10kV电力系统继电保护装置配置设计研究

王 鹏

(中山市长征电力安装工程有限公司，广东 中山 528400)

1 继电保护装置的设计的基本要点

（1）选择性：当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的，就称为有选择性；否则就称为没有选择性。

（2）灵敏性：灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。继电保护装置对于保护范围内发生的故障和不正常工作状态，其装置中保护机构的动作灵敏度称为灵敏性。灵敏性以灵敏系数来表述。

（3）速动性：速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。当系统内发生故障时，保护装置快速切除故障，使短路点附近的母线电压降低的时间缩短，以减少对用电设备的影响。如果故障能在0.2s内切除，则一般电动机就不会停转。速动性还可减少故障回路电气设备遭受损坏的程度，缩小故障影响的范围，提高电力系统运行的稳定性。

（4）可靠性：保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。

2 10kV继电保护装置设计过程中的常见问题

2.1 线路中励磁涌流问题

（1）线路中励磁涌流对继电保护装置的影响。10kV线路装有大量的配电变压器，在线路投入时，这些配电变压器是挂在线路上，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取得较小，特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值，使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出，因此容易被忽视，但当线路变压器个数及容量增大后，就可能出现。很多时候变电所增容后出现10kV线路由于涌流而无法正常投入的问题。

（2）防止涌流引起误动的方法。励磁涌流有一明显的特征，就是它含有大量的二次谐波，在主变主保护中就利用这个特性，来防止励磁涌流引起保护误动作，但如果用在10kV线路保护，必须对保护装置进行改造，会大大增加装置的复杂性，因此实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减，一开始涌流很大，一段时间后涌流衰减为零，流过保护装置的电流为线路负荷电流，利用涌流这个特点，在电流速断保护加入一短时间延时，就可以防止励磁涌流引起的误动作，这种方法最大优点是不用改造保护装置(或只作简单改造)，虽然会增加故障时间，但对于象10kV这些对系统稳定运行影响较小的地方还是适用。为了保证可靠的躲过励磁涌流，保护装置中加速回路同样要加入延时。在10kV线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15~0.2s的时限，能很好地避免由于线路中励磁涌流造成保护装置误动作。

2.2 TA饱和问题

（1）TA饱和对保护的影响。10kV线路出口处短路电流一般都较小，特别是农网中的变电所，它们往往远离电源，系统阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小会随着系统规模及运行方式不同而不同。随着系统规模的不断扩大，10kV系统短路电流会随着变大，可以达到TA一次额定电流的几百倍，系统中原有一些能正常运行的变比小的TA就可能饱和；另一方面，短路故障是一个暂态过程，短路电流中含大量非周期分量，又进一步加速TA饱和。在10kV线路短路时，由于TA饱和，感应到二次侧的电流会很小或接近于零，使保护装置拒动，故障要由母联断路器或主变后备保护来切除，不但延长了故障时间，使故障范围扩大，影响供电可靠性，而且严重威胁运行设备的安全。

(2)避免TA饱和的方法。TA饱和其实就是TA铁芯中磁通饱和，而磁通密度与感应电势成正比，因此，如果TA二次负载阻抗大，在同样电流情况下，二次回路感应电势就大，或在同样的负载阻抗下，二次电流越大，感应电势就越大，这两种情况都会使铁芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值时，TA就饱和。TA严重饱和时，一次电流全部变成励磁电流，二次侧感应电流为零，流过电流继电器的电流为零，保护装置就会拒动。

避免TA饱和主要从两个方面入手，一是在选择TA时，变比不能选得太小，要考虑线路短路时TA饱和问题，一般10kV线路保护TA变比最好大于300/5。另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗，尽量避免保护和计量共用TA，缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面；对于综合自动化变电所，10kV线路尽可能选用保护测控合一的产品，并在控制屏上就地安装，这样能有效减小二次回路阻抗，防止TA饱和。

3 所用变保护

（1）所用变保护存在的问题。所用变是一比较特殊的设备，容量较小但可靠性要求非常高，而且安装位置也很特殊，一般就接在10kV母线上，其高压侧短路电流等于系统短路电流，可达十几kA，低压侧出口短路电流也较大。人们一直对所用变保护的可靠性重视不足，这将对所用变直至整个10kV系统的安全运行造成很大的威胁。

传统的所用变保护使用熔断器保护，其安全可靠性还是比较高，但随着系统短路容量的增大以及综合自动化的要求，这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电所，特别是综合自动化所，大多配置所用变开关柜，保护配置也跟10kV线路相似，而人们往往忽视了保护用的TA饱和问题。由于所用变容量小，一次额定电流很小，同时往往保护计量共用TA，为确保计量的准确性，设计时TA变比会选得很小，有的地方甚至选择10/5。这样一来，当所用变故障时，TA将严重饱和，感应到二次回路电流几乎为零，使所用变保护装置拒动。如果是高压侧故障，短路电流足以使母联保护或主变后备保护动作而断开故障，如果是低压侧故障，短路电流可能达不到母联保护或主变后备保护的启动值，使得故障无法及时切除，最终烧毁所用变，严重影响变电所的安全运行。

（2）解决办法。解决所用变保护拒动问题，应从合理配置保护入手，其TA的选择要考虑所用变故障时饱和问题，同时，计量用的TA一定要跟保护用的TA分开，保护用的TA装在高压侧，以保证对所用变的保护，计量用TA装在所用变的低压侧，以提高计量精度。在定值整定方面，电流速断保护可按所用变低压出口短路进行整定，过负荷保护按所用变容量整定。

10kV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范,做好继电保护装置设计。