明顯的特征，就是它含有大量的二次諧波，在主變壓器主保護(hù)中就利用這個(gè)特性，來防止勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)作，但如果用在10 kV線路保護(hù)，必須對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行改造，會(huì)大大增加裝置的復(fù)雜性，因此實(shí)用性很差。勵(lì)磁涌流的另一特征就是它的大小隨時(shí)間而衰減，一開始涌流很大，一段時(shí)間后涌流衰減為零，流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流，利用涌流這個(gè)特點(diǎn)，在電流速斷保護(hù)加入一短時(shí)間延時(shí)，就可以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)作，這種方法最大優(yōu)點(diǎn)是不用改造保護(hù)裝置(或只作簡(jiǎn)單改造)，雖然會(huì)增加故障時(shí)間，但對(duì)于像10 kV這種對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響較小之處還是適用。為了保證可靠地躲過勵(lì)磁涌流，保護(hù)裝置中加速回路同樣要加入延時(shí)。通過幾年的摸索，在10 kV線路電流速斷保護(hù)及加速回路中加入了0.15～0.2 s的時(shí)限，就近幾年運(yùn)行來看，運(yùn)行安全，并能很好的避免由于線路中勵(lì)磁涌流造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。
2、TA飽和問題
2.1 TA飽和對(duì)保護(hù)的影響
10 kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農(nóng)網(wǎng)中的變電所，往往遠(yuǎn)離電源，系統(tǒng)阻抗較大。對(duì)于同一線路，出口處短路電流大小會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)行方式不同而不同。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，10 kV系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，可以達(dá)到TA一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中原有一些能正常運(yùn)行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個(gè)暫態(tài)過程，短路電流中含大量非周期分量，又進(jìn)一步加速TA飽和。在10 kV線路短路時(shí)，由于TA飽和，感應(yīng)到二次側(cè)的電流會(huì)很小或接近于零，使保護(hù)裝置拒動(dòng)，故障 由母聯(lián)斷路器或主變壓器后備保護(hù)切除，不但延長(zhǎng)了故障時(shí)間，會(huì)使故障范圍擴(kuò)大，影響供電可靠性，而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備的安全。
2.2 避免TA飽和的方法
TA飽和，其實(shí)就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應(yīng)電勢(shì)成正比，因此，如果TA二次負(fù)載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應(yīng)電勢(shì)就大，或在同樣的負(fù)載阻抗下，二次電流越大，感應(yīng)電勢(shì)就越大，這兩種情況都會(huì)使鐵芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值時(shí)，TA就飽和。TA嚴(yán)重飽和時(shí)，一次電流全部變成勵(lì)磁電流，二次側(cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護(hù)裝置就會(huì)拒動(dòng)。避免TA飽和主要從兩個(gè)方面入手，一是在選擇TA時(shí)，變比不能選得太小，要考慮線路短路時(shí)TA飽和問題，一般10 kV線路保護(hù)TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負(fù)載阻抗，盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用TA，縮短TA二次電纜長(zhǎng)度及加大二次電纜截面；對(duì)于綜合自動(dòng)化變電所，10 kV線路盡可能選用保護(hù)、測(cè)控合一的產(chǎn)品，并在控制屏上就地安裝，這樣能有效減小二次回路阻抗，防止TA飽和。
3 、所用變壓器保護(hù)
3.1 所用變壓器保護(hù)存在的問題
所用變壓器是一比較特殊的設(shè)備，容量較小但可靠性要求非常高，而且安裝位置也很特殊，一般就接在10 kV母線上，其高壓側(cè)短路電流等于系統(tǒng)短路電流，可達(dá)十幾千安，低壓側(cè)出口短路電流也較大。一直對(duì)所用變壓器保護(hù)的可靠性重視不足，這將對(duì)所用變壓器直至整個(gè)10 kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器保護(hù)使用熔斷器保護(hù)，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統(tǒng)短路容量的增大，以及綜合自動(dòng)化的要求提高，這種方式已逐漸滿足不了要求。現(xiàn)在新建或改造的變電所，特別是綜合自動(dòng)化所，大多配置所用變壓器開關(guān)柜，保護(hù)配置也跟10 kV線路相似，而往往忽視了保護(hù)用的TA飽和問題。由于所用變壓器容量小，一次額定電流很小，保護(hù)計(jì)量共用TA，為確保計(jì)量的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)時(shí)TA很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當(dāng)所用變壓器故障時(shí)，TA將嚴(yán)重飽和，感應(yīng)到二次回路電流幾乎為零，使所用變壓器保護(hù)裝置拒動(dòng)。如果是高壓側(cè)故障，短路電流足以使母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)動(dòng)作而斷開故障，如果是低壓側(cè)故障，短路電流可能達(dá)不到母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)的啟動(dòng)值，使得故障無法及時(shí)切除，最終燒毀所用變壓器，嚴(yán)重影響變壓器的安全運(yùn)行。
3.2 解決辦法
解決所用變壓器保護(hù)拒動(dòng)問題，應(yīng)從合理配置保護(hù)入手，其TA的選擇要考慮所用變壓器故障時(shí)飽和問題，同時(shí)，計(jì)量用的TA一定要跟保護(hù)用的TA分開，保護(hù)用的TA裝在高壓側(cè)，以保證對(duì)所用變壓器的保護(hù)，計(jì)量用TA裝在所用變壓器的低壓側(cè)，以提高計(jì)量精度。在定值整定方面，電流速斷保護(hù)可按所用變壓器低壓出口短路進(jìn)行整定，過負(fù)荷保護(hù)按所用變壓器容量整定。
4 、配電變壓器保護(hù)
4.1 10 kV配電變壓器保護(hù)存在的問題
10 kV配電變壓器的保護(hù)配置主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器等。負(fù)荷開關(guān)投資省，但不能開斷短路電流，很少采用；斷路器技術(shù)性能好，但設(shè)備投資較高，使用復(fù)雜，廣泛應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)；負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式，既可避免采用操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器，彌補(bǔ)負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點(diǎn)，又可滿足實(shí)際運(yùn)行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護(hù)方式。但對(duì)于容量比較大的配電變壓器，配備有瓦斯繼電器，需要斷路器可與瓦斯繼電器相配合，才能對(duì)變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)，必要時(shí)還應(yīng)有零序保護(hù)，這些問題都是值得注意的問題。
4.2 解決辦法
無論在10 kV環(huán)網(wǎng)供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護(hù)配置，既可提供額定負(fù)荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護(hù)配電變壓器。為此，推薦采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的配置，作為配電變壓器保護(hù)的保護(hù)方式。標(biāo)準(zhǔn)GB 14285《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，選擇配電變壓器的保護(hù)設(shè)備時(shí)，當(dāng)容量等于或大于800 kVA，應(yīng)選用帶繼電保護(hù)裝置的斷路器。對(duì)于這個(gè)規(guī)定，可以理解為基于以下兩方面的需要。
配電變壓器容量達(dá)到800 kVA及以上時(shí)，過去大多使用油浸變壓器，并配備有瓦斯繼電器，使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合，從而對(duì)變壓器進(jìn)行有效地保護(hù)。
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