工厂高压线路保护”死区“问题的研究

曾小平

【摘要】工厂高压线路担负电能输送的重要作用.是工厂供电系统的重要设备，大多数工厂高压线路都采用架空方式敷设，比起电缆敷设故障率更高，必须设置完备的继电保护装置以确保其安全可靠运行.

【关键词】过流保护、速断保护、动作电流

引言

工厂高压线路一般不长，电压等级6～10KV，容量不超5000KVA，这种供电系统的高压线路继电保护一般比较简单，对于6～10KV的线路属小接地电流系统，发生单相接地故障可继续运行2h，所装设的绝缘监察装置或单相接地保护需及时发出信号，提醒运行人员处理，预防发展为两相接地短路;对于发生在高压线路上的相间短路故障，短路电流危害更大，通常采用带时限的过电流保护和电流速断保护装置配合作用于高压断路器的跳闸机构切除短路故障，保护线路安全.

（一）过流保护：用于工厂高压一次线路的相间短路保护

1，带时限的过电流保护：包括定时限和反时限过电流保护两种： ①定时限过电流保护接线如图1：由两个DL式电流继电器作起动元件，DL式时间继电器作时限元件，DL式信号继电器作信号元件，出口元件也用DL式中间继电器控制短路器跳闸线圈YR，互感器采用两相两继电器式接线形式，对一次侧任何形式的相间短路，两个过流继电器任何一个起动动作，均会最终作用于断路器跳闸，只是从短路故障发生到动作跳闸是按整定动作时间完成。

②反时限过电流保护接线如图2：由GL型电流继电器作起动元件，利用这种继电器的速断特性，及其先合后断的触点和断路器跳闸线圈YR、两相两继电器式接线，只要被保护线路短路电流达到整定（10倍）速断倍数，立即按”去分流“方式跳闸，无时限元件和信号元件，且这种情形继电器的动作电流比DL型的动作电流要大得多。

③过流保护动作电流整定：带时限的过流保护的动作电流Iop是继电器动作的最小电流，其整定动作值Iop应躲过线路的最大负荷电流IL.max，避免在最大负荷通过时保护装置误动;返回电流Ire也应躲过最大负荷电流IL.max，所谓“躲过”的含义是指： 一次线路中即使 出现了最大 正常负 荷 及尖峰负荷因达不到互感器二次侧的过流继电器的动作值，保护装置不会动作，IL.max折算到互感器二次流 入过流继电器的电流为IL.max *  Kw /  K i   ，动作电流Iop> IL.max *  Kw /  K i  ， Kw为互感器的接线系数， K i为 变流比  ;   由于 过流继电器动作电流Iop>返回 电流Ire>  IL.max *  Kw /  K i  ，所以Iop>KW  IL.max   /  Ki*Kre   ，再乘以一个可靠系数Krel ，  有Iop>Krel *KW  IL.max   / （ Ki*Kre ） ， 以确保在外部故障切除后装置能可靠返回初始位置，以防止发生误动。

④过流保护动作时间的整定：在设有两级以上的继电保护装置中，为了保证前后级装置动作的选择性，过流保护装置的动作时间要按“阶梯原则”整定。就是说：在后一级保护装置所保护的线路首段发生三相短路时，前一级保护动作的时间t1应比后一级保护中最长的动作时间t2要大一个时间差△t，这个时间差△t在0.5～0.7s，定时限过流保护△t取0.5s，由时间继电器整定;反时限过流保护△t取0.7s，由GL系列电流继电器时限调节机构按动作特性整定。如图3

2，过流保护的缺陷：定时限过流保护具有所用DL型继电器数目多，接线复杂，特别是越靠近电源处的故障保护动作时间越长;而反时限过流保护的GL继电器动作电流的整定配合麻烦且误差大，特别是当短路电流较小时，动作时间可能比较长，延长了故障持续时间。

（二）电流速断保护：只要采用带时限的过流保护，为了保证动作的选择性，整定动作时限必须逐级增加△t，随着级数的增加，如果短路电越靠近电源处，短路电流越大反而动作时限越长，对于高压线路的危害越大，因此一般规定：当过流保护的动作时限超过1s时，应装设电流速断保护。

①电流速断保护的电路组成及速断电流整定：速断保护本质上是一种瞬时动作的过电流保护，其动作时限就是继电器固有动作时间，动作选择性是靠整定适当的动作电流。采用DL型电流继电器起动的速断保护相当于定时限过流保护去掉时限元件，如图4是线路上同时装有定时限过流保护和电流速断保护的电路组成图，图中KA1，2/KT/KS1/KM组成定时限过电流保护，KA3，KA4，KS2，KM组成电流速断保护，比较可知，电流速断保护装置只是比定时限过流保护装置少了时间继电器;采用GL型电流继电器的电磁元件起动速断保护，感应元件起动反时限过流保护，简单经济。无论是采用DL起动还是GL起动的速断保护，其起动继电器的动作电流Iqb（速断电流）应按躲过被保护线路末端的最大短路电流（Ik（3）.max）来整定，这样才能避免在后一级速断保护所保护线路的首端发生三相短路时越级跳闸，速断保护动作电流整定按公式为：Iqb=（Krel  Kw / Ki ）*Ik.max.   Krel 是可靠系数，对DL继电器取1.2-1.3，GL继电器取1.4-1.5， Kw是互感器接线系数，Ki 是互感器的变流比.可见速断保护的动作电流是按三相短路电流进行折算后的一个电流值.

②速断保护的“死区”产生：如图5，由于速断保护动作电流要躲过线路末端的最大短路电流，而靠近线路末端的有一段线路上发生的不一定是最大的短路電流时（如：两相短路电流折算后未达到保护装置继电器动作电流值），电流速断保护不动作，从而导致速断保护不能保护线路全长，这种速断保护装置不能保护的部分线路就称为”死区”.

结束语

工厂高压一次线路的相间短路采用时限的过流保护，由于要满足动作选择性要求，必须按”阶梯原则”整定前后级动作时间，这样会带来越靠近电源的短路危害越大，动作时间反而更长，不利于快速切断故障线路，电流速断保护可以有效解决这个问题，但速断保护由于动作电流的整定要求必然导致保护死区的产生，本文给出了克服死区的措施，即在设置速断保护线路上也设置过流保护作后备保护.