10kV配电线路的故障诊断及继电保护问题研究

郑 伟

（宁夏电力公司 银川供电局灵武市供电局，宁夏 灵武750400）

0 引言

电力系统是一个复杂的系统， 除正常运行方式的变化外，系统中还可能发生各种类型的故障，故障可能是瞬时的或永久的，故障又可能是金属性短路也可能是经过过渡电阻短路等，要适应电力系统的变化是十分困难的任务。

1 10kV 配电线路的不正常工作状态及故障的分析与检测

1.1 10kV 配电线路的不正常工作状态及故障的现象与危害

1.1.1 10kV 配电线路的不正常工作状态

1）过电流，也称过负荷，即负荷超过电气设备的额定值；

2）电压升高超过额定值；

3）电压降低；

4）电力电缆绝缘老化。

1.1.2 10kV 配电线路单相接地故障的特点

我国10kV 及以下系统一般采用中性点不接地方式运行。 这样的系统中，正常运行时三相系统是对称的，三相对地之间均匀分布的电容相等，在相电压作用下，三个相分别有一个超前于相应的相电压90°的电容电流流入地中。 这三个电容电流数值相等，相位相差120°，其和为0，此时地中没有电容电流通过。 由于电源及负载都是对称的，电源中性点和对称星形电容的中性点同电位，即电源中性点对地电压为0，各相对地电压等于各相电压。

线路发生单相接地短路时，接地相对地电压为0，对地电容被短接，其它两相对地电压升高倍。 此时从故障点流向故障相的电容电流为两非故障相电容电流的向量和，既是正常运行时三相对地电容电流的算数和。 因单相接地不构成回路，故障的电容电流不大，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电没有影响，还可继续运行1-2 小时而不必立即跳闸，这是配电网中性点不接地的主要优点。 但是在发生单相接地后， 非故障相的相对地电压升高了倍，有发展性故障发生的可能， 为防止故障扩大应及时发出信号，以便运行人员采取措施消除故障。

1.1.3 10kV 配电线路的常见短路、断线故障及危害

在中性点不接地系统中故障的主要形式是各种相间短路：三相短路、两相短路、两相接地短路，其中最严重的故障是三相短路。 短路故障的危害严重：短路电流可达额定电流的几倍至几十倍，使故障支路内的电气设备遭到破坏或缩短其寿命；短路电流引起的强烈电弧可能烧毁故障元件或周围设备等；短路时系统电压大幅度下降，破坏用户的正常工作，严重时可能引起电压崩溃，造成大面积停电；短路故障可能引起系统振荡，甚至系统的瓦解。 另外输电线路还可能发生断线故障。 三相电压不对称引起的负序电流造成三相电动机电流不对称，引起过热，负序磁场还使转子损耗加大，最小转矩减小，使电机效率、过载能力降低。

1.2 产生故障的原因简析

电力系统故障可分为暂时性故障和永久性故障。 暂时性故障是指故障线路断开电源电压后，故障点的绝缘强度能够自行恢复，如果重新将此线路合闸，线路将能够恢复正常运行的情况。 产生这类故障的原因有雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起树枝碰线等。 所谓永久性故障是指在断开电源电压后，故障仍然存在的情况。 这类故障的产生原因有绝缘子的击穿或损坏，线路倒杆，电缆线路绝缘击穿，两相线路之间金属性短接，线路某处断线，人为误操作等。

1.3 检测10kV 配电线路运行状态的技术方法

在大容量、高电压的电力系统中，通常采用互感器对一次系统进行检测，在互感器的二次侧接测量、保护装置。 互感器的原副边只有磁的联系，没有电的联系，将高压电路与二次设备隔离，保证了二次设备调试和检修时的安全。

互感器分为电压互感器和电流互感器。 电流互感器将大电流变成小电流，为实现继电器生产标准化，其二次额定值统一为5A。 电压互感器将高电压变成低电压，其二次额定值统一为100V。 互感器二次侧应有可靠的保护接地， 以防止一、二次线圈间的绝缘损坏时，高电压对二次设备和人员的危害。 一般在设计电力系统时已将电压及电流互感器设计在系统中。 为检测零序电流量，在线路上装设零序电流互感器。10kV 线路一般为电缆线路，在安装零序电流互感器时，电缆头应与支架绝缘，并将电缆头的接地线穿过零序电流互感器的铁心窗口再接地，这样沿电缆外皮流动的电流两次穿过铁芯，互相抵消，在铁芯中不会产生磁通，不至于影响保护的正确工作。

2 10kV 配电线路继电保护装置的基本功能与参数

10kV 配电线路直接向用户供电，负荷回路多，环境污染大，致使故障率高。 线路上一旦发生故障后，需要迅速获取信息，正确识别故障类型和故障地点有选择地快速动作，将由故障所造成的损失降到最小，尽量缩短停电时间。 故障发生后，要求快速保护动作的时间约为0.1s，这样小的时限，由运行人员手动操作根本反应不过来，所以线路上应装设一套自动保护装置。 在实际生产运行中，因保护不完善或不可靠给国民经济造成的损失，一般会大大超过即使是最复杂的保护装置的投资，在保护设置时应尽量完善，各种保护方式之间相互配合，共同实现整套保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 装置在正常运行时实时监视系统运行参数，使运行人员及时掌握系统运行状况，合理分配有功功率，提高负荷的利用率，及时调整设备的运行，保证电能质量。

2.1 电流速断保护

短路电流愈靠近电源愈大，为了实现短路电流愈大愈应尽快切除，采用瞬时电流速断保护。 它反映相间短路时短路电流的增大而瞬时动作，整定值按躲过本线路末端短路时的最大短路电流来整定。 在最大运行方式时，能保护线路全长的50%，在最小运行方式下，能保护线路全长的15-20%即认为保护具有良好的效果。

2.2 过负荷保护

反应系统中负荷电流的不正常增高而动作，采用反时限延时，即动作电流愈大，过载倍数（β＝ I／Ie）愈高，保护的动作时限愈短。

2.3 零序电流保护

反应两相接地时的零序电流而动作的保护，其定值应按本线路末端两相接地时可能出现的最大零序电流整定。 当灵敏度不能满足要求时，可以再设一套整定值，按躲过本线路末端相间短路时所出现的最大的不平衡电流整定。

2.4 零序电压、电流监视

在中性点不接地系统中，任一点发生单相接地故障都会出现零序电压和零序电流，保护发出单相接地报警信号。

2.5 非全相保护

当线路一相或两相断线时保护动作， 将线路退出运行。其整定时间应躲过手动合闸时三相触头不同期时间。

2.6 低电压保护

当线路电压低于70%Ue时保护延时动作。

2.7 过电压保护

当线路电压高于125%Ue时保护延时动作。

3 结束语

总之，电力工业的重要性和电力生产的连续性就要求在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性、防患于未然以外，还应采取有效措施，当电力系统异常运行时及时发出报警信号提醒运行人员及时处理，一旦发生故障时，准确而迅速地将故障元件切除，避免事故的延伸和扩大。 这就要在电力系统的电气元件上装设自动保护装置。

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