10kV配電線路的故障診斷及繼電保護問題研究

鄭 偉

（寧夏電力公司 銀川供電局靈武市供電局，寧夏 靈武750400）

0 引言

電力系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)， 除正常運行方式的變化外，系統(tǒng)中還可能發(fā)生各種類型的故障，故障可能是瞬時的或永久的，故障又可能是金屬性短路也可能是經(jīng)過過渡電阻短路等，要適應電力系統(tǒng)的變化是十分困難的任務。

1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)及故障的分析與檢測

1.1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)及故障的現(xiàn)象與危害

1.1.1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)

1）過電流，也稱過負荷，即負荷超過電氣設(shè)備的額定值；

2）電壓升高超過額定值；

3）電壓降低；

4）電力電纜絕緣老化。

1.1.2 10kV 配電線路單相接地故障的特點

我國10kV 及以下系統(tǒng)一般采用中性點不接地方式運行。 這樣的系統(tǒng)中，正常運行時三相系統(tǒng)是對稱的，三相對地之間均勻分布的電容相等，在相電壓作用下，三個相分別有一個超前于相應的相電壓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0，此時地中沒有電容電流通過。 由于電源及負載都是對稱的，電源中性點和對稱星形電容的中性點同電位，即電源中性點對地電壓為0，各相對地電壓等于各相電壓。

線路發(fā)生單相接地短路時，接地相對地電壓為0，對地電容被短接，其它兩相對地電壓升高倍。 此時從故障點流向故障相的電容電流為兩非故障相電容電流的向量和，既是正常運行時三相對地電容電流的算數(shù)和。 因單相接地不構(gòu)成回路，故障的電容電流不大，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，對負荷供電沒有影響，還可繼續(xù)運行1-2 小時而不必立即跳閘，這是配電網(wǎng)中性點不接地的主要優(yōu)點。 但是在發(fā)生單相接地后， 非故障相的相對地電壓升高了倍，有發(fā)展性故障發(fā)生的可能， 為防止故障擴大應及時發(fā)出信號，以便運行人員采取措施消除故障。

1.1.3 10kV 配電線路的常見短路、斷線故障及危害

在中性點不接地系統(tǒng)中故障的主要形式是各種相間短路：三相短路、兩相短路、兩相接地短路，其中最嚴重的故障是三相短路。 短路故障的危害嚴重：短路電流可達額定電流的幾倍至幾十倍，使故障支路內(nèi)的電氣設(shè)備遭到破壞或縮短其壽命；短路電流引起的強烈電弧可能燒毀故障元件或周圍設(shè)備等；短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，破壞用戶的正常工作，嚴重時可能引起電壓崩潰，造成大面積停電；短路故障可能引起系統(tǒng)振蕩，甚至系統(tǒng)的瓦解。 另外輸電線路還可能發(fā)生斷線故障。 三相電壓不對稱引起的負序電流造成三相電動機電流不對稱，引起過熱，負序磁場還使轉(zhuǎn)子損耗加大，最小轉(zhuǎn)矩減小，使電機效率、過載能力降低。

1.2 產(chǎn)生故障的原因簡析

電力系統(tǒng)故障可分為暫時性故障和永久性故障。 暫時性故障是指故障線路斷開電源電壓后，故障點的絕緣強度能夠自行恢復，如果重新將此線路合閘，線路將能夠恢復正常運行的情況。 產(chǎn)生這類故障的原因有雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風引起樹枝碰線等。 所謂永久性故障是指在斷開電源電壓后，故障仍然存在的情況。 這類故障的產(chǎn)生原因有絕緣子的擊穿或損壞，線路倒桿，電纜線路絕緣擊穿，兩相線路之間金屬性短接，線路某處斷線，人為誤操作等。

1.3 檢測10kV 配電線路運行狀態(tài)的技術(shù)方法

在大容量、高電壓的電力系統(tǒng)中，通常采用互感器對一次系統(tǒng)進行檢測，在互感器的二次側(cè)接測量、保護裝置。 互感器的原副邊只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，將高壓電路與二次設(shè)備隔離，保證了二次設(shè)備調(diào)試和檢修時的安全。

互感器分為電壓互感器和電流互感器。 電流互感器將大電流變成小電流，為實現(xiàn)繼電器生產(chǎn)標準化，其二次額定值統(tǒng)一為5A。 電壓互感器將高電壓變成低電壓，其二次額定值統(tǒng)一為100V。 互感器二次側(cè)應有可靠的保護接地， 以防止一、二次線圈間的絕緣損壞時，高電壓對二次設(shè)備和人員的危害。 一般在設(shè)計電力系統(tǒng)時已將電壓及電流互感器設(shè)計在系統(tǒng)中。 為檢測零序電流量，在線路上裝設(shè)零序電流互感器。10kV 線路一般為電纜線路，在安裝零序電流互感器時，電纜頭應與支架絕緣，并將電纜頭的接地線穿過零序電流互感器的鐵心窗口再接地，這樣沿電纜外皮流動的電流兩次穿過鐵芯，互相抵消，在鐵芯中不會產(chǎn)生磁通，不至于影響保護的正確工作。

2 10kV 配電線路繼電保護裝置的基本功能與參數(shù)

10kV 配電線路直接向用戶供電，負荷回路多，環(huán)境污染大，致使故障率高。 線路上一旦發(fā)生故障后，需要迅速獲取信息，正確識別故障類型和故障地點有選擇地快速動作，將由故障所造成的損失降到最小，盡量縮短停電時間。 故障發(fā)生后，要求快速保護動作的時間約為0.1s，這樣小的時限，由運行人員手動操作根本反應不過來，所以線路上應裝設(shè)一套自動保護裝置。 在實際生產(chǎn)運行中，因保護不完善或不可靠給國民經(jīng)濟造成的損失，一般會大大超過即使是最復雜的保護裝置的投資，在保護設(shè)置時應盡量完善，各種保護方式之間相互配合，共同實現(xiàn)整套保護的選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 裝置在正常運行時實時監(jiān)視系統(tǒng)運行參數(shù)，使運行人員及時掌握系統(tǒng)運行狀況，合理分配有功功率，提高負荷的利用率，及時調(diào)整設(shè)備的運行，保證電能質(zhì)量。

2.1 電流速斷保護

短路電流愈靠近電源愈大，為了實現(xiàn)短路電流愈大愈應盡快切除，采用瞬時電流速斷保護。 它反映相間短路時短路電流的增大而瞬時動作，整定值按躲過本線路末端短路時的最大短路電流來整定。 在最大運行方式時，能保護線路全長的50%，在最小運行方式下，能保護線路全長的15-20%即認為保護具有良好的效果。

2.2 過負荷保護

反應系統(tǒng)中負荷電流的不正常增高而動作，采用反時限延時，即動作電流愈大，過載倍數(shù)（β＝ I／Ie）愈高，保護的動作時限愈短。

2.3 零序電流保護

反應兩相接地時的零序電流而動作的保護，其定值應按本線路末端兩相接地時可能出現(xiàn)的最大零序電流整定。 當靈敏度不能滿足要求時，可以再設(shè)一套整定值，按躲過本線路末端相間短路時所出現(xiàn)的最大的不平衡電流整定。

2.4 零序電壓、電流監(jiān)視

在中性點不接地系統(tǒng)中，任一點發(fā)生單相接地故障都會出現(xiàn)零序電壓和零序電流，保護發(fā)出單相接地報警信號。

2.5 非全相保護

當線路一相或兩相斷線時保護動作， 將線路退出運行。其整定時間應躲過手動合閘時三相觸頭不同期時間。

2.6 低電壓保護

當線路電壓低于70%Ue時保護延時動作。

2.7 過電壓保護

當線路電壓高于125%Ue時保護延時動作。

3 結(jié)束語

總之，電力工業(yè)的重要性和電力生產(chǎn)的連續(xù)性就要求在電力系統(tǒng)中，除應采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性、防患于未然以外，還應采取有效措施，當電力系統(tǒng)異常運行時及時發(fā)出報警信號提醒運行人員及時處理，一旦發(fā)生故障時，準確而迅速地將故障元件切除，避免事故的延伸和擴大。 這就要在電力系統(tǒng)的電氣元件上裝設(shè)自動保護裝置。

［1］張明君，彌洪濤.電力系統(tǒng)微機保護[M].冶金工業(yè)出版社，2002.

［2］丁書文.變電站綜合自動化技術(shù)[M].中國電力出版社，2005.

［3］許建安.電力系統(tǒng)繼電保護[M].中國水利水電出版社，2005.

［4］呂繼紹.繼電保護整定計算與實驗[M].華中工學院出版社，1986.

［5］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].水利電力出版社，1991.

［6］黃純?nèi)A，劉維仲.工廠供電[M].天津大學出版社，1996.