10kV配電系統繼電保護的常見問題和措施分析

葉益昌 王星尹 宋遙

摘要：配電系統運行狀態直接關系到人們的生產和生活質量，但是對比輸電線路，10kV配電系統故障率相對較高，而利用繼電保護方式有利于及時隔離、終止故障，提高繼電保護調試運行水平，有利于保障電網運行的安全性和穩定性。本文結合10kV配電系統繼電保護中的常見問題，提出針對性的處理措施，對于實際工作起到參考作用，在10kV配電系統中充分發揮出繼電保護的作用，實現整體系統運行的穩定性。

關鍵詞：10kV配電系統繼電保護繼電保護電路

中圖分類號：TM73

Analysis?of?Common?Problems?and?Measures?of?Relay?Protection?in?10kV?Distribution?Systems

YE?Yichang???WANG?Xingyin???SONG?Yao

（Central?&?South?China?Municipal?Engineering?Design?and?Research?Institute?Co.，?Ltd.，Wuhan，Hubei?Province，430010?China）

Abstract：?The?operation?status?of?distribution?systems?directly?affects?people's?production?and?quality?of?life.?However，?compared?to?transmission?lines，?the?fault?rate?of?10kV?distribution?systems?is?relatively?high，?and?the?use?of?relay?protection?methods?is?conducive?to?isolating?and?stopping?faults?in?time，?improving?the?debugging?and?operation?level?of?relay?protection，?and?ensuring?the?safety?and?stability?of?the?operation?of?power?grids.?This?article?proposes?targeted?solutions?to?deal?with?common?problems?in?relay?protection?in?10kV?distribution?systems，?which?plays?a?reference?role?in?practical?work.?It?is?necessary?to?give?full?play?to?the?role?of?relay?protection?in?10kV?distribution?systems?to?achieve?the?overall?stability?of?system?operation.

Key?Words：?10kV?distribution?system;?Relay?protection;?Relay?protection（重復前2）;?Circuit

10?kV配電網由于其裝置種類繁多、操作模式多樣、與人民群眾的日常生活息息相關，因此其失效風險大大超過了傳統的輸電網失效率。其中，10kV配電系統繼電保護裝置可以更好地防止各種故障，通過主動做好10kV配電系統的繼電保護操作，就可以確保整體系統的穩定運轉。下文就10?kV配電網的繼電保護在現場調試工作中常見的問題進行了討論，并就如何應對這些問題進行了探索性的探索，以期對國家電網的可持續發展起到一定的推動作用。

1?概述10kV配電系統繼電保護的作用

在電力系統中設置自動化元件，可以發揮出繼電保護作用。如果電網工程運行過程中產生故障，繼電保護設備可以自動隔離相關故障，從而保護系統，避免被破壞。利用繼電保護設備可以有效測量和監視以及控制整個10kV配電系統【1】。在10kV配電系統中安裝繼電保護設備，可以實時監測相關元件運行情況，發現電路異常之后，可以及時反映出來，降低電氣事故發生率，保障配電系統運行的穩定性和安全性。

2?10kV配電系統繼電保護配置情況

2.1?線路保護

單邊供電線路上可以設置二次過流保護，第一段是無時間限制的電流速斷保護；第二段是帶有時間限制的過流保護，它可以是時間限制，也可以是逆時間限制。雙路供電的供電線路，可以配有有向和不帶方向兩種類型的電流速斷保護和過電路保護。在線路中安裝了零序電流互感器，在電纜線路中引出架空線路，如果在單相接地電流能夠實現保護的選擇性和靈敏性，必須在其上加裝一種與信號相應的單相接地保護【2】。如果無法裝設零序電流變壓器，而又可以避開電流環內的不對稱電流（如大的單相電流、或者感應地電流的暫態），則可以在由三相電流變壓器組成的零序回路內連接保護裝置。

2.2變壓器保護

6～10?kV高壓端的變壓器，一般都裝有時間限制的過流保護裝置；當過流保護時間在0.5-0.7s以上時，需要安裝電力速斷保護。對于400kVA及以上的油浸變壓器，以及400kVA及以上的廠房用油浸變壓器，必須安裝氣體防護裝置。對于400?kVA及更高容量的多個變壓器，在多個設備并聯或單機同時工作時，要考慮到超載的條件，設置過載保護。當發生較小的事故（俗稱“輕瓦斯”）時，將會動作于信號，而其他的保護，如瓦斯保護保護，則在發生重大事故（俗稱為“重瓦斯”）時，通常會動作于跳閘。

2.3母聯備投保護

采用母線備用自投法實現了雙電源之間互投的快速、自動化。在兩個進線配電箱的供電時，若不投出母線，則在斷電時將一條進線斷開，并可讓這條母線自行投入，由一條電源來完成整個系統的全部裝置運轉。備用自投器的工作過程為：將備用自投器置于兩個進線柜中，在偵測到本地供電不足時，備用自投裝置就會開始跳本側開關，在確定本地開關已脫離之后，再對兩邊的進線端的電壓同時進行測量，只要其中一端的電壓超過70V，然后關閉這個母線開關。備自投保護操作只有在充電結束以后才能實現，在該情況下，如果所說的母聯開關在工作位置或分閘位置時，兩邊的至少一方的供電電壓超過70?V，進線開關被激勵，進線開關被接通。

• Pt切換保護

針對雙母線系統的電氣元件，在兩組分母分列運行階段，為了在電壓上對應一次系統和二次系統，避免自動裝置發生誤動和拒動的問題，根據主接線一次運行方式同步切換保護及自動裝置的二次電壓回路【3】。并聯隔離開關兩個輔助觸點，啟動中間繼電器，利用觸點自動化切換電壓回路。

3?概述10kV配電系統繼電保護的常見問題

3.1?勵磁涌流的影響

10kV配電網以電流速斷保護為主要的保護措施，也就是要根據最大工作模式設置所需的電流值。當靈敏度在1.2以上，將會顯著降低動作動作電流數值，針對長距離的線路，其中需要安裝多個變壓器，這樣提高整體系統的電阻，同時減少動作電流值，這時將會關閉10KV變電站的開關，在變壓器中投放勵磁涌流，或者排除外部故障之后，再次恢復電壓之后將會快速的增加勵磁電流值，這時變壓器勵磁發行量大于變壓器額定電流。

將外部故障切除之后，或者在空載運行狀態中，變壓器將會重新獲得勵磁，這時不會突然改變變壓器鐵芯的磁通，而是會形成成分磁通，并且具備周期性特征，鐵芯這時呈現出飽和狀態，同時會逐漸降低變壓器的電容量，而且勵磁涌流和變壓器電容之間屬于反比的關系。在勵磁涌流中，周期成分的占比比較大【4】。

通常是在10KV線路中裝配配電變壓器，開關被關閉之后將會顯著增加愛勵磁涌流的數量，而且并不是固定不改變的，可以在線路上相互重疊勵磁涌流，這一過程表復雜，即使出現較小的電阻，也會顯著增加涌流，而且不會改變時間。在這一背景下，不會明顯影響到變壓器的數量和容量等，因此相關工作人員通常不會關注這種情況，增大變壓器數量和容量之后，將會凸顯出這種情況。

3.2?電流互感器過于飽和

隨著系統的規模越來越大，系統的電流也會越來越大，很有可能會出現短路。當故障出現時，會形成超出其容量幾十乃至上百倍的大型線路。在穩定狀態下，由于主回路中的一次側短路電流增大，導致測試值出現誤差。由于被測量的變壓器處于飽和狀態，在次級端出現故障的概率非常小，甚至接近于零，從而造成了拒動。若在變電所中出現了故障，需要通過母線上的斷路器或主變的后備保護來進行切除，但這樣做會導致事故持續的時間更長，失效范圍也會增大。在配電網的工作中，若發生短路故障，就會引起進線保護動作，從而使整個配電網停電。

3.3開關保護設備選擇不合適

將開關站安裝于負載區域中，負責供應內部變壓器和配電系統的電能。未實施自動切換的變電站普遍使用負載式斷路器與負載式斷路器+熔斷器相結合的裝置【5】。如果在正常的情形下，則需要在交換機的進出線箱中使用負載開關，一方面可以發揮出分合操作作用，另一方面可以對負荷電流起到切斷作用，無需采取具體的保護對策；如果在變壓器出現箱中全部選用熔斷器和負載開關，則當發生事故時，將出現跨區跳閘現象，使停電范圍增大。

3.4繼電保護定值配合不合理

變電系統通常是利用微機保護方式，它的速斷時間為0s，過流為0.5s，它的速斷保護輸出時間通常是40ms。在速斷裝置中，由于沒有考慮到時間協調的概念，所以對變電站內的線路和變電站的速斷動作，其動作間隔為0s，相差0.05s。在配電網中負載電流很大而阻抗又很低的情況下，如果出現了線路內的故障，而沒有得到有效的保護，則會發生越級跳閘的情況。通常的配電網中使用的是傳統的繼電保護，這種方法因配置不當和各種設備的誤差而造成的。在配電網中，當電網發生事故時，其快速切斷保護很容易在下一級動作中做出反應。

4?10kV配電系統繼電保護常見問題的應對措施

4.1控制涌流過大

首先，隨著時間的增減，勵磁涌流大小也會隨之衰減，初始階段的涌流峰值較高，部分低壓變壓器在7～10次頻率周波后，其減弱程度可被忽視。其次，可以根據涌流的特性，適當的延長電流速斷保護時間，從而可以有效地避免因勵磁涌流引起的某些錯誤動作。利用這種方式無需改造任何裝置，同時可以提供安全保障。雖然這樣做會延長故障時間，但卻可以保證10kV繼電保護系統運行的穩定性。為了防止勵磁涌流，也需要延時處理保護裝置匯總加速回路，通常10kV繼電系統中都采用了不限時間的快速切斷保護，并在回路中增加0.1～0.5s的時間間隔。

4.2避免電流互感器飽和

為了提高繼電保護裝置的安全性，為了避免變壓器的飽和，必須從如下幾個方面著手：第一，要克服變壓器在短路時產生的飽和；第二是要盡可能地減少變壓器的阻抗負載，盡可能地增強其強度，減少電纜的電纜長度，增加電纜的橫斷面；第三是要遵守變壓器的原理。對于高電壓電機，要按照其輸出的電流乘以一定的數值，若超過一定的數值，則判斷為故障電流，要采取適當的保護措施【6】。

4.3改進配電所保護設備

當配電網絡上部出現故障時，可以對變電站10?KV線路進行動作保護。對于1250?kV以下的配變，為實現對變電站中每臺變的進線盒的選用，必須與熔絲配套用電裝置進行配套，以實現對變電站的安全防護。配電所進線保護的電源來自于出線箱內，并且大多為特殊線路，所以當電源出口發生故障時，由交換機出口箱起到了防護作用。

4.4定期巡視和檢修繼電保護設備

繼電保護系統，從保護的原理設計、制造公司的工藝制造、以及后期的售后服務等各個方面都有了良好的發展，因此，該危機防護裝置的工作能力是非常穩定的，當一個繼電保護裝置的線路不穩定的時候，也是因為外部因素引發的。因此需要定期巡視繼電保護裝置，一旦發現異常工況、頻繁報警的現象，要立即找出問題并進行維修，而不是等出了問題再進行檢查。另外，因電氣元件的老化，其工作年限通常只有10～12年，因此，對繼電保護裝置應加大投資，持續進行設備升級。特別是電源、LCD等易出現故障，最好配合維修，定時更換。

4.5對繼電保護工作人員的要求

為了保障繼電保護作用，相關工作人員需要深入分析繼電保護工作原理，同時需要把握相關規定。在日常工作中精準性的操作相關設備，避免出現錯誤操作等問題。每位員工都必須熟知當裝置改變后可能產生的一種現象和相應的應對方法，掌握定值區、重合閘、備用電源自投的工作狀態，具體掌握定值區的轉換，準確地掌握重合閘的充電和放電狀態，準確地判定備用電源已經就緒。在值班時，操作人員的工作重點檢查壓板和保護告警等信息，同時需要做好交底工作，保證每一位工作人員對工作的每一步都要心中有數，防止工作中出錯。在值班期間，要確認繼電保護設備是否完好，保證其工作正常[7]。

5結語

在電力系統中，10kV配電系統發揮著重要的作用，10kV配電系統運行的穩定性關系到人們用電的安全性。因此需要重視10kV配電系統繼電保護的常見問題，采取針對性的處理措施，保障繼電保護運行的良好性，提高10kV配電系統可控性。

參考文獻

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