一、事故與繼電保護(hù)分析
電能是一種特殊的物質(zhì)，它不能存儲(chǔ)，在其傳輸過程中要有可靠的絕緣。各相之間絕緣破壞就會(huì)發(fā)生相間短路事故，各相對(duì)地之間絕緣破壞就會(huì)發(fā)生單相接地短路事故或故障。
根據(jù)歐姆定律電壓等于電流與電阻的乘積：U=I×RI=U÷R
在交流電路中電壓等于電流與阻抗的乘積：U=I×ZI=U÷Z
供電系統(tǒng)中的阻抗包括發(fā)電設(shè)備、輸電線路、變配電設(shè)備與負(fù)載的阻抗。輸電線路與變配電設(shè)備的阻抗遠(yuǎn)小于負(fù)載的阻抗。當(dāng)輸電線路或變配電設(shè)備絕緣破壞，負(fù)載被短路，阻抗變小，電流就要變大。如果不及時(shí)將發(fā)生短路的輸電線路或變配電設(shè)備斷開(切除)，就會(huì)使事故擴(kuò)大，造成設(shè)備損壞、引起火災(zāi)、威脅人身安全，甚至破壞供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。短路保護(hù)是供電系統(tǒng)的主要保護(hù)。
短路事故有相間短路與單相接地短路，相間短路有三相短路與兩相短路。電源中性點(diǎn)接地的供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，短路電流有回路流通，可稱為單相接地短路。電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，因?yàn)槎搪冯娏鳑]有回路流通，只有三相對(duì)地不平衡電容電流，稱為單相接地故障。二者的繼電保護(hù)原理是不相同的。遠(yuǎn)方短路及用電設(shè)備不正常造成的過電流與過負(fù)荷，及瓦斯與溫度等非電量故障均屬于異常運(yùn)行，也需要及時(shí)報(bào)警或跳閘。
繼電保護(hù)就是在供電系統(tǒng)發(fā)生短路事故與異常運(yùn)行時(shí)，能夠按照要求迅速而有選擇性地將其切除或報(bào)警，最大限度減小事故造成的影響，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
可靠性、選擇性、靈敏性與速動(dòng)性是微機(jī)保護(hù)的四大要素。可靠性要求無事故時(shí)不誤動(dòng)，發(fā)生事故時(shí)不拒動(dòng)。選擇性可減少停電范圍。靈敏性是繼電保護(hù)對(duì)事故的反應(yīng)能力，它用靈敏系數(shù)來表示，靈敏系數(shù)必須符合規(guī)范要求，靈敏系數(shù)等于最小運(yùn)行方式下的事故電流除以繼電保護(hù)動(dòng)作電流，。速動(dòng)性要求盡快地切除事故，必要時(shí)可無選擇性動(dòng)作，再用自動(dòng)重合閘或備用電源自動(dòng)投入來減小停電范圍。
中高壓配電系統(tǒng)采用具有斷合功能的斷路器，發(fā)生短路事故與異常運(yùn)行時(shí)，需要由繼電保護(hù)動(dòng)作去斷開斷路器來切除或報(bào)警。
供電系統(tǒng)發(fā)生事故后電流、電壓與頻率等參數(shù)就要發(fā)生變化，繼電保護(hù)就根據(jù)采集到電流、電壓與頻率等參數(shù)變化來動(dòng)作。頻率變化超過規(guī)定值后，由自動(dòng)低頻減載與解列動(dòng)作來保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。電流與電壓變化超過規(guī)定值后，繼電保護(hù)就要?jiǎng)幼鲗⑹鹿是谐Ｓ袀溆秒娫磿r(shí)，當(dāng)主供電源斷電后，通過備用電源自動(dòng)投入裝置將備用電源自動(dòng)投入，幫助繼續(xù)供電。
常規(guī)繼電保護(hù)由各種電流、電壓及信號(hào)繼電器組成包括測(cè)量、保護(hù)、控制與信號(hào)的二次電路。保護(hù)繼電器根據(jù)采集到電流、電壓等參數(shù)，與保護(hù)整定值比較后跳開斷路器將事故切除。
變電站微機(jī)保護(hù)由測(cè)量回路，保護(hù)與控制回路、信號(hào)回路組成二次電路。由測(cè)量回路通過交流采樣直接采集到電流、電壓等參數(shù)后，由軟件進(jìn)行各種保護(hù)處理，當(dāng)電流、電壓或時(shí)間超過變化整定值時(shí)，由保護(hù)與控制回路發(fā)出跳閘命令將事故切除。
由此可見常規(guī)繼電保護(hù)與變電站微機(jī)保護(hù)之間，二次電路設(shè)計(jì)有著非常大的差別，常規(guī)繼電保護(hù)需要根據(jù)保護(hù)功能要求來選擇各種保護(hù)繼電器，二次電路設(shè)計(jì)就比較復(fù)雜，工作量也大。
變電站微機(jī)保護(hù)的保護(hù)功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，只要根據(jù)保護(hù)功能要求設(shè)計(jì)好測(cè)量回路、保護(hù)與控制回路與信號(hào)回路就可以了，不用設(shè)計(jì)各種保護(hù)繼電器，二次電路設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。
二、相間短路保護(hù)
相間短路保護(hù)由主保護(hù)來完成。主保護(hù)有電流與電壓保護(hù)，分別根據(jù)發(fā)生事故后的電流與電壓同保護(hù)整定值中設(shè)定的動(dòng)作值進(jìn)行比較來發(fā)出跳閘命令進(jìn)行事故跳，完成繼電保護(hù)。國(guó)外電流保護(hù)分為若干段，而且有保護(hù)選擇性連鎖。國(guó)內(nèi)把電流保護(hù)分為速斷、過電流與過負(fù)荷保護(hù)，通常稱為三段式保護(hù)，實(shí)際上速斷還分為不帶延時(shí)與帶延時(shí)電流保護(hù)。國(guó)內(nèi)外基本上是相同的。
電壓保護(hù)分為過電壓、低電壓與失壓保護(hù)。過電壓與低電壓用于發(fā)電機(jī)、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓電力電容器與電力變壓器中性點(diǎn)保護(hù)。失壓保護(hù)主要用于備用電源自投與不允許自起動(dòng)的高壓電動(dòng)機(jī)。
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電流與電壓保護(hù)就開始滿足不了要求。就出現(xiàn)了復(fù)合電壓電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)與電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)，方向保護(hù)、距離保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)、橫差動(dòng)保護(hù)與高頻保護(hù)等。工業(yè)與民用建筑變電站一般為終端站，復(fù)合電壓電流保護(hù)、電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)、距離保護(hù)、方向保護(hù)、橫差動(dòng)保護(hù)與高頻保護(hù)等遇到的非常少。
事故電流受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響非常大，在繼電保護(hù)的電流速斷保護(hù)整定時(shí)涉及到電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式與最小運(yùn)行方式。電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，下一級(jí)保護(hù)安裝處的三相短路電流乘以可靠系數(shù)作為本保護(hù)的電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流，然后再用電力系統(tǒng)最下運(yùn)行方式下的兩相短路電流除以電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流作為靈敏系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏系數(shù)必須符合規(guī)范要求。
但電力系統(tǒng)主要發(fā)電機(jī)、變壓器或線路檢修或發(fā)生事故，運(yùn)行方式就要發(fā)生變化，短路電流就會(huì)減小，靈敏系數(shù)就降低，保護(hù)范圍就要縮小，甚至消失，這是非常危險(xiǎn)的。有計(jì)劃的正常檢修，可以根據(jù)運(yùn)行方式的變化，人為的改變電流速斷保護(hù)整定值。當(dāng)發(fā)生事故時(shí)引起運(yùn)行方式變化時(shí)，目前無法自動(dòng)改變電流速斷保護(hù)整定值。就需要采用復(fù)合電壓電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)電流保護(hù)與電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)，方向保護(hù)、距離保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)、橫差動(dòng)保護(hù)與高頻保護(hù)等，來克服運(yùn)行方式發(fā)生變化對(duì)繼電保護(hù)的影響，以保證繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性與選擇性。
對(duì)于有兩個(gè)以上電源的電力系統(tǒng)，雙側(cè)電源流過保護(hù)裝置的電流隨著電流的方向不同而變化，因此就采用方向保護(hù)。根據(jù)短路電流方向不同而設(shè)置兩套不同的電流速斷保護(hù)整定值。環(huán)網(wǎng)式供電在閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，也需要裝設(shè)帶方向的電流保護(hù)。
三、單相接地保護(hù)
單相接地保護(hù)決定于電源中性點(diǎn)的接地方式。110kV及以上電壓等級(jí)的電源中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，單相接地保護(hù)采用帶方向或不帶方向的階段式零序電流保護(hù)。不能滿足要求時(shí)，可裝設(shè)接地距離保護(hù)，再采用零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。
電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，因?yàn)槎搪冯娏鳑]有回路流通，只有三相對(duì)地不平衡電容電流，稱為單相接地故障。此時(shí)采用單相接地故障檢測(cè)進(jìn)行保護(hù)，動(dòng)作于報(bào)警或跳閘。通常采用小電流接地選線裝置。現(xiàn)在許多變電站微機(jī)保護(hù)裝置也具有單相接地故障檢測(cè)功能，動(dòng)作于報(bào)警或跳閘。
電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，接地相對(duì)地電壓為零，不接地兩相對(duì)地電壓升高為線電壓，就可以通過零序電壓進(jìn)行報(bào)警，全系統(tǒng)的其他兩相對(duì)地電容電流的向量和，由接地點(diǎn)，經(jīng)過接地故障回路流回電源，此對(duì)地電容電流等于全系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流的3倍。根據(jù)零序電壓以及對(duì)地電容電流的大小與方向，就可以對(duì)發(fā)生單相接地的回路進(jìn)行保護(hù)，動(dòng)作于報(bào)警或跳閘。
我國(guó)10kV、35kV與63kV目前還為電源中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)。在單相接地電容電流不大的供電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地后可以只報(bào)警不跳閘。當(dāng)單相接地電容電流大于10A時(shí)就需要報(bào)警并跳閘。現(xiàn)在城市電網(wǎng)發(fā)展很快，所以在一些大城市供電部門要求報(bào)警并跳閘。由于全系統(tǒng)單相對(duì)地電容電流精確計(jì)算很困難，單相接地保護(hù)整定就比較困難，誤動(dòng)與拒動(dòng)經(jīng)常發(fā)生。目前我國(guó)10kV供電系統(tǒng)，還不能夠改為電源中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)。有些地區(qū)供電部門已經(jīng)要求10kV供電系統(tǒng)，采用電源中性點(diǎn)經(jīng)過串聯(lián)電阻接地的供電系統(tǒng)。此時(shí)單相接地保護(hù)就可以按照零序過電流保護(hù)來整定。可以不計(jì)算單相接地電流，按照三相不平衡電流不大于25%來整定，整定值比較準(zhǔn)確，動(dòng)作可靠性就有了保證。無法安裝零序電流互感器時(shí)，可以從三相電流互感器二次側(cè)中性線取得零序電流的濾序器方案。
四、結(jié)束語(yǔ)
隨著電力系統(tǒng)、工業(yè)與民用建筑變配電站采用微機(jī)保護(hù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的推廣，需要我們不斷完善變電站微機(jī)保護(hù)出現(xiàn)的問題，使供電更加的安全、可靠。
