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摘要：目前,不同的电网系统及电网输出系统的组合与配置的不同，输送电力的大小也不同，随着电网规模的发展，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并准确整定各项相关定值,确保我国的电网有序合理的进行。
关键词:电力系统;发电变电;输电配电
中图分类号：F470.6 文献标识码：A
一、概述
1、10KV供电系统在电力系统中的重要位置
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。包含发电机、变压器、输配电线路、母线、电动机等电力元件,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,如:风、雨、雷、电、鸟兽危害、设备绝缘老化、设计安装错误、检修质量不高、运行操作不当等,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。电力系统最常见而且最危险的故障是短路,包括相与相之间或相与地之间的短接。
由于10KV系統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,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,必须正确的设置继电保护装置
2、10KV系统中应配置的继电保护
按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求,一般应设置以下保护装置:瞬时过电流保护,带时限的电流速断保护,定时限电流速断保护,三段式过电流保护,零序电流保护。对于油浸式配电变压器还应装设气体保护和温度保护。
二、对继电保护装置的基本要求
对继电保护装置的基本要求有四点:即选择性、灵敏性、速动性和可靠性对于上述四个性能,继电保护装置必须同时具备,缺一不可。但是对于一套具体的保护装置,四个性能之间是矛盾的。如选择性和快速性都比较高的保护装置,往往原理接线和技术都比较复杂,运行维护、调试检修比较困难,可靠性就比较低。为了提高保护装置的灵敏度,如降低保护装置的整定值(对于反应故障时参数上升的保护装置),则在正常运行时,保护可能误动作,降低可靠性,或者带保护区域故障时,保护装置可能误动,而失去选择性,快速性和选择性也是矛盾的,为了满足选择性要求,往往要用降低快速性要求来达到。我们必须从实际出发,处理好这些矛盾,满足系统运行对保护提出的要求。
三、10KV系统中继电保护的几种常用电流保护
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。如熔断器、电磁继电器、感应继电器、极化继电器、干簧继电器等常用的继电器都具有反时限特性。
2、定时限过电流保护
继电保护的动作时间与短路电流的大小无关,时间是恒定的,时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的,这种保护方式就称为定时限过电流保护。定时限过流保护可以保护设备的全部,也可以保护线路的全长,还可以作为相临下一级线路穿越性故障的后备保护。各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的。也就是越靠近电源端,保护的动作时限越长,有如阶梯一样,故称为阶梯性时限特性。
3、电流速断保护
电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的电流保护。它能在最短的时间内迅速切除短路故障,减小故障持续时间,防止事故扩大。电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和带时限的电流速断保护两种。瞬时电流速断保护与过电流保护的区别,在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流,而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。
4、带时限的电流速断保护
瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速,但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长,但动作时限太长。因此,常用带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的“死区”。要求带时限的电流速断保护能保护全线路, (“带时限”的时间应在0. 35s~0. 6s之间,一般取0. 5s。)因此,它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样,当下一段线路始端发生短路时,保护也会启动。
5、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;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。由这三段保护配合构成的一整套保护叫三段式过电流保护装置。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和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。通常在被保护线路较短时,第一段电流保护均采用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。
6、零序电流保护
上述的过电流保护虽然能保护电网的单相接地故障,但它们的动作电流较大,单相接地电流又较小,灵敏度常常不能满足要求。常装设专门的零序电流保护。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式,有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10KV系统多采用的是中性点不接地的运行方式。零序电流保护装置接在电流互感器二次侧。系统运行正常时,三相是对称的,三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下,每相都有一个超前90°的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差120°,其和为零,中性点电位为零。假设A相发生了一相金属性接地时,则A相对地电压为零,其他两相对地电压升高为线电压,三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可继续运行2小时,而不必切断电路。这也是采用中性点不接地的主要优点。
零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时,其一次侧为被保护电缆的三相导线,铁心套在电缆外,其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时,一次侧电流为零。二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流。当发生一相接地时,零序电流反映到二次侧,并流入零序电流继电器,使其动作发出信号。在安装零序电流保护装置时,特别注意的一点是:电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心。这是由于被保护电缆发生一相接地时,全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用的。否则互感器二次侧也就不能感应出电流,因而继电器也就不可能动作。
关键词:电力系统;发电变电;输电配电
中图分类号：F470.6 文献标识码：A
一、概述
1、10KV供电系统在电力系统中的重要位置
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。包含发电机、变压器、输配电线路、母线、电动机等电力元件,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,如:风、雨、雷、电、鸟兽危害、设备绝缘老化、设计安装错误、检修质量不高、运行操作不当等,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。电力系统最常见而且最危险的故障是短路,包括相与相之间或相与地之间的短接。
由于10KV系統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,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,必须正确的设置继电保护装置
2、10KV系统中应配置的继电保护
按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求,一般应设置以下保护装置:瞬时过电流保护,带时限的电流速断保护,定时限电流速断保护,三段式过电流保护,零序电流保护。对于油浸式配电变压器还应装设气体保护和温度保护。
二、对继电保护装置的基本要求
对继电保护装置的基本要求有四点:即选择性、灵敏性、速动性和可靠性对于上述四个性能,继电保护装置必须同时具备,缺一不可。但是对于一套具体的保护装置,四个性能之间是矛盾的。如选择性和快速性都比较高的保护装置,往往原理接线和技术都比较复杂,运行维护、调试检修比较困难,可靠性就比较低。为了提高保护装置的灵敏度,如降低保护装置的整定值(对于反应故障时参数上升的保护装置),则在正常运行时,保护可能误动作,降低可靠性,或者带保护区域故障时,保护装置可能误动,而失去选择性,快速性和选择性也是矛盾的,为了满足选择性要求,往往要用降低快速性要求来达到。我们必须从实际出发,处理好这些矛盾,满足系统运行对保护提出的要求。
三、10KV系统中继电保护的几种常用电流保护
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。如熔断器、电磁继电器、感应继电器、极化继电器、干簧继电器等常用的继电器都具有反时限特性。
2、定时限过电流保护
继电保护的动作时间与短路电流的大小无关,时间是恒定的,时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的,这种保护方式就称为定时限过电流保护。定时限过流保护可以保护设备的全部,也可以保护线路的全长,还可以作为相临下一级线路穿越性故障的后备保护。各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的。也就是越靠近电源端,保护的动作时限越长,有如阶梯一样,故称为阶梯性时限特性。
3、电流速断保护
电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的电流保护。它能在最短的时间内迅速切除短路故障,减小故障持续时间,防止事故扩大。电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和带时限的电流速断保护两种。瞬时电流速断保护与过电流保护的区别,在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流,而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。
4、带时限的电流速断保护
瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速,但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长,但动作时限太长。因此,常用带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的“死区”。要求带时限的电流速断保护能保护全线路, (“带时限”的时间应在0. 35s~0. 6s之间,一般取0. 5s。)因此,它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样,当下一段线路始端发生短路时,保护也会启动。
5、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;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。由这三段保护配合构成的一整套保护叫三段式过电流保护装置。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和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。通常在被保护线路较短时,第一段电流保护均采用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。
6、零序电流保护
上述的过电流保护虽然能保护电网的单相接地故障,但它们的动作电流较大,单相接地电流又较小,灵敏度常常不能满足要求。常装设专门的零序电流保护。它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置。电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式,有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10KV系统多采用的是中性点不接地的运行方式。零序电流保护装置接在电流互感器二次侧。系统运行正常时,三相是对称的,三相对地间均匀分布有电容。在相电压作用下,每相都有一个超前90°的电容电流流入地中。这三个电容电流数值相等、相位相差120°,其和为零,中性点电位为零。假设A相发生了一相金属性接地时,则A相对地电压为零,其他两相对地电压升高为线电压,三个线电压不变。这时对负荷的供电没有影响。按规程规定还可继续运行2小时,而不必切断电路。这也是采用中性点不接地的主要优点。
零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上。当在电缆出线上安装零序电流互感器时,其一次侧为被保护电缆的三相导线,铁心套在电缆外,其二次侧接零序电流继电器。当正常运行或发生相间短路时,一次侧电流为零。二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流。当发生一相接地时,零序电流反映到二次侧,并流入零序电流继电器,使其动作发出信号。在安装零序电流保护装置时,特别注意的一点是:电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心。这是由于被保护电缆发生一相接地时,全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用的。否则互感器二次侧也就不能感应出电流,因而继电器也就不可能动作。