电力配电系统的继电保护

李　凌

摘要：随着科技的发展，人们对供、配电系统电能质量要求越来越高，各种各样的电力电子设备为此应用于供、配电系统中，其快速反应的动作特性使系统运行的可靠性得到提高。但是，这些电力电子设备在保证高质量的供、配电的同时，也给系统带来了不可忽视的运行隐患，尤其影响继电保护的可靠动作。文章为此探讨了电力配电系统的继电保护。

关键词：电力系统；配电系统；继电保护

中图分类号：TU757文献标识码：A文章编号：1009－2374(2009)12－0023－02

配电系统是发电系统、输电系统同用电负荷之间的联络枢纽，因此，对配电系统所采取的任何一种非计划改变都应该以不影响配电系统的正常运行为前提。在新时期下，采用诸如故障限流器、动态电压恢复器、无功补偿器等装置来达到提高电能质量的目的越来越多。虽然这些装置的控制单元和整流逆变单元主要由电力电子器件构成，其快速反应的动作特性使系统运行的可靠性得到提高。但是，这些电力电子设备在保证高质量的供、配电的同时，也给系统带来了不可忽视的运行隐患，如对继电保护正常运行的影响等。

一、配电系统继电保护的目的

无论是电力系统，还是配电系统，加装继电保护的目的都是为了保证系统的安全运行，因此继电保护必须具备“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障运行状态的能力，本文主要分析配电系统不正常与故障运行的工作状态。

(一)不正常的工作状态

所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的电力系统工作状态称为不正常运行状态。电压过大偏移还会引起电力系统无功潮流的改变，增加有功损耗等，不利于系统的经济、安全运行。所有的不正常运行都可能会给系统造成很大的影响，甚至会使其进入故障运行，从而扩大损失范围。

(二)故障的工作状态

配电系统的故障主要概括为短路和断路两种情况。

1短路：在配电系统可能发生的各种故障中，对配电系统运行和电力设备安全危害最大，而且发生概率较大的首推短路故障。短路是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。

2断线：配电系统还存在一相断开故障和两相断开故障的情况，简称断线故障。这类故障大多发生在具有三相分别操作断路器的架空线路中，当断路器的一相或两相跳闸时即形成断线故障。例如在采用单相重合闸的线路上，当发生单相短路的一相断路器跳闸后，即形成一相断开、两相运行的非全相运行状态。

二、配电系统继电保护的要求

配电系统继电保护在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这几个特性之间紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体电力系统运行的主要矛盾和矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力元件的继电保护。

(一)可靠性

可靠性是对继电保护性能的最根本要求。可靠性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成元件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时，正确地调试、整定，良好地运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性具有重要的作用。继电保护的误动和举动都会给电力系统造成严重的危害。然而，提高不误动的安全性措施与提高不拒动的信赖性的措施是相矛盾的。由于不同的电力系统结构不同，电力元件在电力系统中的位置不同，误动和拒动的危害程度不同，因而提高保护安全性和信赖性的侧重点在不同情况下有所不同。因此，要在保证防止误动的同时，要充分防止拒动；反之亦然。

(二)选择性

继电保护的选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。这种选择性的保证，除利用一定的延时使本线路的后备保护与主保护正确配合外，还必须注意相邻元件后备保护之间的正确配合。

(三)速动性

继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较昂贵，对大量的中、低压电力元件，不一定都采用高速动作的保护。

(四)灵敏性

继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，当发生断路时都能敏锐感觉、正确反应。以上四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。

三、配电系统继电保护的措施

继电保护是任何一个配电系统中最基本的继电保护类型，每一等级母线的进线端和出线端都会安装不同种类的保护，并且根据各种保护的工作原理及可保护的最大线长，对各电流保护进行合理配合，使其充分发挥自身类型的优势，并与其他类型的电流保护配合实现对各段线路的全范围保护。配电系统继电保护的措施按照类型主要分为以下三种措施：

(一)电流速断保护

对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，就是电流速断保护。电流速断保护具有简单可靠，动作迅速的优点，因而获得了广泛的应用。缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。当系统运行方式变化很多，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。但在个别情况下，有选择性的电流速断也可以保护线路的全长，例如，当电网的终端线路采用线路一变压器组的接线方式时，线路和变压器此时可以看成是一个元件，因此速断保护就可以按照躲开变压器低压侧线路出口处的短路来整定。

(二)限时电流速断保护

由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此可考虑增加一段带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备，这就是现实电流速断保护。对这个保护的要求，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性；其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限；在下级线路短路时，保证下级保护优先切出故障，满足选择性要求。

(三)定时限过流保护

作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护，一般采用过电流保护。过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流值时启动。过电流保护有两种：一种是保护启动后出口动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；另一种是出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。过电流保护在正常运行时不启动，而在电网发生故障时，则能反应与电流的增大而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起到远后备保护的作用。

电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护都是反应与电流升高而动作的保护。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定；限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定；而过电流保护则是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速而有选择地切除障碍，常将电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。

总之，随着越来越多的电力电子设备应用于配电系统中，其给配电系统带来的不良的影响，尤其是对继电保护的影响现象，必然会引起相关技术领域人员越来越多的关注。

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