10kV配电线路继电保护技术分析

10kV配电线路继电保护技术分析

张超

广东电网潮州潮安供电局有限责任公司   521000

摘要：继电保护是为了快速切断电力系统故障，保障电力设备安全、供电稳定和人民安全而产生的保护系统。10kV配电系统，属于中性点直接接地系统，且配网系统结构多为枝干式分布，常用继电保护电流三段式保护，由于配电系统中性点直接接地，接地故障会产生零序电流，也可用中性点直接接地的零序电流保护。

关键词：继电保护；10kV配电线路；电流三段式保护；零序电流保护

一、前言

电能现如今是家家户户最常用的二次能源之一，其地位目前无可代替。而电力在为满足我们日常生活所需供能之余，我们也需要意识到电的危险性。电力的安全运输需要有稳定的发输变配电系统，而一旦电力系统发生电力故障，轻则影响人们的日常生活，造成经济影响，重则造成电力系统故障瘫痪，烧毁电力设备，甚至造成生命安全。为此，如何快速稳定的切断电力系统的故障源，保障电力设备和人民的安全便成为一门重要的课题。在这一背景下，继电保护便孕育而生。常见的继电保护方式有电流三段式保护，方向保护，距离保护和纵连差动保护等【1】。

在为用户输送电能，主要依靠的是10kV配电系统。而10kV配电系统最常见的就是短路故障。在实际运维中，经常发现由于绝缘子老化造成线路接地，老鼠等小动物充当导体造成相间短路，高压线路被过往车辆拉断触地造成短路或者断路，亦或者是电力设备老化击穿造成的短路现象，操作人员误操作或者自然灾害的出现造成的短路现象。在出现线路短路时，需要继电保护系统及时断开断路器，避免短路造成的大电流对电力设备和人身安全造成危害，可见继电保护系统的重要性，对相关技术的研究也成为一门重要课题。

二、继电保护系统的要求

继电保护系统要求当电力系统发生故障时，其要能够自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令，命令断路器断开，将故障元件从电力系统中切除隔开，从而使其他无故障部分迅速地恢复正常运行。继电保护系统的运行需要满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四点要求【2-3】。

选择性要求，由于电力系统，特别是10kV配电系统，其结构错综复杂，在每一主干线和支线上都有安装相应的断路器，起到对相应线路的保护。为此在发生线路故障时，需要保证故障线路的断路器动作，没有故障的线路的短路器不动作，将停电范围缩小到最小，避免影响其他区域用电。

速动性要求，一旦线路发生故障，切断故障点的时间越长，造成的危害也就越大，甚至可能出现人身安全问题。为此要求在线路发生故障时，继电保护系统能够在几十毫秒或者几百毫秒之内切断故障点，保护线路安全稳定运行。切断时间最好不超过一秒，由于短路电流极大，一秒之内便能造成极大的危害。为此一般继保整定值按线路最大故障即三相接地故障进行整定。

灵敏性要求，就是只要系统发生故障，继电保护系统就能动作切断，不因故障电流小而拒动。因此其整定值需要按线路最小故障进行整定计算。

可靠性要求，即要求继电保护系统运行安全可靠，保护范围之内的故障不拒动，保护范围之外的故障不动作，该指标一般用正确动作率衡量，其主要与安装正确与否，施工工艺等相关。

三、配电线路中的电流三段式保护

在10kV配电系统中，常见的故障类型多为短路故障，且配电系统正常运行时多为枝干式结构，为此使用电流三段式保护在合适不过。

电流速断保护是电流三段式保护里面的第一段也是最重要一段，当配电线路发生短路故障时，其需在一秒之内完成反应切断故障源（理想情况为零秒，然而设备运转需要一定固定时间）。为了使保护能够保护全段线路，要求当该段配电线路的末端发生三相接地时也能可靠跳闸，简单可靠，动作迅速。理想情况下是如此，但由于实际在配电线路末端和下一段配电线路开头发生三相短路时，其短路电流是几乎一致的，为此为防止电流速动保护误动作，电流速动保护无法保护全段配电线路，一般保护范围在80%-90%【4】。为此，电流速断保护需要有能够保护全线的后备保护。

限时电流速断保护是电流二段保护，其比一段保护多一个时间继电器，用于计算时限，保护范围延伸到下一段配电线路，可以保护当前配电线路全长，也作为下一级电流速断保护的后备保护。在配合上，当下一级电流速断保护拒动时，限时电流速断保护代替动作切断故障源，其时限理想状态下为0.3秒至1秒，一般为0.5秒。

定时限过电流保护为电流三段保护，其启动的原理是按配电线路的最大负荷来整定，超过最大负荷便启动保护，避免线路被过电流所危害。电流三段保护也作为远后备保护，由于其时限很长，一般线路短路不会启动，但当电流一、二段保护全部拒动时，三段保护便代替跳闸。

当本线路断路器拒动时，通常也会采用失灵保护，跳开当前线路的上一级的断路器，将停电范围控制在最小范围内，减小故障的影响。

四、中性点直接接地的零序电流保护

10kV配电线路为中性点直接接地系统，在发生接地短路故障时，系统中会出现零序电流，对这个分量进行监测可以准确的判断系统接地故障，迅速切断故障，达到准确切断故障源的目的。且零序分量没有不平衡电流，不会因不平衡电流产生误动，接线也简单，安装方便。由于该保护以监测零序分量为中心，而零序分量仅在接地故障中出现，因此当出现非接地故障时，如相间短路，保护是不会动作的。因此该保护需配合其他继电保护进行工作。中性点直接接地的零序电流保护与电流三段式保护原理类似，也分为速断保护，限时保护和定时限保护，区别在于监测的分量为零序电流分量

【5-6】。

五、自动重合闸

据电网故障数据统计，90%的电力故障都是暂时性的。例如雷击电力线路时产生的过电压引起绝缘子表面闪络，刮风、树枝、小动物等原因造成的接地故障或相间短路等，这些故障在故障原因消失时故障也就自动消除。为此，需要自动重合闸在系统监测到故障跳开断路器后将断路器重合，如果故障为永久性故障，那断路器将再次断开，此时重合闸将不启动合闸。

六、结语

10kV配电系统，属于中性点直接接地系统，且配网系统结构多为枝干式分布，常用继电保护电流三段式保护，由于配电系统中性点直接接地，接地故障会产生零序电流，也可用中性点直接接地的零序电流保护。

参考文献：

[1]张保会.加强继电保护与紧急控制系统的研究提高互联电网安全防御能力[J].中国电机工程学报,2004(07):5-10.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2004.07.001.

[2]刘健,林涛,赵江河,王鹏,苏标龙,樊秀娟.面向供电可靠性的配电自动化系统规划研究[J].电力系统保护与控制,2014,42(11):52-60.

[3]戴志辉,王增平.继电保护可靠性研究综述[J].电力系统保护与控制,2010,38(15):161-167.

[4]曹国臣,蔡国伟,王海军.继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策[J].中国电机工程学报,2003(10):51-56.

[5]曾祥君,尹项根,张哲,陈德树.配电网接地故障负序电流分布及接地保护原理研究[J].中国电机工程学报,2001(06):85-90.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2001.06.020.

[6]曾祥君,尹项根,张哲,陈德树,文明浩.零序导纳法馈线接地保护的研究[J].中国电机工程学报,2001(04):6-11.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2001.04.002.