淺談供電系統(tǒng)單端供電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)

【摘要】在某些供電系統(tǒng)中，為了減少投資，常采用單端供電的形式，這就要求供電線(xiàn)路必須要有合理的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置，以保證單端供電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng)；單端供電網(wǎng)絡(luò)；保護(hù)

一、電流保護(hù)裝置

當(dāng)流過(guò)被保護(hù)元件的電流超過(guò)預(yù)先整定的某一數(shù)值時(shí)就使斷路器跳閘或給出報(bào)警信號(hào)的裝置稱(chēng)為過(guò)電流保護(hù)裝置，它有定時(shí)限和反時(shí)限兩種。

1.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置

在單端供電的輻射形網(wǎng)絡(luò)中，每一條線(xiàn)路始端均裝設(shè)斷路器的保護(hù)裝置，其定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)原理如圖1所示。

其中，圖1（a）為集中表示的原理電路圖，通常稱(chēng)為“接線(xiàn)圖”，這種圖的所有電器的組成部件是各自歸總在一起的，因此也稱(chēng)為“歸總式電路圖”；圖1（b）為分開(kāi)表示的原理圖，通常稱(chēng)為“展開(kāi)圖”，這種圖的所有電器的組成部件按各部件所屬回路來(lái)分開(kāi)表示，全稱(chēng)是“展開(kāi)式原理電路圖”。從原理分析的角度來(lái)說(shuō)，展開(kāi)圖簡(jiǎn)明清晰，在二次回路圖（包括繼電保護(hù)電路）中應(yīng)用最為普遍。

在正常工作情況下，斷路器QF閉合，保持正常供電，線(xiàn)路中流過(guò)正常工作電流，過(guò)電流繼電器KA1、KA2均不啟動(dòng)。當(dāng)被保護(hù)線(xiàn)路中發(fā)生短路事故時(shí)，線(xiàn)路中流過(guò)的電流激增，經(jīng)電流繼電器感應(yīng)使電流繼電器KA回路電流達(dá)到KAl或KA2的整定值，其動(dòng)觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)時(shí)間繼電器KT，經(jīng)預(yù)定延時(shí)后，KT的觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)信號(hào)繼電器KS，信號(hào)牌掉下，并接通燈光或音響信號(hào)；同時(shí)，中間繼電器線(xiàn)圈得電，觸點(diǎn)閉合，將斷路器QF的跳閘，線(xiàn)圈接通，QF跳閘，切除短路故障。在短路故障被切除后，繼電保護(hù)裝置除KS外的其他所有繼電器均自動(dòng)返回起始狀態(tài)，而KS可手動(dòng)復(fù)位。

（1）動(dòng)作時(shí)間的整定。時(shí)間繼電器KT的動(dòng)作是預(yù)先設(shè)定的，與過(guò)電流的大小無(wú)關(guān)，所以稱(chēng)為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，可以保證保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性。為了獲得過(guò)電流保護(hù)的選擇性，各個(gè)保護(hù)裝置應(yīng)有不同的動(dòng)作時(shí)間，如圖2所示，即Δt稱(chēng)為時(shí)限級(jí)差，應(yīng)越小越好。它包括斷路器的動(dòng)作時(shí)間，還要考慮一定的裕度而增加儲(chǔ)備時(shí)間率，根據(jù)斷路器及繼電器類(lèi)型不同，Δt取0.35一0.7s，一般取0.5s，感應(yīng)型繼電器取0.7s。

由圖2看出，保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的大小，是由末端到電源逐級(jí)增加的，即越靠近電源，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限越長(zhǎng)，形成階梯，故稱(chēng)為階梯形時(shí)限特性。

（2）動(dòng)作電流的整定。選擇定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流的原則，應(yīng)保證在被保護(hù)線(xiàn)路發(fā)生相間短路故障時(shí)能可靠動(dòng)作。在正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流以及用戶(hù)負(fù)荷突變等因素引起的沖擊電流情況下，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。同時(shí)還應(yīng)考慮保護(hù)裝置在外部短路被切除后能可靠地返回。

當(dāng)本保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，將由下一級(jí)保護(hù)按保護(hù)的選項(xiàng)性切除故障，而此時(shí)由于本保護(hù)的電流元件可能已經(jīng)啟動(dòng)，則故障切除后，應(yīng)保證保護(hù)裝置能可靠地返回。

2.反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置

這種保護(hù)的原理特點(diǎn)是：動(dòng)作電流與時(shí)限成反比，即動(dòng)作電流越大，動(dòng)作的時(shí)限越短。譬如在同一條線(xiàn)路上，靠近電源側(cè)的始端發(fā)生短路時(shí)，短路電流大，其動(dòng)作時(shí)限短；反之，末端發(fā)生短路，短路電流較小，其動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)。這套保護(hù)裝置的主要元件是感應(yīng)型電流繼電器，它既是啟動(dòng)元件又是時(shí)間元件，且觸點(diǎn)容量大，不必借用中間繼電器，可實(shí)現(xiàn)直接跳閘。同時(shí)繼電器還帶有機(jī)械掉牌信號(hào)裝置.可以省去信號(hào)繼電器。

二、電流速斷保護(hù)

在過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限整定中，我們知道，過(guò)電流保護(hù)越靠近電源的線(xiàn)路，其動(dòng)作時(shí)限越長(zhǎng)，而其短路電流越大，則危害也越大，顯然這不符合保護(hù)速動(dòng)性的原則。因此，一般當(dāng)電流保護(hù)時(shí)限大于ls時(shí)，要求裝設(shè)速斷保護(hù)。

速斷保護(hù)是一種不帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)，其動(dòng)作原理相當(dāng)于取消了時(shí)間繼電器的定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的原理。速斷保護(hù)的選擇性是由動(dòng)作電流的整定來(lái)保證的，其動(dòng)作電流要求避開(kāi)下一級(jí)線(xiàn)路首端最大三相短路電流，以保證不產(chǎn)生誤動(dòng)作。

由速斷保護(hù)動(dòng)作電流的整定過(guò)程可見(jiàn)，速斷保護(hù)不能保護(hù)線(xiàn)路的全長(zhǎng)，在線(xiàn)路末端會(huì)出現(xiàn)一段不能保護(hù)的“死區(qū)”，這無(wú)法滿(mǎn)足可靠性的原則。因此，速斷保護(hù)往往與帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)配合使用。

三、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地的保護(hù)

目前，我國(guó)10kV配電線(xiàn)路大多是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。這種系統(tǒng)發(fā)生一相斷線(xiàn)時(shí)，可能導(dǎo)致單相接地故障，無(wú)論線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)處懸在空中或落于地面，都不會(huì)使斷路器掉閘。這樣，將對(duì)人身安全造成嚴(yán)重威脅，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行還會(huì)造成大面積停電。

根據(jù)工廠供電線(xiàn)路的具體情況，利用以下方式實(shí)現(xiàn)單相接地的保護(hù)。

1.采用絕緣監(jiān)測(cè)裝置保護(hù)

絕緣監(jiān)測(cè)裝置是利用接地后出現(xiàn)的零序電壓給出信號(hào)的裝置。工廠中，6—10kv系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)，通常是在變配電所的6—10kv系統(tǒng)的母線(xiàn)上裝設(shè)一臺(tái)五柱式電壓互感器（JSJW—l0型）；對(duì)35kv系統(tǒng)則采用三個(gè)單相三繞組電壓互感器（JSJW—35型），電壓互感器一次繞組接成完全星形，其中性點(diǎn)接地。電壓互感器二次側(cè)有兩組繞組，其中一組接成完全星形，其中性點(diǎn)接地，三塊電壓表接成相對(duì)地接線(xiàn)；另一組附加繞組接成開(kāi)口三角形（即零序電壓過(guò)濾器接線(xiàn)），并在開(kāi)口處接一個(gè)過(guò)電壓繼電器，借以反應(yīng)接地時(shí)出現(xiàn)的零序電壓。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱(chēng)，沒(méi)有零序電壓，三相對(duì)地電壓表的讀數(shù)相等，過(guò)電壓繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變配電所母線(xiàn)上任一條出線(xiàn)發(fā)生金屬接地故障時(shí)，接地相的電壓變?yōu)榱?，該相電壓表讀數(shù)為零，而其他兩相對(duì)地電壓達(dá)到原來(lái)數(shù)值的數(shù)倍。其原理是：斷開(kāi)接地線(xiàn)路時(shí)系統(tǒng)接地故障消失，三個(gè)電壓表指示相同。找出接地線(xiàn)路后，派人查出具體接地點(diǎn)，轉(zhuǎn)移負(fù)荷，停電處理。

這種保護(hù)簡(jiǎn)單易行，但給出的信號(hào)沒(méi)有選擇性。因此，這種監(jiān)測(cè)裝置可以用在線(xiàn)路數(shù)目不多、允許短時(shí)一相接地且負(fù)荷可以中斷的供電線(xiàn)路中。而工礦企業(yè)供電線(xiàn)路大多數(shù)符合上述要求，所以在工礦企業(yè)供電線(xiàn)路中應(yīng)用廣泛。

2.零序電流保護(hù)

對(duì)于架空線(xiàn)路，一般采用由三個(gè)電流互感器接成零序電流過(guò)濾器的接線(xiàn)方式，三相電流互感器的二次電流向量相加后流入繼電器。當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，流入繼電器的電流等于零；只有當(dāng)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，零序電流才流過(guò)繼電器。當(dāng)零序電流流過(guò)繼電器時(shí)，繼電器就動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)。