10千伏线路电流保护分析与优化

10千伏线路电流保护分析与优化

庞彩明

宝钢湛江钢铁有限公司

摘要:浅析某用户站供配电10千伏系统馈线所采用的电流保护配置类型与原理。通过分析近期的一件事故案例反映出10千伏馈线断路器与上下级动作情况存在的部分缺陷，以及针对保护失灵，探讨优化方案及其可行性。

关键词: 10kV系统，电流保护，保护失灵

引言

某用户站由南方电网公司电网220kV变电站输送3条220kV架空线进入宝能变电站，宝能变电站通过两回110kV联络线与中央变电站连成网络，而宝能变电站送电至球团变电站10kV母线和焦烧变电站10kV母线，中央变电站送电至炼钢变33kV、10kV母线和原料变10kV母线。本文主要分析讨论该用户站内供配电10kV系统馈线继电保护中电流保护的配置是否存在缺陷以及对应的优化提议。

1 厂内供配电10kV馈线电流保护配置方式

1.1 过流一段保护（电流速断保护）

1.1.1 特点

1）没有时限。 

2）不能保护线路全长（存在死区）（一般设定为保护线路全长的85%）。

1.2 过流三段保护（过电流保护）

1.2.1 特点

1.有时限。如果下一级有限时电流速断保护，则比限时电流速断保护高出一个时间阶段（区别于定时限，过电流保护作为第三段保护时，可以使反时限：故障电流越大，动作时间越短）。

2.能保护线路全长。

1.3 低电压闭锁过电流保护

1.3.1 特点

1.保护只有在电压大于整定的闭锁电压值时，其接点才能复归；

2.若线电压高于闭锁电压值，施加的电流再大也不能让保护动作出口。

2 从事故案例中分析其缺陷

2.1 事故案例简要陈述

2016年9月9日，中央变10kV馈线（中108、中201）送电用户内部故障导致前述两路进线跳开。9月9日03:00:26，上级变电所中央变10kV馈线 中108 某用户1#电源综保首次报保护启动，后于03:19:55 中108该用户1#电源综保电流速断动作；中央变10kV馈线 中201 该用户2#电源综保于03:23:02电流速断动作。期间，中108断路器跳电之前保护反复启动40次以上，此过程约经历约20分钟。因断路器未能及时跳开，导致电缆多次放炮，明火转变为电气火灾。

2.2 事故中发现的异常现象

（1）用户侧断路器与中108断路器配备的保护类型与定值差异。

（2）用户侧故障本侧的电流速断和过电流保护都不动作。

（3）中108从保护启动到保护动作期间经历了20分钟，保护反复启动却不动作。

（4）中108动作的是电流速断而不是保护范围更加广的过电流保护。

2.3 原因分析

（1）用户侧由于发生单相接地故障而导致其“控制回路短线”，综保无法驱动断路器跳闸，而又由于断路器一直都在合位，导致综保只能不停地保护启动和速断动作，而这反复性的大电流冲击导致了发热灾害的进一步扩大，最终导致上级断路器跳闸^[1]。

（2）由于该次故障的异常电流的维持时间达不到中108电流速断的时限0.4s，这二十分钟内，这种非持续异常电流一直出现，所以保护只启动而不动作。当20分钟后，事故等级上升时故障电流维持时间超过了0.4s的限值后断路器动作。

（4）根据录波波形得到当时故障电流最大约为90A，装置设定中108的过电流保护采用反时限计时方式，由反时限计算公式：

（2.1）

>0.4s (2.2)

因过流反时限的动作时间比速断动作的定时限时间要长，所以由电流速断来动作。

2.4 事故反映出的问题

该事故反映了10kV用户侧断路器保护失灵后，用户侧没有成功检测出问题所在，上一级断路器也没能及时将故障切除^[2]。这让我们得思考一下10kV馈线断路器与上下级断路器之间的继保之间的保护是否到位。

3针对缺陷的优化意见

3.1 下级用户在综保上加装操作回路失电保护功能

对于这次事故的源头来说，用户侧综保的操作回路失电是直接原因。因此提出在综保的操作回路上加装失电保护功能。

3.2 重要断路器加装失灵保护

断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。

根据该用户站目前的情况，仅有220kV系统和110kV系统装有是失灵保护，而10kV系统并不设失灵保护^[3]。主要是因为10kV断路器若发生拒动，可以由其上级主变的10kV侧断路器的过电流保护作为后备保护。另外，失灵保护虽然降低了断路器的拒动可能，却加大了断路器的误动几率。从经济消费与收益层面上分析也认为保持目前设备配置即可。

3.3上级断路器后备保护整定值更改

1. 过电流保护定时限与反时限的比较

定时限过电流保护是指保护装置的动作时间不随短路电流的大小而变化的保护。

反时限过电流保护是指保护装置的动作时间随短路电流的增大而自动减小的保护。

定时限过流保护装置的特点是时限整定更为简单，上下级之间保护的选择性功能更加容易得到充分配合利用，但其有所需的继电器的数量过多且接线复杂，继电器的触点容量较小，只能用直流操作电源作用于跳闸，设定的保护装置动作时限随着接近电源而增长等缺点。

反时限过流保护装置的优点是所需的继电器数量相对较少且接线更为简单，继电器的触点容量更大，交流操作电源也可以作用于跳闸，切断靠近电源端的故障所设置的时间限制更为小，但其缺点为保护装置的动作时限整定值比较难设定，上下级保护之间的配合较为复杂，可能会造成比较大的误差^[4]。

（2）过电流保护定值的选定

为了弥补瞬时速断保护不能保护线路全长的缺点，常采用略带时限的速断保护，即延时速断保护。这种保护一般与瞬时速断保护配合使用，其特点与定时限过电流保护装置基本相同，所不同的是其动作时间比定时限过电流保护的整定时间短^[4]。为了使保护具有一定的选择性，其动作时间应比下一级线路的瞬时速断大一时限级差一般取0.5秒。

如案例中所体现的情况可知，断路器的电流速断定时限定值可以稍微下调一些来提高灵敏度，而过流反时限的灵敏性能也少有不够。考虑到上下级之间的保护失灵的可能性，调整出合理的定值很大可能避免发生此类事故。

3.4 利用10kV故障录波数据进行分析

利用故障录波采集的数据来做保护失灵的判据是一种比较经济的方法。根据该用户站目前的配置情况，仅是110kV和220kV系统才能将数据录播信息传到管控中心，10kV系统目前还没有做到这一点。通过故障录波仪，我们可以知道故障发生线路的波形，根据采样的电流、电压、时间等等数据判断上下级断路器的现状^[5]。比如，如果发现下级断路器的故障录波数据里面电流达到了启动值而且故障电流持续时间已超过设定的时间限值，该断路器仍没有动作可以判断夏季开关拒动。

4 结束语

本文简单介绍了某用户站供配电10kV系统的电流保护配置以及原理，主要通过一个鲜明的保护失灵案列反映了现阶段10kV系统电流保护中的缺陷，根据现阶段水平初步提出了一些优化建议。

【参考文献】

[1] 文超. 基于故障录波数据的继电保护分析系统[D]. 湖南大学 2012

[2] 秦倩. 基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统[D]. 湖南大学 2013

[3] Н.М.Фельдман; 米麟书. 10千伏电网过电流保护的改进方法[J].电工技术 1982

[4] 李贵军. 供电系统的继电保护探讨[J]. 中国电力企业管理 2011

[5] 张鑫. 10千伏线路电流保护误动解析[J]. 黑龙江科技信息 2016

作者简介：庞彩明（1992-），男，2015年毕业于广东工业大学电气工程及其自动化专业，本科生，现主要从事电气运行技术操作。