10kV電力系統繼電保護裝置配置設計研究

王 鵬

(中山市長征電力安裝工程有限公司，廣東 中山 528400)

1 繼電保護裝置的設計的基本要點

（1）選擇性：當供電系統中發生故障時，繼電保護裝置應能有選擇性地將故障部分切除。也就是它應該首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統中其它非故障部分能繼續正常運行。系統中的繼電保護裝置能滿足上述要求的，就稱為有選擇性；否則就稱為沒有選擇性。

（2）靈敏性：靈敏性系指繼電保護裝置對故障和異常工作狀況的反映能力。繼電保護裝置對于保護范圍內發生的故障和不正常工作狀態，其裝置中保護機構的動作靈敏度稱為靈敏性。靈敏性以靈敏系數來表述。

（3）速動性：速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障。當系統內發生故障時，保護裝置快速切除故障，使短路點附近的母線電壓降低的時間縮短，以減少對用電設備的影響。如果故障能在0.2s內切除，則一般電動機就不會停轉。速動性還可減少故障回路電氣設備遭受損壞的程度，縮小故障影響的范圍，提高電力系統運行的穩定性。

（4）可靠性：保護裝置應能正確的動作，并隨時處于準備狀態。如不能滿足可靠性的要求，保護裝置反而成為了擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性，則要求保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試要正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質量要可靠、運行維護要得當、系統應盡可能的簡化有效，以提高保護的可靠性。

2 10kV繼電保護裝置設計過程中的常見問題

2.1 線路中勵磁涌流問題

（1）線路中勵磁涌流對繼電保護裝置的影響。10kV線路裝有大量的配電變壓器，在線路投入時，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護由于要兼顧靈敏度，動作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統阻抗大時更明顯。勵磁涌流值可能會大于裝置整定值，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數少、容量小以及系統阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數及容量增大后，就可能出現。很多時候變電所增容后出現10kV線路由于涌流而無法正常投入的問題。

（2）防止涌流引起誤動的方法。勵磁涌流有一明顯的特征，就是它含有大量的二次諧波，在主變主保護中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護誤動作，但如果用在10kV線路保護，必須對保護裝置進行改造，會大大增加裝置的復雜性，因此實用性很差。勵磁涌流的另一特征就是它的大小隨時間而衰減，一開始涌流很大，一段時間后涌流衰減為零，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這種方法最大優點是不用改造保護裝置(或只作簡單改造)，雖然會增加故障時間，但對于象10kV這些對系統穩定運行影響較小的地方還是適用。為了保證可靠的躲過勵磁涌流，保護裝置中加速回路同樣要加入延時。在10kV線路電流速斷保護及加速回路中加入了0.15~0.2s的時限，能很好地避免由于線路中勵磁涌流造成保護裝置誤動作。

2.2 TA飽和問題

（1）TA飽和對保護的影響。10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網中的變電所，它們往往遠離電源，系統阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統規模及運行方式不同而不同。隨著系統規模的不斷擴大，10kV系統短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個暫態過程，短路電流中含大量非周期分量，又進一步加速TA飽和。在10kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，故障要由母聯斷路器或主變后備保護來切除，不但延長了故障時間，使故障范圍擴大，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。

(2)避免TA飽和的方法。TA飽和其實就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應電勢成正比，因此，如果TA二次負載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應電勢就大，或在同樣的負載阻抗下，二次電流越大，感應電勢就越大，這兩種情況都會使鐵芯中磁通密度大，磁通密度大到一定值時，TA就飽和。TA嚴重飽和時，一次電流全部變成勵磁電流，二次側感應電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護裝置就會拒動。

避免TA飽和主要從兩個方面入手，一是在選擇TA時，變比不能選得太小，要考慮線路短路時TA飽和問題，一般10kV線路保護TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面；對于綜合自動化變電所，10kV線路盡可能選用保護測控合一的產品，并在控制屏上就地安裝，這樣能有效減小二次回路阻抗，防止TA飽和。

3 所用變保護

（1）所用變保護存在的問題。所用變是一比較特殊的設備，容量較小但可靠性要求非常高，而且安裝位置也很特殊，一般就接在10kV母線上，其高壓側短路電流等于系統短路電流，可達十幾kA，低壓側出口短路電流也較大。人們一直對所用變保護的可靠性重視不足，這將對所用變直至整個10kV系統的安全運行造成很大的威脅。

傳統的所用變保護使用熔斷器保護，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統短路容量的增大以及綜合自動化的要求，這種方式已逐漸滿足不了要求?，F在新建或改造的變電所，特別是綜合自動化所，大多配置所用變開關柜，保護配置也跟10kV線路相似，而人們往往忽視了保護用的TA飽和問題。由于所用變容量小，一次額定電流很小，同時往往保護計量共用TA，為確保計量的準確性，設計時TA變比會選得很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當所用變故障時，TA將嚴重飽和，感應到二次回路電流幾乎為零，使所用變保護裝置拒動。如果是高壓側故障，短路電流足以使母聯保護或主變后備保護動作而斷開故障，如果是低壓側故障，短路電流可能達不到母聯保護或主變后備保護的啟動值，使得故障無法及時切除，最終燒毀所用變，嚴重影響變電所的安全運行。

（2）解決辦法。解決所用變保護拒動問題，應從合理配置保護入手，其TA的選擇要考慮所用變故障時飽和問題，同時，計量用的TA一定要跟保護用的TA分開，保護用的TA裝在高壓側，以保證對所用變的保護，計量用TA裝在所用變的低壓側，以提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護可按所用變低壓出口短路進行整定，過負荷保護按所用變容量整定。

10kV供電系統是電力系統的一部分。它能否安全、穩定、可靠地運行，不但直接關系到企業用電的暢通，而且涉及到電力系統能否正常的運行。因此要全面地理解和執行地區電業部門的有關標準和規程以及相應的國家標準和規范,做好繼電保護裝置設計。