基于電力局10kV線路的繼電保護(hù)的應(yīng)用

嚴(yán)健

摘 要：電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。本文主要對(duì)10kV線路的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行了詳細(xì)分析，重點(diǎn)對(duì)三段式過電流保護(hù)裝置及零序電流保護(hù)進(jìn)行分析。并對(duì)當(dāng)前10kV系統(tǒng)繼電保護(hù)的綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞: 10kV系統(tǒng) 繼電保護(hù) 綜合評(píng)價(jià)

1、10kV線路常出現(xiàn)的故障及危害

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)顯示,10kV配電線路出現(xiàn)故障80%以上為單相接地,而單相接地的原因主要是導(dǎo)線斷線、絕緣子擊穿和樹木短接。單相接地對(duì)變電設(shè)備及配電設(shè)備的主要危害是：10kV配電線路發(fā)生單相接地故障后，變電站10kV母線上的電壓互感器在開口三角上產(chǎn)生零序電壓，電壓互感器鐵芯飽和，勵(lì)磁電流增加，如果長時(shí)間運(yùn)行，將燒毀電壓互感器，造成設(shè)備損壞。且可能產(chǎn)生幾倍于正常電壓的諧振過電壓，危及變電設(shè)備的絕緣，嚴(yán)重者使變電設(shè)備絕緣擊穿，造成更大事故。另過電壓將進(jìn)一步使線路上的絕緣子絕緣擊穿，造成嚴(yán)重的短路事故，同時(shí)可能燒毀部分配電變壓器，使線路上的避雷器、熔斷器絕緣擊穿、燒毀,也可能發(fā)生電氣火災(zāi)。

2、10kV線路應(yīng)配置的繼電保護(hù)

一般10kV線路屬于單電源輻射性網(wǎng)架，而且有的農(nóng)配網(wǎng)線路所帶分支較多，隨著農(nóng)村電網(wǎng)的改造，10kV電網(wǎng)的保護(hù)水平有了很大提高，大大減輕了變電所10kV出線保護(hù)對(duì)該級(jí)電網(wǎng)的遠(yuǎn)后備的負(fù)擔(dān)，而我公司變電站10kV線路保護(hù)裝置產(chǎn)品有北京四方、南瑞繼保、國電南瑞等公司產(chǎn)品。保護(hù)功能有三段式定時(shí)限過流、三段式定時(shí)限零序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、合閘加速保護(hù)、低周減載保護(hù)、三相一次重合閘等。因此足以滿足要求。因10kV線路T接線路較多，而且線路較短，在線路首端與末端短路時(shí)，短路電流值差別不大，若采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，它的保護(hù)范圍可能為零，保護(hù)整定計(jì)算很難滿足選擇性要求，我公司的一些35KV變電所10kV 饋線就有這種情況，在整定計(jì)算這幾條饋線的保護(hù)定值時(shí)，為了使保護(hù)接線簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、可靠，又因這幾條饋線屬電網(wǎng)的終端線路，而且采用線路一變壓器組接線方式，見圖1。

圖1線路一變壓器組接線方式

因此可以把它們當(dāng)成特殊情況來處理，把線路一變壓器組看成一個(gè)整體，速斷保護(hù)的動(dòng)作電流可以按躲過變壓器低壓側(cè)線路出口處短路的條件來整定，從而使無時(shí)限電流速斷保護(hù)可以保護(hù)線路的全長。當(dāng)然也可以將第1段配置電流限時(shí)速斷，如果靈敏度校驗(yàn)不能滿足要求時(shí)，一般可采用降低起動(dòng)電流延長保護(hù)范圍的方法來解決。這時(shí)，為了與相鄰線路帶電流速斷保護(hù)有選擇性地配合，其動(dòng)作時(shí)限的選擇應(yīng)比相鄰線路帶時(shí)限電流速斷的時(shí)限大一個(gè)Δt，一般取0.3-0.5s，即t1II=t2II+Δt。帶時(shí)限電流速斷保護(hù)可以作為本線路無時(shí)限電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，即近后備。但是，由于它的動(dòng)作范圍只能包含相鄰統(tǒng)一線路的一部分，因此，還必須裝設(shè)過電流保護(hù)作為本線路主保護(hù)的近后備和相鄰線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。過電流保護(hù)其起動(dòng)電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，由于10kV線路負(fù)荷變化較大，若過流定值整定大，靈敏度不夠；若過電流定值整定小，在系統(tǒng)過負(fù)荷時(shí)則容易誤動(dòng)。所以，加裝低電壓起動(dòng)元件來提高過電流保護(hù)靈敏度，以系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不管負(fù)荷電流多大，母線上的電壓都很高，低電壓繼電器不會(huì)動(dòng)作，即使過電流繼電器動(dòng)作，保護(hù)裝置也不會(huì)動(dòng)作，所以計(jì)算電流元件的起動(dòng)電流時(shí)，可以不躲過最大負(fù)荷電流，而只躲過正常工作電流，一般用電氣設(shè)備的額定電流Ie來計(jì)算即可，這樣，大大降低了保護(hù)裝置的起動(dòng)電流，從而提高了靈敏度。

3、10kV線路的過電流保護(hù)

3.1零序電流保護(hù)

電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，有中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)直接接地三種方式。10kV系統(tǒng)采用的是中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，三相是對(duì)稱的，三相對(duì)地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個(gè)超前900的電容電流流入地中。這三個(gè)電容電流數(shù)值相等、相位相差1200，其和為零.中性點(diǎn)電位為零。

假設(shè)A相發(fā)生了一相金屬性接地時(shí)，則A相對(duì)地電壓為零，其他兩相對(duì)地電壓升高為線電壓，三個(gè)線電壓不變。這時(shí)對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響。按規(guī)程規(guī)定還可繼續(xù)運(yùn)行2h，而不必切斷電路。這也是采用中性點(diǎn)不接地的主要優(yōu)點(diǎn)。但其他兩相電壓升高，線路的絕緣受到考驗(yàn)、有發(fā)展為兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地的可能。應(yīng)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，通知值班人員進(jìn)行處理。10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)一相接地時(shí)，利用三相五鐵心柱的電壓互感器(PT)的開口三角形的開口兩端有無零序電壓來實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)察。它可以在PT柜上通過三塊相電壓表和一塊線電壓表(通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可觀察三個(gè)線電壓)看到“一低、兩高、三不變”。接在開口三角形開口兩端的過電壓繼電器動(dòng)作，其常開接點(diǎn)接通信號(hào)繼電器，并發(fā)出預(yù)告信號(hào)。采用這種裝置比較簡(jiǎn)單，但不能立即發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)，因?yàn)橹灰W(wǎng)絡(luò)中發(fā)生一相接地，則在同一電壓等級(jí)的所有工礦企業(yè)的變電所母線上，均將出現(xiàn)零序電壓，接有帶絕緣監(jiān)視電壓互感器的電力用戶都會(huì)發(fā)出預(yù)告信號(hào)。也就是說該裝置沒有選擇性。為了查找接地點(diǎn)，需要電氣人員按照預(yù)先制定的“拉路序位圖”，依次拉路查找，并隨之合上未接地的回路，直到找到接地點(diǎn)為止?？梢钥闯?，這種方法費(fèi)力、費(fèi)時(shí)、安全性差，在某些情況下這樣做還是不允許的。因此，這種裝置存在一定的缺陷。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜、出線較多、可靠性要求高，采用絕緣監(jiān)察裝置是不能滿足運(yùn)行要求時(shí)，可采用零序電流保護(hù)裝置。它是利用接地故障線路零序電流較非接地故障線路零序電流大的特點(diǎn)構(gòu)成的一種保護(hù)裝置。零序電流保護(hù)一般使用在有條件安裝零序電流互感器的電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路上。當(dāng)在電纜出線上安裝零序電流互感器時(shí)，其一次側(cè)為被保護(hù)電纜的三相導(dǎo)線，鐵心套在電纜外，其二次側(cè)接零序電流繼電器。當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生相間短路時(shí)，一次側(cè)電流為零。二次側(cè)只有因?qū)Ь€排列不對(duì)稱而產(chǎn)生的不平衡電流。當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，零序電流反映到二次側(cè)，并流入零序電流繼電器，使其動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。在安裝零序電流保護(hù)裝置時(shí)，特別注意的一點(diǎn)是:電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵心。這是由于被保護(hù)電纜發(fā)生一相接地時(shí)，全靠穿過零序電流互感器鐵心的電纜頭接地線通過零序電流起作用的。否則互感器二次側(cè)也就不能感應(yīng)出電流，因而繼電器也就不可能動(dòng)作。不難理解，當(dāng)某一條線路上發(fā)生一相接地時(shí)，非接地線路上的零序電流為本身的零序電流。因此，為了保證動(dòng)作的選擇性，在整定時(shí)，保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流Iop(E)應(yīng)大于本線路的電容電流，即:

Iop(E)=Krel*3Up*??Co=Krel*Io

式中Iop(E)—保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流:

Krel一一可靠系數(shù)，如無延時(shí)，考慮到不穩(wěn)定間歇性電弧所發(fā)生的振蕩涌流時(shí)，取4~5:如延時(shí)為0.5s時(shí)，則取1.5~2;

Up—相電壓值;

Co—被保護(hù)線路每相的對(duì)地電容:

Io—被保護(hù)線路的總電容電流。

按上式整定后，還需校驗(yàn)在本線路上發(fā)生一相接地時(shí)的靈敏系數(shù)，Sp由于流經(jīng)接地線路上的零序電流為全網(wǎng)絡(luò)中非接地線路電容電流的總和，可用(Cs3Up*一Co)表示，因此靈敏系數(shù)為:

Sp=3 Up*??Cs一Co)/ Krel3Up??Co

=(Cs一Co)/ KrelCo

上式可改寫成:

Sp=Ios -I o/KrelIo= Ios-Io/Iop(E)

式中Cs一一同一電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，各元件每相對(duì)地電容之和;

Ios—與Cs相對(duì)應(yīng)的對(duì)地電容電流之和。對(duì)電纜線路取大于或等于1.25;架空線路取1.5;對(duì)于架空線路，由于沒有特制的零序電流互感器，如欲安裝零序電流保護(hù)，可把三相三只電流互感器的同名端并聯(lián)在一起，構(gòu)成零序電流過濾器，再接上零序電流繼電器。其動(dòng)作電流整定值中，要考慮零序電流過濾器中不平衡電流的影響。

3.2三段式過電流保護(hù)裝置

由于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，所以不能作為線路的主保護(hù)，而只能作為加速切除線路首端故障的輔助保護(hù):略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長，可作為本線路的主保護(hù)，但不能作為下一段線路的后備保護(hù);定時(shí)限過電流保護(hù)既可作為本級(jí)線路的后備保護(hù)(當(dāng)動(dòng)作時(shí)限短時(shí)，也可作為主保護(hù)，而不再裝設(shè)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。)，還可以作為相臨下一級(jí)線路的后備保護(hù)，但切除故障的時(shí)限較長。

一般情況下，為了對(duì)線路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù)，也常把瞬時(shí)電流速斷保護(hù)(或略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù))和定時(shí)限過電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。對(duì)于第一段電流保護(hù)，究竟采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，還是采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，可由具體情況確定。如用在線路—－變壓器組接線，以采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)為佳。因在變壓器高壓側(cè)故障時(shí)，切除變壓器和切除線路的效果是一樣的。此時(shí)，允許用線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，來切除變壓器高壓側(cè)的故障。也就是說，其保護(hù)范圍可保護(hù)到線路全長并延伸到變壓器高壓側(cè)。這時(shí)的第一段電流保護(hù)可以作為主保護(hù);第二段一般均采用定時(shí)限過流保護(hù)作為后備保護(hù)，其保護(hù)范圍含線路一變壓器組的全部。通常在被保護(hù)線路較短時(shí)，第一段電流保護(hù)均采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)作為主保護(hù);第二段采用定時(shí)限過流保護(hù)作為后備保護(hù)。

4、結(jié)束語

本文對(duì)10kv電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。對(duì)10kv系統(tǒng)中應(yīng)配置的繼電保護(hù)及過電流保護(hù)裝置進(jìn)行了說明。并提出了采用零序電流保護(hù)來進(jìn)行單相接地保護(hù)。