10千伏变电站继电保护问题研究

张钦

摘 要：文章简单说明了10千伏变电站继电保护的工作原理，以变压器设备为例分析了10千伏变电站中继电保护的配置要点，在此基础上，从继电保护的计算管理、反时限过流保护、定时限过流保护、电流速断保护等方面入手，阐述了10千伏变电站中继电保护的主要问题，并简单提出相对应的处理策略。

关键词：10千伏变电站;继电保护;稳定性

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）05-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.009

继电保护可以在电力系统发生故障后对系统展开全面检查，确定异常情况，提取相关数据并发出警报。同时，部分继电保护装置可以在发现故障问题后第一时间隔离故障电路，以此避免故障影响进一步扩大，保障其他功能区平稳运行。基于这样的情况，在10千伏变电站中引入继电保护是必然的选择，从而推动电力供应质量与平稳程度的提升，更好地满足城市居民生活生产用电现实需要。

1 工作原理分析

在10千伏变电站的实际运行中，如果发生故障，此时的参量与正常水平下的参量有一定的差异，这种差异可大可小。在继电保护的支持下，能够迅速判断出所有发生明显变化的参量，并结合现实情况提供保护。此时，根据电流、电压呈现出的差别，提供的保护内容也有所不同。

通常来说，在常态电流低于短路电流的条件下，可以生成电流保护。在短路故障的情况下，母线电压降低，促使低电压保护成为现实。短路后，线路起始部位的阻抗下降，从而形成距离保护。电压与电流之间的相位差发生改变后，方向保护随即生成。综合来看，继电保护在维护10千伏变电站运行平稳安全方面发挥着极为理想的作用。

2 配置要点分析

10千伏变电站的变压器设备、母线、输电线路等都需要配置继电保护，确保10千伏变电站长时间维持稳定运行的水平。针对10千伏变电站中的变压器设备，应当配置的继电保护策略與技术要点包括以下几个方面：

第一，将短路保护和过负荷保护加设于变压器的低压侧，此时，短路保护主要为母线、变压器干线提供主保护，并为配电线路提供后备保护。

第二，变压器低压侧主保护应与高压侧主保护和低压配电线路保护有良好的选择性，当正常的尖峰电流出现时，例如电动机起动电流等，不会造成保护装置的误动操作。

第三，变压器低压侧主保护也可兼作单相接地保护，实践中，可以将变压器低压侧的主保护设定为带单相接地保护的低压断路器的（如DW16型低压断路器）[1]。在此过程中，如果发现灵敏度难以达到标准要求的现象，需要在保护线路中及时增设零序保护。

第四，为了实现与出线保护实现动作时限配合，通常情况下，可以利用瞬时或短延时脱扣器动作于断开低压侧断路器实现变压器低压侧短路保护，并应用具备长延时脱扣器低压断路器实现过负荷保护。

3 主要问题探究

3.1 继电保护的计算管理

继电保护可以保障电网系统运行的稳定性，实现避免安全事故、运行故障的目的，避免故障问题所导致的负面影响进一步扩大。从这一角度来看，在电力系统中引入继电保护具有极高的现实价值。

继电保护的计算管理具有明显的不确定性。第一，继电保护配置、设备技术参数等数据信息具有不确定性，特别是保护装置定值的不确定性极为显著。受到保护装置型号差异性的影响，定值方面不可避免地存在一定区别，即使是在更多新型保护装置不断研发并投入实践的条件下，相应定值的预估难度依旧稳定在较高水平，强化数据的多样性以及不确定性。第二，在对保护装置展开定值计算的过程中，容易受到一定客观因素的影响，从而出现数据的不确定性。对保护装置的定值计算是继电保护计算管理中的重要内容，其对于相关工作人员的专业素养、从业经验等有着较高的要求。但是由于人员之间对于专业知识的掌握程度存在差异性，会引发机电保护计算管理方面的数据不确定性的问题发生。

为了解决上述问题，应当重点强化对相关工作人才队伍的优化建设，并在变电站内尽可能使用同厂家、同系列的继电保护设备，减小数据的不确定性。

3.2 反时限过流保护

通常情况下，短路电流大小与继电保护反应时间之间呈反比例关系，具体而言，就是短路电流相对较高，机电保护的实际反应时间就更短;短路电流相对较低，机电保护的实际反应时间则更长。这与继电保护根据明显参量变化作出判断的原理保持一致。在10千伏变电站中，GL-15（25）型感应型继电器实施反时限过流保护，且这样的保护形式在当前更加常见。实践中，一旦该继电器发现供电线路中存在短路故障时，会在达到一定限值后自动转入控制、处理状态。此时，继电器发生动作，促使原先处于打开状态的常开触点转入闭合状态，使得原本输入至断路器中脱扣器的电流实现切断，防止脱扣器发生动作。而在常开触点转入断开状态后，原本应当输入脱扣器中的电流重新流动，脱扣器展开通电动作，使得断路器跳闸。随后，继电器中的信号器会发出相应信息与动作的信号。

就当前的情况来看，分流跳闸是10千伏变电站中供电系统反时限过流保护的主要形式，因此，出于对避免由铁芯发热引起绝缘熔化、烧毁问题的发生，必须要重点关注反时限过流继电保护装置中的常开触点、常闭触点现实状态，规避常开触点闭合、常闭触点开启的现象发生，保证跳闸线圈可以准确完成通电跳闸。

3.3 定时限过流保护

与反时限过流保护相比，定时限过流保护的最大特点在于其继电保护动作的反应时间是恒定不变的，且不与短路电流大小呈现出直接或是间接的关系。在定时限过流保护的支持下，当出现短路电流时，整定器承担着确定反应时间的任务，且可以在一定范围内实施人工调整。在10千伏变电站，电磁式中间继电器、电磁式电流继电器、电磁式信号继电器、电磁式时间继电器等为较为常用的定时限过流保护设备，且因为普遍使用直流操作，所以需要加设直流屏[2]。

定時限过流保护的可靠性更强且操作形式的简单程度较高，实践中，可以完全依照提前设定的时间实现保护，灵敏性程度也呈现出较为理想的水平，因此，在当前的10千伏变电站继电保护中，定时限过流保护的应用更为常见。站在10千伏变电站的角度来看，如果仅对所需要保护的线路设置一套保护设备，则在继电器容量充足的条件下，电磁式时间继电器可以促使通电直接接通跳闸成为现实，此时不需要在出口中间位置加设其他继电器设备。需要注意的是，在一般情况下，在应用定时限过流保护模式对10千伏变电站落实继电保护的过程中，普遍参考被保护电路可以承受的最大电流值完成相关设计与设备的配置。被保护电流转入最大负荷电流状态后，定时限过流保护无法保证能够得到迅速激发，只有发生短路故障后，定时限过流保护才会迅速发挥其保护作用。

基于此种情况，应当适当下调定时限过流保护设计与设备配置中所参考电流值，促使其小于被保护电路的最大电流值，也可以设定为额定电流值，更好地实现电路保护，促使10千伏变电站可以长时间保持正常平稳的运行状态。

3.4 电流速断保护

电流速断保护是目前10千伏变电站中常用的一种继电保护方式，主要作用是在最短的时间内对短路电流直接进行切断处理，最大限度地压缩故障存续时间，由此避免短路故障所造成不良影响。依托反应时间的差异性，可以将电流速断保护进一步细化为略带时限的电流速断保护、瞬时电流速断保护[3]。

与一般性的电流保护相比，瞬时电流速断保护仅能在线路内部发挥较为理想的保护作用，但是，如果范围外的线路中发生短路故障，瞬时电流速断保护并不能提供保护支持。从这一角度来看，瞬时电流速断保护的针对性更强，虽然可以快速反应与处理故障问题，但是受到保护范围的限制。而略带时限的电流速断保护可以作为补充，对瞬时电流速断保护范围外的线路故障进行反应与处理，达到更好的保护效果。

因此，为了进一步强化10千伏变电站继电保护效率和效果，略带时限的电流速断保护与瞬时电流速断保护应配合使用，将略带时限的电流速断保护的设定为10千伏变电站的主要继电保护形式，并将瞬时电流速断保护辅助设置于需要重点保护的区域。

4 结语

综上所述，在10千伏变电站中引入继电保护是必然的选择，推动电力供应质量与平稳程度的提升，更好地满足城市居民生活生产用电现实需要。在明确10千伏变电站中继电保护配置要点的基础上，通过优化继电保护的计算管理，合理选用反时限过流保护与定时限过流保护，结合使用略带时限的电流速断保护以及瞬时电流速断保护，提升10千伏变电站运行的稳定性。

参考文献

[1] 蒲军.简易变电站的10kV线路保护越级跳闸故障分析[J].电气技术，2021，22（4）：73-77.

[2] 林燎东.变电站继电保护二次回路在线监测及线路故障诊断研究[J].中国设备工程，2021（6）：175-176.

[3] 孔凡梅，栗赛男，李玲萍.变电站继电保护二次回路隐患排查技术[J].冶金管理，2021（5）：189-190.