試析10kV配電系統繼電保護現場調試常見問題

廣東電網有限責任公司揭陽揭西供電局 吳衍鑫

繼電保護主要功能是預防線路故障，以及短路問題導致供電系統和電氣設備損傷，保障系統穩定供電、提升系統供電可靠性。繼電保護作為變電系統二次回路重要內容，同樣是供電設計重要部分。繼電保護裝置能夠準確反映出整個供配電系統內電氣設備故障以及運行狀態。

1 10kV配電系統繼電保護現場調試主要問題

1.1 設計與實際不符

10kV配電系統內的繼電保護裝置主要涵蓋以下兩部分，分別是饋出線路以及電源線路，能夠在系統故障中進行事故預報，輔助判斷事故位置，縮減排查范圍，保障系統穩定運行。在10kV配電系統相關繼電保護現場調試中，普遍存在設計與實際不符的問題，同時相關設計不合理，部分客戶為進一步提高經濟效益，與生產廠家串通更改繼電保護設計圖紙以及基礎設備。

在具體設計實踐中，因為和生產廠家溝通不足，導致設計不符合設計，如某配電系統實施現場調試中，現場是利用干式變壓器，而保護柜內配置的各種設備卻屬于油浸變壓器配套裝置，未能聯系現場實際狀況進行充分考慮，干式、油浸兩種類型變壓器主要差異如下：干式變壓器能夠看到線圈和鐵芯，引線用材硅橡膠，容量普遍低于1600kVA；油浸變壓器僅能看到變壓器外殼，引線用材瓷，能夠實現從小到大全部容量。

不了解設備配置導致現場保護環節產生不合理以及違規問題。比如，10kV饋線柜保護中，主要利用短路電流控制開關跳閘，對應規定過流整定值是3A，而配置設備內控制斷路器斷開最低動作電流是5A，該種狀況容易在開關彈跳下斷路器無法順利斷開，假如不了解基礎原理，則無法繼續實施現場保護[1]。

1.2 安裝不合理

安裝人員專業能力以及責任意識會影響施工質量，一次部分錯誤安裝，無法進行正常保護動作，比如某配電系統現場試驗中發現一次回路內通入短路電流，而二次回路未接通電流，無法正常啟動保護工作。經過排查發現是CT一次母排連接中，因為螺栓較長，初步緊固螺栓后無法順利流出二次電流。針對另一客戶對應進線柜實施保護試驗中，相關人員將計量柜對應0.2S級CT錯誤安裝于進線斷路器柜，并在計量柜內安裝P級互感器。出現二次錯誤安裝，比如現場發現對應盤柜廠家通過一般連接端子取代電壓連接端子以及電流試驗端子，跳合閘端子沒有和正點間形成一個空端子間隔，電流互感器存在二次多點接地等，留下一定故障隱患[2]。

1.3 現場環境復雜

大多數中低壓配電系統工程中的現場施工環境較為復雜，人員眾多，設置有臨時構架、井蓋以及電纜溝等，容易導致設備損傷以及人員傷亡，并影響設備正常調試運行。經過設備調試后，因為客戶方對設備了解不足，容易忽略其中的閉鎖裝置，并對系統設備進行強行操控。

2 10kV配電系統繼電保護現場調試方法

優化設計。在設計方面，需要加強圖紙審核，并對工程現場實施深入勘察，做好溝通工作，引領客戶尋找正規設計單位進行工程圖紙設計工作，強化審圖。對應調試班組初步接收對應工作任務后，需要對各種設備數據以及圖紙資料進行全面采集，聯系調試安裝流程，分析圖紙設計合理性，保障設備回路合理，優化設備裝置匹配性，落實繼電保護相關反事故措施，深入現場進行實地考察，保障設計圖紙與現場一致性，明確現場設備安裝進展，聯系具體問題和廠家、客戶進行深入交流溝通，改善設計和實際不符問題。

標準化作業。在施工前對基礎設備資料、設計圖紙進行充分了解，進行現場勘察，嚴格按照行業施工標準，以及驗收規程對標準化技術文件進行編制，結合10kV配電系統現場隱患，以及安裝施工狀況進行專項重點檢查。比如二次回路中的端子排連片、一次設備緊固定、各插件配件裝置焊接、防水防塵裝置密封性以及二次線螺釘壓接施工等，確保滿足標準要求。按照行業試驗規程優化設計檢驗調試項目，針對保護裝置以及二次回路實施絕緣、通電、外部、模擬量通道、保護裝置、邏輯功能相關檢查工作，做好整組傳動試驗。現場實施逐項檢查，預防出現漏項問題，全面記錄各種漏項問題，消除疑問隱患。

加強現場檢查。對現場危險點進行準確辨識，形成合理控制措施，優化工程現場協調指揮。率先熟悉了解工程現場施工狀況，科學設計施工方案，為工程施工提供基礎參考依據。施工前繼續檢查現場狀況，分析是否存在變動，組織工作班前會，并對現場危險點以及防控措施明確告知。在現場至少設置兩人實施。設備調試中，和生產廠家進行積極溝通，為客戶提供電工維護培訓工作服務，準確、細致交代好各種注意事項。結束系統調試后，組織專人看守，形成防范策略，保障設備順利交接。

3 案例分析

3.1 線路結構

圖1為某10kV配電系統饋線結構圖，S1和S2分別是供電電源1、2，該種環網供電形式主要分布于城市配電網內，也被稱作是手拉手。圖中的熔斷器和斷路器，除S2周圍N母線出口斷路器處于開啟狀態之外剩余部分全面閉合。為此在電源切換以及故障隔離中需要閉合斷路器，為此暫時無須考慮閉合斷路器。

圖1 10kV配電系統饋電線路結構

M、P、M點間共同構成主干線，分支線是Br1與Br2，不同段線路長度聯系具體電力荷載決定，通常供電半徑低于15km。線路中密集分布有配電變壓器，涵蓋企業用和公用等類型，或經斷路器和整個線路連接，經熔斷器開關和整個線路連接。主干線路對應裝設柱中設置了環網柜以及分段開關，在具體標準、設置位置、開關設置等方面缺少明確、完善規定，進一步增加分段開關安裝隨意性。部分會在變電站對應出口#1桿中設置分段開關，部分則是在主干線1km之內進行設置，甚至會在主干線之間部位進行設置。

3.2 現有繼電保護配置問題

現有繼電保護配置如下，S1電源母線M出口部位配置了線路保護裝置1。P點設置分段斷路器，額外設置保護裝置2。分支線中通常設置熔斷器以及保護開關裝置。饋電線路對應變電站出口斷路器相關保護定值主要通過市供電企業調度部門實施自主整定，通常會在保護1部位增加設置兩段式過電流保護。整定方案分成兩類，第一是聯系饋線故障電流實施整定，第二是結合變電站內饋線電壓等級規定保護定值。過流I端根據出口母線最低兩項短路電流實施計算，Ⅱ段整定根據躲線路最高負荷電流實施計算。結合變電站高壓側的電壓等級差異，針對保護定值在1.5～2kA內取值。

現有系統保護整定規程僅針對變電站相關出口斷路器，對應繼電保護定值實施原則性規定，但尚未提及饋電線路中分段斷路器保護定值以及位置設置，忽略了多個配電變壓器處于同比接入條件下形成的勵磁涌流問題。在具體運行中，線路某點產生故障，導致線路中的分段斷路器與出口斷路器同步跳閘，或不同分段斷路器共同跳閘。分段開關以及出口斷路器之間無法有效配合進行故障隔離，降低影響范圍。結合上述問題，需要進一步做好現場調試工作，合理利用分段斷路器跳閘實施分段隔離，并對線路內其余部分實施合理保護，促進系統快速恢復正常運行。

3.3 保護整定方案

按照國家電網繼電保護標準技術規范，將變壓器低壓側的三相過流保護當成低壓側后備保護，對應動作時間低于2s。如果根據0.2s級差實施配合，并進行逐級遞減，對10kV配電系統形成保護時間限額，動作最長時限為0.8s到1.2s，隨著變電站相關電壓等級的持續提升，出線保護限額縮短。當前，柱上斷路器開關基礎設備，能夠將啟動保護裝置到斷路器跳開時長控制在150ms以下，因此配電網對應保護級差需超出0.2s，如此才能支持各級斷路器開關加強時間配合，縮減停電范圍，提高保護選擇性。

假如出口保護設置的10kV配電線路是110kV、220kV的變電站出現，則最長允許動作時間是1.2s，這也是允許最長時限。主干線內可以增設2～3分段，不同分段斷路器對應保護分成兩段，例如設計2分段，其中末端時間最長是0.3s，中間段時間最長是0.5s，出口保護對應保護時間最長是0.7～1s。假如只是35kV變電站對應出現，則僅能存在一個下一級分段，分段不能和變電站出口過于接近。針對線路結構，于主干線中增設1分段。

變電站出口設置成一級斷路器保護，P點分段斷路器設置為二級保護，注意P點不能過于接近M母線，分支線路保護是Br1、Br2保護。按照上級限額標準，綜合考慮整個線路狀況，第一級保護設計Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，具體對應延時是0s、0.5s、0.7～1s；第二級設計Ⅰ、Ⅱ兩段保護設置，對應延時參數是0.3s和0.5s；分支線路設計Ⅰ、Ⅱ兩段保護設置，具體延時參數是0s和0.3s，和二級保護互相協調配合。第一級保護對應III段成為此線路后備，支持全長保護。

出口部位的一級保護作為此工程的重要保護，一級保護對應I段應該盡量切除近處故障，凸顯速動性，根據躲過分段開關最高短路電流實施科學整定，具體如下：Iop.1I=KrelI×Ip.max，式中：Iop.1I是可靠系數，按照1.3進行取值，Ip.max是P點處于三相短路狀態下的電流值。過流Ⅰ段設置0s的動作時間。根據常規運行方式合理設計靈敏度，保護出口M點處于三相短路條件下的電流實施準確校驗，最終結果大于1，則判斷合格，具體如下：，式中IM.max是M點處于三相短路條件下的流經電流。

過流Ⅰ段對本段全長進行保護，能夠將線路末端故障進行快速切除，為此需要根據P點流經最低兩相短路電流實施全面定。即：，式中：IP.min是p點處于兩相短路條件下的電流，Ksen.1ii是靈敏系數，具體取值是1.5。在各項參數設置中，應該基于導線所能承受熱穩定電流進行整定，過流Ⅲ段對應動作時間是0.7s。

分段開關對應二級保護主要分布于P點分段開關中，同時額外配置兩段式電流保護。Ⅰ段過流定值需要結合線路N點末端最低兩相短路電流進行靈活處理，具體如下：，式中：IN.min是N點處于兩相短路條件下的電流，具體動作時間是0.3s。過流Ⅱ段和一級保護對應過流Ⅲ段進行有效配合，按照低于定值0.9倍實施整定。具體如下：，對應過流Ⅱ段的保護動作時間是0.5s。

非典型線路實施保護整定中，如果長度低于2km，甚至線路更短條件下，相關用戶專門線路，變電站出口對應一級保護Ⅰ段能夠處于最小運行狀態下，靈敏度較差。可以對過流Ⅰ段進行取消，根據Ⅱ、Ⅲ段整定原則優化設置保護。Ⅱ段動作電流和下級Ⅰ段保護過流有效配合，將動作時限設置成0.3s，整個線路較短，無須設置分段斷路器，不存在二級保護。

針對輕載長線路，長度為15km或以上的線路，同時沒有分段設置斷路器條件下，如果根據末端最高三相短路電流對Ⅰ段保護進行整定，將整定時限設置成0s，同時近處配置較高容量變壓器，對應低壓側在遇到運行故障條件下，容易進一步引發出口保護動作，導致10kV饋電線路產生跳閘現象。為此需要適當擴大Ⅰ段保護時限，增加0.2s左右，方便配電變壓器對應速斷保護更好配合熔斷器操作。

綜上所述，10kV配電系統通過實施有效的繼電保護，能夠有效預防各種安全事故發生，并針對配電網絡中的故障問題進行合理控制，減少周圍各種因素影響，除了需要對各種外部因素進行合理控制以外，還需要加強現場繼電保護調試管理，綜合考慮繼電保護中的主要故障問題，靈活應對各種故障，降低設備故障損壞，保持電力系統穩定可靠運行。