城市電網10kV配電系統繼電保護的分析探討

摘 要：基于城市電網10kV配電系統在電力系統中的重要作用，本文系統地介紹了城市電網10kV配電系統繼電保護的基本概念、類型，以及城市電網10kV配電系統中對繼電保護裝置在技術上的基本要求，并對繼電保護裝置的保護措施進行了分析。

關鍵詞：城市電網配電系統繼電保護

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2011)09(c)-0125-01

城市電網10kV配電系統在整個電力系統中占據極十分重要的地位。作為城市電網10kV配電系統，其覆蓋范圍廣，所處的環境復雜，加上其他各種因素的影響，10kV配電系統發生故障不可避免。電力系統中的某一處發生事故，可能對整個電力系統運行產生嚴重影響（當系統中的工礦設備發生短路時，由于短路電流的熱效應或者電動力效應，常會造成電氣設備或電氣線路的嚴重損壞，甚至可能使系統的穩定運行遭到嚴重破壞。為保障城市電網10kV配電系統正常運行，正確設置10kV配電系統繼電保護裝置十分關鍵。

1 10kV配電系統繼電保護的概念及類型

1.1 繼電保護的基本概念

繼電保護就是使用繼電保護裝置在供電系統中用來對一次系統進行監視、測量、控制和保護。繼電保護能夠對配電系統中電氣元件故障和不正常運行狀態進行反映，使斷路器跳閘或發出信號，繼電保護裝置的任務是有選擇性、快速、靈敏、可靠地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免遭持續破壞，更要保障無故障部分能夠迅速恢復運行，還能反映出電氣元件的不正常運行狀態，根據運行維護的條件，發出減負荷或跳閘信號。

1.2 10kV配電系統繼電保護的基本類型

城市電網10kV配電系統繼電保護裝置是城市電力系統能否安全、可靠運行的重要組成部分。電力系統中，一旦出現短路故障，電流會急劇增大、電壓急劇下降、電壓與電流相位角發生變化?；谏鲜鑫锢砹孔兓?，利用故障時各物理量差別與正常運行時的不同設計不同類型的繼電保護裝置，包括：城市電網10kV配電系統應用最廣泛的反映電流變化的電流保護（定時限過電流保護、反時限過電流保護、電流速斷保護、電流繼電保護、過負荷保護和零序電流保護等），反映電壓變化的電壓保護的過電壓保護和低電壓保護，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；用于反應系統中頻率變化的周波保護，專門反映變壓器溫度變化的溫度保護等。

2 城市電網10kV配電系統對繼電保護的基本要求

城市電網10kV配電系統中對繼電保護裝置的基本要求，在技術上一般應滿足四個基本要求，即靈敏性、選擇性、可靠性和速動性，現分別介紹如下：

2.1 靈敏性

繼電保護靈敏性是指對于其保護范圍內發生故障或不正常運行狀態的反應。為滿足靈敏性要求，保護裝置應在事先規定的保護范圍內部故障時，無論短路點位置、短路類型，均可以對故障實現敏銳感覺和快速反應。一般用靈敏系數Km來衡量保護裝置靈敏程度，靈敏系數應根據不同的故障類型和運行方式進行計算。

靈敏系數Km表達式如下：Km=Id.min/Idz

其中，Id.min為短路時的最小短路電流，Idz保護裝置一次動作電流。

靈敏系數越高，繼電保護裝置反映發生輕微故障能力就越強。不同繼電保護裝置的靈敏系數不相同，對于10kV不接地系統的單相短路保護取單相接地電容電流最小值Ic.min。

2.2 選擇性

繼電保護選擇性指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除，使停電范圍盡量縮小，以此保障系統的無故障部分繼續順利運行。城市電網10kV配電系統中的電氣設備應設有短路故障保護，包含主保護和后備保護，可增設輔助保護來補充主保護和后備保護。配電系統中的同一地點或不同地點裝有兩套保護，其中為滿足系統穩定和設備的要求，能以較快動作有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護為主保護，而當主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的動作比較慢的保護為后備保護。

2.3 可靠性

繼電保護裝置可靠性是指在繼電保護裝置規定的保護范圍內發生故障或者非正常運行情況時，能夠根據故障進行快速反應，不應該拒絕動作，同時在其他繼電保護裝置不該動作時，不能誤操作。

2.4 速動性

速動性是為了實現快速切除故障，提高電力系統運行穩定性，減少用戶在電壓降低情況下的設備工作時間，盡可能地降低元件損壞程度。故障發生時，應力求保護裝置能迅速動作，切除故障。電力系統在一些情況下，允許保護裝置帶有一定的延時切除故障。所以，應根據電力系統的接線以及被保護元件的具體情況來確定繼電保護速動性的具體要求。

3 繼電保護裝置的保護措施

隨著城市電力系統容量的持續擴大和電壓等級的提升，為保障城市電網10kV配電系統的安全穩定運行，繼電保護切除故障的時間也要求越來越短。目前，一般企業高壓供電系統中均為10kV系統，在靈敏度和動作的準確性、速動性等方面都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。

因此，受自然條件、設備及人為因素影響，可能出現各種故障和不正常運行狀態，故障中最常見的危害最大的是各種形式的短路，在電路設計方面，采用光電耦合器作為邏輯耦合器件，以便裝置在邏輯功能上具備整體性，電路結構上具有獨立性因而不產生交叉干擾影響，采用穩定可靠的直流電源，并分類獨立設置，根據各級保護的狀態作出邏輯分析和判斷，確定故障范圍并指令相應開關切除故障，可使邏判功能定時限過流保護的Δt縮短到只需數毫秒，大大加快了切除故障的速度。

城市電網10kV配電系統中利用故障時物理量變化可構成不同類型的繼電保護裝置。在城市住宅中，插座的選型、布置位置、數量和安裝高度都直接關系到住戶的使用效果，所有住宅規范要求的插座數量為最低標準，實際中根據需要適當增加，并合理布置，住宅電氣設計首先應根據各房間功能明確各個房間可能會有哪些家用電器，然后根據建筑平面圖，在電力系統中的任何一處發生事故都有可能對電力系統的運行產生重大影響，電力系統發電，變電，輸電到配電這些都要嚴密的進行。

4 結語

目前，隨著城市電網規模的發展，為了保障城市電網10kV配電系統的正常運行，我們必須正確設置繼電保護裝置，并準確整定各項相關定值，確保城市電網10kV配電系統的合理運行。

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