10kV 系统的继电保护的分析

李志华

摘 要：在电力系统中，各种电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。本文主要对10kV系统的继电保护装置进行了详细分析，重点对三段式过电流保护装置及零序电流保护进行了阐述。

关键词：10kV系统零序电流保护 三段式过电流保护 继电保护装置

110kV 系统的继电保护装置

2.1 继电保护装置的设置要求

按照工厂企业10kV 供电系统的设计规范要求，在10kV的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置：

（1）10kV线路应配置的继电保护

10kV线路一般均应装设过电流保护。当过电流保护的时限不大于0.5~0.7s，并没有保护配合上的要求时，可不装设电流速断保护；自重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护。当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设略带时限的电流速断保护。

（2）配电变压器应配置的继电保护

①当配电变压器容量小于400kVA 时：一般采用高压熔断器保护;

②当配电变压器容量为400~630kVA，高压侧采用断路器时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s 时，还应装设电流速断保护；对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护；

③当配电变压器容量为800kVA 及以上时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s 时，还应装设电流速断保护；对于油浸式配电变压器还应装设气体保护:另外尚应装设温度保护。

（3）分段母线应配置的继电保护

对于不并列运行的分段母线，应装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除: 另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时，其瞬动部分应解除；对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。

1.2 继电保护装置的设置

1.2.1 主保护和后备保护

10V供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护：而动作比较慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽己动作但最终未能达到切除故障部分的作用。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。也就是说，出现了保护的死区，这一死区就必须利用后备保护来弥补不可。

1.2.2 辅助保护

为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。10kV 系统中一般可在进线处装设电流保护；在配电变压器的高压侧装设电流保护、温度保护；高压母线分段处应根据具体情况装设电流保护等。

210kV 线路的过电流保护

2.1 零序电流保护

电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式，有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10kV系统采用的是中性点不接地的运行方式。系统运行正常时，三相是对称的，三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下，每相都有一个超前90°的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差120°，其和为零.中性点电位为零。假设A 相发生了一相金属性接地时，则A 相对地电压为零，其他两相对地电压升高为线电压，三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可繼续运行2h，而不必切断电路。10kV中性点不接地系统中，当出现一相接地时，利用三相五铁心柱的电压互感器的开口三角形的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察。它可以在PT 柜上通过三块相电压表和一块线电压表看到“一低、两高、三不变”。接在开口三角形开口两端的过电压继电器动作，其常开接点接通信号继电器，并发出预告信号。采用这种装置比较简单，但不能立即发现接地点，因为只要网络中发生一相接地，则在同一电压等级的所有工矿企业的变电所母线上，均将出现零序电压，接有带绝缘监视电压互感器的电力用户都会发出预告信号。为了查找接地点，需要电气人员按照预先制定的“拉路序位图”，依次拉路查找，并随之合上未接地的回路，直到找到接地点为止。

零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时，其一次侧为被保护电缆的三相导线，铁心套在电缆外，其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时，一次侧电流为零。二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流。当发生一相接地时，零序电流反映到二次侧，并流入零序电流继电器，使其动作发出信号。在安装零序电流保护装置时，特别注意的一点是：电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心。这是由于被保护电缆发生一相接地时，全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用的。因此，为了保证动作的选择性，在整定时，保护装置的启动电流Iop(E)应大于本线路的电容电流，即:

Iop=Krel×3Up×Co=Krel×Io

式中：Iop———保护装置的启动电流；

Krel——可靠系数，如无延时，考虑到不稳定间歇性电弧所发生的振荡涌流时，取4~5：如延时为0.5s 时，则取1.5~2；

Up——相电压值；

Co——被保护线路每相的对地电容；

Io——被保护线路的总电容电流。

按上式整定后，还需校验在本线路上发生一相接地时的灵敏系数，Sp 由于流经接地线路上的零序电流为全网络中非接地线路电容电流的总和，可用3Up×(Cs- Co)表示，因此灵敏系数为：

Sp=3Up×Cs- Co)/Krel3UpωCo

=(Cs- Co)/KrelCo

上式可改写成:

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

式中：Cs——同一电压等级网络中，各元件每相对地电容之和；

Ios——与Cs 相对应的对地电容电流之和。对电缆线路取大于或等于1.25；架空线路取1.5；对于架空线路，由于没有特制的零序电流互感器，如欲安装零序电流保护，可把三相三只电流互感器的同名端并联在一起，构成零序电流过滤器，再接上零序电流继电器。其动作电流整定值中，要考虑零序电流过滤器中不平衡电流的影响。

2.2 三段式过电流保护装置

由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，所以不能作为线路的主保护，而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护:略带时限的电流速断保护能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，但不能作为下一段线路的后备保护；定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护，还可以作为相临下一级线路的后备保护，但切除故障的时限较长。为了对线路进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。

对于第一段电流保护，究竟采用瞬时电流速断保护，还是采用略带时限的电流速断保护，可由具体情况确定。如用在线路一一变压器组接线，以采用瞬时电流速断保护为佳。因在变压器高压侧故障时，切除变压器和切除线路的效果是一样的。此时，允许用线路的瞬时电流速断保护，来切除变压器高压侧的故障。这时的第一段电流保护可以作为主保护；第二段一般均采用定时限过流保护作为后备保护，其保护范围含线路一变压器组的全部。

实际中还常采用三段式电流保护。就是以瞬时电流速断保护作为第一段，以加速切除线路首端的故障，用作辅助保护:以略带时限的电流速断保护作为第二段，以保护线路的全长，用作主保护；以定时限过电流保护作为第三段，以作为线路全长和相临下一级线路的后备保护。对于10kV供电线路今后宜选用两段式或三段式电流保护。因为这种保护的设置可以在相临下一级线路的保护或断路器拒动时，本级线路的定时限过流保护可以动作，起到远后备保护的作用；如本级线路的主保护拒动时，则本级线路的定时限过电流保护可以动作，以起到近后备的作用。

310kV 系统继电保护的综合评价

10kV系统中的上、下级保护之间的配合条件必须考虑周全，考虑不周或选配不当，则会造成保护的非选择性动作，使断路器越级跳闸。保护的选择性配合主要包括上、下级保护之间的电流和时限的配合两个方面。应该指出，定时限过电流保护的配合问题较易解决。由于定时限过电流保护的时限级差为0.5s，选择电网保护装置的动作时限，一般是从距电源端最远的一级保护装置开始整定的。为了缩短保护装置的动作时限，特别是缩短多级电网靠近电源端的保护装置的动作时限，其中时限级差起着决定的作用，因此希望时限级差越小越好。虽然反时限过电流保护也是按照时限的阶梯原则来整定，其时限级差一般为0.7s。反时限过电流保护随着短路电流与继电器动作电流的比值而变，因此整定反时限过电流保护时，所指的时间都是在某一电流值下的动作时间。通过分析可以看出，目前10kV新建及在建工程中，应以配置三段式或两段式定时限过电流保护、瞬时电流速断保护和略带时限的电流速断保护为好。

4 结束语

本文对10kV电力系统中继电保护的现状进行了分析。对10kV 系统中应配置的继电保护及过电流保护装置进行了说明，并提出了采用零序电流保护来进行单相接地保护。为了确保10kV供电系统的正常运行，必须正确的设置继电保护装置。

（作者单位：东莞市大朗供电公司）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。