1 10KV供電系統(tǒng)繼電保護在電力系統(tǒng)中的重要位置

隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益壯大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更顯復雜，提高電力系統(tǒng)的安全運行水平尤為重要。電力系統(tǒng)是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電氣設備按照一定的技術(shù)與經(jīng)濟要求有機組成的一個聯(lián)合系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設備通過電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。由于其覆蓋的地域極其遼闊、運行環(huán)境極其復雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發(fā)生是不可避免的。由于電力系統(tǒng)的特殊性，上述五個環(huán)節(jié)應是環(huán)環(huán)相扣、時時平衡、缺一不可，又幾乎是在同一時間內(nèi)完成的。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)的運行產(chǎn)生重大影響。繼電保護是確保電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要裝置，保護裝置動作的正確性將直接影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，稍有不慎就會導致事故的發(fā)生，只有對繼電保護裝置進行定期檢驗和維護，按時檢巡其運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，才能保證系統(tǒng)無故障設備正常運行，提高供電可靠性

例如，當電力系統(tǒng)的被保護元件(如發(fā)電機、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障時，繼電保護裝置應能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，防止故障范圍擴大，以保證無故障部分繼續(xù)保持正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)遭受損害;當電力系統(tǒng)的被保護元件出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置應能及時反應，根據(jù)運行維護條件，向運行值班人員發(fā)出聲光報警、圖文信息等警告信號。此時一般不要求保護系統(tǒng)迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度設定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。

10KV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門的有關(guān)標準和規(guī)程以及相應的國家標準和規(guī)范。

2 10KV系統(tǒng)中繼電保護的配置現(xiàn)狀

目前，一般企業(yè)高壓供電系統(tǒng)中均為10KV系統(tǒng)。除早期建設的10KV系統(tǒng)中，較多采用的是直流操作的定時限過電流保護和瞬時電流速斷保護外，近些年來飛速建設的電網(wǎng)上一般均采用了環(huán)網(wǎng)或手車式高壓開關(guān)柜，繼電保護方式多為交流操作的反時限過電流保護裝置。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，先后經(jīng)歷了50年代的機電式繼電保護時代、從60年代中到80年代中的晶體管式繼電保護時代、從80年代中到90年代中的集成電路式繼電保護時代、從90年代到現(xiàn)在的微機式繼電保護時代。很多重要企業(yè)為雙路10KV電源、 高壓母線分段但不聯(lián)絡或雖能聯(lián)絡但不能自動投入。配電系統(tǒng)中的繼電保護裝置與整個電力系統(tǒng)的繼電保護一樣，歷經(jīng)了電磁型、晶體管型、集成電路型、微機型的發(fā)展過程。至今，不同形式的保護還在配電系統(tǒng)中廣泛存在并發(fā)揮作用。對于微機型繼電保護裝置由于其性能的優(yōu)越運行可靠，越來越得到用戶的認可而在配電系統(tǒng)中大量使用。同時，由于用戶不斷提高的要求和制造廠家的努力，繼電保護技術(shù)在配網(wǎng)中得到很大的發(fā)展，并且超越原有的行業(yè)范圍，走向多功能智能化，而傳統(tǒng)意義上的獨立的繼電保護裝置正在消失。在系統(tǒng)供電的可靠性、故障響應的靈敏性、保護動作的選擇性、切除故障的快速性以及運行方式的靈活性、運行人員上存在著的一些問題得到解決。

現(xiàn)在、我國新建的發(fā)電廠、變電站、高壓輸電線路等電力系統(tǒng)已全部現(xiàn)實微機式綜合自動化繼電保護。

3 10KV系統(tǒng)中應配置的繼電保護

按照工廠企業(yè)10KV供電系統(tǒng)的設計規(guī)范要求，在10KV的供電線路、配電變壓器和分段母線上一般應設置以下保護裝置：

(1) 10KV線路應配置的繼電保護

10KV線路一般均應裝設過電流保護。當過電流保護的時限不大于0.5s～0.7s,并沒有保護配合上的要求時，可不裝設電流速斷保護;自重要的變配電所引出的線路應裝設瞬時電流速斷保護。當瞬時電流速斷保護不能滿足選擇性動作時，應裝設略帶時限的電流速斷保護。

(2)10KV配電變壓器應配置的繼電保護

1)變壓器的低壓側(cè)應裝設短路保護和過負荷保護。短路保護作為保護母線、變壓器干線的主保護, 并作為配電線路的后備保護。

2)變壓器低壓側(cè)主保護應與高壓側(cè)主保護和低壓配電線路保護有良好的選擇性,并保證系統(tǒng)出現(xiàn)正常的尖峰電流(如電動機起動電流)時不會引起保護裝置誤動作。

3)變壓器低壓側(cè)主保護也可兼作單相接地保護, 可采用帶單相接地保護的低壓斷路器作變壓器低壓側(cè)的主保護(如DW16型低壓斷路器),如靈敏度不夠時應增設零序保護。

4)為了與出線保護取得動作時限配合, 變壓器低壓側(cè)短路保護一般采用瞬時或短延時脫扣器動作于斷開低壓側(cè)斷路器, 過負荷保護采用帶有長延時脫扣器低壓斷路器或給值班人員發(fā)出報警信號。

(3) 10KV分段母線應配置的繼電保護

對于不并列運行的分段母線,應裝設電流速斷保護，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動解除;另外應裝設過電流保護。如采用的是反時限過電流保護時，其瞬動部分應解除;對于負荷等級較低的配電所可不裝設保護。

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4 10KV供電系統(tǒng)的幾種運行狀況

(1) 供電系統(tǒng)的正常運行

這種狀況系指系統(tǒng)中各種設備或線路均在其額定狀態(tài)下進行工作;各種信號、指示和儀表均工作在允許范圍內(nèi)的運行狀況;

(2) 供電系統(tǒng)的故障

這種狀況系指某些設備或線路出現(xiàn)了一、10kV配電系統(tǒng)的保護配置情況

大部分工廠企業(yè)及居民小區(qū)用電是10kV供電，并設置配電房，一般情況下一個配電房安裝一臺或二臺10kV/400V的配電變壓器，用380V/220V電壓供用戶用電，一次系統(tǒng)接線圖，如圖1。

用電單位的保護配置存在下面幾種情況：

1.10kV配電房單臺變壓器容量小于800kVA時，為了簡化和節(jié)省費用，10kV側(cè)往往只裝環(huán)網(wǎng)柜，內(nèi)配設負荷開關(guān)和熔斷器，不裝設斷路器和繼電保護裝置，所以當發(fā)生短路故障時，只能靠熔斷器熔斷來保護變壓器。這種配置的缺點，一是變壓器沒有過載保護;二是熔斷器熔斷電流有分散性、時限不穩(wěn)定，容易發(fā)生越級跳閘，造成停電擴大。

2.當變壓器單臺容量大于800kVA及以上時，10kV側(cè)開關(guān)柜內(nèi)均裝設斷路器并配置繼電保護裝置，配置保護的型式有兩種：

①裝設GL-10系列反時限過電流繼電器，構(gòu)成過電流保護，電流定值可以從端子上做階梯狀調(diào)節(jié)，缺點是時限調(diào)節(jié)誤差較大，構(gòu)成上下級保護時限配合難度大。

②裝設微機保護比較完善，具有過負荷保護信號、過電流保護和速斷保護作用跳閘，保護定值和時間調(diào)整比較精確和方便，建議推廣選用。

3.有些10kV專線工業(yè)用戶，主要用電負載是高壓電動機，如軋鋼和穿孔行業(yè)，其高壓電動機容量較大，有的達2500kW及以上。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會連續(xù)不斷地發(fā)生電動機短時(1～2s)的過載，因過載有隨機性，所以過電流保護常因定值及時限配合不當使上一級即變電所出線開關(guān)(如圖1中B1)跳閘，造成整條10kV線路停電。如某鋼鐵企業(yè)一臺2500kW軋鋼電動機在軋鋼過程中，10kV側(cè)瞬間最大尖峰電流高達800A以上，遠超過該線路變電所開關(guān)處的過流保護定值和時限。電力部門只好根據(jù)用戶生產(chǎn)的特點，調(diào)整保護定值和時限，以保證用戶用電的安全可靠。有的用戶使用大容量冷凍機，其10kV電動機容量達500～1000kW，起動電流經(jīng)限流后仍達到3.5倍額定電流。過電流保護的起動電流和時限也要現(xiàn)場試驗確定。

所以對于10kV配電系統(tǒng)，應根據(jù)不同容量和不同用電負載性質(zhì)來選配保護裝置和進行定值計算。

危及其本身或系統(tǒng)的安全運行，并有可能使事態(tài)進一步擴大的運行狀況;

5 10KV供電系統(tǒng)繼電保護裝置的任務

(1) 在供電系統(tǒng)中運行正常時，它應能完整地、安全地監(jiān)視各種設備的運行狀況，為值班人員提供可靠的運行依據(jù);

(2)如供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，它應能自動地、迅速地、有選擇性地切除故障部分，保證非故障部分繼續(xù)運行;

(3)當供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運行工作狀況時，它應能及時地、準確地發(fā)出信號或警報，通知值班人員盡快做出處理;

不難看出，在10KV系統(tǒng)中裝設繼電保護裝置的主要作用是通過縮小事故范圍或預報事故的發(fā)生，來達到提高系統(tǒng)運行的可靠性，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是不能滿足要求的。因為熔斷器的安秒特性不甚完善，熄滅高壓電路中強烈電弧的能力不足，甚至有使故障進一步擴大的可能;同時還延長了停電的歷時。只有采用繼電保護裝置才是最完美的措施。因此，在10KV系統(tǒng)中的繼電保護裝置就成了供電系統(tǒng)能否安全可靠運行的不可缺少的重要組成部分。