針對茂名電網(wǎng)中低電壓配電線路繼電保護(hù)配置的探討

1、針對茂名電網(wǎng)中低電壓配電線路 繼電保護(hù)配置的探討 陳 柱(廣東省 茂名市 525000前 言隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展 , 配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 、 短路電流的水平 、 用電負(fù)荷的性質(zhì)等都發(fā)生了很大的變化 , 傳統(tǒng)的保護(hù)原理和配 置方式已經(jīng)逐漸難以滿足現(xiàn)代配電系統(tǒng)的要求 。 本文將對傳統(tǒng) 的保護(hù)原理和配置方式進(jìn)行分析 , 指出存在的問題 , 探討以較小 成本將高壓系統(tǒng)中已經(jīng)比較成熟的縱聯(lián)保護(hù)原理移植到中低 壓系統(tǒng)的方法 。1中低壓線路繼電保護(hù)配置的現(xiàn)狀以及存在 的問題1.1線路繼電保護(hù)配置的現(xiàn)狀(1 目前 , 選擇性 、 靈敏性 、 速動性和可靠性是對繼電保護(hù)裝 置的四項基本要求 , 也是分析 、 評價繼電

2、保護(hù)裝置性能優(yōu)劣的重 要標(biāo)準(zhǔn) 。 下面就結(jié)合這些指標(biāo) , 對當(dāng)前配網(wǎng)保護(hù)的情況進(jìn)行分析 。 (2 針對 35kV 及以下電壓等級中低壓系統(tǒng) , 從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上 看主要有單電源輻射性結(jié)構(gòu) 、 “ 手拉手 ” 供電結(jié)構(gòu) 、 可重構(gòu)的配 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及與地方小電源并網(wǎng)連接的雙電源結(jié)構(gòu)等 。 對于前 三種電網(wǎng)結(jié)構(gòu) , 其繼電保護(hù)目前基本上仍是階段式 (三段或二 段 時限配合的電流保護(hù) 、 電壓閉鎖電流保護(hù)等 , 而對雙側(cè)電源 的中低壓聯(lián)絡(luò)線路 , 目前繼電保護(hù)的配置主要有兩種模式: 線 路兩端均裝設(shè)階段式的方向電流保護(hù) 、 方向電壓閉鎖電流保護(hù) 或帶方向的距離保護(hù); 裝設(shè)基于通信的縱差保護(hù) 。(3 階段式

3、時限配合的電流保護(hù) 、 電壓閉鎖電流保護(hù)和距 離保護(hù) , 通過定值 、 時限的配合來獲得選擇性 , 從原理上就決定 了每條線路中僅有部分區(qū)段中的故障能夠被無延時地快速切 除 , 其余部分的故障則要經(jīng) 0.30.5s 或更長的延時后才能切除 , 使故障有較長的持續(xù)時間 。 此外 , 階段式保護(hù)還存在著靈敏度 低 、 整定計算復(fù)雜 、 動作性能受運行方式影響大等缺點 。 (4 就其實質(zhì)而言 , 階段式保護(hù)實際上是通過犧牲靈敏性和 速動性來換取選擇性的 。 例如 III 段保護(hù)的測量元件雖然靈敏 , 但不具備選擇性 , 必須整定較大延時才不至于誤動 ; 而 I 段保護(hù) 不需要延時 , 但為保證其選擇

4、性 , 必須使靈敏度很低 , 有些情況下 甚至沒有保護(hù)區(qū) 。1.2線路繼電保護(hù)配置存在的問題中低壓系統(tǒng)故障的延時切除 , 雖不會造成系統(tǒng)失步 、 大面積 停電等極其嚴(yán)重的后果 , 但仍會有較大的危害 , 主要表現(xiàn)在以下 幾個方面 :(1 故障切除時間加長將可能導(dǎo)致故障設(shè)備及相鄰設(shè)備嚴(yán) 重?zé)龤?, 甚至引發(fā)火災(zāi) 、 爆炸等災(zāi)難性事故 , 使故障影響擴(kuò)大 , 危 害程度增加 。(2 在電動機(jī)負(fù)載較多的情況下 , 可能會引發(fā)電壓穩(wěn)定性問 題 , 造成甩負(fù)荷現(xiàn)象 。 發(fā)生短路故障時 , 系統(tǒng)電壓降低 , 接在同一 系統(tǒng)上的電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降 , 如果故障切除時間較長 , 則電機(jī)轉(zhuǎn)速 就會有較大的下降 ,

5、故障切除后系統(tǒng)電壓趨于恢復(fù) , 這時轉(zhuǎn)速已 經(jīng)下降了的電機(jī)自啟動 , 需從系統(tǒng)中吸收大量無功電流 , 但此時 向系統(tǒng)提供無功的并聯(lián)補(bǔ)償裝置的輸出卻因電壓降低而按平 方關(guān)系減小 , 大量缺額的無功電流不得不從電源端吸收 , 無功電 流的傳輸將使線路壓降急劇增加 , 可能導(dǎo)致電機(jī)的機(jī)端電壓不 僅不能恢復(fù) , 反而繼續(xù)下降 , 最終導(dǎo)致電壓崩潰 , 大量電機(jī)因失壓 被甩掉 。 這種因為保護(hù)動作緩慢而引發(fā)的大量甩負(fù)荷現(xiàn)象 , 已在 不少工礦企業(yè)中多次發(fā)生 , 經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重 。 如果故障能夠快 速切除 , 則由于慣性作用在故障切除時電機(jī)轉(zhuǎn)速仍然較高 , 切除 后不會出現(xiàn)自啟動現(xiàn)象 , 上述問題也就不

6、會發(fā)生 。(3 由于變頻調(diào)速設(shè)備 、 微機(jī)集控設(shè)備 、 可編程邏輯控制 器 、 自動化流水生產(chǎn)線以及計算機(jī)服務(wù)器等敏感性設(shè)備的大量 使用 , 對供電電源的電壓質(zhì)量提出了很高的要求 , 特別是對短路 故障以及短路故障切除后大量電動機(jī)自啟動引起的電壓跌落 , 有十分嚴(yán)格的要求 。 電壓跌落的程度 、 持續(xù)時間及其危害性 , 都 與故障持續(xù)的時間即繼電保護(hù)裝置的動作時間密切相關(guān) , 故障 持續(xù)時間越長 , 電壓跌落造成的危害就越大 。(4 故障的延時切除 , 可能會導(dǎo)致本屬于瞬時性的故障發(fā)展 成永久性故障 、 兩相故障發(fā)展成三相故障 , 使重合閘的成功率降 低 , 故障的危害程度加大 。(5 電網(wǎng)改

7、造后 , 配網(wǎng)與電源間的電氣距離變短 , 系統(tǒng)的短 路容量增加 , 短路的危害性更大 , 延時切除故障可能會造成更為 嚴(yán)重的結(jié)果 。 而在另一方面 , 配網(wǎng)改造后供電半徑的縮小 (特別 是城市供電系統(tǒng)和工礦企業(yè)供電系統(tǒng)情況更為突出 , 配電線路 的長度縮短 , 線路首 、 末端短路時短路電流的差別變小 , 使按躲 過末端短路最大電流整定的無時限電流速斷保護(hù) (即電流 I 段 保護(hù)區(qū)變小 , 甚至沒有保護(hù)區(qū) ; 限時電流速斷保護(hù) (II 段 需與下 一條線路 I 段相配合 , 其定值也將難以確定 , 這樣將可能使線路 大部分區(qū)段的故障需要經(jīng)過 0.30.5s 或更長的時限切除 。 2關(guān)于中低壓線

8、路繼電保護(hù)配置的改進(jìn)措施 (1 縱聯(lián)電流差動保護(hù) 、 縱聯(lián)方向比較式保護(hù)的原理已經(jīng)十 分成熟 , 并已在超高壓系統(tǒng) 、 高壓系統(tǒng)以及部分中低壓聯(lián)絡(luò)線中 得到廣泛應(yīng)用 , 取得了十分成功的運行經(jīng)驗和理想的運行效果 。 與階段式保護(hù)相比 , 縱聯(lián)保護(hù)具有動作時間短 、 靈敏度高 、 選擇性 好以及相互之間配合方便等一系列優(yōu)點 。 如果能夠根據(jù)中低壓 配電系統(tǒng)的特點 , 結(jié)合現(xiàn)代低成本 、 高性能的通信手段 , 將這種縱 聯(lián)保護(hù)原理移植到配電系統(tǒng) , 就能夠在不增加太多投資和施工改 造 、 維護(hù)工作量的前提下 , 大大提高配電系統(tǒng)保護(hù)的性能 , 有效減 少因保護(hù)靈敏度低 、 動作時間較長而產(chǎn)生的巨大

9、損失 。摘 要:本文主要是針對了茂名電網(wǎng)中低壓系統(tǒng)保護(hù)存在的問題 , 根據(jù)本人從事多年電力工程的工作經(jīng)驗提出了將成熟的縱聯(lián)保護(hù)原理與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的觀點, 以供同行參考 。關(guān)鍵詞:中低電壓; 繼電保護(hù); 配置電力建設(shè) 專欄 147廣東科技 2010.1總第 229期(2 從理論上講 , 應(yīng)用于高壓及超高壓系統(tǒng)的縱聯(lián)比較原理 和技術(shù)都可以應(yīng)用于中低壓的配電系統(tǒng) 。 但受成本 、 投資和維 護(hù)工作量等方面的限制 , 且考慮到配網(wǎng)保護(hù)在速動性和可靠性 的要求不如高壓及超高壓系統(tǒng)嚴(yán)格 , 所以應(yīng)根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)的特 點 , 在滿足基本要求的基礎(chǔ)上對保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成適當(dāng)簡化 。 (3 在縱聯(lián)比較式保護(hù)中

10、, 縱聯(lián)信息的利用有兩種方式 , 即 閉鎖式和允許式 。 從信息交換和利用的角度來說 , 閉鎖式保護(hù)交 換的是外部故障信息 , 只要任何一側(cè)感受為外部故障 , 就說明是 外部故障 , 感受外部故障的一側(cè)向?qū)?cè)發(fā)出閉鎖信號 , 使兩側(cè)都 不動作 ; 而在兩側(cè)都感受不到外部故障時 , 說明為內(nèi)部故障 , 互不 發(fā)閉鎖信號 (即不必交換信息 , 兩側(cè)保護(hù)都能快速跳閘 。 允許式 保護(hù)包括超范圍允許和欠范圍允許兩種 。 超范圍允許式保護(hù)傳 送的是 “ 非本側(cè)區(qū)外故障 ” 的信息 , 若兩側(cè)都感受到 “ 非本側(cè)區(qū)外 故障 ” , 則一定是區(qū)內(nèi)故障 , 互發(fā)允許信號 , 各側(cè)都能快速跳閘 ; 而 任何一側(cè)

11、感受到 “ 本側(cè)區(qū)外 ” 故障時 , 就一定是區(qū)外故障 , 它不向 另一側(cè)保護(hù)發(fā)允許信號 , 使各側(cè)保護(hù)都不會誤動 。 欠范圍允許傳 輸?shù)氖?I 段保護(hù)元件動作的信息 , 當(dāng)本側(cè) I 段保護(hù)已經(jīng)動作時 , 說明故障一定是在區(qū)內(nèi) , 此時發(fā)出信息 , 允許對側(cè)跳閘 。(4 理論分析和運行經(jīng)驗都表明 , 閉鎖式和允許式各有優(yōu)缺 點 。 閉鎖式需要傳輸外部故障的信息 , 若外部故障時閉鎖信息不 能及時傳到對側(cè) , 則有可能導(dǎo)致對側(cè)保護(hù)誤動作 ; 允許式保護(hù)需 要傳輸 “ 非外部故障 ” 的信息 , 在非外部故障的情況下 , 若不能將 允許信息傳送到對側(cè) , 則可能導(dǎo)致對側(cè)保護(hù)拒動 。 考慮到因信號

12、不能正常傳輸而導(dǎo)致的縱聯(lián)保護(hù)拒動問題可以由傳統(tǒng)的階段 式保護(hù)來補(bǔ)救 , 且允許式保護(hù)靈敏度配合方便 , 動作速度快 , 所以 應(yīng)優(yōu)先考慮 。 配電系統(tǒng)中的線路主要有兩種 , 一種是單側(cè)電源的 供電線路 , 另一種是雙側(cè)電源的聯(lián)絡(luò)線路 。(5 圖 1為單側(cè)電源系統(tǒng) , 這時通常線路末端不裝設(shè)斷路 器 、 電流互感器和保護(hù)裝置 , 被 保護(hù)線路 L1全線的故障以及 下一級變電站母線 2的故障都 應(yīng)該由保護(hù) K1動作跳閘 。 在這種情況下 , 可以利用 “ 母線 2電壓降低 (或有較大變化 量 , 但所有出線過流元件都不作 ” 作為故障不在母線 2下游出 線上的判據(jù) 。 滿足該判據(jù)時立即向保護(hù) K1

13、發(fā)允許信號 , 如果 K1過流元件動作 , 說明故障一定在線路 L1上或母線 2上 ,K1在接 到變電站 2發(fā)來的允許信號后可以立即跳閘 , 快速將故障切除 。 如果 K1的過流元件不動作 , 說明被保護(hù)區(qū)域內(nèi)沒有故障 , 即使 收到允許信號也不會動作 。 K1處過流元件動作 , 但收不到允許 信號時 , 可能對應(yīng)兩種情況 , 一種是故障在母線 2下游 , 不滿足發(fā) 送允許信號的條件 ; 另一種情況是 2處信號已經(jīng)發(fā)出 , 但因通道 問題導(dǎo)致 K1沒有收到 。 在此情況下 , 保護(hù) K1仍按傳統(tǒng)的階段 式保護(hù)原則動作 , 經(jīng)預(yù)定的延時配合后跳閘 。由上所述, 這種縱聯(lián)保護(hù)可以稱之為 “ 允許式

14、加速保護(hù) ” , 收 到允許信號時 , 就將階段式保護(hù)中第二段或第三段的延時短接 掉 , 不經(jīng)延時直接跳閘 , 而收不到允許信號時 , 其性能還是傳統(tǒng)的 階段式保護(hù) 。 單電源 “ 手拉手 ” 供電線路 、 帶環(huán)網(wǎng)柜的配電線路 都可以應(yīng)用這種 “ 允許式加速保護(hù) ” 實現(xiàn)快速故障切除 。 (6 對于雙電源的聯(lián)絡(luò)線路 , 線路的兩端都應(yīng)該裝設(shè)斷路 器 、 互感器和保護(hù)裝置 , 線路內(nèi)部故障時 , 應(yīng)立即跳開線路兩端 的斷路器 。 在構(gòu)成縱聯(lián)保護(hù)時 , 通常用方向元件或距離元件作為 測量元件 。 但是配電系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線路 , 一般都是典型的弱饋線 路 , 即一端接至容量較大的電力系統(tǒng) , 另一端接至

15、容量較小的地 方電廠 , 這種線路發(fā)生短路時 , 小電源端提供的短路電流較小 , 可 能會出現(xiàn)弱饋側(cè)測量元件動作靈敏度不足 , 因而無法向系統(tǒng)側(cè) 保護(hù)發(fā)允許信號的問題 , 導(dǎo)致兩側(cè)保護(hù)拒動 。 由于在這種系統(tǒng) 中 , 小電源端反向短路時流過兩側(cè)保護(hù)的短路電流均由系統(tǒng)側(cè) 提供 , 所以反向故障時一般不存在靈敏度不足的問題 , 這時可以 采用 “ 小電源側(cè)母線電壓降低 , 但反向方向元件不動時就準(zhǔn)備動 作 , 并向?qū)?cè) (大電源側(cè) 發(fā)允許信號 ” 的措施 。 這樣 , 被保護(hù)線路 內(nèi)部故障時 , 無論小電源側(cè)的正向方向元件能否動作 (假定大電 源側(cè)可靠動 , 兩側(cè)都能快速跳閘 ; 而當(dāng)小電源側(cè)系統(tǒng)

16、發(fā)生故障 時 (對被保護(hù)線路來說為區(qū)外故障 , 小電源側(cè)的反向方向元件 動作 , 不會向大電源側(cè)發(fā)送允許信號 , 兩側(cè)都不會誤動 。3移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的相合3.1光纖通道在有條件敷設(shè)光纖的情況下 , 應(yīng)盡量應(yīng)用光纖來傳輸繼電 保護(hù)信號 。 光纖傳輸容量大 、 可靠性高 、 多種業(yè)務(wù)復(fù)用方便 、 傳 輸及切換延時小 , 完全能夠滿足縱聯(lián)比較式繼電保護(hù)對通信通 道的要求 。 近幾年隨著配電自動化技術(shù)的興起 , 許多配電變電 站 、 開閉所 、 開關(guān)站 、 環(huán)網(wǎng)柜 、 甚至配電變壓器等處都已經(jīng)敷設(shè) 光纖線路 , 利用這些光纖設(shè)施 , 在不需要增加太多設(shè)備和投資的 情況下 , 就可以構(gòu)成縱聯(lián)原理的配電

17、線路繼電保護(hù) 。3.2專線通道專線通道就是為傳送繼電保護(hù)信號專門設(shè)立的有線通道 。 該專線可以是雙絞線 、 同軸電纜 , 甚至也可以是普通的控制電 纜 。 這種通道僅用在被保護(hù)線路較短的場合 (例如在大型工礦 企業(yè)中 , 允許信號宜以開關(guān)量 (即繼電器干接點 的形式傳輸 。 這種通道基本不存在延時 , 在專線長度不太長的情況下可靠性 也比較高 。3.3電力線載波在高壓和超高壓系統(tǒng)中, 電力線載波在高壓和超高壓系統(tǒng) 中 , 電力線載波曾是縱聯(lián)保護(hù)交換信息的主要形式 , 隨著光纖技 術(shù)的引入 , 其應(yīng)用有所減少 , 但目前在雙重化保護(hù)配置中 , 通常還 是有一套縱聯(lián)保護(hù)應(yīng)用電力線載波通道 。 在中

18、低壓配電系統(tǒng)中 , 也可以應(yīng)用載波來傳輸縱聯(lián)保護(hù)信號 , 但中低壓線路通常有較 多分支 , 如果每個分支的末端都裝設(shè)阻波器和結(jié)合設(shè)備 , 投資會 比較高 , 如不裝設(shè)阻波器 , 信號衰耗可能比較大 。 所以 , 這種模式 適合沒有分支線的配電線路 。3.4無線電臺在采用 “ 允許式加速 ” 方案的情況下 , 應(yīng)用無線電臺傳輸信 號比較方便 , 在被保護(hù)線路的末端 , 僅需要裝設(shè)一個定向的無線 發(fā)射機(jī) , 而在首端僅需安裝一臺接受機(jī) 。 在末端感受到 “ 非外部 故障 ” 的情況下 , 啟動發(fā)射機(jī)發(fā)送信號 , 只要首端能夠收到該信 號 , 就允許加速其保護(hù) 。 這種通信方式存在的缺點是只能用于通 信視野較好的