10kV配電線路的故障診斷及繼電保護(hù)問(wèn)題研究

鄭 偉

（寧夏電力公司 銀川供電局靈武市供電局，寧夏 靈武750400）

0 引言

電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)， 除正常運(yùn)行方式的變化外，系統(tǒng)中還可能發(fā)生各種類型的故障，故障可能是瞬時(shí)的或永久的，故障又可能是金屬性短路也可能是經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻短路等，要適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化是十分困難的任務(wù)。

1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)及故障的分析與檢測(cè)

1.1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)及故障的現(xiàn)象與危害

1.1.1 10kV 配電線路的不正常工作狀態(tài)

1）過(guò)電流，也稱過(guò)負(fù)荷，即負(fù)荷超過(guò)電氣設(shè)備的額定值；

2）電壓升高超過(guò)額定值；

3）電壓降低；

4）電力電纜絕緣老化。

1.1.2 10kV 配電線路單相接地故障的特點(diǎn)

我國(guó)10kV 及以下系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行。 這樣的系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)三相系統(tǒng)是對(duì)稱的，三相對(duì)地之間均勻分布的電容相等，在相電壓作用下，三個(gè)相分別有一個(gè)超前于相應(yīng)的相電壓90°的電容電流流入地中。 這三個(gè)電容電流數(shù)值相等，相位相差120°，其和為0，此時(shí)地中沒(méi)有電容電流通過(guò)。 由于電源及負(fù)載都是對(duì)稱的，電源中性點(diǎn)和對(duì)稱星形電容的中性點(diǎn)同電位，即電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為0，各相對(duì)地電壓等于各相電壓。

線路發(fā)生單相接地短路時(shí)，接地相對(duì)地電壓為0，對(duì)地電容被短接，其它兩相對(duì)地電壓升高倍。 此時(shí)從故障點(diǎn)流向故障相的電容電流為兩非故障相電容電流的向量和，既是正常運(yùn)行時(shí)三相對(duì)地電容電流的算數(shù)和。 因單相接地不構(gòu)成回路，故障的電容電流不大，而且三相之間的線電壓仍然保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒(méi)有影響，還可繼續(xù)運(yùn)行1-2 小時(shí)而不必立即跳閘，這是配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地的主要優(yōu)點(diǎn)。 但是在發(fā)生單相接地后， 非故障相的相對(duì)地電壓升高了倍，有發(fā)展性故障發(fā)生的可能， 為防止故障擴(kuò)大應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施消除故障。

1.1.3 10kV 配電線路的常見(jiàn)短路、斷線故障及危害

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中故障的主要形式是各種相間短路：三相短路、兩相短路、兩相接地短路，其中最嚴(yán)重的故障是三相短路。 短路故障的危害嚴(yán)重：短路電流可達(dá)額定電流的幾倍至幾十倍，使故障支路內(nèi)的電氣設(shè)備遭到破壞或縮短其壽命；短路電流引起的強(qiáng)烈電弧可能燒毀故障元件或周圍設(shè)備等；短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，破壞用戶的正常工作，嚴(yán)重時(shí)可能引起電壓崩潰，造成大面積停電；短路故障可能引起系統(tǒng)振蕩，甚至系統(tǒng)的瓦解。 另外輸電線路還可能發(fā)生斷線故障。 三相電壓不對(duì)稱引起的負(fù)序電流造成三相電動(dòng)機(jī)電流不對(duì)稱，引起過(guò)熱，負(fù)序磁場(chǎng)還使轉(zhuǎn)子損耗加大，最小轉(zhuǎn)矩減小，使電機(jī)效率、過(guò)載能力降低。

1.2 產(chǎn)生故障的原因簡(jiǎn)析

電力系統(tǒng)故障可分為暫時(shí)性故障和永久性故障。 暫時(shí)性故障是指故障線路斷開(kāi)電源電壓后，故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度能夠自行恢復(fù)，如果重新將此線路合閘，線路將能夠恢復(fù)正常運(yùn)行的情況。 產(chǎn)生這類故障的原因有雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)，大風(fēng)引起樹(shù)枝碰線等。 所謂永久性故障是指在斷開(kāi)電源電壓后，故障仍然存在的情況。 這類故障的產(chǎn)生原因有絕緣子的擊穿或損壞，線路倒桿，電纜線路絕緣擊穿，兩相線路之間金屬性短接，線路某處斷線，人為誤操作等。

1.3 檢測(cè)10kV 配電線路運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)方法

在大容量、高電壓的電力系統(tǒng)中，通常采用互感器對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，在互感器的二次側(cè)接測(cè)量、保護(hù)裝置。 互感器的原副邊只有磁的聯(lián)系，沒(méi)有電的聯(lián)系，將高壓電路與二次設(shè)備隔離，保證了二次設(shè)備調(diào)試和檢修時(shí)的安全。

互感器分為電壓互感器和電流互感器。 電流互感器將大電流變成小電流，為實(shí)現(xiàn)繼電器生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，其二次額定值統(tǒng)一為5A。 電壓互感器將高電壓變成低電壓，其二次額定值統(tǒng)一為100V。 互感器二次側(cè)應(yīng)有可靠的保護(hù)接地， 以防止一、二次線圈間的絕緣損壞時(shí)，高電壓對(duì)二次設(shè)備和人員的危害。 一般在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)已將電壓及電流互感器設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中。 為檢測(cè)零序電流量，在線路上裝設(shè)零序電流互感器。10kV 線路一般為電纜線路，在安裝零序電流互感器時(shí)，電纜頭應(yīng)與支架絕緣，并將電纜頭的接地線穿過(guò)零序電流互感器的鐵心窗口再接地，這樣沿電纜外皮流動(dòng)的電流兩次穿過(guò)鐵芯，互相抵消，在鐵芯中不會(huì)產(chǎn)生磁通，不至于影響保護(hù)的正確工作。

2 10kV 配電線路繼電保護(hù)裝置的基本功能與參數(shù)

10kV 配電線路直接向用戶供電，負(fù)荷回路多，環(huán)境污染大，致使故障率高。 線路上一旦發(fā)生故障后，需要迅速獲取信息，正確識(shí)別故障類型和故障地點(diǎn)有選擇地快速動(dòng)作，將由故障所造成的損失降到最小，盡量縮短停電時(shí)間。 故障發(fā)生后，要求快速保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間約為0.1s，這樣小的時(shí)限，由運(yùn)行人員手動(dòng)操作根本反應(yīng)不過(guò)來(lái)，所以線路上應(yīng)裝設(shè)一套自動(dòng)保護(hù)裝置。 在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，因保護(hù)不完善或不可靠給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失，一般會(huì)大大超過(guò)即使是最復(fù)雜的保護(hù)裝置的投資，在保護(hù)設(shè)置時(shí)應(yīng)盡量完善，各種保護(hù)方式之間相互配合，共同實(shí)現(xiàn)整套保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。 裝置在正常運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，使運(yùn)行人員及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況，合理分配有功功率，提高負(fù)荷的利用率，及時(shí)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行，保證電能質(zhì)量。

2.1 電流速斷保護(hù)

短路電流愈靠近電源愈大，為了實(shí)現(xiàn)短路電流愈大愈應(yīng)盡快切除，采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。 它反映相間短路時(shí)短路電流的增大而瞬時(shí)動(dòng)作，整定值按躲過(guò)本線路末端短路時(shí)的最大短路電流來(lái)整定。 在最大運(yùn)行方式時(shí)，能保護(hù)線路全長(zhǎng)的50%，在最小運(yùn)行方式下，能保護(hù)線路全長(zhǎng)的15-20%即認(rèn)為保護(hù)具有良好的效果。

2.2 過(guò)負(fù)荷保護(hù)

反應(yīng)系統(tǒng)中負(fù)荷電流的不正常增高而動(dòng)作，采用反時(shí)限延時(shí)，即動(dòng)作電流愈大，過(guò)載倍數(shù)（β＝ I／Ie）愈高，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限愈短。

2.3 零序電流保護(hù)

反應(yīng)兩相接地時(shí)的零序電流而動(dòng)作的保護(hù)，其定值應(yīng)按本線路末端兩相接地時(shí)可能出現(xiàn)的最大零序電流整定。 當(dāng)靈敏度不能滿足要求時(shí)，可以再設(shè)一套整定值，按躲過(guò)本線路末端相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大的不平衡電流整定。

2.4 零序電壓、電流監(jiān)視

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，任一點(diǎn)發(fā)生單相接地故障都會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流，保護(hù)發(fā)出單相接地報(bào)警信號(hào)。

2.5 非全相保護(hù)

當(dāng)線路一相或兩相斷線時(shí)保護(hù)動(dòng)作， 將線路退出運(yùn)行。其整定時(shí)間應(yīng)躲過(guò)手動(dòng)合閘時(shí)三相觸頭不同期時(shí)間。

2.6 低電壓保護(hù)

當(dāng)線路電壓低于70%Ue時(shí)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

2.7 過(guò)電壓保護(hù)

當(dāng)線路電壓高于125%Ue時(shí)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，電力工業(yè)的重要性和電力生產(chǎn)的連續(xù)性就要求在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項(xiàng)積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性、防患于未然以外，還應(yīng)采取有效措施，當(dāng)電力系統(tǒng)異常運(yùn)行時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒運(yùn)行人員及時(shí)處理，一旦發(fā)生故障時(shí)，準(zhǔn)確而迅速地將故障元件切除，避免事故的延伸和擴(kuò)大。 這就要在電力系統(tǒng)的電氣元件上裝設(shè)自動(dòng)保護(hù)裝置。

［1］張明君，彌洪濤.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)[M].冶金工業(yè)出版社，2002.

［2］丁書(shū)文.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2005.

［3］許建安.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].中國(guó)水利水電出版社，2005.

［4］呂繼紹.繼電保護(hù)整定計(jì)算與實(shí)驗(yàn)[M].華中工學(xué)院出版社，1986.

［5］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].水利電力出版社，1991.

［6］黃純?nèi)A，劉維仲.工廠供電[M].天津大學(xué)出版社，1996.