基于电力局10kV线路的继电保护的应用

严健

摘 要：电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。本文主要对10kV线路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分析。并对当前10kV系统继电保护的综合评价进行了阐述。

关键词: 10kV系统 继电保护 综合评价

1、10kV线路常出现的故障及危害

根据运行经验及数据显示,10kV配电线路出现故障80%以上为单相接地,而单相接地的原因主要是导线断线、绝缘子击穿和树木短接。单相接地对变电设备及配电设备的主要危害是：10kV配电线路发生单相接地故障后，变电站10kV母线上的电压互感器在开口三角上产生零序电压，电压互感器铁芯饱和，励磁电流增加，如果长时间运行，将烧毁电压互感器，造成设备损坏。且可能产生几倍于正常电压的谐振过电压，危及变电设备的绝缘，严重者使变电设备绝缘击穿，造成更大事故。另过电压将进一步使线路上的绝缘子绝缘击穿，造成严重的短路事故，同时可能烧毁部分配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁,也可能发生电气火灾。

2、10kV线路应配置的继电保护

一般10kV线路属于单电源辐射性网架，而且有的农配网线路所带分支较多，随着农村电网的改造，10kV电网的保护水平有了很大提高，大大减轻了变电所10kV出线保护对该级电网的远后备的负担，而我公司变电站10kV线路保护装置产品有北京四方、南瑞继保、国电南瑞等公司产品。保护功能有三段式定时限过流、三段式定时限零序过流保护、过负荷保护、合闸加速保护、低周减载保护、三相一次重合闸等。因此足以满足要求。因10kV线路T接线路较多，而且线路较短，在线路首端与末端短路时，短路电流值差别不大，若采用瞬时电流速断保护，它的保护范围可能为零，保护整定计算很难满足选择性要求，我公司的一些35KV变电所10kV 馈线就有这种情况，在整定计算这几条馈线的保护定值时，为了使保护接线简单、动作迅速、可靠，又因这几条馈线属电网的终端线路，而且采用线路一变压器组接线方式，见图1。

图1线路一变压器组接线方式

因此可以把它们当成特殊情况来处理，把线路一变压器组看成一个整体，速断保护的动作电流可以按躲过变压器低压侧线路出口处短路的条件来整定，从而使无时限电流速断保护可以保护线路的全长。当然也可以将第1段配置电流限时速断，如果灵敏度校验不能满足要求时，一般可采用降低起动电流延长保护范围的方法来解决。这时，为了与相邻线路带电流速断保护有选择性地配合，其动作时限的选择应比相邻线路带时限电流速断的时限大一个Δt，一般取0.3-0.5s，即t1II=t2II+Δt。带时限电流速断保护可以作为本线路无时限电流速断保护的后备保护，即近后备。但是，由于它的动作范围只能包含相邻统一线路的一部分，因此，还必须装设过电流保护作为本线路主保护的近后备和相邻线路保护的远后备保护。过电流保护其起动电流按躲过最大负荷电流来整定，由于10kV线路负荷变化较大，若过流定值整定大，灵敏度不够；若过电流定值整定小，在系统过负荷时则容易误动。所以，加装低电压起动元件来提高过电流保护灵敏度，以系统正常运行时，不管负荷电流多大，母线上的电压都很高，低电压继电器不会动作，即使过电流继电器动作，保护装置也不会动作，所以计算电流元件的起动电流时，可以不躲过最大负荷电流，而只躲过正常工作电流，一般用电气设备的额定电流Ie来计算即可，这样，大大降低了保护装置的起动电流，从而提高了灵敏度。

3、10kV线路的过电流保护

3.1零序电流保护

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900的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差1200，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。按规程规定还可继续运行2h，而不必切断电路。这也是采用中性点不接地的主要优点。但其他两相电压升高，线路的绝缘受到考验、有发展为两点或多点接地的可能。应及时发出信号，通知值班人员进行处理。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(PT)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(通过转换开关可观察三个线电压)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。也就是说该装置没有选择性。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。可以看出，这种方法费力、费时、安全性差，在某些情况下这样做还是不允许的。因此，这种装置存在一定的缺陷。

当网络比较复杂、出线较多、可靠性要求高，采用绝缘监察装置是不能满足运行要求时，可采用零序电流保护装置。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。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側，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。否则互感器二次侧也就不能感应出电流，因而继电器也就不可能动作。不难理解，当某一条线路上发生一相接地时，非接地线路上的零序电流为本身的零序电流。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(E)=Krel*3Up*Co=Krel*Io

式中Iop(E)—保护装置的启动电流:

Krel一一可靠系数，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(Cs3Up*一Co)表示，因此灵敏系数为:

Sp=3 Up*Cs一Co)/ Krel3UpCo

=(Cs一Co)/ KrelCo

上式可改写成:

Sp=Ios -I o/KrelIo= Ios-Io/Iop(E)

式中Cs一一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。

3.2三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(当动作时限短时，也可作为主保护，而不再装设略带时限的电流速断保护。)，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。

一般情况下，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(或略带时限的电流速断保护)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—－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。也就是说，其保护范围可保护到线路全长并延伸到变压器高压侧。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。通常在被保护线路较短时，第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护;第二段采用定时限过流保护作为后备保护。

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。