110kV變電站繼電保護故障及處理措施

吳秋宏

摘 要：文章通過對110 kV變電站繼電保護進行分析，并結合實際案例分析110 kV變電站變壓器燒毀存在問題，最后提出相應繼電保護處理措施。

關鍵詞：110 kV；變電站；繼電保護；故障；措施

引言

繼電保護被運用的目的主要是為了提高變電站供電的安全性和穩定性。但是在日常的運行過程中，110kV繼電保護系統也比較容易出現故障。110kV 繼電保護出現故障會直接導致變電站供電出現安全事故，因此，相關工作人員在日常工作中應當注意對110kV繼電保護系統的維護。只有提高繼電保護系統的安全性，才能進一步提高變電站在供電方面的安全性。

1 繼電保護的任務分析

繼電保護的任務是，如果受保護的電力系統相關元件出現故障，應由故障元件對應的繼電保護裝置，及時、準確地將跳閘命令，發送給故障元件相近斷路器，保證故障元件能夠及時、快速地從電力系統當中予以斷開，最大限度地降低電力系統元件自身的損壞程度，減輕電力系統在安全供電方面所受到的影響，并對電力系統的某些特定條件下的基本要求予以滿足。繼電保護能夠根據電氣設備非正常運行狀態做出及時反應，并根據設備運行維護條件和不正常工作狀態的預警信號及時發出，為值班人員及時發現，并對故障進行及時診斷及時排除。針對沒有發出預警信號，繼續運行，則可能出現危及電力系統的電氣設備，要及時更換或切除，如果繼電保護裝置反應不正常，則可對其實施相應的延時設計操作。

2 案例分析

某110 kV變電站一臺主變，其容量為20 MVA。35 kV和10 kV出線分別為四回、八回。其中10 kV配電系統采用的開關型號為ZN28 型真空斷路器，配CT19型彈簧操動機構。10 kV 線路還設置了相應過電流保護及電流速斷保護。自 2012年投運以來，其運行狀況均為較好。伴隨該地在使用電量的持續增加，其配變容量也在不斷地增加，截至 2015 年初，該變電站開始失常出現變壓器燒毀或主變低壓側近區故障狀況，現具體分析如下。

變壓器后備保護當中所存在的問題：針對變壓器燒毀這一現象，其主要有以下三種狀況，首先，變壓器針對瞬間沖擊電流，在具體耐受能力方面出現不強的狀況，對于長時間大電流不能承受。變壓器低壓側近區發生相應短路狀況，且大電流對變壓器造成一定沖擊，并對變壓器的穩定性造成破壞，最終造成變壓器燒毀的狀況。其次，針對變壓器低壓側來講，缺乏相應雙重保護措施。對于真空斷路器，在失靈狀況下也缺乏相應保護措施。變壓器10 kV側母線，主要依據主變10 kV側過流保護，且在具體保護上存在延時，以此實現故障排除。針對變壓器10 kV側過流保護來講，如果真空斷路器出現失靈或拒動現象，高壓側過流保護對于低壓側而言，在故障靈敏度方面不夠，同時，如果真空斷路器在分段方面不能將其作用給予發揮，就難以排除低壓側故障。最后，如果故障出現在 10kV出線間隔，配電設備質量不高，或者配電裝置內部電器間隔距離不夠，就會導致母線故障的產生。

低壓側近區故障：如果短路現象發生于變壓器出線近區，并且不能及時、有效地排除故障，或10 kV側母線發生短路，都會對變壓器造成嚴重威脅，最終導致嚴重的設備事故。

3 具體解決對策

3.1 變壓器后備保護的具體措施

3.1.1 復合電壓閉鎖過流保護

當前無論任何電力設備及線路，在具體的運行過程中，任何時間內，均需要具有獨立整性的兩套繼電保護裝置，利用兩臺完全獨立的斷路器，來實現控制及保護的目的。如果當中的一套保護裝置或設備，出現斷路器停止工作的狀況，另一套設備及斷路器就會將線路斷開，然后及時發現故障并給與排除。針對此種原則，低壓母線如若存在變壓器高壓側，在復合電壓閉鎖過流中出現對低壓側的故障感應存在不靈敏度狀況，可在變壓器低壓側放置一套過流保護裝置，并且兩套保護裝置，不管直流或交流，其均處于獨立狀態，這樣就能彌補原低壓側過流保護對變壓器的保護。此外，還應根據低壓側先跳以及高壓側后跳的實際情況，延長低壓側過流保護時間，以此達到跳總出口的目的。同時，還可聯合使用高、低壓側復合電壓閉鎖，達到提升高壓側復合電壓閉鎖對于低壓側短路的靈敏度。

3.1.2 變壓器接地后備的保護舉措

將放電間隙過流保護相應延時進行增加，并將切除接地故障的時間留出，能夠對不接地變壓器放電間隙過流保護所存在的搶先動作予以解決。對于變壓器過電壓來講，在運行過程中，3U0零序過電壓保護有效性，相比于放電間隙過流保護，要明顯高于后者，因此，針對那些新建110 kV變電站來講，將110 kV母線三相電壓互感器予以建設十分必要。此外，還應不斷完善放電間隙過流保護，以及中性點零序過流保護和零序過電壓保護等，增加變壓器接地保護所存在運行方式的靈活性及可靠性。

3.1.3 對電流互感器位置給予正確選擇

對于變壓器差動電流互感器來講，其10 kV側最佳位置，應與斷路器緊挨，并且還應在母線側，此種做法對于10 kV斷路器，對其在分斷方面不能發揮作用時，如果進行起弧操作，可利用差動保護排除故障。如果不方便，還可采取將電流互感器裝于母線側，但是應靠近斷路器。此外，在靠近變壓器位置，安裝相間過流電流互感器，促使其能夠對引線、套管進行保護，對變壓器套管電流互感器優先采用。

3.1.4 避免直流電源消失

如果變壓器采用一個直流電源進行保護，若低壓側故障的同時直流電源消失，其所造成的后果將非常嚴重。例如，某110kV變電站，其容量為150MVA的主變發生的兩次燒毀狀況均與直流電源中斷存在直接關系。究其原因是 110kV出線發成故障，造成斷路器爆炸，并導致蓄電池出現引線不良的狀況，致使直流電源中斷，最終導致主變燒毀。為了防止上述事故的再次發生，應對直流電源的可靠性進行提升，因此，對同一個對象提供保護的兩套裝置在直流電源上要具有獨立性。

3.2 低壓側近區故障的具體保護措施

首先，對限時電流速斷保護進行增加。當出現高壓側復合電壓閉鎖過流，相對于低壓母線，出現靈敏度不夠狀況，可在低壓側增加一套過流保護裝置。此種新增保護舉措，還應采取限時速斷，并將其配合于低壓出線速斷，先本側限跳，然后總出口限跳。此外，針對原過流保護要與出線過流進行配合，先行本側限跳，而后對總出口限跳。如果存在靈敏度非常高的狀況，可將原低壓側過流進行兩段式設計。針對第一段，可實施限時速斷，然后與出線速斷相配合，均對跳本側予以作用；針對第二段，其實際為過電流，將其與出線過流進行配合，同樣采取先本側限跳，后總出口限跳的對應方式。對于上述狀況來講，當增加限時速斷后，如果故障發生于低壓母線，或送出線近區，對于新增加的限時速斷裝置，其就會以1到2個級差實施短暫延時后，變壓器瞬間跳開，實現故障排除的目的。

其次，將母線保護裝置增設。針對低壓母線，如若其存在短路容量大狀況，并且變壓器低壓側的限時速斷保護對本母線不夠靈敏，以及變壓器對低壓側短路耐受能力較差，應適當增加母線保護裝置，就低壓母線故障排除時間進行縮短。

最后，將保護級差縮短。將后備保護在切除時間上進行加快，其中最為有效辦法為縮短保護配合時間級差。目前，新建的變電站絕大多數均運用微機保護，如果選用更換元件，將與變壓器后備保護具有配合關系的普通時間元件，更換為高精度時間元件，可將時間級差從 0.5s降至0.3s，其保護極差縮短比例達到40%，若在全網范圍內推廣，不僅可以達到提高設備及系統安全性的目的，同時還可對故障電流的持續時間予以減少。

4 結束語

我國社會經濟正在快速發展，隨之帶給人們更好的生活環境及生活設施，人們的生活水平有了顯著提高，因此對電力能源的需求也在不斷增大，所以110kV變電站也逐漸增多，110kV變電站繼電保護問題也受到了有關人士的重視。本文通過案例對繼電保護發生的故障和具體措施進行了簡單的論述，希望對保障區域安全供電有所幫助。

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