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城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的分析探討論文
【摘要】文章介紹了城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的重要位置及城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本類型，著重介紹了幾種目前國(guó)內(nèi)常用的電流保護(hù)：反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)，并分析了各類保護(hù)裝置的基本構(gòu)成、保護(hù)范圍、動(dòng)作原理、配合方法、優(yōu)缺點(diǎn)，給出了詳細(xì)的整定計(jì)算過(guò)程。
【關(guān)鍵詞】配電系統(tǒng)；繼電保護(hù)；整定計(jì)算
城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等五個(gè)環(huán)節(jié)的一個(gè)重要組成部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到黨政機(jī)關(guān)、工礦企業(yè)、居民生活用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。
一、城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的重要位置
城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)由于其覆蓋的地域極其遼闊、運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發(fā)生是不能完全避免的。在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故，都有可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。例如，當(dāng)系統(tǒng)中的某工礦企業(yè)的設(shè)備發(fā)生短路事故時(shí)，由于短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)，往往造成電氣設(shè)備或電氣線路的致命損壞還有可能嚴(yán)重到使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行遭到破壞。為了確保城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確地設(shè)置繼電保護(hù)裝置。
二、城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本類型
城市電網(wǎng)10kV系統(tǒng)中裝設(shè)繼電保護(hù)裝置的主要作用是通過(guò)縮小事故范圍或預(yù)報(bào)事故的發(fā)生，來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，并最大限度地保證供電的安全和不間斷。
可以想象，在10kV系統(tǒng)中利用熔斷器去完成上述任務(wù)是不能滿足要求的。因?yàn)槿蹟嗥鞯陌裁胩匦圆簧跬晟疲绺邏弘娐分袕?qiáng)烈電弧的能力不足，甚至有使故障進(jìn)一步擴(kuò)大的可能；同時(shí)還延長(zhǎng)了停電的歷時(shí)。只有采用繼電保護(hù)裝置才是最完美的措施。因此，在10kV系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置就成了供電系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行的不可缺少的重要組成部分。
在電力系統(tǒng)中利用正常運(yùn)行和故障時(shí)各物理量的差別就可以構(gòu)成各種不同原理和類型的繼電保護(hù)裝置。如在城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是反映電流變化的電流保護(hù)：有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)和零序電流保護(hù)等，還有既反映電流的變化又反映電壓與電流之間相位角變化的方向過(guò)電流保護(hù)；利用故障接地線路的電容電流大于非故障接地線路的電容電流來(lái)選擇接地線路，一般均作用于發(fā)信號(hào)，在部分發(fā)達(dá)城市因電容電流較大10kV配網(wǎng)系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式，此時(shí)零序電流保護(hù)直接作用于跳閘。
三、幾種常用電流保護(hù)的分析
�。ㄒ唬┓磿r(shí)限過(guò)電流保護(hù)
繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短；短路電流越小，動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)，這種保護(hù)就叫做反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)雖外部接線簡(jiǎn)單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，調(diào)試比較困難；在靈敏度和動(dòng)作的準(zhǔn)確性、速動(dòng)性等方面也遠(yuǎn)不如電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置。這種保護(hù)方式目前主要應(yīng)用于一般用戶端的進(jìn)線開(kāi)關(guān)處保護(hù)，不推薦使用在變電站10kV出線開(kāi)關(guān)處。
（二）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)
１.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小無(wú)關(guān)，時(shí)間是恒定的，時(shí)間是靠時(shí)間繼電器的整定來(lái)獲得的。時(shí)間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這種保護(hù)方式就稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。
�。�.繼電器的構(gòu)成。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動(dòng)元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作，須設(shè)置直流屏。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)簡(jiǎn)單可靠、完全依靠選擇動(dòng)作時(shí)間來(lái)獲得選擇性，上、下級(jí)的選擇性配合比較容易、時(shí)限由時(shí)間繼電器根據(jù)計(jì)算后獲取的參數(shù)來(lái)整定，動(dòng)作的選擇性能夠保證、動(dòng)作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。這種保護(hù)方式一般應(yīng)用在電力系統(tǒng)中變配電所，作為10kV出線開(kāi)關(guān)的電流保護(hù)。
３.定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的基本原理。在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時(shí)間繼電器和一只信號(hào)繼電器構(gòu)成。保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間只決定于時(shí)間繼電器的預(yù)先整定的時(shí)間，而與被保護(hù)回路的短路電流大小無(wú)關(guān)，所以這種過(guò)電流保護(hù)稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。
�。�.動(dòng)作電流的整定計(jì)算。過(guò)流保護(hù)裝置中的電流繼電器動(dòng)作電流的整定原則，是按照躲過(guò)被保護(hù)線路中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來(lái)考慮的。也就是只有在被保護(hù)線路故障時(shí)才啟動(dòng)，而在最大負(fù)荷電流出現(xiàn)時(shí)不應(yīng)動(dòng)作。為此必須滿足以下兩個(gè)條件：
�。�1）在正常情況下，出現(xiàn)最大負(fù)荷電流時(shí)（即電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和自啟動(dòng)電流，以及用戶負(fù)荷的突增和線路中出現(xiàn)的尖峰電流等）不應(yīng)動(dòng)作。即：
Idz＞Ifh.max
式中Idz：過(guò)電流保護(hù)繼電器的一次動(dòng)作電流；Ifh.max：最大負(fù)荷電流
�。�2）保護(hù)裝置在外部故障切除后應(yīng)能可靠地返回。因?yàn)槎搪冯娏飨Ш�，保護(hù)裝置有可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流，為保證選擇性，已動(dòng)作的電流繼電器在這時(shí)應(yīng)當(dāng)返回。因此保護(hù)裝置的一次返回電流If應(yīng)大于最大負(fù)荷電流Ifh.max。即：
If＞Ifh.max
因此，定時(shí)限過(guò)電流裝置電流繼電器的動(dòng)作電流Idz.j為：
Idz.j=（Kk.Kjx/Kf.Nlh）.Ifh.max
式中Kk：可靠系數(shù)，考慮到繼電器動(dòng)作電流的誤差和計(jì)算誤差而設(shè)。一般取為1.15～1.25
Kjx——由于繼電器接入電流互感器二次側(cè)的方式不同而引入的一個(gè)系數(shù)。電流互感器為三相完全星形接線和不完全星形接線時(shí)Kjx=1；如為三角形接線和兩相電流差接線時(shí)Kjx=√3
Kf：返回系數(shù)，一般小于1；
Nlh：電流互感器的變比。
�。ㄈ﹦�(dòng)作時(shí)限的整定原則
為使過(guò)電流保護(hù)具有一定的選擇性，各相臨元件的過(guò)電流保護(hù)應(yīng)具有不同的動(dòng)作時(shí)間。各級(jí)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限是由末端向電源端逐級(jí)增大的�？墒�，越靠近電源端線路的阻抗越小，短路電流將越大，而保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。也就是說(shuō)過(guò)電流保護(hù)存在著缺陷。這種缺陷就必須由電流速斷保護(hù)來(lái)彌補(bǔ)不可。
（四）過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍
過(guò)流保護(hù)可以保護(hù)設(shè)備的全部，也可以保護(hù)線路的全長(zhǎng)，還可以作為相臨下一級(jí)線路穿越性故障的后備保護(hù)。
四、電流速斷保護(hù)
（一）電流速斷保護(hù)
電流速斷保護(hù)是一種無(wú)時(shí)限或略帶時(shí)限動(dòng)作的一種電流保護(hù)。它能在最短的時(shí)間內(nèi)迅速切除短路故障，減小故障持續(xù)時(shí)間，防止事故擴(kuò)大。電流速斷保護(hù)又分為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)兩種。
（二）電流速斷保護(hù)的構(gòu)成
電流速斷保護(hù)是由電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動(dòng)元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)構(gòu)成的。它一般不需要時(shí)間繼電器。它是按一定地點(diǎn)的短路電流來(lái)獲得選擇性動(dòng)作，動(dòng)作的選擇性能夠保證、動(dòng)作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。
�。ㄈ┧矔r(shí)電流速斷保護(hù)的整定原則和保護(hù)范圍
瞬時(shí)電流速斷保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)的區(qū)別，在于它的動(dòng)作電流值不是躲過(guò)最大負(fù)荷電流，而是必須大于保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大短路電流。當(dāng)在被保護(hù)線路外部發(fā)生短路時(shí)，它不會(huì)動(dòng)作。
�。ㄋ模┧矔r(shí)電流速斷保護(hù)的基本原理
瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理與定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)基本相同。只是由一只電磁式中間繼電器替代了時(shí)間繼電器。
�。ㄎ澹┞詭r(shí)限的電流速斷保護(hù)
瞬時(shí)電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速，但只能保護(hù)線路的首端。而定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，但動(dòng)作時(shí)限太長(zhǎng)。因此，它的保護(hù)范圍就必然會(huì)延伸到下一段線路的始端去。這樣，當(dāng)下一段線路始端發(fā)
生短路時(shí)，保護(hù)也會(huì)起動(dòng)。為了保證選擇性的要求，須使其動(dòng)作時(shí)限比下一段線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)大一個(gè)時(shí)限級(jí)差，其動(dòng)作電流也要比下一段線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流大一些。略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)可作為被保護(hù)線路的主保護(hù)。
五、三（兩）段式過(guò)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(zhǎng)，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(guò)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(zhǎng)。
目前在實(shí)際應(yīng)用中，為簡(jiǎn)化保護(hù)配置及整定計(jì)算，同時(shí)對(duì)線路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù)，常把瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。
六、結(jié)語(yǔ)
在城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過(guò)電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。隨著電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，為了確保10KV供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確地設(shè)置繼電保護(hù)裝置并準(zhǔn)確整定各項(xiàng)相關(guān)定值。
【參考文獻(xiàn)】
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