微機保護在10KV系統中的應用

【摘 要】本文簡要介紹了電力系統繼電保護方面的內容，著重就10kV供配電系統繼電保護方面的情況進行闡述，結合目前電力行業情況，對微機保護在10kV供配電系統的應用及發展進行說明。

【關鍵詞】10KV供配電系統；繼電保護；微機保護

1 10KV供配電系統中繼電保護的配置現狀"

目前，一般工業、民用高壓供電系統中均為10KV系統。除早期建設的10KV系統中，較多采用的是直流操作的定時限過電流保護和瞬時電流速斷保護外，近些年來飛速建設的電網上一般均采用了環網或手車式高壓開關柜，繼電保護方式多為交流操作的反時限過電流保護裝置。很多重要企業為雙路10KV電源、"高壓母線分段但不聯絡或雖能聯絡但不能自動投入。在系統供電的可靠性、故障響應的靈敏性、保護動作的選擇性、切除故障的快速性以及運行方式的靈活性、運行人員的熟練性上都存在著一些急待解決的問題。

不難看出，在10KV系統中裝設繼電保護裝置的主要作用是通過縮小事故范圍或預報事故的發生，來達到提高系統運行的可靠性，并最大限度地保證供電的安全和不間斷。"

可以想象，在10KV系統中利用熔斷器去完成上述任務是不能滿足要求的。因為熔斷器的安秒特性不甚完善，熄滅高壓電路中強烈電弧的能力不足，甚至有使故障進一步擴大的可能；同時還延長了停電的歷時。只有采用繼電保護裝置才是最完美的措施。因此，在10KV系統中的繼電保護裝置就成了供電系統能否安全可靠運行的不可缺少的重要組成部分。"

另外，10KV系統中一般可在進線處裝設電流保護；在配電變壓器的高壓側裝設電流保護、溫度保護（油浸變壓器根據其容量大小尚應考慮裝設氣體保護）；高壓母線分段處應根據具體情況裝設電流保護等。"" "

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---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。"

在實際中還常采用三段式電流保護。就是以瞬時電流速斷保護作為第一段，以加速切除線路首端的故障，用作輔助保護；以略帶時限的電流速斷保護作為第二段，以保護線路的全長，用作主保護；以定時限過電流保護作為第三段，以作為線路全長和相臨下一級線路的后備保護。

因為這種保護的設置可以在相臨下一級線路的保護或斷路器拒動時，本級線路的定時限過流保護可以動作，起到遠后備保護的作用；如本級線路的主保護（瞬時電流速斷或略帶時限的電流速斷保護）拒動時，則本級線路的定時限過電流保護可以動作，以起到近后備的作用。"

3 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90°的電容電流流入地中。這三個電容電流數值相等、相位相差120°"，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2小時，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。可以看出，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Idz應大于本線路的電容電流。

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。

目前的微機保護裝置根據其保護對象的不同已經將完整的保護功能與定值設定整合到一起，一臺微機保護裝置就能實現一條線路或一臺變壓器完整保護，而且定值設定只需要在根據定值單進行設定即可。

微機保護的應用不僅簡化了二次回路的接線，降低了故障的機率，而且便于整定調試，降低了運行人員的工作強度，與變電站后臺監控系統配合還可以實現少人或無人值班。

4 繼電保護的發展狀態

隨著計算機技術、超大規模集成電路的飛速發展，從 90 年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。目前，國內繼電保護的發展不管在軟硬件技術還是在保護原理方面，都已達到甚至超過國外同行業的水平。

目前，在110KV及以上的電力系統中微機保護的普及率要遠遠高于10KV供配電系統微機保護的普及率。對于10KV供配電系統的微機保護因為要求比較低、保護邏輯相對簡單，目前國內技術生產條件已經完全實現產業化，再與變電站綜合自動化系統配合實現變電站少人或無人值守指日可待。