淺談10kV繼電保護

陳百盛

[摘要] 本文作者結合自己多年的工作經驗對繼電保護的現狀進行了分析，并對系統中應配置的繼電保護及過電流保護裝置進行了說明，提出了采用零序電流保護來進行單相接地保護。

[關鍵詞] 繼電保護電流10kV

1.前言

10kV系統中包含著一次系統和二次系統，由于一次系統比較簡單、更為直觀，在考慮和設置上較為容易而二次系統相對較為復雜，并且二次系統包括了大量的繼電保護裝置、自動裝置和二次回路。所謂繼電保護裝置就是在供電系統中用來對一次系統進行監視、測量、控制和保護，由繼電器來組成的一套專門的自動裝置。為了確保10kV供電系統的正常運行，必須正確的設置繼電保護裝置。

2.10kV系統的繼電保護

2.1繼電保護裝置的設置要求

按照10kV供電系統的設計規范要求，在10kV的供電線路、配電變壓器和分段母線上一般應設置以下保護裝置：

(1)線路應配置的繼電保護

線路一般均應裝設過電流保護。當過電流保護的時限不大于0.5s-0.7s，并沒有保護配合上的要求時，可不裝設電流速斷保護，重要的變配電所引出的線路應裝設瞬時電流速斷保護。當瞬時電流速斷保護不能滿足選擇性動作時，應裝設略帶時限的電流速斷保護。

(2)配電變壓器應配置的繼電保護

1)當配電變壓器容量小于400kVA時：一般采用高壓熔斷器保護；

2)當配電變壓器容量為400-630kVA，高壓側采用斷路器時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于0.5s時，還應裝設電流速斷保護；對于車間內油浸式配電變壓器還應裝設氣體保護；

3)當配電變壓器容量為及以上時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于時，還應裝設電流速斷保護對于油浸式配電變壓器還應裝設氣體保護另外尚應裝設溫度保護。

(3)分段母線應配置的繼電保護

對于不并列運行的分段母線，應裝設電流速斷保護，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動解除另外應裝設過電流保護。如采用的是反時限過電流保護時，其瞬動部分應解除對于負荷等級較低的配電所可不裝設保護。

2.2 繼電保護

(1)主保護和后備保護

10V供電系統中的電氣設備和線路應裝設短路故障保護。短路故障保護應有主保護、后備保護，必要時可增設輔助保護。

當在系統中的同一地點或不同地點裝有兩套保護時，其中有一套動作比較快，而另一套動作比較慢，動作比較快的就稱為主保護而動作比較慢的就稱為后備保護。即為滿足系統穩定和設備的要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護，就稱為主保護當主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，就稱為后備保護。

后備保護包括近后備和遠后備，當主保護或斷路器拒動時，由相臨設備或線路的保護來實現的后備稱為遠后備保護由本級電氣設備或線路的另一套保護實現后備的保護，就叫近后備保護。

(2)輔助保護

為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護，稱為輔助保護。

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。

3.10kV線路的過電流保護

3.1三段式過電流保護

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。

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。

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。

3.2 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。

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。

4.當前系統繼電保護的綜合評價

4.1定時限過電流保護與反時限過電流保護的配置

10kV系統中的上、下級保護之間的配合條件必須考慮周全，考慮不周或選配不當，則會造成保護的非選擇性動作，使斷路器越級跳閘。保護的選擇性配合主要包括上、下級保護之間的電流和時限的配合兩個方面。應該指出，定時限過電流保護的配合問題較易解決。由于定時限過電流保護的時限級差為0.5s，選擇電網保護裝置的動作時限，一般是從距電源端最遠的一級保護裝置開始整定的。為了縮短保護裝置的動作時限，特別是縮短多級電網靠近電源端的保護裝置的動作時限，其中時限級差起著決定的作用，因此希望時限級差越小越好。但為了保證各級保護裝置動作的選擇性，時限級差又不能太小。雖然反時限過電流保護也是按照時限的階梯原則來整定，其時限級差一般為0.7s。因此，反時限過電流保護時限特性的整定和配合就比定時限過電流保護裝置復雜得多。通過分析可以看出，目前10kV新建及在建工程中，應以配置三段式或兩段式定時限過電流保護、瞬時電流速斷保護和略帶時限的電流速斷保護為好。

4.2目前系統中高壓設備的配置

目前，10kV系統中高壓開關柜的配置主要有兩大類即固定式高壓開關柜和手車式高壓開關柜。關于固定式高壓開關柜是我國解放初期自前蘇聯引進的老產品，柜型高大、有足夠的安全距離、但防護等級低、元器件陳舊、防電擊水平較低而手車式高壓開關柜是近年來引進國外技術，消化吸收研制的換代產品，體積縮小、防護等級大大提高、元器件的選用比較先進、防電擊水平較高。其主要特點可歸納為它有四室(手車室、電纜室、母線室和繼電儀表室)、七車(斷路器手車、隔離手車、接地手車、所用變壓器手車、電壓互感器手車、電壓互感器和避雷器手車、避雷器和電容器手車)、三個位置(工作位置、試驗位置和拖出柜外檢修位置和兩個鎖定工作位置的鎖定和試驗位置的鎖定)。它用高壓一次隔離觸頭替代了高壓隔離開關、用接地開關替代了臨時接地線等。對于系統的運行安全提供了很好的條件。關于配電變壓器安裝于主機樓時，一般均采用了防火等級較高的干式變壓器，也可采用D/Yo-11接線組別的干式變壓器(傳統采用Y/Yo-12接線組別)，其一次接成了D形接線，為高次諧波提供了通路，這樣就較為有效的防止了用電對系統造成的諧波污染同時，采用了這種接線組別，使得繼電保護的靈敏性有所提高。按照IEC及新的國家標準GB50054-96的要求，應逐步推廣采用D/Yo-11接線組別的配電變壓器。

4.3 相接地的保護方式

10kV中性點不接地系統中發生一相接地時，按照傳統方式是采用三相五柱式的JSJW-10型電壓互感器作為絕緣監視。但是，如果選用手車式高壓開關柜后，再繼續安裝JSJW-10就比較困難，因此較為可取的辦法是采用零序電流保護裝置。

5.結束語

10kV供電系統在電力系統中占有重要地位，它能否安全、穩定、可靠地運行，不但直接關系到企業用電的暢通，而且涉及到電力系統運行正常。本文對目前10kV系統中的繼電保護進行了闡述，著重分析了三段式過電流保護裝置及零序電流保護，并提出在10kV一相接地保護中采用零序電流保護的觀點。