10kV繼電保護(hù)問題研究

聶志海

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益壯大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更顯復(fù)雜，提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平尤為重要。繼電保護(hù)是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時(shí)間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。許多實(shí)例表明，繼電保護(hù)裝置一旦不能正確動作就會擴(kuò)大事故，釀成嚴(yán)重后果。因此，加強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定計(jì)算是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作。本文對10KV電網(wǎng)常用的繼電保護(hù)（反時(shí)限電流保護(hù)、定時(shí)限電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、零序電流保護(hù)）的基本原理、計(jì)算方法、整定原則及保護(hù)之間的相互配合等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)地講述。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；整定；電力系統(tǒng)

1.反時(shí)限過電流保護(hù)

1.1什么是反時(shí)限過電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動作時(shí)間越短；短路電流越小，動作時(shí)間越長，這種保護(hù)就叫做反時(shí)限過電流保護(hù)。

1.2繼電器的構(gòu)成

反時(shí)限過電流保護(hù)是由GL-15（25）感應(yīng)型繼電器構(gòu)成的。這種保護(hù)方式廣泛應(yīng)用于一般工礦企業(yè)中，感應(yīng)型繼電器兼有電磁式電流繼電器（作為起動元件）、電磁式時(shí)間繼電器（作為時(shí)限元件）、電磁式信號繼電器（作為信號元件）和電磁式中間繼電器（作為出口元件）的功能，用以實(shí)現(xiàn)反時(shí)限過電流保護(hù)；另外，它還有電磁速斷元件的功能，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)。采用這種繼電器，就可以采用交流操作，無須裝設(shè)直流屏等設(shè)備；通過一種繼電器還可以完成兩種保護(hù)功能（體現(xiàn)了繼電器的多功能性），也可以大大簡化繼電保護(hù)裝置。但這種繼電器雖外 部接線簡單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，調(diào)試比較困難；在靈敏度和動作的準(zhǔn)確性、速動性等方面也遠(yuǎn)不如電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置。

1.3反時(shí)限過電流保護(hù)的基本原理

當(dāng)供電線路發(fā)生相間短路時(shí)，感應(yīng)型繼電器KA1或（和）KA2達(dá)到整定的一定時(shí)限后動作，首先使其常開觸點(diǎn)閉合，這時(shí)斷路器的脫扣器YR1或（和）YR2因有KA1或（和）KA2的常閉觸點(diǎn)分流（短路），而無電流通過，故暫時(shí)不會動作。但接著KA1或（KA2）的常閉觸點(diǎn)斷開，因YR1或（和）YR2因“去分流”而通電動作，使斷路器跳閘，同時(shí)繼電器本身的信號掉牌掉下，給出信號。

在這里應(yīng)予說明，在采用“去分流”跳閘的反時(shí)限過電流保護(hù)裝置中，如繼電器的常閉觸點(diǎn)先斷開而常開觸點(diǎn)后閉合時(shí)，則會出現(xiàn)下列問題：

（1）繼電器在其常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)即先失電返回，因此其常開觸點(diǎn)不可能閉合，因此跳閘線圈也就不能通電跳閘；

（2）繼電器的常閉觸點(diǎn)如先斷開，CT的二次側(cè)帶負(fù)荷開路，將產(chǎn)生數(shù)千伏的高電壓、比差角差增大、計(jì)量不準(zhǔn)以及鐵心發(fā)熱有可能燒毀絕緣等，這是不允許的。

2.定時(shí)限過電流保護(hù)

2.1什么是定時(shí)限過電流保護(hù)

繼電保護(hù)的動作時(shí)間與短路電流的大小無關(guān)，時(shí)間是恒定的，時(shí)間是靠時(shí)間繼電器的整定來獲得的。時(shí)間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這種保護(hù)方式就稱為定時(shí)限過電流保護(hù)。

2.2繼電器的構(gòu)成

定時(shí)限過電流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器（作為時(shí)限元件）、 電磁式中間繼電器（作為出口元件）、電磁式電流繼電器（作為起動元件）、電磁式信號繼電器（作為信號元件）構(gòu)成的。它一般采用直流操作，須設(shè)置直流屏。定時(shí)限過電流保護(hù)簡單可靠、完全依靠選擇動作時(shí)間來獲得選擇性，上、下級的選擇性配合比較容易、時(shí)限由時(shí)間繼電器根據(jù)計(jì)算后獲取的參數(shù)來整定，動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。這種保護(hù)方式一般應(yīng)用在10～35KV系統(tǒng)中比較重要的變配電所。

2.3定時(shí)限過電流保護(hù)的基本原理

10KV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時(shí)限過電流保護(hù)的原理接線圖。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時(shí)間繼電器和一只信號繼電器構(gòu)成。當(dāng)被保護(hù)線路只設(shè)有一套保護(hù)，且時(shí)間繼電器的容量足大時(shí)，可用時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)去直接接通跳閘回路，而省去出口中間繼電器。

當(dāng)被保護(hù)線路中發(fā)生短路故障時(shí)，電流互感器的一次電流急劇增加，其二次電流隨之成比例的增大。當(dāng)CT的二次電流大于電流繼電器的起動值時(shí)，電流繼電器動作。由于兩只電流繼電器的觸點(diǎn)是并聯(lián)的，故當(dāng)任一電流繼電器的觸點(diǎn)閉合，都能接通時(shí)間繼電器的線圈回路。這時(shí)，時(shí)間繼電器就按照預(yù)先整定的時(shí)間動作使其接點(diǎn)吸合。這樣，時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)又接通了信號繼電器和出口中間繼電器的線圈，使其動作。出口中間繼電器的觸點(diǎn)接通了跳閘線圈回路，從而使被保護(hù)回路的斷路器跳閘切斷了故障回路，保證了非故障回路的繼續(xù)運(yùn)行。而信號繼電器的動作使信號指示牌掉下并發(fā)出警報(bào)信號。

由上不難看出，保護(hù)裝置的動作時(shí)間只決定于時(shí)間繼電器的預(yù)先整定的時(shí)間，而與被保護(hù)回路的短路電流大小無關(guān)，所以這種過電流保護(hù)稱為定時(shí)限過電流保護(hù)。

3.電流速斷保護(hù)

瞬時(shí)電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)是動作迅速，但只能保護(hù)線路的首端。而定時(shí)限過電流保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長，但動作時(shí)限太長。因此，常用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)來消除瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”。要求略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)全線路。因此，它的保護(hù)范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。這樣，當(dāng)下一段線路始端發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)也會起動。 為了保證選擇性的要求，須使其動作時(shí)限比下一段線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)大一個時(shí)限級差，其動作電流也要比下一段 線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動作電流大一些。略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)可作為被保護(hù)線路的主保護(hù)。略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)的原理接線和定時(shí)限過電流保護(hù)的原理接線相同。

4.三段式過電流保護(hù)裝置

由于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，所以不能作為線路的主保護(hù)，而只能作為加速切除線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)線路的全長，可作為本線路的主保護(hù)，但不能作為下一段線路的后備保護(hù)；定時(shí)限過電流保護(hù)既可作為本級線路的后備保護(hù)（當(dāng)動作時(shí)限短時(shí)，也可作為主保護(hù)，而不再裝設(shè)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。），還可以作為相臨下一級線路的后備保護(hù)，但切除故障的時(shí)限較長。

在實(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)線路的全長，用作主保護(hù)；以定時(shí)限過電流保護(hù)作為第三段，以作為線路全長和相臨下一級線路的后備保護(hù)。

因?yàn)檫@種保護(hù)的設(shè)置可以在相臨下一級線路的保護(hù)或斷路器拒動時(shí)，本級線路的定時(shí)限過流保護(hù)可以動作，起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用；如本級線路的主保護(hù)（瞬時(shí)電流速斷或略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)）拒動時(shí)，則本級線路的定時(shí)限過電流保護(hù)可以動作，以起到近后備的作用。

5.零序電壓與電流保護(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)，三相是對稱的，三相對地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個超前90°的電容電流流入地中。這三個電容電流數(shù)值相等、相位相差120° ，其和為零.中性點(diǎn)電位為零。

總之，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中，只有做好保護(hù)定值的整定計(jì)算工作，合理的選擇保護(hù)的定值，才能充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的效能，提高供電的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王梅義，蒙定中等編.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行技術(shù).電力工業(yè)出版社，北京：1981.