城市电网10kV配电系统继电保护的分析

曾枝

（广东鹰视能效科技有限公司）

1 引言

由于电力系统的发电、变电、输电、配电和用电等五个环节都需要依赖于城市电网10kV配电系统这一关键性的环节。因此，它能否安全、稳定、可靠的运行，不仅关系着政府、企业以及居民的日常工作生活秩序，更与社会的经济建设和社会建设有着直接的关系，为了城市的正常安全生产活动的进行，应对城市电网10kV配电系统继电保护装置进行系统化的了解。但在当今城市生产生活中，仍存在着许多安全隐患，在一定程度上危及着人们的生产生活，更有甚者，演变为巨大的灾害，危及人们的生命和财产安全。

2 配电系统继电保护概述

继电保护的主要作用就是防止因短路故障或不正常运行状态造成电气设备或供配电系统的损坏，从而提高供电的可靠性。因此，电保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容；继电保护装置就是能反映供配电系统中电气设备发生的故障或不正常运行状态，并能动作与断路器跳闸或启动信号装置发出预警信号的一种装置。其过流保护装置的接线方式如图1所示。

图1 过流保护装置的接线方式

3 10kV配电系统继电保护的基本类型

一座城市的电力系统是否安全、可靠运行在很大程度上依靠于城市电网10kV配电系统继电保护装置的性能好坏。电力系统本身是一个系统化，程序化的科学装置。正如图2所示，在一个电力系统中一旦出现短路的故障，电压和电流会发生相应的变化，具体表现在：电流急剧增大、电压急剧下降同时电压与电流的相位角会发生变化。因此，在进行城市配电系统继电保护装置设计时可结合电路本身带有的物理特性，进行科学合理的设计，从而满足不同环境下的配电网保护装置的要求。城市电网10kV配电系统继电保护装置主要包括过负荷保护、电流速断保护、反时限过电流保护、零序电流保护以及定时限过电流保护等几种保护措施。这些保护装置对电路系统中的过电压及低电压进行保护，在反映电流变化的同时也反映着电压与电流之间相位角的变化。

4 城市电网10kV配电系统对其继电保护装置的要求

4.1 具有良好的速动性

速动性是指保护装置在电路发生短路故障时能够尽快切断短路故障。其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，从而缩小故障波及范围，提高自动重合阀和备用电源或备用设备自动投入的效果等。在电路系统发生故障时，保护装置应及时快速的切断故障线路，以免波及其他正常运行的线路，避免发生重大灾害同时在一定情况下允许保护装置带有一定的延时切除故障。因此，城市电网10kV配电系统对其继电保护装置应具有良好的速动性的要求，同时应根据电力系统接线以及被保护元件的具体情况对继电保护装置的速动性进行测评。

4.2 具有较高的灵敏性

灵敏性是指针对在设别或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，从而保证在配电系统中出现故障的原件能够被迅速检测出来并做出切断处理。衡量继电保护装置灵敏性的数值成为继电保护的灵敏系数，即在电路发生故障时通过装置的故障量和给定的装置起动值之比。它是考核继电保护灵敏性的具体指标，在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。继电保护愈灵敏，愈能可靠地发映出要求动作的故障或异常状态，但同时也愈易于在非要求动作的情况下产生无动作，因而与继电保护装置要求的选择性发生矛盾，需要协调处理。事实上，在配电系统中，配电保护装置的灵敏性越强，安全保障也就越高，从而可以为配电系统提高维护效率提供有利的的信息情报。

图2 10kV配电室及变压器继电保护二次线路原理图

4.3 具有较强的可靠性

可靠性是指继电保护装置保护该动作是进行相应的动作，不该动作是阻止相应的定做，从而可以确保故障设备和线路的处于安全状态。自动化装置与继电保护的可靠性主要来源于设备本身的可靠性和设备功能的可靠性，因此，从这一方面来说，设备的误动和拒动几率是其具体表现。通常来说，单一指标无法系统衡量一个继电保护装置的可靠性，一般需要几个指标综合进行衡量评估。可靠性评估的三个基本指标分别是平均无故障工作时间、有效度和成功率，根据这三个指标有效评估出自动化装置与继电保护的可靠性是机电保护装置的关键所在。

4.4 具有可选择性

选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障，从而避免大规模停电的发生。通常，一个配电系统继电保护装置的选择性是由保护方案和整体计算所决定的。为使继电保护装置在供电系统中发生故障时有选择可靠地切除障碍，把停电影响范围尽可能的缩小，保证非故障设备能继续正常运行，有三种方法可以实现：

（1）按整定动作电流配合，使上下级相邻保护装置的动作电流之比不小于2。

（2）按动作整合时间配合，使上下级相邻保护装置的动作实时限有一定的级差，定时限级差应大于0.5s，定时限与反时限之间极差应为0.7s以上。

（3）当时限极差不能满足选择性要求时，可采用相对闭锁、自动重合闸或备用电源自动投入装置加以弥补。

5 电流保护分析

5.1 定时限过电流保护

为了实现过电流保护动作的选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行整合，即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间是恒定不变的，与短路电流的大小无关，具有这种动作时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。

5.2 定时限过电流保护工作原理

正如图3所示：电流互感器1KA、2KA：电流继电器WBC：控制小母线FU1、FU2：控制回路熔断器SA：分合闸操作开关R：信号灯串联电阻HL-G：绿色信号灯HL-R：红色信号灯YA-N：断路器合闸线圈YA-F：断路器跳闸线圈QF：断路器辅助接点1KS、2KS：信号继电器KM：中间继电器KT：时间继电器1XB、2XB：掉闸压板定时限过流保护动作原理：定时限过流保护，其动作时限与故障电流之间的关系表现为定时限特性，即继电器保护动作时限与系统短路电流的数值大小无关，只要系统故障电流转换成保护装置中的电流，达到或超过保护的整定电流值，继电保护就以固有的整定时限动作，使断路器掉闸，切除故障。当主电路出现过电流时，电流继电器3KA或4KA线圈获电，继电器的常开触点闭合，使时间继电器KT开始计时，计时结束。KT的常开触点（延时）闭合，并接通信号继电器2KS及跳闸线圈YA-F，从而实现断路器掉闸。速断保护是由电流继电器1KA或2KA控制中间继电器KM动作的（动作无延时），当1KA或2KA常开触点闭合，KM线圈获电后，KT的常开触点闭合，并接通信号继电器1KS及跳闸线圈YA-F，从而实现断路器掉闸。电流回路中，1KC、2KC为速断保护元件，有较大的整定电流。3KC、4KC为过电流保护元件，有较小的整定电流。串接于同一电流互感器回路。在正常情况下，继电器均流过负荷电流，由于负荷电流小于速断保护元件和过电流保护元件的整定值，继电器不起动，保护不动作，断路器不跳闸。当变压器低压出线发生短路故障时，3KC（4KC）起动，接通时间元件KT，开始汁算时间，过电流保护元件动作顺序如下：3KC（4KC）→KT（线圈）→KT延时闭合接点→2KS→2XB→YR变压器高压侧断路器跳闸。当变压器高压侧发生短路故障时，速断保护元件1KC、2KC起动，速断保护元件动作顺序如下：1KC（2KC）→KA→1KS→lXB→YR断路器跳闸，切除故障点。

图3 定时限过电流保护原理图

6 结束语

发展水平的提高，城市化进程的不断加快，保证城市用电系统的有序运行是经济社会发展的关键所在。城市电网10kV配电系统继电保护装置是有效预防电网突发事件产生，将危险因子扼制在萌芽状态的核心。在城市电网10kV配电系统中，各种类型的电气设备通过电气线路紧密地联合在一起，因此，应正确设置利用继电保护装置来促进经济发展。

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[3]卢志刚，陈伟坤，张晓辉，张丹，马丽叶.城市电网输配全局最大供电能力分析[J].电网技术，2015，39（06）：1623～1630.