浅论10kV供电系统的继电保护

【摘要】随着经济的不断增长，供电工程占据着国民经济增长的主导地位。本文从10kv供电系统在电力系统中的重要性、10kV系统中继电保护的配置现状及几种常用电流保护等方面进行了分析。

【关键词】10kV；供电系统；继电保护

中图分类号：U223 文献标识码： A

一、前言

供电系统的有序进行是供电系统的核心保障。虽然我国早此方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题和不足需要改进。在科技不断进步的新时期，加强10kV供电系统的继电保护的研究，对我国供电系统的发展有着重要的意义。

二、10kV供电系统在电力系统中的重要性

电力系统是由发电变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。例如，当系统中的某工矿企业的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；当10kV不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步发展为事故的可能。

三、10kV系统中继电保护的配置现状

目前，一般企业高压供电系统中普遍采用10kV系统。除早期建设的10kV系统中，较多采用直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近年来飞速建设的电网上一般均采用环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业为双路10kV电源、高压母线分段不联络或虽能联络但不能自动投入，在系统供电的可靠性、故障响应的灵敏性、保护动作的选择性、切除故障的快速性以及运行方式的灵活性、运行人员的熟练性上都存在着一些亟待解决的问题。

四、几种常用电流保护的分析

1、反时限过电流保护

继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。

（1）继电器的构成。

反时限过电流保护是由GL-15（25）感应型继电器构成的。这种保护方式广泛应用于一般工矿企业中，感应型继电器兼有电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式时间继电器（作为时限元件）、电磁式信号继电器（作为信号元件）和电磁式中间继电器（作为出口元件）的功能，用以实现反时限过电流保护；另外，它还有电磁速断元件的功能，又能同时实现电流速断保护。采用这种继电器，就可以采用交流操作，无须装设直流屏等设备；通过一种继电器还可以完成两种保护功能（体现了继电器的多功能性），也可以大大简化继电保护装置。这种继电器虽外部接线简单，但内部结构十分复杂，调试困难；在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。

（2）反时限过电流保护的基本原理。

当供电线路发生相间短路时，感应型继电器KA1或（和）KA2达到整定的一定时限后动作，首先使其常开触点闭合，这时断路器的脱扣器YR1或（和）YR2因有KA1或（和）KA2的常闭触点分流（短路），而无电流通过，故暂时不会动作。但接着KA1或（KA2）的常闭触点断开，因YR1或（和）YR2因“去分流”而通电动作，使断路器跳闸，同时继电器本身的信号牌掉下，给出信号。

在这里应予说明，在采用“去分流”跳闸的反时限过电流保护装置中，如继电器的常闭触点先断开而常开触点后闭合时，则会出现下列问题：继电器在其常闭触点断开时即先失电返回，因此其常开触点不可能闭合，因此跳闸线圈也就不能通电跳闸；继电器的常闭触点如先断开，CT的二次侧带负荷开路，将产生数千伏的高电压、比差角差增大、计量不准以及铁心发热有可能烧毁绝缘等，这是不允许的。

2、定时限过电流保护

（1）继电器的构成。

定时限过电流保护是由电磁式时间继电器（作为时限元件）、电磁式中间继电器（作为出口元件）、电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式信号继电器（作为信号元件）构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。定时限过电流保护简单可靠、完全依靠选择动作时间来获得选择性，上、下级的选择性配合比较容易、时限由时间继电器根据计算后获取的参数来整定，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。这种保护方式一般应用在10kV～35kV系统中比较重要的变配电所。

（2）定时限过电流保护的基本原理。

在10kV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护的原理接线图。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。当被保护线路只设有一套保护，且时间继电器的容量足大时，可用时间继电器的触点去直接接通跳闸回路，而省去出口中间继电器。当被保护线路中发生短路故障时，电流互感器的一次电流急剧增加，其二次电流随之成比例的增大。当CT的二次电流大于电流继电器的起动值时，电流继电器动作。由于两只电流继电器的触点是并联的，故当任一电流继电器的触点闭合，都能接通时间继电器的线圈回路。这时，时间继电器就按照预先整定的时间动作使其接点吸合。这样，时间继电器的触点又接通了信号继电器和出口中间继电器的线圈，使其动作。出口中间继电器的触点接通了跳闸线圈回路，从而使被保护回路的断路器跳闸切断了故障回路，保证了非故障回路的继续运行

3、三段式过电流保护装置

由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，所以不能作为线路的主保护，而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护；略带时限的电流速断保护能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，但不能作为下一段线路的后备保护；定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护（当动作时限短时，也可作为主保护，而不再装设略带时限的电流速断保护。），还可以作为相临下一级线路的后备保护，但切除故障的时限较长。一般情况下，为了对线路进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护（或略带时限的电流速断保护）和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。

对于第一段电流保护，究竟采用瞬时电流速断保护，还是采用略带时限的电流速断保护，可由具体情况确定。如用在线路――变压器组接线，以采用瞬时电流速断保护为佳。因在变压器高压侧故障时，切除变压器和切除线路的效果是一样的。此时，允许用线路的瞬时电流速断保护，来切除变压器高压侧的故障。也就是说，其保护范围可保护到线路全长并延伸到变压器高压侧。这时的第一段电流保护可以作为主保护；第二段一般均采用定时限过流保护作为后备保护，其保护范围含线路-变压器组的全部。通常在被保护线路较短时，第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护；第二段采用定时限过流保护作为后备保护。在实际中还常采用三段式电流保护。就是以瞬时电流速断保护作为第一段，以加速切除线路首端的故障，用作辅助保护；以略带时限的电流速断保护作为第二段，以保护线路的全长，用作主保护；以定时限过电流保护作为第三段，以作为线路全长和相临下一级线路的后备保护。

五、建议

10kV供电系统是电力系统的一部分，它能否安全、稳定、可靠的运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否安全正常的运行。

由于10kV系统中包含着一次系统和二次系统，又由于一次系统比较简单、更为直观，在考虑和设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保10kV供电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置。

六、结束语

继电保护至关重要，因此，在10kV供电系统的后续发展中，要不断提高继电保护的措施，加强对继电保护的重视，严格继电保护管理体系，促进供电系统水平的提高。

参考文献

[1]陈继森主编.电力系统继电保护[M].北京科学技术出版社，2012，（4）：31-35.

[2]李火元主编.电力系统继电保护与自动装置[M].中国电力出版社，2011，（6）：78-80.

[3]李火元主编.电力系统继电保护与自动装置[M].中国电力出版社，2009，（2）：94-96.

[4]刘学军主编.继电保护原理[M].中国电力出版社，2010，（9）：102-105.