10kV電力系統(tǒng)繼電保護裝置配置設計研究

王 鵬

(中山市長征電力安裝工程有限公司，廣東 中山 528400)

1 繼電保護裝置的設計的基本要點

（1）選擇性：當供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護裝置應能有選擇性地將故障部分切除。也就是它應該首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運行。系統(tǒng)中的繼電保護裝置能滿足上述要求的，就稱為有選擇性；否則就稱為沒有選擇性。

（2）靈敏性：靈敏性系指繼電保護裝置對故障和異常工作狀況的反映能力。繼電保護裝置對于保護范圍內發(fā)生的故障和不正常工作狀態(tài)，其裝置中保護機構的動作靈敏度稱為靈敏性。靈敏性以靈敏系數(shù)來表述。

（3）速動性：速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障。當系統(tǒng)內發(fā)生故障時，保護裝置快速切除故障，使短路點附近的母線電壓降低的時間縮短，以減少對用電設備的影響。如果故障能在0.2s內切除，則一般電動機就不會停轉。速動性還可減少故障回路電氣設備遭受損壞的程度，縮小故障影響的范圍，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

（4）可靠性：保護裝置應能正確的動作，并隨時處于準備狀態(tài)。如不能滿足可靠性的要求，保護裝置反而成為了擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性，則要求保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試要正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質量要可靠、運行維護要得當、系統(tǒng)應盡可能的簡化有效，以提高保護的可靠性。

2 10kV繼電保護裝置設計過程中的常見問題

2.1 線路中勵磁涌流問題

（1）線路中勵磁涌流對繼電保護裝置的影響。10kV線路裝有大量的配電變壓器，在線路投入時，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產(chǎn)生了一個復雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時，會出現(xiàn)較大的涌流，時間常數(shù)也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護由于要兼顧靈敏度，動作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統(tǒng)阻抗大時更明顯。勵磁涌流值可能會大于裝置整定值，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數(shù)及容量增大后，就可能出現(xiàn)。很多時候變電所增容后出現(xiàn)10kV線路由于涌流而無法正常投入的問題。

（2）防止涌流引起誤動的方法。勵磁涌流有一明顯的特征，就是它含有大量的二次諧波，在主變主保護中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護誤動作，但如果用在10kV線路保護，必須對保護裝置進行改造，會大大增加裝置的復雜性，因此實用性很差。勵磁涌流的另一特征就是它的大小隨時間而衰減，一開始涌流很大，一段時間后涌流衰減為零，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這種方法最大優(yōu)點是不用改造保護裝置(或只作簡單改造)，雖然會增加故障時間，但對于象10kV這些對系統(tǒng)穩(wěn)定運行影響較小的地方還是適用。為了保證可靠的躲過勵磁涌流，保護裝置中加速回路同樣要加入延時。在10kV線路電流速斷保護及加速回路中加入了0.15~0.2s的時限，能很好地避免由于線路中勵磁涌流造成保護裝置誤動作。

2.2 TA飽和問題

（1）TA飽和對保護的影響。10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網(wǎng)中的變電所，它們往往遠離電源，系統(tǒng)阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統(tǒng)規(guī)模及運行方式不同而不同。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，10kV系統(tǒng)短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個暫態(tài)過程，短路電流中含大量非周期分量，又進一步加速TA飽和。在10kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，故障要由母聯(lián)斷路器或主變后備保護來切除，不但延長了故障時間，使故障范圍擴大，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。

(2)避免TA飽和的方法。TA飽和其實就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應電勢成正比，因此，如果TA二次負載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應電勢就大，或在同樣的負載阻抗下，二次電流越大，感應電勢就越大，這兩種情況都會使鐵芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值時，TA就飽和。TA嚴重飽和時，一次電流全部變成勵磁電流，二次側感應電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護裝置就會拒動。

避免TA飽和主要從兩個方面入手，一是在選擇TA時，變比不能選得太小，要考慮線路短路時TA飽和問題，一般10kV線路保護TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面；對于綜合自動化變電所，10kV線路盡可能選用保護測控合一的產(chǎn)品，并在控制屏上就地安裝，這樣能有效減小二次回路阻抗，防止TA飽和。

3 所用變保護

（1）所用變保護存在的問題。所用變是一比較特殊的設備，容量較小但可靠性要求非常高，而且安裝位置也很特殊，一般就接在10kV母線上，其高壓側短路電流等于系統(tǒng)短路電流，可達十幾kA，低壓側出口短路電流也較大。人們一直對所用變保護的可靠性重視不足，這將對所用變直至整個10kV系統(tǒng)的安全運行造成很大的威脅。

傳統(tǒng)的所用變保護使用熔斷器保護，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統(tǒng)短路容量的增大以及綜合自動化的要求，這種方式已逐漸滿足不了要求。現(xiàn)在新建或改造的變電所，特別是綜合自動化所，大多配置所用變開關柜，保護配置也跟10kV線路相似，而人們往往忽視了保護用的TA飽和問題。由于所用變容量小，一次額定電流很小，同時往往保護計量共用TA，為確保計量的準確性，設計時TA變比會選得很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當所用變故障時，TA將嚴重飽和，感應到二次回路電流幾乎為零，使所用變保護裝置拒動。如果是高壓側故障，短路電流足以使母聯(lián)保護或主變后備保護動作而斷開故障，如果是低壓側故障，短路電流可能達不到母聯(lián)保護或主變后備保護的啟動值，使得故障無法及時切除，最終燒毀所用變，嚴重影響變電所的安全運行。

（2）解決辦法。解決所用變保護拒動問題，應從合理配置保護入手，其TA的選擇要考慮所用變故障時飽和問題，同時，計量用的TA一定要跟保護用的TA分開，保護用的TA裝在高壓側，以保證對所用變的保護，計量用TA裝在所用變的低壓側，以提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護可按所用變低壓出口短路進行整定，過負荷保護按所用變容量整定。

10kV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運行，不但直接關系到企業(yè)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門的有關標準和規(guī)程以及相應的國家標準和規(guī)范,做好繼電保護裝置設計。