曾枝

（廣東鷹視能效科技有限公司）

1 引言

由于電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等五個環(huán)節(jié)都需要依賴于城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)這一關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。因此，它能否安全、穩(wěn)定、可靠的運行，不僅關(guān)系著政府、企業(yè)以及居民的日常工作生活秩序，更與社會的經(jīng)濟建設(shè)和社會建設(shè)有著直接的關(guān)系，為了城市的正常安全生產(chǎn)活動的進行，應(yīng)對城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護裝置進行系統(tǒng)化的了解。但在當(dāng)今城市生產(chǎn)生活中，仍存在著許多安全隱患，在一定程度上危及著人們的生產(chǎn)生活，更有甚者，演變?yōu)榫薮蟮臑?zāi)害，危及人們的生命和財產(chǎn)安全。

2 配電系統(tǒng)繼電保護概述

繼電保護的主要作用就是防止因短路故障或不正常運行狀態(tài)造成電氣設(shè)備或供配電系統(tǒng)的損壞，從而提高供電的可靠性。因此，電保護是變電所二次回路的重要組成部分，也是供電設(shè)計的主要內(nèi)容；繼電保護裝置就是能反映供配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障或不正常運行狀態(tài)，并能動作與斷路器跳閘或啟動信號裝置發(fā)出預(yù)警信號的一種裝置。其過流保護裝置的接線方式如圖1所示。

圖1 過流保護裝置的接線方式

3 10kV配電系統(tǒng)繼電保護的基本類型

一座城市的電力系統(tǒng)是否安全、可靠運行在很大程度上依靠于城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護裝置的性能好壞。電力系統(tǒng)本身是一個系統(tǒng)化，程序化的科學(xué)裝置。正如圖2所示，在一個電力系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)短路的故障，電壓和電流會發(fā)生相應(yīng)的變化，具體表現(xiàn)在：電流急劇增大、電壓急劇下降同時電壓與電流的相位角會發(fā)生變化。因此，在進行城市配電系統(tǒng)繼電保護裝置設(shè)計時可結(jié)合電路本身帶有的物理特性，進行科學(xué)合理的設(shè)計，從而滿足不同環(huán)境下的配電網(wǎng)保護裝置的要求。城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護裝置主要包括過負荷保護、電流速斷保護、反時限過電流保護、零序電流保護以及定時限過電流保護等幾種保護措施。這些保護裝置對電路系統(tǒng)中的過電壓及低電壓進行保護，在反映電流變化的同時也反映著電壓與電流之間相位角的變化。

4 城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)對其繼電保護裝置的要求

4.1 具有良好的速動性

速動性是指保護裝置在電路發(fā)生短路故障時能夠盡快切斷短路故障。其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，從而縮小故障波及范圍，提高自動重合閥和備用電源或備用設(shè)備自動投入的效果等。在電路系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應(yīng)及時快速的切斷故障線路，以免波及其他正常運行的線路，避免發(fā)生重大災(zāi)害同時在一定情況下允許保護裝置帶有一定的延時切除故障。因此，城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)對其繼電保護裝置應(yīng)具有良好的速動性的要求，同時應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)接線以及被保護元件的具體情況對繼電保護裝置的速動性進行測評。

4.2 具有較高的靈敏性

靈敏性是指針對在設(shè)別或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)，從而保證在配電系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的原件能夠被迅速檢測出來并做出切斷處理。衡量繼電保護裝置靈敏性的數(shù)值成為繼電保護的靈敏系數(shù)，即在電路發(fā)生故障時通過裝置的故障量和給定的裝置起動值之比。它是考核繼電保護靈敏性的具體指標，在一般的繼電保護設(shè)計與運行規(guī)程中，對它都有具體的規(guī)定要求。繼電保護愈靈敏，愈能可靠地發(fā)映出要求動作的故障或異常狀態(tài)，但同時也愈易于在非要求動作的情況下產(chǎn)生無動作，因而與繼電保護裝置要求的選擇性發(fā)生矛盾，需要協(xié)調(diào)處理。事實上，在配電系統(tǒng)中，配電保護裝置的靈敏性越強，安全保障也就越高，從而可以為配電系統(tǒng)提高維護效率提供有利的的信息情報。

圖2 10kV配電室及變壓器繼電保護二次線路原理圖

4.3 具有較強的可靠性

可靠性是指繼電保護裝置保護該動作是進行相應(yīng)的動作，不該動作是阻止相應(yīng)的定做，從而可以確保故障設(shè)備和線路的處于安全狀態(tài)。自動化裝置與繼電保護的可靠性主要來源于設(shè)備本身的可靠性和設(shè)備功能的可靠性，因此，從這一方面來說，設(shè)備的誤動和拒動幾率是其具體表現(xiàn)。通常來說，單一指標無法系統(tǒng)衡量一個繼電保護裝置的可靠性，一般需要幾個指標綜合進行衡量評估。可靠性評估的三個基本指標分別是平均無故障工作時間、有效度和成功率，根據(jù)這三個指標有效評估出自動化裝置與繼電保護的可靠性是機電保護裝置的關(guān)鍵所在。

4.4 具有可選擇性

選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障，從而避免大規(guī)模停電的發(fā)生。通常，一個配電系統(tǒng)繼電保護裝置的選擇性是由保護方案和整體計算所決定的。為使繼電保護裝置在供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時有選擇可靠地切除障礙，把停電影響范圍盡可能的縮小，保證非故障設(shè)備能繼續(xù)正常運行，有三種方法可以實現(xiàn)：

（1）按整定動作電流配合，使上下級相鄰保護裝置的動作電流之比不小于2。

（2）按動作整合時間配合，使上下級相鄰保護裝置的動作實時限有一定的級差，定時限級差應(yīng)大于0.5s，定時限與反時限之間極差應(yīng)為0.7s以上。

（3）當(dāng)時限極差不能滿足選擇性要求時，可采用相對閉鎖、自動重合閘或備用電源自動投入裝置加以彌補。

5 電流保護分析

5.1 定時限過電流保護

為了實現(xiàn)過電流保護動作的選擇性，各保護的動作時間一般按階梯原則進行整合，即相鄰保護的動作時間，自負荷向電源方向逐級增大，且每套保護的動作時間是恒定不變的，與短路電流的大小無關(guān)，具有這種動作時限特性的過電流保護稱為定時限過電流保護。

5.2 定時限過電流保護工作原理

正如圖3所示：電流互感器1KA、2KA：電流繼電器WBC：控制小母線FU1、FU2：控制回路熔斷器SA：分合閘操作開關(guān)R：信號燈串聯(lián)電阻HL-G：綠色信號燈HL-R：紅色信號燈YA-N：斷路器合閘線圈YA-F：斷路器跳閘線圈QF：斷路器輔助接點1KS、2KS：信號繼電器KM：中間繼電器KT：時間繼電器1XB、2XB：掉閘壓板定時限過流保護動作原理：定時限過流保護，其動作時限與故障電流之間的關(guān)系表現(xiàn)為定時限特性，即繼電器保護動作時限與系統(tǒng)短路電流的數(shù)值大小無關(guān)，只要系統(tǒng)故障電流轉(zhuǎn)換成保護裝置中的電流，達到或超過保護的整定電流值，繼電保護就以固有的整定時限動作，使斷路器掉閘，切除故障。當(dāng)主電路出現(xiàn)過電流時，電流繼電器3KA或4KA線圈獲電，繼電器的常開觸點閉合，使時間繼電器KT開始計時，計時結(jié)束。KT的常開觸點（延時）閉合，并接通信號繼電器2KS及跳閘線圈YA-F，從而實現(xiàn)斷路器掉閘。速斷保護是由電流繼電器1KA或2KA控制中間繼電器KM動作的（動作無延時），當(dāng)1KA或2KA常開觸點閉合，KM線圈獲電后，KT的常開觸點閉合，并接通信號繼電器1KS及跳閘線圈YA-F，從而實現(xiàn)斷路器掉閘。電流回路中，1KC、2KC為速斷保護元件，有較大的整定電流。3KC、4KC為過電流保護元件，有較小的整定電流。串接于同一電流互感器回路。在正常情況下，繼電器均流過負荷電流，由于負荷電流小于速斷保護元件和過電流保護元件的整定值，繼電器不起動，保護不動作，斷路器不跳閘。當(dāng)變壓器低壓出線發(fā)生短路故障時，3KC（4KC）起動，接通時間元件KT，開始汁算時間，過電流保護元件動作順序如下：3KC（4KC）→KT（線圈）→KT延時閉合接點→2KS→2XB→YR變壓器高壓側(cè)斷路器跳閘。當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路故障時，速斷保護元件1KC、2KC起動，速斷保護元件動作順序如下：1KC（2KC）→KA→1KS→lXB→YR斷路器跳閘，切除故障點。

圖3 定時限過電流保護原理圖

6 結(jié)束語

發(fā)展水平的提高，城市化進程的不斷加快，保證城市用電系統(tǒng)的有序運行是經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)鍵所在。城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護裝置是有效預(yù)防電網(wǎng)突發(fā)事件產(chǎn)生，將危險因子扼制在萌芽狀態(tài)的核心。在城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中，各種類型的電氣設(shè)備通過電氣線路緊密地聯(lián)合在一起，因此，應(yīng)正確設(shè)置利用繼電保護裝置來促進經(jīng)濟發(fā)展。

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