供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置分析

趙紹鋒　連鶴林　閆高峰

摘 要 電力系統(tǒng)容量越大發(fā)生短路事故后系統(tǒng)電壓降越小，短路電流就越大，直接威脅到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，繼電保護(hù)必須迅速將故障點(diǎn)從電網(wǎng)中切除，從而保證電網(wǎng)繼續(xù)正常運(yùn)行，因此，對(duì)供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行研究和分析，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞 供配電系統(tǒng) 繼電保護(hù) 電流

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1供配電系統(tǒng)的運(yùn)行

供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)主要有三種：

（1）系統(tǒng)的正常運(yùn)行：指系統(tǒng)中各種設(shè)備或線路均在其額定狀態(tài)（電壓、電流、發(fā)熱等）下進(jìn)行工作，各種信號(hào)、指示和儀表均在允許范圍內(nèi)正常工作的狀況。

（2）系統(tǒng)的故障：指某些設(shè)備或線路出現(xiàn)了危及其本身或系統(tǒng)的安全運(yùn)行的事件，并有可能使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大的非正常的運(yùn)行狀況。

（3）系統(tǒng)的異常運(yùn)行：指系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到了破壞，但尚未構(gòu)成故障時(shí)的運(yùn)行狀況。

2供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置

2.1供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的作用

在系統(tǒng)中裝設(shè)繼電保護(hù)裝置的主要作用是通過(guò)預(yù)報(bào)事故或縮小事故范圍的發(fā)生，來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，并最大限度地保證供電的安全和不間斷。作為供配電系統(tǒng)保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置需要完成以下任務(wù)：

（1）在供配電系統(tǒng)中運(yùn)行正常時(shí)，它應(yīng)能完整、安全地監(jiān)視各種設(shè)備的運(yùn)行狀況，為值班人員提供可靠的運(yùn)行依據(jù)。

（2）如供配電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，它應(yīng)能自動(dòng)、迅速、有選擇性地切除故障部分，保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。

（3）當(dāng)供配電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運(yùn)行工況時(shí)，它應(yīng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出信號(hào)或警報(bào)，通知值班人員盡快做出處理。

2.2供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的設(shè)置

在供電線路、配電變壓器和分段母線上一般應(yīng)設(shè)置以下保護(hù)裝置。

（1）供電線路。10KV線路一般均應(yīng)裝設(shè)過(guò)流保護(hù)。當(dāng)過(guò)流保護(hù)的時(shí)限不大于0.5-0.7s并沒(méi)有保護(hù)配合上的要求時(shí)，可不裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但重要的變配電所引出的線路應(yīng)裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。當(dāng)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)不能滿足選擇性動(dòng)作時(shí)，應(yīng)裝設(shè)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。

（2）配電變壓器。當(dāng)配電變壓器容量小于400kVA時(shí)，一般采用高壓熔斷器保護(hù)。當(dāng)配電變壓器容量為400-630kVA，高壓側(cè)采用斷路器時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)流保護(hù)，而當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，對(duì)于油浸式配電變壓器還應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)配電變壓器容量為800kVA及以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)流保護(hù)，而當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，對(duì)于油浸式配電變壓器還應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，另外還應(yīng)裝設(shè)溫度報(bào)警保護(hù)。

（3）分段母線。對(duì)于不并列運(yùn)行的分段母線，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動(dòng)解除。如采用的是反時(shí)限過(guò)流保護(hù)，其瞬動(dòng)部分應(yīng)解除，對(duì)于負(fù)荷等級(jí)較低的配電負(fù)荷中心或母線可不裝設(shè)保護(hù)。

3常用電流保護(hù)

3.1反時(shí)限過(guò)流保護(hù)

所謂反時(shí)限過(guò)流保護(hù)，是指繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短，短路電流越小，動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。

3.2定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

定時(shí)限過(guò)流保護(hù)是指，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小無(wú)關(guān)，該時(shí)間是恒定的，靠時(shí)間繼電器的整定來(lái)獲得，時(shí)間繼電器在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。定時(shí)限過(guò)流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器（作為時(shí)限元件）、電磁式中間繼電器（作為出口元件）、電磁式電流繼電器（作為起動(dòng)元件）、電磁式信號(hào)繼電器（作為信號(hào)元件）構(gòu)成的。它一般采用直流操作，須設(shè)置直流電源。定時(shí)限過(guò)流保護(hù)簡(jiǎn)單可靠，完全依靠選擇動(dòng)作時(shí)間來(lái)獲得選擇性，上下級(jí)的選擇性配合比較容易，時(shí)限由時(shí)間繼電器根據(jù)計(jì)算后獲取的參數(shù)來(lái)整定，動(dòng)作的選擇性能夠保證動(dòng)作的靈敏性，能夠滿足要求，整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。

3.3電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)是一種無(wú)時(shí)限或略帶時(shí)限動(dòng)作的一種電流保護(hù)。它能在最短的時(shí)間內(nèi)迅速切除短路故障，減小故障持續(xù)時(shí)間，防止事故擴(kuò)大。電流速斷保護(hù)又分為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)兩種。

瞬時(shí)電流速斷保護(hù)與過(guò)流保護(hù)的區(qū)別在于，它的動(dòng)作電流值不是躲過(guò)最大負(fù)荷電流，而是必須大于保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大短路電流，即按躲過(guò)被保護(hù)線路末端可能產(chǎn)生的三相最大短路電流來(lái)整定，從而使速斷保護(hù)范圍被限制在被保護(hù)線路的內(nèi)部，從整定值上保證了選擇性，因此可以瞬時(shí)跳閘。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理與定時(shí)限過(guò)流保護(hù)基本相同，只是由一只電磁式中間繼電器替代了時(shí)間繼（下轉(zhuǎn)第280頁(yè)）（上接第258頁(yè)）電器。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速，但只能保護(hù)線路的首端，因此常用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)來(lái)消除瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的"死區(qū)"。略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)全線路，它的保護(hù)范圍就必然會(huì)延伸到下一段線路的始端去。

3.4三段式過(guò)流保護(hù)

瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能作為加速切除線路首端故障的輔助保護(hù)。略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，但不能作為下一段線路的后備保護(hù)。定時(shí)限過(guò)流保護(hù)既可作為本級(jí)線路的后備保護(hù)，又可作為相鄰下級(jí)線路的后備保護(hù)，但切除故障的時(shí)限較長(zhǎng)。因此，為了對(duì)線路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù)，常把電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。

通常在被保護(hù)線路較短時(shí)，第一段電流保護(hù)均采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)。第二段采用定時(shí)限過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)。在實(shí)際中還常采用二段式電流保護(hù)，就是以瞬時(shí)電流速斷保護(hù)作為第一段，以加速切除線路首端的故障，用作輔助保護(hù)，以略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)作為第二段，以保護(hù)線路的全長(zhǎng)，用作主保護(hù)。以定時(shí)限過(guò)流保護(hù)作為第三段，以作為線路全長(zhǎng)和相鄰下一級(jí)線路的后備保護(hù)。

3.5零序電流保護(hù)

電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)直接接地3種方式。10KV系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，三相是對(duì)稱的，三相對(duì)地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個(gè)超前900的電容電流流入地中。這3個(gè)電容電流數(shù)值相等，相位相差1200，其和為零，中性點(diǎn)電位為零。

10KV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)一相接地時(shí)，利用三相五柱式的TV的開口三角形的開口兩端有無(wú)零序電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)察。它可以在TV柜上通過(guò)3個(gè)相電壓表和1個(gè)可切換監(jiān)視3線電壓的線電壓表看到"一低、兩高、三不變"。接在開口三角形開口兩端的過(guò)壓繼電器動(dòng)作，其常開接點(diǎn)接通信號(hào)繼電器，并發(fā)出預(yù)告信號(hào)。采用這種裝置比較簡(jiǎn)單，但不能立即發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)，因?yàn)橹灰W(wǎng)絡(luò)中發(fā)生一相接地，則在同一電壓等級(jí)的所有母線負(fù)荷上，均將出現(xiàn)零序電壓，接有帶絕緣監(jiān)視TV的電力用戶都會(huì)發(fā)出預(yù)告信號(hào)，即該裝置沒(méi)有選擇性。為了查找接地點(diǎn)，需要電氣人員進(jìn)行事故特巡，查明無(wú)明顯故障點(diǎn)后，再按照預(yù)先制定的"拉支路序位圖"依次拉支路查找，并隨之合上未接地的回路，直到找到接地點(diǎn)為止。

4總結(jié)

供配電系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到工廠企業(yè)用電的暢通，而且涉及到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。為了確保10KV供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確設(shè)計(jì)和設(shè)置繼電保護(hù)裝置。