浅谈10KV继电保护

浅谈10KV继电保护

 林清华

广东汇能电气技术有限公司   510168

【摘要】本文作者结合自己多年的工作经验对继电保护的现状进行分析，并对系统中应配置的继电     保护装置及其配置情况进行表述 ，提出了应采用不同的逻辑保护应用到不同负荷的变配电系统。

【关键词】继电保护 线路 变配电

一、概述

10kV变配电系统包括一次系统及二次系统，由于一次系统较为明了与直观，主要包括：负荷设备、线路及母线、开关设备、互感器及避雷器，在配置上相对于对其实现控制及保护的二次系统较为清晰。而二次系统主要包括：继电保护装置、自动化测控装置及其二次回路(电压采样、电流采样、开入开出)。本文阐述的继电保护装置就是在供配电系统中通过对电能参数及开入的采样，以及装置内的不同逻辑，从而对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器驱动相应的出口来组成的一套专门的自动装置，对此，为了确保1OkV变配电系统的正常运行，必须正确配置继电保护系统。

二、10KV变配电系统的继电保护

2.1、继电保护装置的任务

10kV电气设备在运行中，由于外力破坏、内部绝缘击穿、运行维护不当、检修质量不高及误操作等原因，可能造成电气设备的故障或不正常工作状态。最常见同时也是最危险的故障是短路，其中包括三相短路、两相短路、两相接地短路及单相短路。在输电线路中还可能发生断线故障。有时同时发生，称为复故障。此时，继保保护装置便发挥相应的功能：(1)当被保护的输电线路或电气元件发生故障时，保护装置迅速动作，使断路器跳闸，将故障部分从电力系统中切除，使其破坏程度最小，并保证非故障部分继续正常运行。(2)当被保护的输电线路或电气元件发生不正常工作状态时，保护装置发出信号，通知运行人员采取相应措施。

2.2、继电保护系统的基本构成

继电保护系统主要由：测量部分、逻辑部分和执行部分组成。测量部分测量被保护元件的某些参数，并与保护的动作整定值进行比较，以判断被保护元件是否发生故障。如果运行参数达到或超过动作整定值，测量部分向逻辑部分发出信号，表明发生了故障，且保护装置已经启动；逻辑部分接受测量部分送来的信号后，按照预定的逻辑条件，判断保护装置是否应该动作与跳闸，即实现选择性的要求，并向执行部分发出信号；执行部分根据逻辑部分送来的信号，按照预定的任务动作与断路器跳闸或发出信号。

2.4、继电保护装置的要求

2.4.1、可靠性：是指在继电保护装置应该动作时它不应该拒动，而在不应该动作时它不应该误动。

2.4.2、选择性：是指继电保护装置的动作是应该有所选择，即只切除故障部分，以保证非故障部分继续运行，从而将事故影响限制在最小的范围内。

2.4.3、快速性：要求继电保护快速动作，以尽可能短的时间将故障从电网中切除。

2.4.4、灵敏性：是指保护装置对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。灵敏性通常用灵敏系数K衡量，灵敏系数应根据对保护装置动作最不利的条件进行计算。

2.3、继电保护装置的设置

按照10kV变配电系统的设计规范要求，在1OkV的变配电线路负荷或其分段母线上应设置以下保护装置，主要包括线路保护与负荷设备保护。

2.3.1、线路应配置的继电保护

线路保护装置应设有瞬时过电流保护与时限过流保护。两者的配置要求如下：当过电流保护的时限不大于0.5s-0.7s，且没有保护配合上的要求时，可不装设时限过流保护，只需于重要的变配电所引出线路装设时限电流保护，但当时限电流保护不能满足选择性动作时，应增设瞬时电流速断保护，且瞬时过电流保护与时限过流保护需形成电流级差配合。

2.3.2、配电变压器应配置的继电保护

1）当配电变压器容量小于400kVA，主要采用高压熔断器保护方式，馈线高压柜采用R型高压配电柜；

2）当配电变压器容量为400-630kVA，高压侧采用断路器方式分段时，应装设通过互感器采集电能参数，配置时限过电流保护，而当时限过流保护时限大于0.5s时，还应加装瞬时电流速断保护；对于车间内的油浸式配电变压器还应装设气体保护，干式变压器装设温度保护；

3）当配电变压器容量为630kVA及以上时，除装设瞬时过电流保护、时限过流保护之外，馈线电缆应装设零序过流保护，对于油浸式配电变压器还应装设气体保护外，还应增设温度保护；对于干式变压器除装设温度保护之外，还应增加风冷控制装置。

4）分段母线应配置的继电保护：对于不并列运行的分段母线，应装设电流速断保护，但仅在断路器合闸瞬间投入，合闸后自动解除的系统，只需装设瞬时过电流保护。如采用反时限过电流保护时，其定时限过电流保护应退出，而对于负荷等级较低的配电所可不装设反时限过流保护。

2.4、继电保护的配置

2.4.1、主保护和后备保护

10kV变配电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护主要有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。

    当在变配电系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套应动作相对迅速，而另一套动作相对滞后，动作比较迅速的保护装置称为主保护，而动作相对滞后的称为后备保护。即为满足系统稳定和配合设备的保护要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，称为后备保护。

后备保护主要包括近后备和远后备，其配合原理是当主保护或其触发的分段断路器拒动时，由相临近的分段设备或线路保护来实现的后备保护称为远后备保护，由本级继电保护设备触发分段断路器实现的后备保护，称为近后备保护。

2.4.2、辅助保护

为补充主保护和后备保护在性能欠缺或当主保护与后备保护退出运行时，通过开关量采集实现的非电量保护，称为辅助保护。主要的非电量保护有：1)通过装设在油浸式变压器本体或调压开关油路的瓦斯继电器，利用当油浸式变压器故障产生的气体触发瓦斯继电器触点原理，让继电保护装置得到重瓦斯跳闸及轻瓦斯报警的继保信号；2) 通过装设在油浸式或干式变压器温控系统，利用温度表相应刻度触点及散热装置运行触点，让继电保护装置得到变压器温度报警或跳闸信号，另外也得到变压器散热装置的运行信号。

三、lOkV继电保护的各类电流保护配置

3.1、两段式过电流保护

一般情况下，为了对线路及其负荷进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护或略带时限的过     电流速断保护和定时限过电流保护相配合，构成两段式电流保护。通常在被保护线路较短时，第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护，第二段采用定时限过流保护作为后备保护。因为这种保护设置可以在相临下一级线路的保护或断路器拒动时，本级线路的定时限过流保护可以及时动作，起到远后备保护的作用。如本级线路的主保护瞬时电流速断或略带时限的电流速断保护拒动时，则本级线路的定  时限过电流保护可以及时动作，以起到近后备保护的作用。

3.2、零序电流保护

电力系统中发电机或变压器的中性点运作方式，主要有：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地                  系统和中性点直接接地系统三种方式。lOkV变配电系统采用的是中性点不接地系统的运行方式。系统正常运行时，三相的电能矢量是对称的，由于三相对地间均分布对地电容，故在相电压作用下 ，每相都有一个超前90度的电容电流流向地，同时这三个电容电流数值相等，相位相差 120度，其矢量和为零，故中性点电位也为零。假设该线路A相发生单相金属性接地时，则A相对地电压瞬间变为为零，其他两相对地电压瞬间升高为线电压，此时三相间的线电压不变，这种情况下对负荷的供电工况没有影响。按规程规定还可继续运行2h，而不必切断电路，这也是采用中性点不接地的主要优点。但由于其他两相电压升高，线路的绝缘受到考验，有发展为两点或多点接地的可能，必须及时发出信号，通过值班人员进行处理，此时零序过流保护便发挥作用，它通过零序电流互感器采集零序电流信号，利用定时限过流保护逻辑。发出零序电流保护动作信号。

四、结论

要了解继电设备技术发展趋势，采用新的技术对设备进行监管和维护。在电力事业高度发展，继电保护日益严峻，继电保护设备不够完善的情况下，必须加强对新技术的应用，唯此才能保证保护装置的科学有效，在电力系统的保护中发挥应有的贡献。

参考文献：

[1] 贺家李.李永丽.董新洲.李斌, 电力系统继电保护原理. 中国电力出版社，2009

[2] 惠杰，继电保护调试与回路故障排查实例. 中国电力出版社，2019

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