10kV電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置配置設(shè)計(jì)研究

王 鵬

(中山市長征電力安裝工程有限公司，廣東 中山 528400)

1 繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)

（1）選擇性：當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能有選擇性地將故障部分切除。也就是它應(yīng)該首先斷開距離故障點(diǎn)最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置能滿足上述要求的，就稱為有選擇性；否則就稱為沒有選擇性。

（2）靈敏性：靈敏性系指繼電保護(hù)裝置對(duì)故障和異常工作狀況的反映能力。繼電保護(hù)裝置對(duì)于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障和不正常工作狀態(tài)，其裝置中保護(hù)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作靈敏度稱為靈敏性。靈敏性以靈敏系數(shù)來表述。

（3）速動(dòng)性：速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置快速切除故障，使短路點(diǎn)附近的母線電壓降低的時(shí)間縮短，以減少對(duì)用電設(shè)備的影響。如果故障能在0.2s內(nèi)切除，則一般電動(dòng)機(jī)就不會(huì)停轉(zhuǎn)。速動(dòng)性還可減少故障回路電氣設(shè)備遭受損壞的程度，縮小故障影響的范圍，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（4）可靠性：保護(hù)裝置應(yīng)能正確的動(dòng)作，并隨時(shí)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。如不能滿足可靠性的要求，保護(hù)裝置反而成為了擴(kuò)大事故或直接造成故障的根源。為確保保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性，則要求保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理、整定計(jì)算、安裝調(diào)試要正確無誤；同時(shí)要求組成保護(hù)裝置的各元件的質(zhì)量要可靠、運(yùn)行維護(hù)要得當(dāng)、系統(tǒng)應(yīng)盡可能的簡化有效，以提高保護(hù)的可靠性。

2 10kV繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)過程中的常見問題

2.1 線路中勵(lì)磁涌流問題

（1）線路中勵(lì)磁涌流對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響。10kV線路裝有大量的配電變壓器，在線路投入時(shí)，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的涌流，時(shí)間常數(shù)也較大。二段式電流保護(hù)中的電流速斷保護(hù)由于要兼顧靈敏度，動(dòng)作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統(tǒng)阻抗大時(shí)更明顯。勵(lì)磁涌流值可能會(huì)大于裝置整定值，使保護(hù)誤動(dòng)。這種情況在線路變壓器個(gè)數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時(shí)并不突出，因此容易被忽視，但當(dāng)線路變壓器個(gè)數(shù)及容量增大后，就可能出現(xiàn)。很多時(shí)候變電所增容后出現(xiàn)10kV線路由于涌流而無法正常投入的問題。

（2）防止涌流引起誤動(dòng)的方法。勵(lì)磁涌流有一明顯的特征，就是它含有大量的二次諧波，在主變主保護(hù)中就利用這個(gè)特性，來防止勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)作，但如果用在10kV線路保護(hù)，必須對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行改造，會(huì)大大增加裝置的復(fù)雜性，因此實(shí)用性很差。勵(lì)磁涌流的另一特征就是它的大小隨時(shí)間而衰減，一開始涌流很大，一段時(shí)間后涌流衰減為零，流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流，利用涌流這個(gè)特點(diǎn)，在電流速斷保護(hù)加入一短時(shí)間延時(shí)，就可以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)作，這種方法最大優(yōu)點(diǎn)是不用改造保護(hù)裝置(或只作簡單改造)，雖然會(huì)增加故障時(shí)間，但對(duì)于象10kV這些對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響較小的地方還是適用。為了保證可靠的躲過勵(lì)磁涌流，保護(hù)裝置中加速回路同樣要加入延時(shí)。在10kV線路電流速斷保護(hù)及加速回路中加入了0.15~0.2s的時(shí)限，能很好地避免由于線路中勵(lì)磁涌流造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

2.2 TA飽和問題

（1）TA飽和對(duì)保護(hù)的影響。10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農(nóng)網(wǎng)中的變電所，它們往往遠(yuǎn)離電源，系統(tǒng)阻抗較大。對(duì)于同一線路，出口處短路電流大小會(huì)隨著系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)行方式不同而不同。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，10kV系統(tǒng)短路電流會(huì)隨著變大，可以達(dá)到TA一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中原有一些能正常運(yùn)行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個(gè)暫態(tài)過程，短路電流中含大量非周期分量，又進(jìn)一步加速TA飽和。在10kV線路短路時(shí)，由于TA飽和，感應(yīng)到二次側(cè)的電流會(huì)很小或接近于零，使保護(hù)裝置拒動(dòng)，故障要由母聯(lián)斷路器或主變后備保護(hù)來切除，不但延長了故障時(shí)間，使故障范圍擴(kuò)大，影響供電可靠性，而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備的安全。

(2)避免TA飽和的方法。TA飽和其實(shí)就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應(yīng)電勢成正比，因此，如果TA二次負(fù)載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應(yīng)電勢就大，或在同樣的負(fù)載阻抗下，二次電流越大，感應(yīng)電勢就越大，這兩種情況都會(huì)使鐵芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值時(shí)，TA就飽和。TA嚴(yán)重飽和時(shí)，一次電流全部變成勵(lì)磁電流，二次側(cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護(hù)裝置就會(huì)拒動(dòng)。

避免TA飽和主要從兩個(gè)方面入手，一是在選擇TA時(shí)，變比不能選得太小，要考慮線路短路時(shí)TA飽和問題，一般10kV線路保護(hù)TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負(fù)載阻抗，盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面；對(duì)于綜合自動(dòng)化變電所，10kV線路盡可能選用保護(hù)測控合一的產(chǎn)品，并在控制屏上就地安裝，這樣能有效減小二次回路阻抗，防止TA飽和。

3 所用變保護(hù)

（1）所用變保護(hù)存在的問題。所用變是一比較特殊的設(shè)備，容量較小但可靠性要求非常高，而且安裝位置也很特殊，一般就接在10kV母線上，其高壓側(cè)短路電流等于系統(tǒng)短路電流，可達(dá)十幾kA，低壓側(cè)出口短路電流也較大。人們一直對(duì)所用變保護(hù)的可靠性重視不足，這將對(duì)所用變直至整個(gè)10kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的威脅。

傳統(tǒng)的所用變保護(hù)使用熔斷器保護(hù)，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統(tǒng)短路容量的增大以及綜合自動(dòng)化的要求，這種方式已逐漸滿足不了要求?，F(xiàn)在新建或改造的變電所，特別是綜合自動(dòng)化所，大多配置所用變開關(guān)柜，保護(hù)配置也跟10kV線路相似，而人們往往忽視了保護(hù)用的TA飽和問題。由于所用變?nèi)萘啃?，一次額定電流很小，同時(shí)往往保護(hù)計(jì)量共用TA，為確保計(jì)量的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)時(shí)TA變比會(huì)選得很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當(dāng)所用變故障時(shí)，TA將嚴(yán)重飽和，感應(yīng)到二次回路電流幾乎為零，使所用變保護(hù)裝置拒動(dòng)。如果是高壓側(cè)故障，短路電流足以使母聯(lián)保護(hù)或主變后備保護(hù)動(dòng)作而斷開故障，如果是低壓側(cè)故障，短路電流可能達(dá)不到母聯(lián)保護(hù)或主變后備保護(hù)的啟動(dòng)值，使得故障無法及時(shí)切除，最終燒毀所用變，嚴(yán)重影響變電所的安全運(yùn)行。

（2）解決辦法。解決所用變保護(hù)拒動(dòng)問題，應(yīng)從合理配置保護(hù)入手，其TA的選擇要考慮所用變故障時(shí)飽和問題，同時(shí)，計(jì)量用的TA一定要跟保護(hù)用的TA分開，保護(hù)用的TA裝在高壓側(cè)，以保證對(duì)所用變的保護(hù)，計(jì)量用TA裝在所用變的低壓側(cè)，以提高計(jì)量精度。在定值整定方面，電流速斷保護(hù)可按所用變低壓出口短路進(jìn)行整定，過負(fù)荷保護(hù)按所用變?nèi)萘空ā?/p>

10kV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,做好繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。