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【摘 要】本文基于工作实践，分析了当前继电保护应用在变电站主设备中的一些问题，并着重介绍了防止励磁涌流、避免电流互感器饱和、解决变压器保护拒动、解决配电变压器保护存在的问题四种方法及其具体运用，希望给相关人员一些启迪和思考，完善变电站中主设备继电保护的改进方法，进一步促进电力行业的不断健康发展。
【关键词】变电站；继电保护；技术改进
电力现在已经成为现代化国家转型和发展的主要支撑力量。第二产业和第三产业的发展都离不开电力的帮助，衡量一个国家发展程度的标准之一就是电能的制造和输出。作为整个电力传输系统中重要的一环，变电站工作的稳定性重要性不言而喻，这就需要我们研究关系到变电站安全运行的继电保护。继电保护装置，是一种能发现电力系统中电气元件产生故障或不正常运行的状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。经过数十年的发展，如今的继电保护设备越发完善，但仍有一些问题会引发人们的忽视，这些问题或多或少地会影响继电保护的稳定性。本文主要讲讲当今变电站主设备继电保护存在的一些问题。
一、变电站主设备继电保护的现状及问题探析
1．线路中存在励磁涌流。励磁涌流的产生是由于变压器空载投运时，铁芯中的磁通无法突变，出现了非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，励磁电流急剧增大而造成的。变压器励磁涌流最大值，能够达到变压器额定电流的六～八倍，这个最大值跟变压器的容量大小有关，变压器容量越小，励磁涌流倍数越大。励磁涌流具有很大的非周期分量，并按照一定时间系数衰减，衰减的时间常数也是和变压器容量大小有关的，容量越大，时间常数越大，涌流存在时间也就越长。十千伏线路装有大量的配电变压器，在合闸前，这些配电变压器是挂在线路上的，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上互相叠加和来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。
2．存在电流互感器饱和问题。短路电流在十千伏线路出口处多数都较小，尤其是农网中的变电所，通常离电源较远，系统的阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小会因为系统规模及运行方式而变化。随着系统规模的不断扩大，十千伏系统短路电流会不断增大，最终可以达到电流互感器一次额定电流的几百倍，系统中本来一些能正常运行的变化比小的电流互感器就会饱和；另一方面，短路故障的过程是暂态的，短路电流中含有非常多的非周期分量，能进一步加速电流互感器达到饱和。在十千伏线路短路时，电流互感器达到饱和，能感应到二次侧的电流接近于零。这样保护装置就会拒动，故障只能通过母联断路器或主变压器后备保护装置切除，如此不但延长了故障时间，还会使故障扩大范围，供电可靠性受到影响，进而运行设备的安全受到严重威胁。
3．所用变压器保护存在的问题。所用变压器是一种比较特殊的设备，特点是容量小，可靠性要求非常高，安装位置很特殊，一般接在十千伏母线上，它的高压侧短路电流与系统短路电流相等，最高达到十几千安，低压侧短路电流也不小。所用变压器保护的可靠性，将会影响到所用变压器直至整个十千伏系统的安全运行，造成很大的威胁。传统的所用变压器使用熔断器保护，其安全可靠性是比较高的，但现在系统短路容量的增加了，而且综合自动化的要求提高，这种方式已逐渐达不到要求了。
4．配电变压器保护保护存在的问题。十千伏配电变压器的保护配置主要由断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等构成。负荷开关投资不大，但不能开断短路电流，因而很少被采用；断路器拥有好技术性能，但设备投资较高，加上使用繁琐，也不能广泛应用；负荷开关加熔断器组合的保护配置方式，不必采用操作复杂、价格昂贵的断路器，弥补了负荷开关不能开断短路电流的缺点，还可满足实际运行的需要，该配置可作为配电变压器的保护方式，但缺点是对于配备有瓦斯继电器的大容量配电变压器，需要断路器与瓦斯继电器相配合，才能对变压器进行有效的保护，有时还需要零序保护，都是值得注意的问题。
5．十千伏配电线路存在的问题。无论是城市内配网线路，还是农村配网线路，十千伏都是主要电压等级，但是十千伏配电线路具有一致性差的结构特点，比如有的用户专线，只带一二个用户，像输电线路一样；有的呈放射状，几十台变压器接在同一条线路的各个分支上；有的线路只有几百米的长度，有的线路却长到几十千米；有的线路由三十五千伏变电所出线，有的线路由一百一十千伏变电所出线；有的线路上的配电变压器容量很小，最大不过一百千伏安，有的线路上却有几千千伏安的变压器。
二、变电站中主设备继电保护存在问题的解决方法
1．在电流速断保护加入一段时间延时。励磁涌流的一个明显的特征，就是含有大量的二次谐波，在主变压器主保护中就利用这个特性，来防止励磁涌流引起保护误动作，但如果用在十千伏线路保护，需要对保护装置进行改造，这样一来会大大增加装置的复杂性，造成实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间的推进而减小，一开始涌流很大，一段时间后涌流减小到零，流过保护装置的电流为线路负荷电流，根据涌流的这个特点，在电流速断保护加入一短时间延时，就可以防止励磁涌流产生的误动作，这种方法最大优点是不用改造或只作简单改造保护装置，虽然会增加故障时间，但由于十千伏这种对系统稳定运行影响较小，并且适用。为了准确躲过励磁涌流，保护装置中加速回路也要加入延时。通过多年的研究表明，在十千伏线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15到0.2秒的时限，从运行结果来看，比较安全，还能很好的避免由于线路中励磁涌流引起的保护装置误动作。
2．选择大变比或减少电流互感器二次负载阻抗。电流互感器饱和，实质就是电流互感器铁芯中磁通饱和，又磁通密度与感应电势成正比，因此，如果电流互感器二次负载阻抗较大，在电流相同情况的下，二次回路感应电势就大，或在相同的负载阻抗下，二次电流就越大，感应电势就越大，以上两种情况都会增大铁芯中磁通密度，磁通密度达到一定值时，电流互感器就饱和。电流互感器严重饱和时，一次电流全部变为励磁电流，二次侧感应电流为零，流过电流继电器的电流也为零，保护装置就会拒动。避免电流互感器饱和可以从两个方面着手，一是在选择电流互感器时，变比尽量选得大一些，考虑到线路短路时电流互感器饱和问题，一般十千伏线路保护电流互感器变比大于300比5为宜；二要尽量减少电流互感器二次负载阻抗，避免保护和计量共用电流互感器，缩短电流互感器二次电缆的长度并且加大二次电缆的截面；对于综合自动化变电所，十千伏线路尽可能选用集保护、测控功能于一体的产品，并直接在控制屏上安装，这样做的目的是减小二次回路阻抗，防止电流互感器饱和。 3．解决所用变压器保护拒动办法。要解决所用变压器保护拒动问题，关键在于合理配置保护，选择电流互感器要考虑所用变压器故障时的饱和问题，同时，一定要将计量用的电流互感器跟保护用的电流互感器分开，保护用的电流互感器安装在所用变压器的高压侧，用来保护所用变压器，计量用电流互感器安装在低压侧，来提高计量精度。在定值整定方面，电流速断保护可根据所用变压器低压出口短路进行调整，过负荷保护根据所用变压器容量调整。
4．解决配电变压器保护保护存在的办法。不管在十千伏环网供电单元，还是在终端用户高压配电单元中，保护配置将负荷开关和高遮断容量后备式限流熔断器组合在一起，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，还具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器。为此，推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的方式，作为配电变压器保护的标准配置。标准国标14285《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，在选择配电变压器的保护设备时，当容量等于或大于八百千伏安，应选用带继电保护装置的断路器。这个规定，其实包含了以下两方面的需要。过去当容量达到八百千伏安及以上时，配电变压器大多使用油浸变压器，并且辅以有瓦斯继电器，断路器可与瓦斯继电器配合着工作，从而能有效地保护变压器。对于装置容量大于八百千伏安的用户，由于种种原因会引起单相接地故障，导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，可以有效地避免变电所的馈线断路器动作，不至于影响其他用户的正常供电。标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到八百千伏安时，也可以符合此要求。
5．解决十千伏配电线路的保护。十千伏配电线路的保护，一般由三相一次重合闸、过电流和电流速断构成。有些特殊情况的线路结构或负荷线路保护，不能满足要求，可以增加其它保护，例如保护Ⅱ段和电压闭锁等。在进行整定计算的时候，还应该注意区别特殊情况和常规情况，并进行灵敏度校验。十千伏配电线路保护装置的配置虽然不是很复杂，但线路还是有一定的复杂性，负荷也具有多变性，常规和特殊情况下，计算保护定值和如何选择保护装置还是值得重视的。根据以往不同地区电网保护配置情况及运行经验，利用规范的保护来调整计算方法，各种情况均可适用，并可满足要求。
三、总结
通过以上的几个问题，我们发现变电站中主设备继电保护是一个非常精密、复杂的工作，以上任何一个细小的问题都会影响到继电保护稳定与否，甚至更加严重。这些问题并不一定涵盖很全，可能还有一些问题需要在工作中不断琢磨才能发现并解决。对于在变电站工作的员工，其实更加需要的是一种态度，即安全是第一位的，变电站中安全无小事。只有这样，变电站中的安全问题才能被彻底被预防和杜绝。
参 考 文 献
[1]陆于平，陈月亮，李玉海．数字主设备保护双套化技术实现[A]．中国水力发电工程学会继电保护专业委员会成立大会暨学术研讨会学术论文集[C]．2005
[2]王胜昔，柴宝英，王锴．某变电站380伏低压交流倒负荷时存在的问题分析与处理措施[A]．2011年亚太智能电网与信息工程学术会议论文集[C]．2011
[3]曾瑛，蒋康明，赵宏波，张庚，丁慧霞．电力通信网主配一体化建设方案探讨[A]．2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集[C]．2011
[4]靳洪晓，李耀刚，赵永贵，宋继信，周振鸿．石宝寨山体保护中的地震CT应用[A]．土木工程与高新技术——中国土木工程学会第十届年会论文集[C]．2002
【关键词】变电站；继电保护；技术改进
电力现在已经成为现代化国家转型和发展的主要支撑力量。第二产业和第三产业的发展都离不开电力的帮助，衡量一个国家发展程度的标准之一就是电能的制造和输出。作为整个电力传输系统中重要的一环，变电站工作的稳定性重要性不言而喻，这就需要我们研究关系到变电站安全运行的继电保护。继电保护装置，是一种能发现电力系统中电气元件产生故障或不正常运行的状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。经过数十年的发展，如今的继电保护设备越发完善，但仍有一些问题会引发人们的忽视，这些问题或多或少地会影响继电保护的稳定性。本文主要讲讲当今变电站主设备继电保护存在的一些问题。
一、变电站主设备继电保护的现状及问题探析
1．线路中存在励磁涌流。励磁涌流的产生是由于变压器空载投运时，铁芯中的磁通无法突变，出现了非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，励磁电流急剧增大而造成的。变压器励磁涌流最大值，能够达到变压器额定电流的六～八倍，这个最大值跟变压器的容量大小有关，变压器容量越小，励磁涌流倍数越大。励磁涌流具有很大的非周期分量，并按照一定时间系数衰减，衰减的时间常数也是和变压器容量大小有关的，容量越大，时间常数越大，涌流存在时间也就越长。十千伏线路装有大量的配电变压器，在合闸前，这些配电变压器是挂在线路上的，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上互相叠加和来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。
2．存在电流互感器饱和问题。短路电流在十千伏线路出口处多数都较小，尤其是农网中的变电所，通常离电源较远，系统的阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小会因为系统规模及运行方式而变化。随着系统规模的不断扩大，十千伏系统短路电流会不断增大，最终可以达到电流互感器一次额定电流的几百倍，系统中本来一些能正常运行的变化比小的电流互感器就会饱和；另一方面，短路故障的过程是暂态的，短路电流中含有非常多的非周期分量，能进一步加速电流互感器达到饱和。在十千伏线路短路时，电流互感器达到饱和，能感应到二次侧的电流接近于零。这样保护装置就会拒动，故障只能通过母联断路器或主变压器后备保护装置切除，如此不但延长了故障时间，还会使故障扩大范围，供电可靠性受到影响，进而运行设备的安全受到严重威胁。
3．所用变压器保护存在的问题。所用变压器是一种比较特殊的设备，特点是容量小，可靠性要求非常高，安装位置很特殊，一般接在十千伏母线上，它的高压侧短路电流与系统短路电流相等，最高达到十几千安，低压侧短路电流也不小。所用变压器保护的可靠性，将会影响到所用变压器直至整个十千伏系统的安全运行，造成很大的威胁。传统的所用变压器使用熔断器保护，其安全可靠性是比较高的，但现在系统短路容量的增加了，而且综合自动化的要求提高，这种方式已逐渐达不到要求了。
4．配电变压器保护保护存在的问题。十千伏配电变压器的保护配置主要由断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等构成。负荷开关投资不大，但不能开断短路电流，因而很少被采用；断路器拥有好技术性能，但设备投资较高，加上使用繁琐，也不能广泛应用；负荷开关加熔断器组合的保护配置方式，不必采用操作复杂、价格昂贵的断路器，弥补了负荷开关不能开断短路电流的缺点，还可满足实际运行的需要，该配置可作为配电变压器的保护方式，但缺点是对于配备有瓦斯继电器的大容量配电变压器，需要断路器与瓦斯继电器相配合，才能对变压器进行有效的保护，有时还需要零序保护，都是值得注意的问题。
5．十千伏配电线路存在的问题。无论是城市内配网线路，还是农村配网线路，十千伏都是主要电压等级，但是十千伏配电线路具有一致性差的结构特点，比如有的用户专线，只带一二个用户，像输电线路一样；有的呈放射状，几十台变压器接在同一条线路的各个分支上；有的线路只有几百米的长度，有的线路却长到几十千米；有的线路由三十五千伏变电所出线，有的线路由一百一十千伏变电所出线；有的线路上的配电变压器容量很小，最大不过一百千伏安，有的线路上却有几千千伏安的变压器。
二、变电站中主设备继电保护存在问题的解决方法
1．在电流速断保护加入一段时间延时。励磁涌流的一个明显的特征，就是含有大量的二次谐波，在主变压器主保护中就利用这个特性，来防止励磁涌流引起保护误动作，但如果用在十千伏线路保护，需要对保护装置进行改造，这样一来会大大增加装置的复杂性，造成实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间的推进而减小，一开始涌流很大，一段时间后涌流减小到零，流过保护装置的电流为线路负荷电流，根据涌流的这个特点，在电流速断保护加入一短时间延时，就可以防止励磁涌流产生的误动作，这种方法最大优点是不用改造或只作简单改造保护装置，虽然会增加故障时间，但由于十千伏这种对系统稳定运行影响较小，并且适用。为了准确躲过励磁涌流，保护装置中加速回路也要加入延时。通过多年的研究表明，在十千伏线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15到0.2秒的时限，从运行结果来看，比较安全，还能很好的避免由于线路中励磁涌流引起的保护装置误动作。
2．选择大变比或减少电流互感器二次负载阻抗。电流互感器饱和，实质就是电流互感器铁芯中磁通饱和，又磁通密度与感应电势成正比，因此，如果电流互感器二次负载阻抗较大，在电流相同情况的下，二次回路感应电势就大，或在相同的负载阻抗下，二次电流就越大，感应电势就越大，以上两种情况都会增大铁芯中磁通密度，磁通密度达到一定值时，电流互感器就饱和。电流互感器严重饱和时，一次电流全部变为励磁电流，二次侧感应电流为零，流过电流继电器的电流也为零，保护装置就会拒动。避免电流互感器饱和可以从两个方面着手，一是在选择电流互感器时，变比尽量选得大一些，考虑到线路短路时电流互感器饱和问题，一般十千伏线路保护电流互感器变比大于300比5为宜；二要尽量减少电流互感器二次负载阻抗，避免保护和计量共用电流互感器，缩短电流互感器二次电缆的长度并且加大二次电缆的截面；对于综合自动化变电所，十千伏线路尽可能选用集保护、测控功能于一体的产品，并直接在控制屏上安装，这样做的目的是减小二次回路阻抗，防止电流互感器饱和。 3．解决所用变压器保护拒动办法。要解决所用变压器保护拒动问题，关键在于合理配置保护，选择电流互感器要考虑所用变压器故障时的饱和问题，同时，一定要将计量用的电流互感器跟保护用的电流互感器分开，保护用的电流互感器安装在所用变压器的高压侧，用来保护所用变压器，计量用电流互感器安装在低压侧，来提高计量精度。在定值整定方面，电流速断保护可根据所用变压器低压出口短路进行调整，过负荷保护根据所用变压器容量调整。
4．解决配电变压器保护保护存在的办法。不管在十千伏环网供电单元，还是在终端用户高压配电单元中，保护配置将负荷开关和高遮断容量后备式限流熔断器组合在一起，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，还具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器。为此，推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的方式，作为配电变压器保护的标准配置。标准国标14285《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，在选择配电变压器的保护设备时，当容量等于或大于八百千伏安，应选用带继电保护装置的断路器。这个规定，其实包含了以下两方面的需要。过去当容量达到八百千伏安及以上时，配电变压器大多使用油浸变压器，并且辅以有瓦斯继电器，断路器可与瓦斯继电器配合着工作，从而能有效地保护变压器。对于装置容量大于八百千伏安的用户，由于种种原因会引起单相接地故障，导致零序保护动作，从而使断路器跳闸，分隔故障，可以有效地避免变电所的馈线断路器动作，不至于影响其他用户的正常供电。标准还明确规定，即使单台变压器未达到此容量，但如果用户的配电变压器的总容量达到八百千伏安时，也可以符合此要求。
5．解决十千伏配电线路的保护。十千伏配电线路的保护，一般由三相一次重合闸、过电流和电流速断构成。有些特殊情况的线路结构或负荷线路保护，不能满足要求，可以增加其它保护，例如保护Ⅱ段和电压闭锁等。在进行整定计算的时候，还应该注意区别特殊情况和常规情况，并进行灵敏度校验。十千伏配电线路保护装置的配置虽然不是很复杂，但线路还是有一定的复杂性，负荷也具有多变性，常规和特殊情况下，计算保护定值和如何选择保护装置还是值得重视的。根据以往不同地区电网保护配置情况及运行经验，利用规范的保护来调整计算方法，各种情况均可适用，并可满足要求。
三、总结
通过以上的几个问题，我们发现变电站中主设备继电保护是一个非常精密、复杂的工作，以上任何一个细小的问题都会影响到继电保护稳定与否，甚至更加严重。这些问题并不一定涵盖很全，可能还有一些问题需要在工作中不断琢磨才能发现并解决。对于在变电站工作的员工，其实更加需要的是一种态度，即安全是第一位的，变电站中安全无小事。只有这样，变电站中的安全问题才能被彻底被预防和杜绝。
参 考 文 献
[1]陆于平，陈月亮，李玉海．数字主设备保护双套化技术实现[A]．中国水力发电工程学会继电保护专业委员会成立大会暨学术研讨会学术论文集[C]．2005
[2]王胜昔，柴宝英，王锴．某变电站380伏低压交流倒负荷时存在的问题分析与处理措施[A]．2011年亚太智能电网与信息工程学术会议论文集[C]．2011
[3]曾瑛，蒋康明，赵宏波，张庚，丁慧霞．电力通信网主配一体化建设方案探讨[A]．2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集[C]．2011
[4]靳洪晓，李耀刚，赵永贵，宋继信，周振鸿．石宝寨山体保护中的地震CT应用[A]．土木工程与高新技术——中国土木工程学会第十届年会论文集[C]．2002