城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的分析探討

摘 要：基于城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的重要作用，本文系統(tǒng)地介紹了城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本概念、類型，以及城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中對繼電保護(hù)裝置在技術(shù)上的基本要求，并對繼電保護(hù)裝置的保護(hù)措施進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：城市電網(wǎng)配電系統(tǒng)繼電保護(hù)

中圖分類號：TM774文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X(2011)09(c)-0125-01

城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)中占據(jù)極十分重要的地位。作為城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)，其覆蓋范圍廣，所處的環(huán)境復(fù)雜，加上其他各種因素的影響，10kV配電系統(tǒng)發(fā)生故障不可避免。電力系統(tǒng)中的某一處發(fā)生事故，可能對整個電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響（當(dāng)系統(tǒng)中的工礦設(shè)備發(fā)生短路時，由于短路電流的熱效應(yīng)或者電動力效應(yīng)，常會造成電氣設(shè)備或電氣線路的嚴(yán)重?fù)p壞，甚至可能使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行遭到嚴(yán)重破壞。為保障城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)正常運(yùn)行，正確設(shè)置10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置十分關(guān)鍵。

1 10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的概念及類型

1.1 繼電保護(hù)的基本概念

繼電保護(hù)就是使用繼電保護(hù)裝置在供電系統(tǒng)中用來對一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制和保護(hù)。繼電保護(hù)能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)中電氣元件故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反映，使斷路器跳閘或發(fā)出信號，繼電保護(hù)裝置的任務(wù)是有選擇性、快速、靈敏、可靠地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免遭持續(xù)破壞，更要保障無故障部分能夠迅速恢復(fù)運(yùn)行，還能反映出電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件，發(fā)出減負(fù)荷或跳閘信號。

1.2 10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本類型

城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置是城市電力系統(tǒng)能否安全、可靠運(yùn)行的重要組成部分。電力系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)短路故障，電流會急劇增大、電壓急劇下降、電壓與電流相位角發(fā)生變化。基于上述物理量變化，利用故障時各物理量差別與正常運(yùn)行時的不同設(shè)計不同類型的繼電保護(hù)裝置，包括：城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的反映電流變化的電流保護(hù)（定時限過電流保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、電流繼電保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和零序電流保護(hù)等），反映電壓變化的電壓保護(hù)的過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù)，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電流保護(hù)；用于反應(yīng)系統(tǒng)中頻率變化的周波保護(hù)，專門反映變壓器溫度變化的溫度保護(hù)等。

2 城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)對繼電保護(hù)的基本要求

城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中對繼電保護(hù)裝置的基本要求，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即靈敏性、選擇性、可靠性和速動性，現(xiàn)分別介紹如下：

2.1 靈敏性

繼電保護(hù)靈敏性是指對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)。為滿足靈敏性要求，保護(hù)裝置應(yīng)在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)部故障時，無論短路點位置、短路類型，均可以對故障實現(xiàn)敏銳感覺和快速反應(yīng)。一般用靈敏系數(shù)Km來衡量保護(hù)裝置靈敏程度，靈敏系數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的故障類型和運(yùn)行方式進(jìn)行計算。

靈敏系數(shù)Km表達(dá)式如下：Km=Id.min/Idz

其中，Id.min為短路時的最小短路電流，Idz保護(hù)裝置一次動作電流。

靈敏系數(shù)越高，繼電保護(hù)裝置反映發(fā)生輕微故障能力就越強(qiáng)。不同繼電保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)不相同，對于10kV不接地系統(tǒng)的單相短路保護(hù)取單相接地電容電流最小值Ic.min。

2.2 選擇性

繼電保護(hù)選擇性指保護(hù)裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以此保障系統(tǒng)的無故障部分繼續(xù)順利運(yùn)行。城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)有短路故障保護(hù)，包含主保護(hù)和后備保護(hù)，可增設(shè)輔助保護(hù)來補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)。配電系統(tǒng)中的同一地點或不同地點裝有兩套保護(hù)，其中為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備的要求，能以較快動作有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)為主保護(hù)，而當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動時，用以切除故障的動作比較慢的保護(hù)為后備保護(hù)。

2.3 可靠性

繼電保護(hù)裝置可靠性是指在繼電保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或者非正常運(yùn)行情況時，能夠根據(jù)故障進(jìn)行快速反應(yīng)，不應(yīng)該拒絕動作，同時在其他繼電保護(hù)裝置不該動作時，不能誤操作。

2.4 速動性

速動性是為了實現(xiàn)快速切除故障，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低情況下的設(shè)備工作時間，盡可能地降低元件損壞程度。故障發(fā)生時，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動作，切除故障。電力系統(tǒng)在一些情況下，允許保護(hù)裝置帶有一定的延時切除故障。所以，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及被保護(hù)元件的具體情況來確定繼電保護(hù)速動性的具體要求。

3 繼電保護(hù)裝置的保護(hù)措施

隨著城市電力系統(tǒng)容量的持續(xù)擴(kuò)大和電壓等級的提升，為保障城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，繼電保護(hù)切除故障的時間也要求越來越短。目前，一般企業(yè)高壓供電系統(tǒng)中均為10kV系統(tǒng)，在靈敏度和動作的準(zhǔn)確性、速動性等方面都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)線開關(guān)處保護(hù)，不推薦使用在變電站10kV出線開關(guān)處。

因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素影響，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，故障中最常見的危害最大的是各種形式的短路，在電路設(shè)計方面，采用光電耦合器作為邏輯耦合器件，以便裝置在邏輯功能上具備整體性，電路結(jié)構(gòu)上具有獨(dú)立性因而不產(chǎn)生交叉干擾影響，采用穩(wěn)定可靠的直流電源，并分類獨(dú)立設(shè)置，根據(jù)各級保護(hù)的狀態(tài)作出邏輯分析和判斷，確定故障范圍并指令相應(yīng)開關(guān)切除故障，可使邏判功能定時限過流保護(hù)的Δt縮短到只需數(shù)毫秒，大大加快了切除故障的速度。

城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)中利用故障時物理量變化可構(gòu)成不同類型的繼電保護(hù)裝置。在城市住宅中，插座的選型、布置位置、數(shù)量和安裝高度都直接關(guān)系到住戶的使用效果，所有住宅規(guī)范要求的插座數(shù)量為最低標(biāo)準(zhǔn)，實際中根據(jù)需要適當(dāng)增加，并合理布置，住宅電氣設(shè)計首先應(yīng)根據(jù)各房間功能明確各個房間可能會有哪些家用電器，然后根據(jù)建筑平面圖，在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故都有可能對電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，電力系統(tǒng)發(fā)電，變電，輸電到配電這些都要嚴(yán)密的進(jìn)行。

4 結(jié)語

目前，隨著城市電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，為了保障城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，我們必須正確設(shè)置繼電保護(hù)裝置，并準(zhǔn)確整定各項相關(guān)定值，確保城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)的合理運(yùn)行。

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