针对茂名电网中低电压配电线路继电保护配置的探讨

1、针对茂名电网中低电压配电线路 继电保护配置的探讨 陈 柱(广东省 茂名市 525000前 言随着电力系统的发展 , 配电系统的结构 、 短路电流的水平 、 用电负荷的性质等都发生了很大的变化 , 传统的保护原理和配 置方式已经逐渐难以满足现代配电系统的要求 。 本文将对传统 的保护原理和配置方式进行分析 , 指出存在的问题 , 探讨以较小 成本将高压系统中已经比较成熟的纵联保护原理移植到中低 压系统的方法 。1中低压线路继电保护配置的现状以及存在 的问题1.1线路继电保护配置的现状(1 目前 , 选择性 、 灵敏性 、 速动性和可靠性是对继电保护装 置的四项基本要求 , 也是分析 、 评价继电

2、保护装置性能优劣的重 要标准 。 下面就结合这些指标 , 对当前配网保护的情况进行分析 。 (2 针对 35kV 及以下电压等级中低压系统 , 从电网结构上 看主要有单电源辐射性结构 、 “ 手拉手 ” 供电结构 、 可重构的配 电网结构以及与地方小电源并网连接的双电源结构等 。 对于前 三种电网结构 , 其继电保护目前基本上仍是阶段式 (三段或二 段 时限配合的电流保护 、 电压闭锁电流保护等 , 而对双侧电源 的中低压联络线路 , 目前继电保护的配置主要有两种模式: 线 路两端均装设阶段式的方向电流保护 、 方向电压闭锁电流保护 或带方向的距离保护; 装设基于通信的纵差保护 。(3 阶段式

3、时限配合的电流保护 、 电压闭锁电流保护和距 离保护 , 通过定值 、 时限的配合来获得选择性 , 从原理上就决定 了每条线路中仅有部分区段中的故障能够被无延时地快速切 除 , 其余部分的故障则要经 0.30.5s 或更长的延时后才能切除 , 使故障有较长的持续时间 。 此外 , 阶段式保护还存在着灵敏度 低 、 整定计算复杂 、 动作性能受运行方式影响大等缺点 。 (4 就其实质而言 , 阶段式保护实际上是通过牺牲灵敏性和 速动性来换取选择性的 。 例如 III 段保护的测量元件虽然灵敏 , 但不具备选择性 , 必须整定较大延时才不至于误动 ; 而 I 段保护 不需要延时 , 但为保证其选择

4、性 , 必须使灵敏度很低 , 有些情况下 甚至没有保护区 。1.2线路继电保护配置存在的问题中低压系统故障的延时切除 , 虽不会造成系统失步 、 大面积 停电等极其严重的后果 , 但仍会有较大的危害 , 主要表现在以下 几个方面 :(1 故障切除时间加长将可能导致故障设备及相邻设备严 重烧毁 , 甚至引发火灾 、 爆炸等灾难性事故 , 使故障影响扩大 , 危 害程度增加 。(2 在电动机负载较多的情况下 , 可能会引发电压稳定性问 题 , 造成甩负荷现象 。 发生短路故障时 , 系统电压降低 , 接在同一 系统上的电动机转速下降 , 如果故障切除时间较长 , 则电机转速 就会有较大的下降 ,

5、故障切除后系统电压趋于恢复 , 这时转速已 经下降了的电机自启动 , 需从系统中吸收大量无功电流 , 但此时 向系统提供无功的并联补偿装置的输出却因电压降低而按平 方关系减小 , 大量缺额的无功电流不得不从电源端吸收 , 无功电 流的传输将使线路压降急剧增加 , 可能导致电机的机端电压不 仅不能恢复 , 反而继续下降 , 最终导致电压崩溃 , 大量电机因失压 被甩掉 。 这种因为保护动作缓慢而引发的大量甩负荷现象 , 已在 不少工矿企业中多次发生 , 经济损失十分严重 。 如果故障能够快 速切除 , 则由于惯性作用在故障切除时电机转速仍然较高 , 切除 后不会出现自启动现象 , 上述问题也就不

6、会发生 。(3 由于变频调速设备 、 微机集控设备 、 可编程逻辑控制 器 、 自动化流水生产线以及计算机服务器等敏感性设备的大量 使用 , 对供电电源的电压质量提出了很高的要求 , 特别是对短路 故障以及短路故障切除后大量电动机自启动引起的电压跌落 , 有十分严格的要求 。 电压跌落的程度 、 持续时间及其危害性 , 都 与故障持续的时间即继电保护装置的动作时间密切相关 , 故障 持续时间越长 , 电压跌落造成的危害就越大 。(4 故障的延时切除 , 可能会导致本属于瞬时性的故障发展 成永久性故障 、 两相故障发展成三相故障 , 使重合闸的成功率降 低 , 故障的危害程度加大 。(5 电网改

7、造后 , 配网与电源间的电气距离变短 , 系统的短 路容量增加 , 短路的危害性更大 , 延时切除故障可能会造成更为 严重的结果 。 而在另一方面 , 配网改造后供电半径的缩小 (特别 是城市供电系统和工矿企业供电系统情况更为突出 , 配电线路 的长度缩短 , 线路首 、 末端短路时短路电流的差别变小 , 使按躲 过末端短路最大电流整定的无时限电流速断保护 (即电流 I 段 保护区变小 , 甚至没有保护区 ; 限时电流速断保护 (II 段 需与下 一条线路 I 段相配合 , 其定值也将难以确定 , 这样将可能使线路 大部分区段的故障需要经过 0.30.5s 或更长的时限切除 。 2关于中低压线

8、路继电保护配置的改进措施 (1 纵联电流差动保护 、 纵联方向比较式保护的原理已经十 分成熟 , 并已在超高压系统 、 高压系统以及部分中低压联络线中 得到广泛应用 , 取得了十分成功的运行经验和理想的运行效果 。 与阶段式保护相比 , 纵联保护具有动作时间短 、 灵敏度高 、 选择性 好以及相互之间配合方便等一系列优点 。 如果能够根据中低压 配电系统的特点 , 结合现代低成本 、 高性能的通信手段 , 将这种纵 联保护原理移植到配电系统 , 就能够在不增加太多投资和施工改 造 、 维护工作量的前提下 , 大大提高配电系统保护的性能 , 有效减 少因保护灵敏度低 、 动作时间较长而产生的巨大

9、损失 。摘 要:本文主要是针对了茂名电网中低压系统保护存在的问题 , 根据本人从事多年电力工程的工作经验提出了将成熟的纵联保护原理与网络通信技术相结合的观点, 以供同行参考 。关键词:中低电压; 继电保护; 配置电力建设 专栏 147广东科技 2010.1总第 229期(2 从理论上讲 , 应用于高压及超高压系统的纵联比较原理 和技术都可以应用于中低压的配电系统 。 但受成本 、 投资和维 护工作量等方面的限制 , 且考虑到配网保护在速动性和可靠性 的要求不如高压及超高压系统严格 , 所以应根据配网系统的特 点 , 在满足基本要求的基础上对保护系统的构成适当简化 。 (3 在纵联比较式保护中

10、, 纵联信息的利用有两种方式 , 即 闭锁式和允许式 。 从信息交换和利用的角度来说 , 闭锁式保护交 换的是外部故障信息 , 只要任何一侧感受为外部故障 , 就说明是 外部故障 , 感受外部故障的一侧向对侧发出闭锁信号 , 使两侧都 不动作 ; 而在两侧都感受不到外部故障时 , 说明为内部故障 , 互不 发闭锁信号 (即不必交换信息 , 两侧保护都能快速跳闸 。 允许式 保护包括超范围允许和欠范围允许两种 。 超范围允许式保护传 送的是 “ 非本侧区外故障 ” 的信息 , 若两侧都感受到 “ 非本侧区外 故障 ” , 则一定是区内故障 , 互发允许信号 , 各侧都能快速跳闸 ; 而 任何一侧

11、感受到 “ 本侧区外 ” 故障时 , 就一定是区外故障 , 它不向 另一侧保护发允许信号 , 使各侧保护都不会误动 。 欠范围允许传 输的是 I 段保护元件动作的信息 , 当本侧 I 段保护已经动作时 , 说明故障一定是在区内 , 此时发出信息 , 允许对侧跳闸 。(4 理论分析和运行经验都表明 , 闭锁式和允许式各有优缺 点 。 闭锁式需要传输外部故障的信息 , 若外部故障时闭锁信息不 能及时传到对侧 , 则有可能导致对侧保护误动作 ; 允许式保护需 要传输 “ 非外部故障 ” 的信息 , 在非外部故障的情况下 , 若不能将 允许信息传送到对侧 , 则可能导致对侧保护拒动 。 考虑到因信号

12、不能正常传输而导致的纵联保护拒动问题可以由传统的阶段 式保护来补救 , 且允许式保护灵敏度配合方便 , 动作速度快 , 所以 应优先考虑 。 配电系统中的线路主要有两种 , 一种是单侧电源的 供电线路 , 另一种是双侧电源的联络线路 。(5 图 1为单侧电源系统 , 这时通常线路末端不装设断路 器 、 电流互感器和保护装置 , 被 保护线路 L1全线的故障以及 下一级变电站母线 2的故障都 应该由保护 K1动作跳闸 。 在这种情况下 , 可以利用 “ 母线 2电压降低 (或有较大变化 量 , 但所有出线过流元件都不作 ” 作为故障不在母线 2下游出 线上的判据 。 满足该判据时立即向保护 K1

13、发允许信号 , 如果 K1过流元件动作 , 说明故障一定在线路 L1上或母线 2上 ,K1在接 到变电站 2发来的允许信号后可以立即跳闸 , 快速将故障切除 。 如果 K1的过流元件不动作 , 说明被保护区域内没有故障 , 即使 收到允许信号也不会动作 。 K1处过流元件动作 , 但收不到允许 信号时 , 可能对应两种情况 , 一种是故障在母线 2下游 , 不满足发 送允许信号的条件 ; 另一种情况是 2处信号已经发出 , 但因通道 问题导致 K1没有收到 。 在此情况下 , 保护 K1仍按传统的阶段 式保护原则动作 , 经预定的延时配合后跳闸 。由上所述, 这种纵联保护可以称之为 “ 允许式

14、加速保护 ” , 收 到允许信号时 , 就将阶段式保护中第二段或第三段的延时短接 掉 , 不经延时直接跳闸 , 而收不到允许信号时 , 其性能还是传统的 阶段式保护 。 单电源 “ 手拉手 ” 供电线路 、 带环网柜的配电线路 都可以应用这种 “ 允许式加速保护 ” 实现快速故障切除 。 (6 对于双电源的联络线路 , 线路的两端都应该装设断路 器 、 互感器和保护装置 , 线路内部故障时 , 应立即跳开线路两端 的断路器 。 在构成纵联保护时 , 通常用方向元件或距离元件作为 测量元件 。 但是配电系统的联络线路 , 一般都是典型的弱馈线 路 , 即一端接至容量较大的电力系统 , 另一端接至

15、容量较小的地 方电厂 , 这种线路发生短路时 , 小电源端提供的短路电流较小 , 可 能会出现弱馈侧测量元件动作灵敏度不足 , 因而无法向系统侧 保护发允许信号的问题 , 导致两侧保护拒动 。 由于在这种系统 中 , 小电源端反向短路时流过两侧保护的短路电流均由系统侧 提供 , 所以反向故障时一般不存在灵敏度不足的问题 , 这时可以 采用 “ 小电源侧母线电压降低 , 但反向方向元件不动时就准备动 作 , 并向对侧 (大电源侧 发允许信号 ” 的措施 。 这样 , 被保护线路 内部故障时 , 无论小电源侧的正向方向元件能否动作 (假定大电 源侧可靠动 , 两侧都能快速跳闸 ; 而当小电源侧系统

16、发生故障 时 (对被保护线路来说为区外故障 , 小电源侧的反向方向元件 动作 , 不会向大电源侧发送允许信号 , 两侧都不会误动 。3移动网络通信技术的相合3.1光纤通道在有条件敷设光纤的情况下 , 应尽量应用光纤来传输继电 保护信号 。 光纤传输容量大 、 可靠性高 、 多种业务复用方便 、 传 输及切换延时小 , 完全能够满足纵联比较式继电保护对通信通 道的要求 。 近几年随着配电自动化技术的兴起 , 许多配电变电 站 、 开闭所 、 开关站 、 环网柜 、 甚至配电变压器等处都已经敷设 光纤线路 , 利用这些光纤设施 , 在不需要增加太多设备和投资的 情况下 , 就可以构成纵联原理的配电

17、线路继电保护 。3.2专线通道专线通道就是为传送继电保护信号专门设立的有线通道 。 该专线可以是双绞线 、 同轴电缆 , 甚至也可以是普通的控制电 缆 。 这种通道仅用在被保护线路较短的场合 (例如在大型工矿 企业中 , 允许信号宜以开关量 (即继电器干接点 的形式传输 。 这种通道基本不存在延时 , 在专线长度不太长的情况下可靠性 也比较高 。3.3电力线载波在高压和超高压系统中, 电力线载波在高压和超高压系统 中 , 电力线载波曾是纵联保护交换信息的主要形式 , 随着光纤技 术的引入 , 其应用有所减少 , 但目前在双重化保护配置中 , 通常还 是有一套纵联保护应用电力线载波通道 。 在中

18、低压配电系统中 , 也可以应用载波来传输纵联保护信号 , 但中低压线路通常有较 多分支 , 如果每个分支的末端都装设阻波器和结合设备 , 投资会 比较高 , 如不装设阻波器 , 信号衰耗可能比较大 。 所以 , 这种模式 适合没有分支线的配电线路 。3.4无线电台在采用 “ 允许式加速 ” 方案的情况下 , 应用无线电台传输信 号比较方便 , 在被保护线路的末端 , 仅需要装设一个定向的无线 发射机 , 而在首端仅需安装一台接受机 。 在末端感受到 “ 非外部 故障 ” 的情况下 , 启动发射机发送信号 , 只要首端能够收到该信 号 , 就允许加速其保护 。 这种通信方式存在的缺点是只能用于通 信视野较好的