10kV 系統(tǒng)的繼電保護(hù)的分析

李志華

摘 要：在電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備通過(guò)電氣線(xiàn)路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。本文主要對(duì)10kV系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點(diǎn)對(duì)三段式過(guò)電流保護(hù)裝置及零序電流保護(hù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：10kV系統(tǒng)零序電流保護(hù) 三段式過(guò)電流保護(hù) 繼電保護(hù)裝置

110kV 系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置

2.1 繼電保護(hù)裝置的設(shè)置要求

按照工廠企業(yè)10kV 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在10kV的供電線(xiàn)路、配電變壓器和分段母線(xiàn)上一般應(yīng)設(shè)置以下保護(hù)裝置：

（1）10kV線(xiàn)路應(yīng)配置的繼電保護(hù)

10kV線(xiàn)路一般均應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限不大于0.5~0.7s，并沒(méi)有保護(hù)配合上的要求時(shí)，可不裝設(shè)電流速斷保護(hù)；自重要的變配電所引出的線(xiàn)路應(yīng)裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。當(dāng)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能滿(mǎn)足選擇性動(dòng)作時(shí)，應(yīng)裝設(shè)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。

（2）配電變壓器應(yīng)配置的繼電保護(hù)

①當(dāng)配電變壓器容量小于400kVA 時(shí)：一般采用高壓熔斷器保護(hù);

②當(dāng)配電變壓器容量為400~630kVA，高壓側(cè)采用斷路器時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)，而當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限大于0.5s 時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；對(duì)于車(chē)間內(nèi)油浸式配電變壓器還應(yīng)裝設(shè)氣體保護(hù)；

③當(dāng)配電變壓器容量為800kVA 及以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)，而當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限大于0.5s 時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；對(duì)于油浸式配電變壓器還應(yīng)裝設(shè)氣體保護(hù):另外尚應(yīng)裝設(shè)溫度保護(hù)。

（3）分段母線(xiàn)應(yīng)配置的繼電保護(hù)

對(duì)于不并列運(yùn)行的分段母線(xiàn)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動(dòng)解除: 另外應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。如采用的是反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)時(shí)，其瞬動(dòng)部分應(yīng)解除；對(duì)于負(fù)荷等級(jí)較低的配電所可不裝設(shè)保護(hù)。

1.2 繼電保護(hù)裝置的設(shè)置

1.2.1 主保護(hù)和后備保護(hù)

10V供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和線(xiàn)路應(yīng)裝設(shè)短路故障保護(hù)。短路故障保護(hù)應(yīng)有主保護(hù)、后備保護(hù)，必要時(shí)可增設(shè)輔助保護(hù)。當(dāng)在系統(tǒng)中的同一地點(diǎn)或不同地點(diǎn)裝有兩套保護(hù)時(shí)，其中有一套動(dòng)作比較快，而另一套動(dòng)作比較慢，動(dòng)作比較快的就稱(chēng)為主保護(hù)：而動(dòng)作比較慢的就稱(chēng)為后備保護(hù)。即：為滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備的要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線(xiàn)路故障的保護(hù)，就稱(chēng)為主保護(hù)；當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)，就稱(chēng)為后備保護(hù)。后備保護(hù)不僅可以起到當(dāng)主保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作而未動(dòng)作時(shí)的后備，還可以起到當(dāng)主保護(hù)雖己動(dòng)作但最終未能達(dá)到切除故障部分的作用。為了使快速動(dòng)作的主保護(hù)實(shí)現(xiàn)選擇性，從而就造成了主保護(hù)不能保護(hù)線(xiàn)路的全長(zhǎng)，而只能保護(hù)線(xiàn)路的一部分。也就是說(shuō)，出現(xiàn)了保護(hù)的死區(qū)，這一死區(qū)就必須利用后備保護(hù)來(lái)彌補(bǔ)不可。

1.2.2 輔助保護(hù)

為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)，稱(chēng)為輔助保護(hù)。10kV 系統(tǒng)中一般可在進(jìn)線(xiàn)處裝設(shè)電流保護(hù)；在配電變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)電流保護(hù)、溫度保護(hù)；高壓母線(xiàn)分段處應(yīng)根據(jù)具體情況裝設(shè)電流保護(hù)等。

210kV 線(xiàn)路的過(guò)電流保護(hù)

2.1 零序電流保護(hù)

電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地和中性點(diǎn)直接接地三種方式。10kV系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，三相是對(duì)稱(chēng)的，三相對(duì)地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個(gè)超前90°的電容電流流入地中。這三個(gè)電容電流數(shù)值相等、相位相差120°，其和為零.中性點(diǎn)電位為零。假設(shè)A 相發(fā)生了一相金屬性接地時(shí)，則A 相對(duì)地電壓為零，其他兩相對(duì)地電壓升高為線(xiàn)電壓，三個(gè)線(xiàn)電壓不變。這時(shí)對(duì)負(fù)荷的供電沒(méi)有影響。按規(guī)程規(guī)定還可繼續(xù)運(yùn)行2h，而不必切斷電路。10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)一相接地時(shí)，利用三相五鐵心柱的電壓互感器的開(kāi)口三角形的開(kāi)口兩端有無(wú)零序電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)察。它可以在PT 柜上通過(guò)三塊相電壓表和一塊線(xiàn)電壓表看到“一低、兩高、三不變”。接在開(kāi)口三角形開(kāi)口兩端的過(guò)電壓繼電器動(dòng)作，其常開(kāi)接點(diǎn)接通信號(hào)繼電器，并發(fā)出預(yù)告信號(hào)。采用這種裝置比較簡(jiǎn)單，但不能立即發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)，因?yàn)橹灰W(wǎng)絡(luò)中發(fā)生一相接地，則在同一電壓等級(jí)的所有工礦企業(yè)的變電所母線(xiàn)上，均將出現(xiàn)零序電壓，接有帶絕緣監(jiān)視電壓互感器的電力用戶(hù)都會(huì)發(fā)出預(yù)告信號(hào)。為了查找接地點(diǎn)，需要電氣人員按照預(yù)先制定的“拉路序位圖”，依次拉路查找，并隨之合上未接地的回路，直到找到接地點(diǎn)為止。

零序電流保護(hù)一般使用在有條件安裝零序電流互感器的電纜線(xiàn)路或經(jīng)電纜引出的架空線(xiàn)路上。當(dāng)在電纜出線(xiàn)上安裝零序電流互感器時(shí)，其一次側(cè)為被保護(hù)電纜的三相導(dǎo)線(xiàn)，鐵心套在電纜外，其二次側(cè)接零序電流繼電器。當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生相間短路時(shí)，一次側(cè)電流為零。二次側(cè)只有因?qū)Ь€(xiàn)排列不對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的不平衡電流。當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，零序電流反映到二次側(cè)，并流入零序電流繼電器，使其動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。在安裝零序電流保護(hù)裝置時(shí)，特別注意的一點(diǎn)是：電纜頭的接地線(xiàn)必須穿過(guò)零序電流互感器的鐵心。這是由于被保護(hù)電纜發(fā)生一相接地時(shí)，全靠穿過(guò)零序電流互感器鐵心的電纜頭接地線(xiàn)通過(guò)零序電流起作用的。因此，為了保證動(dòng)作的選擇性，在整定時(shí)，保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流Iop(E)應(yīng)大于本線(xiàn)路的電容電流，即:

Iop=Krel×3Up×Co=Krel×Io

式中：Iop———保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流；

Krel——可靠系數(shù)，如無(wú)延時(shí)，考慮到不穩(wěn)定間歇性電弧所發(fā)生的振蕩涌流時(shí)，取4~5：如延時(shí)為0.5s 時(shí)，則取1.5~2；

Up——相電壓值；

Co——被保護(hù)線(xiàn)路每相的對(duì)地電容；

Io——被保護(hù)線(xiàn)路的總電容電流。

按上式整定后，還需校驗(yàn)在本線(xiàn)路上發(fā)生一相接地時(shí)的靈敏系數(shù)，Sp 由于流經(jīng)接地線(xiàn)路上的零序電流為全網(wǎng)絡(luò)中非接地線(xiàn)路電容電流的總和，可用3Up×(Cs- Co)表示，因此靈敏系數(shù)為：

Sp=3Up×Cs- Co)/Krel3UpωCo

=(Cs- Co)/KrelCo

上式可改寫(xiě)成:

Sp=Ios- Io/KrelIo=Ios- Io/Iop

式中：Cs——同一電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，各元件每相對(duì)地電容之和；

Ios——與Cs 相對(duì)應(yīng)的對(duì)地電容電流之和。對(duì)電纜線(xiàn)路取大于或等于1.25；架空線(xiàn)路取1.5；對(duì)于架空線(xiàn)路，由于沒(méi)有特制的零序電流互感器，如欲安裝零序電流保護(hù)，可把三相三只電流互感器的同名端并聯(lián)在一起，構(gòu)成零序電流過(guò)濾器，再接上零序電流繼電器。其動(dòng)作電流整定值中，要考慮零序電流過(guò)濾器中不平衡電流的影響。

2.2 三段式過(guò)電流保護(hù)裝置

由于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線(xiàn)路的一部分，所以不能作為線(xiàn)路的主保護(hù)，而只能作為加速切除線(xiàn)路首端故障的輔助保護(hù):略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)線(xiàn)路的全長(zhǎng)，可作為本線(xiàn)路的主保護(hù)，但不能作為下一段線(xiàn)路的后備保護(hù)；定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)既可作為本級(jí)線(xiàn)路的后備保護(hù)，還可以作為相臨下一級(jí)線(xiàn)路的后備保護(hù)，但切除故障的時(shí)限較長(zhǎng)。為了對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù)，也常把瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。

對(duì)于第一段電流保護(hù)，究竟采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，還是采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，可由具體情況確定。如用在線(xiàn)路一一變壓器組接線(xiàn)，以采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)為佳。因在變壓器高壓側(cè)故障時(shí)，切除變壓器和切除線(xiàn)路的效果是一樣的。此時(shí)，允許用線(xiàn)路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，來(lái)切除變壓器高壓側(cè)的故障。這時(shí)的第一段電流保護(hù)可以作為主保護(hù)；第二段一般均采用定時(shí)限過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)，其保護(hù)范圍含線(xiàn)路一變壓器組的全部。

實(shí)際中還常采用三段式電流保護(hù)。就是以瞬時(shí)電流速斷保護(hù)作為第一段，以加速切除線(xiàn)路首端的故障，用作輔助保護(hù):以略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)作為第二段，以保護(hù)線(xiàn)路的全長(zhǎng)，用作主保護(hù)；以定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)作為第三段，以作為線(xiàn)路全長(zhǎng)和相臨下一級(jí)線(xiàn)路的后備保護(hù)。對(duì)于10kV供電線(xiàn)路今后宜選用兩段式或三段式電流保護(hù)。因?yàn)檫@種保護(hù)的設(shè)置可以在相臨下一級(jí)線(xiàn)路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，本級(jí)線(xiàn)路的定時(shí)限過(guò)流保護(hù)可以動(dòng)作，起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用；如本級(jí)線(xiàn)路的主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，則本級(jí)線(xiàn)路的定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)可以動(dòng)作，以起到近后備的作用。

310kV 系統(tǒng)繼電保護(hù)的綜合評(píng)價(jià)

10kV系統(tǒng)中的上、下級(jí)保護(hù)之間的配合條件必須考慮周全，考慮不周或選配不當(dāng)，則會(huì)造成保護(hù)的非選擇性動(dòng)作，使斷路器越級(jí)跳閘。保護(hù)的選擇性配合主要包括上、下級(jí)保護(hù)之間的電流和時(shí)限的配合兩個(gè)方面。應(yīng)該指出，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的配合問(wèn)題較易解決。由于定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限級(jí)差為0.5s，選擇電網(wǎng)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限，一般是從距電源端最遠(yuǎn)的一級(jí)保護(hù)裝置開(kāi)始整定的。為了縮短保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限，特別是縮短多級(jí)電網(wǎng)靠近電源端的保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限，其中時(shí)限級(jí)差起著決定的作用，因此希望時(shí)限級(jí)差越小越好。雖然反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)也是按照時(shí)限的階梯原則來(lái)整定，其時(shí)限級(jí)差一般為0.7s。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)隨著短路電流與繼電器動(dòng)作電流的比值而變，因此整定反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)時(shí)，所指的時(shí)間都是在某一電流值下的動(dòng)作時(shí)間。通過(guò)分析可以看出，目前10kV新建及在建工程中，應(yīng)以配置三段式或兩段式定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)為好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)10kV電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。對(duì)10kV 系統(tǒng)中應(yīng)配置的繼電保護(hù)及過(guò)電流保護(hù)裝置進(jìn)行了說(shuō)明，并提出了采用零序電流保護(hù)來(lái)進(jìn)行單相接地保護(hù)。為了確保10kV供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確的設(shè)置繼電保護(hù)裝置。

（作者單位：東莞市大朗供電公司）

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