工廠高壓線路保護(hù)”死區(qū)“問題的研究

曾小平

【摘要】工廠高壓線路擔(dān)負(fù)電能輸送的重要作用.是工廠供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，大多數(shù)工廠高壓線路都采用架空方式敷設(shè)，比起電纜敷設(shè)故障率更高，必須設(shè)置完備的繼電保護(hù)裝置以確保其安全可靠運(yùn)行.

【關(guān)鍵詞】過流保護(hù)、速斷保護(hù)、動(dòng)作電流

引言

工廠高壓線路一般不長(zhǎng)，電壓等級(jí)6～10KV，容量不超5000KVA，這種供電系統(tǒng)的高壓線路繼電保護(hù)一般比較簡(jiǎn)單，對(duì)于6～10KV的線路屬小接地電流系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障可繼續(xù)運(yùn)行2h，所裝設(shè)的絕緣監(jiān)察裝置或單相接地保護(hù)需及時(shí)發(fā)出信號(hào)，提醒運(yùn)行人員處理，預(yù)防發(fā)展為兩相接地短路;對(duì)于發(fā)生在高壓線路上的相間短路故障，短路電流危害更大，通常采用帶時(shí)限的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)裝置配合作用于高壓斷路器的跳閘機(jī)構(gòu)切除短路故障，保護(hù)線路安全.

（一）過流保護(hù)：用于工廠高壓一次線路的相間短路保護(hù)

1，帶時(shí)限的過電流保護(hù)：包括定時(shí)限和反時(shí)限過電流保護(hù)兩種： ①定時(shí)限過電流保護(hù)接線如圖1：由兩個(gè)DL式電流繼電器作起動(dòng)元件，DL式時(shí)間繼電器作時(shí)限元件，DL式信號(hào)繼電器作信號(hào)元件，出口元件也用DL式中間繼電器控制短路器跳閘線圈YR，互感器采用兩相兩繼電器式接線形式，對(duì)一次側(cè)任何形式的相間短路，兩個(gè)過流繼電器任何一個(gè)起動(dòng)動(dòng)作，均會(huì)最終作用于斷路器跳閘，只是從短路故障發(fā)生到動(dòng)作跳閘是按整定動(dòng)作時(shí)間完成。

②反時(shí)限過電流保護(hù)接線如圖2：由GL型電流繼電器作起動(dòng)元件，利用這種繼電器的速斷特性，及其先合后斷的觸點(diǎn)和斷路器跳閘線圈YR、兩相兩繼電器式接線，只要被保護(hù)線路短路電流達(dá)到整定（10倍）速斷倍數(shù)，立即按”去分流“方式跳閘，無時(shí)限元件和信號(hào)元件，且這種情形繼電器的動(dòng)作電流比DL型的動(dòng)作電流要大得多。

③過流保護(hù)動(dòng)作電流整定：帶時(shí)限的過流保護(hù)的動(dòng)作電流Iop是繼電器動(dòng)作的最小電流，其整定動(dòng)作值Iop應(yīng)躲過線路的最大負(fù)荷電流IL.max，避免在最大負(fù)荷通過時(shí)保護(hù)裝置誤動(dòng);返回電流Ire也應(yīng)躲過最大負(fù)荷電流IL.max，所謂“躲過”的含義是指： 一次線路中即使 出現(xiàn)了最大 正常負(fù) 荷 及尖峰負(fù)荷因達(dá)不到互感器二次側(cè)的過流繼電器的動(dòng)作值，保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作，IL.max折算到互感器二次流 入過流繼電器的電流為IL.max * ?Kw / ?K i ? ，動(dòng)作電流Iop> IL.max * ?Kw / ?K i ?， Kw為互感器的接線系數(shù)， K i為 變流比 ?; ? 由于 過流繼電器動(dòng)作電流Iop>返回 電流Ire> ?IL.max * ?Kw / ?K i ?，所以Iop>KW ?IL.max ? / ?Ki*Kre ? ，再乘以一個(gè)可靠系數(shù)Krel ， ?有Iop>Krel *KW ?IL.max ? / （ Ki*Kre ） ， 以確保在外部故障切除后裝置能可靠返回初始位置，以防止發(fā)生誤動(dòng)。

④過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定：在設(shè)有兩級(jí)以上的繼電保護(hù)裝置中，為了保證前后級(jí)裝置動(dòng)作的選擇性，過流保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間要按“階梯原則”整定。就是說：在后一級(jí)保護(hù)裝置所保護(hù)的線路首段發(fā)生三相短路時(shí)，前一級(jí)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間t1應(yīng)比后一級(jí)保護(hù)中最長(zhǎng)的動(dòng)作時(shí)間t2要大一個(gè)時(shí)間差△t，這個(gè)時(shí)間差△t在0.5～0.7s，定時(shí)限過流保護(hù)△t取0.5s，由時(shí)間繼電器整定;反時(shí)限過流保護(hù)△t取0.7s，由GL系列電流繼電器時(shí)限調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按動(dòng)作特性整定。如圖3

2，過流保護(hù)的缺陷：定時(shí)限過流保護(hù)具有所用DL型繼電器數(shù)目多，接線復(fù)雜，特別是越靠近電源處的故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng);而反時(shí)限過流保護(hù)的GL繼電器動(dòng)作電流的整定配合麻煩且誤差大，特別是當(dāng)短路電流較小時(shí)，動(dòng)作時(shí)間可能比較長(zhǎng)，延長(zhǎng)了故障持續(xù)時(shí)間。

（二）電流速斷保護(hù)：只要采用帶時(shí)限的過流保護(hù)，為了保證動(dòng)作的選擇性，整定動(dòng)作時(shí)限必須逐級(jí)增加△t，隨著級(jí)數(shù)的增加，如果短路電越靠近電源處，短路電流越大反而動(dòng)作時(shí)限越長(zhǎng)，對(duì)于高壓線路的危害越大，因此一般規(guī)定：當(dāng)過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限超過1s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。

①電流速斷保護(hù)的電路組成及速斷電流整定：速斷保護(hù)本質(zhì)上是一種瞬時(shí)動(dòng)作的過電流保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限就是繼電器固有動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作選擇性是靠整定適當(dāng)?shù)膭?dòng)作電流。采用DL型電流繼電器起動(dòng)的速斷保護(hù)相當(dāng)于定時(shí)限過流保護(hù)去掉時(shí)限元件，如圖4是線路上同時(shí)裝有定時(shí)限過流保護(hù)和電流速斷保護(hù)的電路組成圖，圖中KA1，2/KT/KS1/KM組成定時(shí)限過電流保護(hù)，KA3，KA4，KS2，KM組成電流速斷保護(hù)，比較可知，電流速斷保護(hù)裝置只是比定時(shí)限過流保護(hù)裝置少了時(shí)間繼電器;采用GL型電流繼電器的電磁元件起動(dòng)速斷保護(hù)，感應(yīng)元件起動(dòng)反時(shí)限過流保護(hù)，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。無論是采用DL起動(dòng)還是GL起動(dòng)的速斷保護(hù)，其起動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流Iqb（速斷電流）應(yīng)按躲過被保護(hù)線路末端的最大短路電流（Ik（3）.max）來整定，這樣才能避免在后一級(jí)速斷保護(hù)所保護(hù)線路的首端發(fā)生三相短路時(shí)越級(jí)跳閘，速斷保護(hù)動(dòng)作電流整定按公式為：Iqb=（Krel ?Kw / Ki ）*Ik.max. ? Krel 是可靠系數(shù)，對(duì)DL繼電器取1.2-1.3，GL繼電器取1.4-1.5， Kw是互感器接線系數(shù)，Ki 是互感器的變流比.可見速斷保護(hù)的動(dòng)作電流是按三相短路電流進(jìn)行折算后的一個(gè)電流值.

②速斷保護(hù)的“死區(qū)”產(chǎn)生：如圖5，由于速斷保護(hù)動(dòng)作電流要躲過線路末端的最大短路電流，而靠近線路末端的有一段線路上發(fā)生的不一定是最大的短路電流時(shí)（如：兩相短路電流折算后未達(dá)到保護(hù)裝置繼電器動(dòng)作電流值），電流速斷保護(hù)不動(dòng)作，從而導(dǎo)致速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，這種速斷保護(hù)裝置不能保護(hù)的部分線路就稱為”死區(qū)”.

結(jié)束語

工廠高壓一次線路的相間短路采用時(shí)限的過流保護(hù)，由于要滿足動(dòng)作選擇性要求，必須按”階梯原則”整定前后級(jí)動(dòng)作時(shí)間，這樣會(huì)帶來越靠近電源的短路危害越大，動(dòng)作時(shí)間反而更長(zhǎng)，不利于快速切斷故障線路，電流速斷保護(hù)可以有效解決這個(gè)問題，但速斷保護(hù)由于動(dòng)作電流的整定要求必然導(dǎo)致保護(hù)死區(qū)的產(chǎn)生，本文給出了克服死區(qū)的措施，即在設(shè)置速斷保護(hù)線路上也設(shè)置過流保護(hù)作后備保護(hù).