变配电站继电保护相关问题分析

导语：随着电力系统、工业与民用建筑变配电站采用微机保护综合自动化系统的推广，需要我们不断完善变电站微机保护出现的问题，使供电更加的安全、可靠。

一、 事故与继电保护分析

电能是一种特殊的物质，它不能存储，在其传输过程中要有可靠的绝缘。各相之间绝缘破坏就会发生相间短路事故，各相对地之间绝缘破坏就会发生单相接地短路事故或故障。

根据欧姆定律电压等于电流与电阻的乘积： U=I×R I=U÷R

在交流电路中电压等于电流与阻抗的乘积： U=I×Z I=U÷Z

供电系统中的阻抗包括发电设备、输电线路、变配电设备与负载的阻抗。输电线路与变配电设备的阻抗远小于负载的阻抗。当输电线路或变配电设备绝缘破坏，负载被短路，阻抗变小，电流就要变大。如果不及时将发生短路的输电线路或变配电设备断开(切除)，就会使事故扩大，造成设备损坏、引起火灾、威胁人身安全，甚至破坏供电系统的稳定运行。短路保护是供电系统的主要保护。

短路事故有相间短路与单相接地短路，相间短路有三相短路与两相短路。电源中性点接地的供电系统发生单相接地时，短路电流有回路流通，可称为单相接地短路。电源中性点不接地的供电系统发生单相接地时，因为短路电流没有回路流通，只有三相对地不平衡电容电流，称为单相接地故障。二者的继电保护原理是不相同的。远方短路及用电设备不正常造成的过电流与过负荷，及瓦斯与温度等非电量故障均属于异常运行，也需要及时报警或跳闸。

继电保护就是在供电系统发生短路事故与异常运行时，能够按照要求迅速而有选择性地将其切除或报警，最大限度减小事故造成的影响，保证供电系统的稳定运行。

可靠性、选择性、灵敏性与速动性是微机保护的四大要素。可靠性要求无事故时不误动，发生事故时不拒动。选择性可减少停电范围。灵敏性是继电保护对事故的反应能力，它用灵敏系数来表示，灵敏系数必须符合规范要求，灵敏系数等于最小运行方式下的事故电流除以继电保护动作电流，。速动性要求尽快地切除事故，必要时可无选择性动作，再用自动重合闸或备用电源自动投入来减小停电范围。

中高压配电系统采用具有断合功能的断路器，发生短路事故与异常运行时，需要由继电保护动作去断开断路器来切除或报警。

供电系统发生事故后电流、电压与频率等参数就要发生变化，继电保护就根据采集到电流、电压与频率等参数变化来动作。频率变化超过规定值后，由自动低频减载与解列动作来保证供电系统的稳定运行。电流与电压变化超过规定值后，继电保护就要动作将事故切除。有备用电源时，当主供电源断电后，通过备用电源自动投入装置将备用电源自动投入，帮助继续供电。

常规继电保护由各种电流、电压及信号继电器组成包括测量、保护、控制与信号的二次电路。保护继电器根据采集到电流、电压等参数，与保护整定值比较后跳开断路器将事故切除。

变电站微机保护由测量回路，保护与控制回路、信号回路组成二次电路。由测量回路通过交流采样直接采集到电流、电压等参数后，由软件进行各种保护处理，当电流、电压或时间超过变化整定值时，由保护与控制回路发出跳闸命令将事故切除。

由此可见常规继电保护与变电站微机保护之间，二次电路设计有着非常大的差别，常规继电保护需要根据保护功能要求来选择各种保护继电器，二次电路设计就比较复杂，工作量也大。

变电站微机保护的保护功能由软件来实现，只要根据保护功能要求设计好测量回路、保护与控制回路与信号回路就可以了，不用设计各种保护继电器，二次电路设计相对比较简单。

二、相间短路保护

相间短路保护由主保护来完成。主保护有电流与电压保护，分别根据发生事故后的电流与电压同保护整定值中设定的动作值进行比较来发出跳闸命令进行事故跳，完成继电保护。国外电流保护分为若干段，而且有保护选择性连锁。国内把电流保护分为速断、过电流与过负荷保护，通常称为三段式保护，实际上速断还分为不带延时与带延时电流保护。国内外基本上是相同的。

电压保护分为过电压、低电压与失压保护。过电压与低电压用于发电机、高压电动机、高压电力电容器与电力变压器中性点保护。失压保护主要用于备用电源自投与不允许自起动的高压电动机。

随着电力系统的不断发展，电流与电压保护就开始满足不了要求。就出现了复合电压电流保护、低电压起动过电流保护与电流电压联锁速断保护，方向保护、距离保护、纵差动保护、横差动保护与高频保护等。工业与民用建筑变电站一般为终端站，复合电压电流保护、电流电压联锁速断保护、距离保护、方向保护、横差动保护与高频保护等遇到的非常少。

事故电流受电力系统运行方式的影响非常大，在继电保护的电流速断保护整定时涉及到电力系统最大运行方式与最小运行方式。电力系统最大运行方式下，下一级保护安装处的三相短路电流乘以可靠系数作为本保护的电流速断保护动作电流，然后再用电力系统最下运行方式下的两相短路电流除以电流速断保护动作电流作为灵敏系数进行校验，灵敏系数必须符合规范要求。

但电力系统主要发电机、变压器或线路检修或发生事故，运行方式就要发生变化，短路电流就会减小，灵敏系数就降低，保护范围就要缩小，甚至消失，这是非常危险的。有计划的正常检修，可以根据运行方式的变化，人为的改变电流速断保护整定值。当发生事故时引起运行方式变化时，目前无法自动改变电流速断保护整定值。就需要采用复合电压电流保护、低电压起动电流保护与电流电压联锁速断保护，方向保护、距离保护、纵差动保护、横差动保护与高频保护等，来克服运行方式发生变化对继电保护的影响，以保证继电保护动作的可靠性与选择性。

对于有两个以上电源的电力系统，双侧电源流过保护装置的电流随着电流的方向不同而变化，因此就采用方向保护。根据短路电流方向不同而设置两套不同的电流速断保护整定值。环网式供电在闭环运行时，也需要装设带方向的电流保护。

三、单相接地保护

单相接地保护决定于电源中性点的接地方式。110 kV及以上电压等级的电源中性点接地系统，单相接地保护采用带方向或不带方向的阶段式零序电流保护。不能满足要求时，可装设接地距离保护，再采用零序电流保护作为后备保护。

电源中性点不接地的供电系统发生单相接地时，因为短路电流没有回路流通，只有三相对地不平衡电容电流，称为单相接地故障。此时采用单相接地故障检测进行保护，动作于报警或跳闸。通常采用小电流接地选线装置。现在许多变电站微机保护装置也具有单相接地故障检测功能，动作于报警或跳闸。

电源中性点不接地的供电系统发生单相接地后，接地相对地电压为零，不接地两相对地电压升高为线电压，就可以通过零序电压进行报警，全系统的其他两相对地电容电流的向量和，由接地点，经过接地故障回路流回电源，此对地电容电流等于全系统单相对地电容电流的3倍。根据零序电压以及对地电容电流的大小与方向，就可以对发生单相接地的回路进行保护，动作于报警或跳闸。

我国10 kV、35 kV与63 kV 目前还为电源中性点不接地的供电系统。在单相接地电容电流不大的供电系统中，发生单相接地后可以只报警不跳闸。当单相接地电容电流大于10A时就需要报警并跳闸。现在城市电网发展很快，所以在一些大城市供电部门要求报警并跳闸。由于全系统单相对地电容电流精确计算很困难，单相接地保护整定就比较困难，误动与拒动经常发生。目前我国10 kV供电系统，还不能够改为电源中性点直接接地的供电系统。有些地区供电部门已经要求10 kV供电系统，采用电源中性点经过串联电阻接地的供电系统。此时单相接地保护就可以按照零序过电流保护来整定。可以不计算单相接地电流，按照三相不平衡电流不大于25%来整定，整定值比较准确，动作可靠性就有了保证。无法安装零序电流互感器时，可以从三相电流互感器二次侧中性线取得零序电流的滤序器方案。