10kV配電線路保護的整定計算

蘇永艷　尚琳

一、具體問題描述

10kV配電線路結構有如下特點：一是負荷單一，如專用線路僅共有一個客戶或者多個客戶，類似于輸電線路；二是公用線路供電半徑長短不一、負荷復雜并且往往呈放射狀分布，幾十臺甚至上百臺變壓器T接于同一條線路上，有照明負荷、有功力負荷，甚至有重要客戶；有的線路短到幾百米，有的線路長到幾十千米；有的線路由35kV變電所出線，有的線路由110kV變電所出線；有的配電變壓器很小，容量僅有30kVA，有的配電變壓器容量較大達到630 kVA或者更大。為了提高供電線路的安全性和供電可靠性，往往要裝設一部分柱上開關，柱上開關在裝設時有的線路屬于最末級保護，有的線路上裝設的柱上開關較多，有的較少，有的專設在主干線路上，有的裝設在主干分支上，有的裝設在專變電源側。為確保柱上開關正確動作，要多柱上開關整定值進行調整，如何調整柱上開關的整定值，以到達故障發生后避免越級跳閘減少大面積停電，發揮柱上開關的作用至關重要。

二、解決思路及方法

對于輸電線路，由于其比較規范，一般無T接負荷，至多有一、二個集中負荷的T接點。因此，利用規范的保護整定計算方法，各種情況均可一一計算，一般均可滿足要求。對于配電線路，由于以上所述的特點，整定計算時需做一些具體的特殊的考慮，以滿足保護"四性"的要求。

三、過程描述

一般采用電流速斷、過電流及三相一次重合閘構成。特殊線路結構或特殊負荷線路保護，不能滿足要求時，可考慮增加其它保護（如：保護Ⅱ段、電壓閉鎖等）。

（1）電流速斷保護：

由于10kV線路一般為保護的最末級，或最末級用戶變電所保護的上一級保護。所以，在整定計算中，定值計算偏重靈敏性，對有用戶變電所的線路，選擇性靠重合閘來保證。在以下兩種計算結果中選較大值作為速斷整定值。

①按躲過線路上配電變壓器二次側最大短路電流整定。實際計算時，可按距保護安裝處較近的線路最大變壓器低壓側故障整定。

Idzl=Kk×Id2max

式中Idzl-速斷一次值

Kk-可靠系數，取1.5

Id2max-線路上最大配變二次側最大短路電流

②當保護安裝處變電所主變過流保護為一般過流保護時（復合電壓閉鎖過流、低壓閉鎖過流除外），線路速斷定值與主變過流定值相配合。

Ik=Kn×（Igl-Ie）

式中Idzl-速斷一次值

Kn-主變電壓比，對于35/10降壓變壓器為3.33

Igl-變電所中各主變的最小過流值（一次值）

Ie-為相應主變的額定電流一次值

③特殊線路的處理：

a.線路很短，最小方式時無保護區；或下一級為重要的用戶變電所時，可將速斷保護改為時限速斷保護。動作電流與下級保護速斷配合（即取1.1倍的下級保護最大速斷值），動作時限較下級速斷大一個時間級差（此種情況在城區較常見，在新建變電所或改造變電所時，建議保護配置用全面的微機保護，這樣改變保護方式就很容易了）。在無法采用其它保護的情況下，可靠重合閘來保證選擇性。

b.當保護安裝處主變過流保護為復壓閉鎖過流或低壓閉鎖過流時，不能與主變過流配合。

c.當線路較長且較規則，線路上用戶較少，可采用躲過線路末端最大短路電流整定，可靠系數取1.3～1.5。此種情況一般能同時保證選擇性與靈敏性。

d.當速斷定值較小或與負荷電流相差不大時，應校驗速斷定值躲過勵磁涌流的能力，且必須躲過勵磁涌流。

④靈敏度校驗。按最小運行方式下，線路保護范圍不小于線路長度的15%整定。允許速斷保護保護線路全長。

Idmim（15%）/Idzl≥1

式中Idmim（15%）-線路15%處的最小短路電流

Idzl-速斷整定值

（2）過電流保護：

按下列兩種情況整定，取較大值。

①按躲過線路最大負荷電流整定。隨著調度自動化水平的提高，精確掌握每條線路的最大負荷電流成為可能，也變得方便。此方法應考慮負荷的自啟動系數、保護可靠系數及繼電器的返回系數。為了計算方便，將此三項合并為綜合系數KZ。

即：KZ=KK×Kzp/Kf

式中KZ-綜合系數

KK-可靠系數，取1.1～1.2

Izp-負荷自啟動系數，取1～3

Kf-返回系數，取0.85

微機保護可根據其提供的技術參數選擇。而過流定值按下式選擇：

Idzl=KZ×Ifhmax

式中Idzl-過流一次值

Kz-綜合系數，取1.7～5，負荷電流較小或線路有啟動電流較大的負荷（如大電動機）時，取較大系數，反之取較小系數

Ifhmax-線路最大負荷電流，具體計算時，可利用自動化設備采集最大負荷電流

②按躲過線路上配變的勵磁涌流整定。變壓器的勵磁涌流一般為額定電流的4～6倍。變壓器容量大時，涌流也大。由于重合閘裝置的后加速特性（10kV線路一般采用后加速），如果過流值不躲過勵磁涌流，將使線路送電時或重合閘重合時無法成功。因此，重合閘線路，需躲過勵磁涌流。由于配電線路負荷的分散性，決定了線路總勵磁涌流將小于同容量的單臺變壓器的勵磁涌流。因此，在實際整定計算中，勵磁涌流系數可適當降低。

即Idzl= Kcl×Sez/ Ue

式中Idzl-過流一次值

Kcl-線路勵磁涌流系數，取1～5，線路變壓器總容量較少或配變較大時，取較大值

Sez-線路配變總容量

Ue-線路額定電壓，此處為10kV

③特殊情況的處理：

a.線路較短，配變總容量較少時，因為滿足靈敏度要求不成問題，Kz或Klc應選較大的系數。

b.當線路較長，過流近后備靈敏度不夠時（如15km以上線路），可采用復壓閉鎖過流或低壓閉鎖過流保護，此時負序電壓取0.06Ue，低電壓取0.6～0.7Ue，動作電流按正常最大負荷電流整定，只考慮可靠系數及返回系數。當保護無法改動時，應在線路中段加裝跌落式熔斷器，最終解決辦法是網絡調整，使10kV線路長度滿足規程要求。

c.當遠后備靈敏度不夠時（如配變為5～10kVA，或線路極長），由于每臺配變高壓側均有跌落式熔斷器，因此可不予考慮。

d.當因躲過勵磁涌流而使過流定值偏大，而導致保護靈敏度不夠時，可考慮將過流定值降低，而將重合閘后加速退出（因10kV線路多為末級保護，過流動作時限一般為0.3s，此段時限也是允許的）。

④靈敏度校驗：

近后備按最小運行方式下線路末端故障，靈敏度大于等于1.5；遠后備靈敏度可選擇線路最末端的較小配變二次側故障，接最小方式校驗，靈敏度大于或等于1.2。

Km1=Idmin1/Idzl≥1.25

Km2=Idmin2/Idzl≥1.2

式中Idmin1-線路末端最小短路電流

Idmin2-線路末端較小配變二次側最小短路電流

Idzl-過流整定值

4、重合閘

10kV配電線路一般采用后加速的三相一次重合閘，由于安裝于末級保護上，所以不需要與其他保護配合。重合閘所考慮的主要為重合閘的重合成功率及縮短重合停電時間，以使用戶負荷盡量少受影響。

重合閘的成功率主要決定于電弧熄滅時間、外力造成故障時的短路物體滯空時間（如：樹木等）。電弧熄滅時間一般小于0.5s，但短路物體滯空時間往往較長。因此，對重合閘重合的連續性，重合閘時間采用0.8～1.5s；農村線路，負荷多為照明及不長期運行的小型電動機等負荷，供電可靠性要求較低，短時停電不會造成很大的損失。為保證重合閘的成功率，一般采用2.0s的重合閘時間。實踐證明，將重合閘時間由0.8s延長到2.0s，將使重合閘成功率由40%以下提高到60%左右。

5、有關保護選型

10kV線路保護裝置的配置雖然較簡單，但由于線路的復雜性和負荷的多變性，保護裝置的選型還是值得重視的。建議在新建變電所中應采用保護配置全面的微機保護。微機保護在具備電流速斷、過電流及重合閘的基礎上，還應具備低壓（或復壓）閉鎖、時限速斷等功能，以適應線路及負荷變化對保護方式的不同要求。

為發揮柱上開關的作用，合理調整各級開關的整定值至關重要，因此管理人員要對每級開關所承擔的負荷及動作時間要熟悉，并進行合理調整。