１０ｋＶ配電系統繼電保護的分析探討

摘要:本文介紹了10kV配電系統在電力系統中的重要地位及10kV配電系統繼電保護的基本類型，分析了各類保護裝置的特性。

關鍵詞:配電系統 繼電保護 整定計算

1 10kV配電系統在電力系統中的重要性

10kV配電系統覆蓋的地域遼闊、運行環境復雜，一旦發生故障，就有可能對電力系統的運行產生重大影響。例如，當系統中的某工礦企業的設備發生短路事故時，短路電流會造成電氣設備或電氣線路的致命損壞，使系統的穩定運行遭到破壞。為了確保10kV配電系統的正常運行，必須正確地設置繼電保護裝置。

2 10kV配電系統繼電保護的基本類型

在10kV系統中的繼電保護裝置是供電系統能否安全可靠運行的不可缺少的重要組成部分。

在電力系統中利用正常運行和故障時各物理量的差別就可以構成各種不同原理和類型的繼電保護裝置。如在10kV配電系統中應用最為廣泛的是反映電流變化的電流保護:有定時限過電流保護、反時限過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和零序電流保護等，還有既反映電流的變化又反映電壓與電流之間相位角變化的方向過電流保護;利用故障接地線路的電容電流大于非故障接地線路的電容電流來選擇接地線路，一般均作用于發信號，在部分發達城市因電容電流較大10kV配網系統采用中性點直接接地的運行方式，此時零序電流保護直接作用于跳閘。

3 幾種常用電流保護的分析

3.1 反時限過電流保護 繼電保護的動作時間與短路電流的大小有關，短路電流越大，動作時間越短;短路電流越小，動作時間越長，這種保護就叫做反時限過電流保護。反時限過電流保護雖外部接線簡單，但內部結構十分復雜，調試比較困難;在靈敏度和動作的準確性、速動性等方面也遠不如電磁式繼電器構成的繼電保護裝置。這種保護方式目前主要應用于一般用戶端的進線開關處保護，不推薦使用在變電站10kV出線開關處。

3.2 定時限過電流保護

3.2.1 定時限過電流保護。繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內是連續可調的，這種保護方式就稱為定時限過電流保護。

3.2.2 繼電器的構成。定時限過電流保護是由電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構成的。它一般采用直流操作，須設置直流屏。定時限過電流保護簡單可靠、完全依靠選擇動作時間來獲得選擇性，上、下級的選擇性配合比較容易、時限由時間繼電器根據計算后獲取的參數來整定，動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調試比較準確和方便。這種保護方式一般應用在電力系統中變配電所，作為10kV出線開關的電流保護。

3.2.3 定時限過電流保護的基本原理。在10kV中性點不接地系統中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時限過電流保護。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時間繼電器和一只信號繼電器構成。保護裝置的動作時間只決定于時間繼電器的預先整定的時間，而與被保護回路的短路電流大小無關，所以這種過電流保護稱為定時限過電流保護。

3.2.4 動作電流的整定計算。過流保護裝置中的電流繼電器動作電流的整定原則，是按照躲過被保護線路中可能出現的最大負荷電流來考慮的。也就是只有在被保護線路故障時才啟動，而在最大負荷電流出現時不應動作。為此必須滿足以下兩個條件:①在正常情況下，出現最大負荷電流時(即電動機的啟動和自啟動電流，以及用戶負荷的突增和線路中出現的尖峰電流等)不應動作。即:Idz>Ifh.max式中Idz:過電流保護繼電器的一次動作電流;Ifh.max:最大負荷電流。②保護裝置在外部故障切除后應能可靠地返回。因為短路電流消失后，保護裝置有可能出現最大負荷電流，為保證選擇性，已動作的電流繼電器在這時應當返回。因此保護裝置的一次返回電流If應大于最大負荷電流Ifh.max。即:If>Ifh.max因此，定時限過電流裝置電流繼電器的動作電流Idz.j為:Idz.j=(Kk.Kjx/Kf.Nlh).Ifh.max

式中Kk:可靠系數，考慮到繼電器動作電流的誤差和計算誤差而設。一般取為1.15～1.25Kjx——由于繼電器接入電流互感器二次側的方式不同而引入的一個系數。電流互感器為三相完全星形接線和不完全星形接線時Kjx=1;如為三角形接線和兩相電流差接線時Kjx=√3Kf:返回系數，一般小于1;Nlh:電流互感器的變比。

3.3 動作時限的整定原則 為使過電流保護具有一定的選擇性，各相鄰元件的過電流保護應具有不同的動作時間。各級保護裝置的動作時限是由末端向電源端逐級增大的。可是，越靠近電源端線路的阻抗越小，短路電流將越大，而保護的動作時間越長。也就是說過電流保護存在著缺陷。這種缺陷就必須由電流速斷保護來彌補不可。

3.4 過電流保護的保護范圍 過流保護可以保護設備的全部，也可以保護線路的全長，還可以作為相鄰下一級線路穿越性故障的后備保護。

4 電流速斷保護

4.1 電流速斷保護 電流速斷保護是一種無時限或略帶時限動作的一種電流保護。它能在最短的時間內迅速切除短路故障，減小故障持續時間，防止事故擴大。電流速斷保護又分為瞬時電流速斷保護和略帶時限的電流速斷保護兩種。

4.2 電流速斷保護的構成 電流速斷保護是由電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構成的。它一般不需要時間繼電器。它是按一定地點的短路電流來獲得選擇性動作，動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調試比較準確和方便。

4.3 瞬時電流速斷保護的整定原則和保護范圍 瞬時電流速斷保護與過電流保護的區別，在于它的動作電流值不是躲過最大負荷電流，而是必須大于保護范圍外部短路時的最大短路電流。當在被保護線路外部發生短路時，它不會動作。

4.4 瞬時電流速斷保護的基本原理 瞬時電流速斷保護的原理與定時限過電流保護基本相同。只是由一只電磁式中間繼電器替代了時間繼電器。

4.5 略帶時限的電流速斷保護 瞬時電流速斷保護最大的優點是動作迅速，但只能保護線路的首端。而定時限過電流保護雖能保護線路的全長，但動作時限太長。因此，它的保護范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。這樣，當下一段線路始端發生短路時，保護也會起動。為了保證選擇性的要求，須使其動作時限比下一段線路的瞬時電流速斷保護大一個時限級差，其動作電流也要比下一段線路瞬時電流速斷保護的動作電流大一些。略帶時限

的電流速斷保護可作為被保護線路的主保護。

5 結語

在10kV配電系統中，各種類型的、大量的電氣設備通過電氣線路緊密地聯結在一起。隨著電網規模的發展，為了確保10KV供電系統的正常運行，必須正確地設置繼電保護裝置并準確整定各項相關定值。