基于電力局10kV線路的繼電保護的應用

嚴健

摘 要：電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力，為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。本文主要對10kV線路的繼電保護裝置進行了詳細分析，重點對三段式過電流保護裝置及零序電流保護進行分析。并對當前10kV系統繼電保護的綜合評價進行了闡述。

關鍵詞: 10kV系統 繼電保護 綜合評價

1、10kV線路常出現的故障及危害

根據運行經驗及數據顯示,10kV配電線路出現故障80%以上為單相接地,而單相接地的原因主要是導線斷線、絕緣子擊穿和樹木短接。單相接地對變電設備及配電設備的主要危害是：10kV配電線路發生單相接地故障后，變電站10kV母線上的電壓互感器在開口三角上產生零序電壓，電壓互感器鐵芯飽和，勵磁電流增加，如果長時間運行，將燒毀電壓互感器，造成設備損壞。且可能產生幾倍于正常電壓的諧振過電壓，危及變電設備的絕緣，嚴重者使變電設備絕緣擊穿，造成更大事故。另過電壓將進一步使線路上的絕緣子絕緣擊穿，造成嚴重的短路事故，同時可能燒毀部分配電變壓器，使線路上的避雷器、熔斷器絕緣擊穿、燒毀,也可能發生電氣火災。

2、10kV線路應配置的繼電保護

一般10kV線路屬于單電源輻射性網架，而且有的農配網線路所帶分支較多，隨著農村電網的改造，10kV電網的保護水平有了很大提高，大大減輕了變電所10kV出線保護對該級電網的遠后備的負擔，而我公司變電站10kV線路保護裝置產品有北京四方、南瑞繼保、國電南瑞等公司產品。保護功能有三段式定時限過流、三段式定時限零序過流保護、過負荷保護、合閘加速保護、低周減載保護、三相一次重合閘等。因此足以滿足要求。因10kV線路T接線路較多，而且線路較短，在線路首端與末端短路時，短路電流值差別不大，若采用瞬時電流速斷保護，它的保護范圍可能為零，保護整定計算很難滿足選擇性要求，我公司的一些35KV變電所10kV 饋線就有這種情況，在整定計算這幾條饋線的保護定值時，為了使保護接線簡單、動作迅速、可靠，又因這幾條饋線屬電網的終端線路，而且采用線路一變壓器組接線方式，見圖1。

圖1線路一變壓器組接線方式

因此可以把它們當成特殊情況來處理，把線路一變壓器組看成一個整體，速斷保護的動作電流可以按躲過變壓器低壓側線路出口處短路的條件來整定，從而使無時限電流速斷保護可以保護線路的全長。當然也可以將第1段配置電流限時速斷，如果靈敏度校驗不能滿足要求時，一般可采用降低起動電流延長保護范圍的方法來解決。這時，為了與相鄰線路帶電流速斷保護有選擇性地配合，其動作時限的選擇應比相鄰線路帶時限電流速斷的時限大一個Δt，一般取0.3-0.5s，即t1II=t2II+Δt。帶時限電流速斷保護可以作為本線路無時限電流速斷保護的后備保護，即近后備。但是，由于它的動作范圍只能包含相鄰統一線路的一部分，因此，還必須裝設過電流保護作為本線路主保護的近后備和相鄰線路保護的遠后備保護。過電流保護其起動電流按躲過最大負荷電流來整定，由于10kV線路負荷變化較大，若過流定值整定大，靈敏度不夠；若過電流定值整定小，在系統過負荷時則容易誤動。所以，加裝低電壓起動元件來提高過電流保護靈敏度，以系統正常運行時，不管負荷電流多大，母線上的電壓都很高，低電壓繼電器不會動作，即使過電流繼電器動作，保護裝置也不會動作，所以計算電流元件的起動電流時，可以不躲過最大負荷電流，而只躲過正常工作電流，一般用電氣設備的額定電流Ie來計算即可，這樣，大大降低了保護裝置的起動電流，從而提高了靈敏度。

3、10kV線路的過電流保護

3.1零序電流保護

電力系統中發電機或變壓器的中性點運行方式，有中性點不接地、中性點經消弧線圈接地和中性點直接接地三種方式。10kV系統采用的是中性點不接地的運行方式。系統運行正常時，三相是對稱的，三相對地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個超前900的電容電流流入地中。這三個電容電流數值相等、相位相差1200，其和為零.中性點電位為零。

假設A相發生了一相金屬性接地時，則A相對地電壓為零，其他兩相對地電壓升高為線電壓，三個線電壓不變。這時對負荷的供電沒有影響。按規程規定還可繼續運行2h，而不必切斷電路。這也是采用中性點不接地的主要優點。但其他兩相電壓升高，線路的絕緣受到考驗、有發展為兩點或多點接地的可能。應及時發出信號，通知值班人員進行處理。10kV中性點不接地系統中，當出現一相接地時，利用三相五鐵心柱的電壓互感器(PT)的開口三角形的開口兩端有無零序電壓來實現絕緣監察。它可以在PT柜上通過三塊相電壓表和一塊線電壓表(通過轉換開關可觀察三個線電壓)看到“一低、兩高、三不變”。接在開口三角形開口兩端的過電壓繼電器動作，其常開接點接通信號繼電器，并發出預告信號。采用這種裝置比較簡單，但不能立即發現接地點，因為只要網絡中發生一相接地，則在同一電壓等級的所有工礦企業的變電所母線上，均將出現零序電壓，接有帶絕緣監視電壓互感器的電力用戶都會發出預告信號。也就是說該裝置沒有選擇性。為了查找接地點，需要電氣人員按照預先制定的“拉路序位圖”，依次拉路查找，并隨之合上未接地的回路，直到找到接地點為止?？梢钥闯?，這種方法費力、費時、安全性差，在某些情況下這樣做還是不允許的。因此，這種裝置存在一定的缺陷。

當網絡比較復雜、出線較多、可靠性要求高，采用絕緣監察裝置是不能滿足運行要求時，可采用零序電流保護裝置。它是利用接地故障線路零序電流較非接地故障線路零序電流大的特點構成的一種保護裝置。零序電流保護一般使用在有條件安裝零序電流互感器的電纜線路或經電纜引出的架空線路上。當在電纜出線上安裝零序電流互感器時，其一次側為被保護電纜的三相導線，鐵心套在電纜外，其二次側接零序電流繼電器。當正常運行或發生相間短路時，一次側電流為零。二次側只有因導線排列不對稱而產生的不平衡電流。當發生一相接地時，零序電流反映到二次側，并流入零序電流繼電器，使其動作發出信號。在安裝零序電流保護裝置時，特別注意的一點是:電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵心。這是由于被保護電纜發生一相接地時，全靠穿過零序電流互感器鐵心的電纜頭接地線通過零序電流起作用的。否則互感器二次側也就不能感應出電流，因而繼電器也就不可能動作。不難理解，當某一條線路上發生一相接地時，非接地線路上的零序電流為本身的零序電流。因此，為了保證動作的選擇性，在整定時，保護裝置的啟動電流Iop(E)應大于本線路的電容電流，即:

Iop(E)=Krel*3Up*??Co=Krel*Io

式中Iop(E)—保護裝置的啟動電流:

Krel一一可靠系數，如無延時，考慮到不穩定間歇性電弧所發生的振蕩涌流時，取4~5:如延時為0.5s時，則取1.5~2;

Up—相電壓值;

Co—被保護線路每相的對地電容:

Io—被保護線路的總電容電流。

按上式整定后，還需校驗在本線路上發生一相接地時的靈敏系數，Sp由于流經接地線路上的零序電流為全網絡中非接地線路電容電流的總和，可用(Cs3Up*一Co)表示，因此靈敏系數為:

Sp=3 Up*??Cs一Co)/ Krel3Up??Co

=(Cs一Co)/ KrelCo

上式可改寫成:

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

式中Cs一一同一電壓等級網絡中，各元件每相對地電容之和;

Ios—與Cs相對應的對地電容電流之和。對電纜線路取大于或等于1.25;架空線路取1.5;對于架空線路，由于沒有特制的零序電流互感器，如欲安裝零序電流保護，可把三相三只電流互感器的同名端并聯在一起，構成零序電流過濾器，再接上零序電流繼電器。其動作電流整定值中，要考慮零序電流過濾器中不平衡電流的影響。

3.2三段式過電流保護裝置

由于瞬時電流速斷保護只能保護線路的一部分，所以不能作為線路的主保護，而只能作為加速切除線路首端故障的輔助保護:略帶時限的電流速斷保護能保護線路的全長，可作為本線路的主保護，但不能作為下一段線路的后備保護;定時限過電流保護既可作為本級線路的后備保護(當動作時限短時，也可作為主保護，而不再裝設略帶時限的電流速斷保護。)，還可以作為相臨下一級線路的后備保護，但切除故障的時限較長。

一般情況下，為了對線路進行可靠而有效的保護，也常把瞬時電流速斷保護(或略帶時限的電流速斷保護)和定時限過電流保護相配合構成兩段式電流保護。對于第一段電流保護，究竟采用瞬時電流速斷保護，還是采用略帶時限的電流速斷保護，可由具體情況確定。如用在線路—－變壓器組接線，以采用瞬時電流速斷保護為佳。因在變壓器高壓側故障時，切除變壓器和切除線路的效果是一樣的。此時，允許用線路的瞬時電流速斷保護，來切除變壓器高壓側的故障。也就是說，其保護范圍可保護到線路全長并延伸到變壓器高壓側。這時的第一段電流保護可以作為主保護;第二段一般均采用定時限過流保護作為后備保護，其保護范圍含線路一變壓器組的全部。通常在被保護線路較短時，第一段電流保護均采用略帶時限的電流速斷保護作為主保護;第二段采用定時限過流保護作為后備保護。

4、結束語

本文對10kv電力系統中繼電保護的現狀進行了分析。對10kv系統中應配置的繼電保護及過電流保護裝置進行了說明。并提出了采用零序電流保護來進行單相接地保護。