10kV配电系统继电保护分析探讨李说

10kV配电系统继电保护分析探讨李说

李说

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摘要：继电保护的目的在于在整个供电系统中实现对一次运行系统的全面管理配合对运行参数的测量，进而对一次设备进行控制和保护。配电系统供配电一体，运行方式众多，设备类型复杂，给继电保护带来一定难度。本文介绍了10kV配电系统在电力系统中的重要地位及10kV配电系统继电保护的基本类型，分析了各类保护装置的特性。同时也分析了继电保护中普遍存在的几个问题。

关键词：配电系统；继电保护；问题分析

一、10kV配电系统继电保护的重要性和问题

1、10kV配电系统在电力系统中的重要性

10kV配电系统覆盖的地域辽阔、运行环境复杂，一旦发生故障，就有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，短路电流会造成电气设备或电气线路的致命损坏，使系统的稳定运行遭到破坏。为了确保10kV配电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置。

2、10kV配电系统继电保护常见问题

电流速断保护作为10kV配电线路的主要保护，是按照最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定的，由于考虑到灵敏度大于1.2，因此动作电流值往往取得较小，特别是在线路较长，配电变压器较多时，即系统阻抗较大时，动作电流取值会更小。因此在整定时没有考虑到配电变压器投入时的励磁涌流对无时限电流速断保护的影响，亦即励磁涌流的起始值远超过无时限速断保护定值，造成一些变电所的10kV出线在检修后恢复送电时，开关合上即保护动作跳闸或运行过程中频繁跳闸的情况发生。

随着系统规模的不断扩大，10kV系统短路电流会随着变大，当变、配电所出口处发生短路时，短路电流往往很大，甚至可以达到电流互感器一次侧额定电流的几百倍。在稳态短路情况下，一次短路电流倍数越大，电流互感器变比的误差也越大，使灵敏度低的电流速断保护就可能拒绝动作。在10kV线路短路时，由于电流互感器饱和，感应到二次侧的电流会很小或接近于零，造成定时限过流保护装置拒动。若是在变电所10kV出线故障则要靠母联断路器或主变压器后备保护来切除，延长了故障时间，使故障范围扩大；而若是在配电所的出线过流保护拒动造成配电所进线保护动作，则将使整个配电所全停。

3、几种常用电流保护的分析

3.1反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。

3.2定时限过电流保护

3.2.1定时限过电流保护。继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。

3.2.2继电器的构成。定时限过电流保护是由电磁式时间继电器（作为时限元件）、电磁式中间继电器（作为出口元件）、电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式信号继电器（作为信号元件）构成的。

3.2.3定时限过电流保护的基本原理。在10kV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间，而与被保护回路的短路电流大小无关，所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。

3.3动作时限的整定原则为使过电流保护具有一定的选择性，各相邻元件的过电流保护应具有不同的动作时间。各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的。可是，越靠近电源端线路的阻抗越小，短路电流将越大，而保护的动作时间越长。也就是说过电流保护存在着缺陷。这种缺陷就必须由电流速断保护来弥补不可。

3.4过电流保护的保护范围过流保护可以保护设备的全部，也可以保护线路的全长，还可以作为相邻下一级线路穿越性故障的后备保护。

4电流速断保护

4.1电流速断保护电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的一种电流保护。它能在最短的时间内迅速切除短路故障，减小故障持续时间，防止事故扩大。电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和略带时限的电流速断保护两种。

4.2电流速断保护的构成电流速断保护是由电磁式中间继电器（作为出口元件）、电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式信号继电器（作为信号元件）构成的。它一般不需要时间继电器。它是按一定地点的短路电流来获得选择性动作，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。

4.3瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围瞬时电流速断保护与过电流保护的区别，在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。当在被保护线路外部发生短路时，它不会动作。

4.4瞬时电流速断保护的基本原理瞬时电流速断保护的原理与定时限过电流保护基本相同。只是由一只电磁式中间继电器替代了时间继电器。

二、改进的措施

1、励磁涌流的大小随时间而衰减，一开始涌流峰值很大，对于小型变压器，经过7～10个工频周波后，涌流几乎衰减为可以忽略的范围。利用涌流这个特点，对电流速断保护加入一段时间延时，就可以防止励磁涌流引起的误动作。这种方法最大的优点是不用改造保护装置，虽然会增加故障时间，但对于如10kV这些对系统稳定运行影响较小的地方还是适用的。为了保证可靠地躲过励磁涌流，保护装置中加速回路同样要加入延时。一般可在10kV线路无时限电流速断保护及加速回路中加入0.1～0.15s的时限。就近几年运行情况来看，能很好地避免由于线路中励磁涌流造成的保护装置误动作。

2、避免电流互感器饱和主要从两个方面入手：①电流互感器的变比不能选得太小，要考虑线路短路时电流互感器饱和问题，一般10kV线路保护的电流互感器变比最好大于300/5；②要尽量减少电流互感器二次负载阻抗，尽量避免保护和计量共用电流互感器，缩短电流互感器二次侧电缆长度及加大二次侧电缆截面；对于综合自动化变电所，10kV线路尽可能选用保护测控合一的产品，并在控制屏上就地安装，这样能有效减小二次回路阻抗，防止电流互感器饱和。

三、结论

在10kV配电系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。随着电网规模的发展，为了确保10KV供电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置并准确整定各项相关定值。

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