供電系統(tǒng)繼電保護分析論文

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摘要：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。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)發(fā)電變電輸電配電

1.10KV供電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的重要位置

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等五個環(huán)節(jié)組成的。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。例如，當系統(tǒng)中的某工礦企業(yè)的設備發(fā)生短路事故時，由于短路電流的熱效應和電動力效應，往往造成電氣設備或電氣線路的致命損壞還有可能嚴重到使系統(tǒng)的穩(wěn)定運行遭到破壞；當10KV不接地系統(tǒng)中的某處發(fā)生一相接地時，就會造成接地相的電壓降低，其他兩相的電壓升高，常此運行就可能使系統(tǒng)中的絕緣遭受損壞，也有進一步發(fā)展為事故的可能。

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。

由于10KV系統(tǒng)中包含著一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。又由于一次系統(tǒng)比較簡單、更為直觀，在考慮和設置上較為容易；而二次系統(tǒng)相對較為復雜，并且二次系統(tǒng)包括了大量的繼電保護裝置、自動裝置和二次回路。所謂繼電保護裝置就是在供電系統(tǒng)中用來對一次系統(tǒng)進行監(jiān)視、測量、控制和保護，由繼電器來組成的一套專門的自動裝置。為了確保10KV供電系統(tǒng)的正常運行，必須正確的設置繼電保護裝置。

2.10KV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）當配電變壓器容量小于400KVA時：一般采用高壓熔斷器保護；

2）當配電變壓器容量為400～630KVA，高壓側(cè)采用斷路器時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于0.5s時，還應裝設電流速斷保護；對于車間內(nèi)油浸式配電變壓器還應裝設氣體保護；

3）當配電變壓器容量為800KVA及以上時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于0.5s時，還應裝設電流速斷保護；對于油浸式配電變壓器還應裝設氣體保護；另外尚應裝設溫度保護。

（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。

3.10KV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。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。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、運行人員的熟練性上都存在著一些急待解決的問題。

二繼電保護的基本概念

1.10KV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；

（3）供電系統(tǒng)的異常運行

這種狀況系指系統(tǒng)的正常運行遭到了破壞，但尚未構(gòu)成故障時的運行狀況。

2.10KV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。

3.對繼電保護裝置的基本要求

對繼電保護裝置的基本要求有四點：即選擇性、靈敏性、速動性和可靠性

（1）選擇性

當供電系統(tǒng)中發(fā)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(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運行。系統(tǒng)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。

主保護和后備保護：

10KV供電系統(tǒng)中的電氣設備和線路應裝設短路故障保護。短路故障保護應有主保護、后備保護，必要時可增設輔助保護。

當在系統(tǒng)中的同一地點或不同地點裝有兩套保護時，其中有一套動作比較快，而另一套動作比較慢，動作比較快的就稱為主保護；而動作比較慢的就稱為后備保護。即：為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備的要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護，就稱為主保護；當主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護，就稱為后備保護。

后備保護不應理解為次要保護，它同樣是重要的。后備保護不僅可以起到當主保護應該動作而未動作時的后備，還可以起到當主保護雖已動作但最終未能達到切除故障部分的作用。除此之外，它還有另外的意義。為了使快速動作的主保護實現(xiàn)選擇性，從而就造成了主保護不能保護線路的全長,而只能保護線路的一部分。也就是說，出現(xiàn)了保護的死區(qū)。這一死區(qū)就必須利用后備保護來彌補不可。

近后備和遠后備：

當主保護或斷路器拒動時，由相臨設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備稱為遠后備保護；由本級電氣設備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護，就叫近后備保護；

輔助保護：

為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護，稱為輔助保護。

（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。在保護裝置的保護范圍內(nèi)，不管短路點的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護裝置均不應產(chǎn)生拒絕動作；但在保護區(qū)外發(fā)生故障時,又不應該產(chǎn)生錯誤動作。保護裝置靈敏與否，一般用靈敏系數(shù)來衡量。保護裝置的靈敏系數(shù)應根據(jù)不利的運行方式和故障類型進行計算。靈敏系數(shù)Km為被保護區(qū)發(fā)生短路時，流過保護安裝處的最小短路電流Id.min與保護裝置一次動作電流Idz的比值，即:

Km=Id.min/Idz

靈敏系數(shù)越高，則反映輕微故障的能力越強。各類保護裝置靈敏系數(shù)的大小，根據(jù)保護裝置的不同而不盡相同。對于多相保護，Idz取兩相短路電流最小值Idz(2);對于10KV不接地系統(tǒng)的單相短路保護取單相接地電容電流最小值Ic.min;

（3）速動性

速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障。

縮短切除故障的時間，就可以減輕短路電流對電氣設備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復，從而為電氣設備的自啟動創(chuàng)造了有利條件，同時還提高了發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性。

所謂故障的切除時間是指保護裝置的動作時間與斷路器的跳閘時間之和。由于斷路器一經(jīng)選定，其跳閘時間就已確定，目前我國生產(chǎn)的斷路器跳閘時間均在0.02S以下。所以實現(xiàn)速動性的關(guān)鍵是選用的保護裝置應能快速動作。

（4）可靠性

保護裝置應能正確的動作，并隨時處于準備狀態(tài)。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(diào)試要正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質(zhì)量要可靠、運行維護要得當、系統(tǒng)應盡可能的簡化有效，以提高保護的可靠性。

4.繼電保護的基本原理

（1）電力系統(tǒng)故障的特點

電力系統(tǒng)中的故障種類很多，但最為常見、危害最大的應屬各種類型的短路事故。一旦出現(xiàn)短路故障，就會伴隨其產(chǎn)生三大特點。即：電流將急劇增大、電壓將急劇下降、電壓與電流之間的相位角將發(fā)生變化。

（2）繼電保護的類型

在電力系統(tǒng)中以上述物理量的變化為基礎，利用正常運行和故障時各物理量的差別就可以構(gòu)成各種不同原理和類型的繼電保護裝置。如：

反映電流變化的電流保護，有定時限過電流保護、反時限過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和零序電流保護等；

反映電壓變化的電壓保護，有過電壓保護和低電壓保護；既反映電流的變化又反映電壓與電流之間相位角變化的方向過電流保護；

反映電壓與電流之間比值，也就是反映短路點到保護安裝處阻抗的距離保護；反映輸入電流與輸出電流之差的差動保護，其中又分為橫聯(lián)差動和縱聯(lián)差動保護；

用于反映系統(tǒng)中頻率變化的周波保護；

專門用于反映變壓器內(nèi)部故障的氣體保護（即瓦斯保護），其中又分為輕瓦斯和重瓦斯保護；

專門用于反映變壓器溫度變化的溫度保護等。

另外，10KV系統(tǒng)中一般可在進線處裝設電流保護；在配電變壓器的高壓側(cè)裝設電流保護、溫度保護（油浸變壓器根據(jù)其容量大小尚應考慮裝設氣體保護）；高壓母線分段處應根據(jù)具體情況裝設電流保護等。

三幾種常用電流保護的分析

1.反時限過電流保護

（1）什麼是反時限過電流保護

繼電保護的動作時間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動作時間越短；短路電流越小，動作時間越長，這種保護就叫做反時限過電流保護。

（2）繼電器的構(gòu)成

反時限過電流保護是由GL-15(25)感應型繼電器構(gòu)成的。這種保護方式廣泛應用于一般工礦企業(yè)中，感應型繼電器兼有電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)和電磁式中間繼電器(作為出口元件)的功能，用以實現(xiàn)反時限過電流保護；另外，它還有電磁速斷元件的功能，又能同時實現(xiàn)電流速斷保護。采用這種繼電器,就可以采用交流操作，無須裝設直流屏等設備；通過一種繼電器還可以完成兩種保護功能(體現(xiàn)了繼電器的多功能性)，也可以大大簡化繼電保護裝置。但這種繼電器雖外部接線簡單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復雜，調(diào)試比較困難；在靈敏度和動作的準確性、速動性等方面也遠不如電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護裝置。

（3）反時限過電流保護的基本原理

當供電線路發(fā)生相間短路時，感應型繼電器KA1或(和)KA2達到整定的一定時限后動作，首先使其常開觸點閉合，這時斷路器的脫扣器YR1或(和)YR2因有KA1或(和)KA2的常閉觸點分流(短路)，而無電流通過,故暫時不會動作。但接著KA1或(KA2)的常閉觸點斷開，因YR1或(和)YR2因“去分流”而通電動作，使斷路器跳閘，同時繼電器本身的信號掉牌掉下，給出信號。

在這里應予說明，在采用“去分流”跳閘的反時限過電流保護裝置中，如繼電器的常閉觸點先斷開而常開觸點后閉合時，則會出現(xiàn)下列問題：

1）繼電器在其常閉觸點斷開時即先失電返回，因此其常開觸點不可能閉合，因此跳閘線圈也就不能通電跳閘；

2）繼電器的常閉觸點如先斷開,CT的二次側(cè)帶負荷開路，將產(chǎn)生數(shù)千伏的高電壓、比差角差增大、計量不準以及鐵心發(fā)熱有可能燒毀絕緣等，這是不允許的。

2.定時限過電流保護

（1）什麼是定時限過電流保護

繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關(guān)，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這種保護方式就稱為定時限過電流保護。

（2）繼電器的構(gòu)成

定時限過電流保護是由電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作，須設置直流屏。定時限過電流保護簡單可靠、完全依靠選擇動作時間來獲得選擇性，上、下級的選擇性配合比較容易、時限由時間繼電器根據(jù)計算后獲取的參數(shù)來整定，動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準確和方便。這種保護方式一般應用在10～35KV系統(tǒng)中比較重要的變配電所。

（3）定時限過電流保護的基本原理

10KV中性點不接地系統(tǒng)中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時限過電流保護的原理接線圖。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時間繼電器和一只信號繼電器構(gòu)成。

當被保護線路只設有一套保護，且時間繼電器的容量足大時，可用時間繼電器的觸點去直接接通跳閘回路，而省去出口中間繼電器。

當被保護線路中發(fā)生短路故障時，電流互感器的一次電流急劇增加，其二次電流隨之成比例的增大。當CT的二次電流大于電流繼電器的起動值時，電流繼電器動作。由于兩只電流繼電器的觸點是并聯(lián)的，故當任一電流繼電器的觸點閉合，都能接通時間繼電器的線圈回路。這時，時間繼電器就按照預先整定的時間動作使其接點吸合。這樣，時間繼電器的觸點又接通了信號繼電器和出口中間繼電器的線圈，使其動作。出口中間繼電器的觸點接通了跳閘線圈回路，從而使被保護回路的斷路器跳閘切斷了故障回路，保證了非故障回路的繼續(xù)運行。而信號繼電器的動作使信號指示牌掉下并發(fā)出警報信號。

由上不難看出，保護裝置的動作時間只決定于時間繼電器的預先整定的時間，而與被保護回路的短路電流大小無關(guān)，所以這種過電流保護稱為定時限過電流保護。

（4）動作電流的整定計算

過流保護裝置中的電流繼電器動作電流的整定原則，是按照躲過被保護線路中可能出現(xiàn)的最大負荷電流來考慮的。也就是只有在被保護線路故障時才啟動，而在最大負荷電流出現(xiàn)時不應動作。為此必須滿足以下兩個條：

1）在正常情況下，出現(xiàn)最大負荷電流時（即電動機的啟動和自啟動電流，以及用戶負荷的突增和線路中出現(xiàn)的尖峰電流等）不應動作。即：

Idz>Ifh.max

式中Idz----過電流保護繼電器的一次動作電流；

Ifh.max------最大負荷電流

2）保護裝置在外部故障切除后應能可靠地返回。因為短路電流消失后，保護裝置有可能出現(xiàn)最大負荷電流，為保證選擇性，

已動作的電流繼電器在這時應當返回。因此保護裝置的一次返回電流If應大于最大負荷電流fh.max。即：

If>Ifh.max

因此，定時限過電流裝置電流繼電器的動作電流Idz.j為：

Idz.j=(Kk.Kjx/Kf.Nlh).Ifh.max

式中

Kk------可靠系數(shù)，考慮到繼電器動作電流的誤差和計算誤差而設。一般取為1.15～1.25Kjx------由于繼電器接入電流互感器二次側(cè)的方式不同而引入的一個系數(shù)。電流互感器為三相完全星形接線和不完全星形接線時

Kjx=1；如為三角形接線和兩相電流差接線時Kjx=1.732;

Kf-------返回系數(shù)，一般小于1；

Nlh------電流互感器的變比。

（5）動作時限的整定原則

為使過電流保護具有一定的選擇性，各相臨元件的過電流保護應具有不同的動作時間。

在線路XL-1、XL-2、XL-3的靠近電源端分別裝有過電流保護裝置1、2、3。當D1點發(fā)生短路時，短路電流由電源提供并流過保護裝置1、2、3，當短路電流大于它們的整定值時，各套保護裝置均啟動。但按選擇性的要求，應只由保護裝置3（離故障點最近）動作于跳閘。在故障切除后，保護裝置1、2返回。因此就必須使保護裝置2的動作時間較保護裝置1長一些；而保護裝置3又要比保護裝置2長一些，并依次類推，即：

t1>t2>t3

不難看出，各級保護裝置的動作時限是由末端向電源端逐級增大的。也就是越靠近電源端，保護的動作時限越長，有如階梯一樣，故稱為階梯性時限特性。各級之間的時限均差一個固定的數(shù)值，稱其為時限級差Dt。對于定時限過電流保護的時限級差Dt一般為0.5S;對于反時限的時限級差Dt

一般為0.7S。可是，越靠近電源端線路的阻抗越小，短路電流將越大，而保護的動作時間越長。也就是說過電流保護存在著缺陷。這種缺陷就必須由電流速斷保護來彌補不可。

（6）過電流保護的保護范圍

過流保護可以保護設備的全部，也可以保護線路的全長，還可以作為相臨下一級線路穿越性故障的后備保護。

3.電流速斷保護

（1）什麼是電流速斷保護

電流速斷保護是一種無時限或略帶時限動作的一種電流保護。它能在最短的時間內(nèi)迅速切除短路故障，減小故障持續(xù)時間，防止事故擴大。

電流速斷保護又分為瞬時電流速斷保護和略帶時限的電流速斷保護兩種。

（2）電流速斷保護的構(gòu)成

電流速斷保護是由電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構(gòu)成的。它一般不需要時間繼電器。常采用直流操作，須設置直流屏。電流速斷保護簡單可靠、完全依靠短路電流的大小來確定保護是否需要啟動。它是按一定地點的短路電流來獲得選擇性動作，動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準確和方便。

（3）瞬時電流速斷保護的整定原則和保護范圍

瞬時電流速斷保護與過電流保護的區(qū)別，在于它的動作電流值不是躲過最大負荷電流，而是必須大于保護范圍外部短路時的最大短路電流。即按躲過被保護線路末端可能產(chǎn)生的三相最大短路電流來整定。從而使速斷保護范圍被限制在被保護線路的內(nèi)部，從整定值上保證了選擇性，因此可以瞬時跳閘。當在被保護線路外部發(fā)生短路時，它不會動作。所以不必考慮返回系數(shù)。由于只有當短路電流大于保護裝置的動作電流時，保護裝置才能動作。所以瞬時電流速斷保護不能保護設備的全部，也不能保護線路的全長，而只能保護線路的一部分。對于最大運行方式下的保護范圍一般能達到線路全長的50%即認為有良好的保護效果；對于在最小運行方式下的保護范圍能保護線路全長的15%～20%，即可裝設。保護范圍以外的區(qū)域稱為“死區(qū)”。因此，瞬時電流速斷保護的任務是在線路始端短路時能快速地切除故障。

當線路故障時，瞬時電流速斷保護動作，運行人員根據(jù)其保護范圍較小這一特點,可以判斷故障出在線路首端，并且靠近保護安裝處；如為雙電源供電線路，則由兩側(cè)的瞬時電流速斷保護同時動作或同時都不動作，可判斷故障在線路的中間部分。

（4）瞬時電流速斷保護的基本原理

瞬時電流速斷保護的原理與定時限過電流保護基本相同。只是由一只電磁式中間繼電器替代了時間繼電器。

中間繼電器的作用有兩點：其一是因電流繼電器的接點容量較小，不能直接接通跳閘線圈，用以增大接點容量；其二是當被保護線路上裝有熔斷器時，在兩相或三相避雷器同時放電時，將造成短時的相間短路。但當放完電后，線路即恢復正常，因此要求速斷保護既不誤動，又不影響保護的快速性。利用中間繼電器的固有動作時間，就可避開避雷器的放電動作時間。

（5）略帶時限的電流速斷保護

瞬時電流速斷保護最大的優(yōu)點是動作迅速，但只能保護線路的首端。而定時限過電流保護雖能保護

線路的全長，但動作時限太長。因此，常用略帶時限的電流速斷保護來消除瞬時電流速斷保護的“死區(qū)”。要求略帶時限的電流速斷保護能保護全線路。因此，它的保護范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。這樣，當下一段線路始端發(fā)生短路時，保護也會起動。為了保證選擇性的要求，須使其動作時限比下一段線路的瞬時電流速斷保護大一個時限級差，其動作電流也要比下一段線路瞬時電流速斷保護的動作電流大一些。略帶時限的電流速斷保護可作為被保護線路的主保護。略帶時限的電流速斷保護的原理接線和定時限過電流保護的原理接線相同。

4.三段式過電流保護裝置

由于瞬時電流速斷保護只能保護線路的一部分，所以不能作為線路的主保護，而只能作為加速切除線路首端故障的輔助保護；略帶時限的電流速斷保護能保護線路的全長，可作為本線路的主保護，但不能作為下一段線路的后備保護；定時限過電流保護既可作為本級線路的后備保護（當動作時限短時，也可作為主保護，而不再裝設略帶時限的電流速斷保護。），還可以作為相臨下一級線路的后備保護，但切除故障的時限較長。

一般情況下，為了對線路進行可靠而有效的保護，也常把瞬時電流速斷保護（或略帶時限的電流速斷保護）和定時限過電流保護相配合構(gòu)成兩段式電流保護。

對于第一段電流保護，究竟采用瞬時電流速斷保護，還是采用略帶時限的電流速斷保護，可由具體情況確定。如用在線路---變壓器組接線，以采用瞬時電流速斷保護為佳。因在變壓器高壓側(cè)故障時，切除變壓器和切除線路的效果是一樣的。此時，允許用線路的瞬時電流速斷保護，來切除變壓器高壓側(cè)的故障。也就是說，其保護范圍可保護到線路全長并延伸到變壓器高壓側(cè)。這時的第一段電流保護可以作為主保護；第二段一般均采用定時限過流保護作為后備保護，其保護范圍含線路---變壓器組的全部。

通常在被保護線路較短時，第一段電流保護均采用略帶時限的電流速斷保護作為主保護；第二段采用定時限過流保護作為后備保護。

在實際中還常采用三段式電流保護。就是以瞬時電流速斷保護作為第一段，以加速切除線路首端的故障，用作輔助保護；以略帶時限的電流速斷保護作為第二段，以保護線路的全長，用作主保護；以定時限過電流保護作為第三段，以作為線路全長和相臨下一級線路的后備保護。對于北京電信的10KV（含35KV）供電線路今后宜選用兩段式或三段式電流保護。

因為這種保護的設置可以在相臨下一級線路的保護或斷路器拒動時，本級線路的定時限過流保護可以動作，起到遠后備保護的作用；如本級線路的主保護（瞬時電流速斷或略帶時限的電流速斷保護）拒動時，則本級線路的定時限過電流保護可以動作，以起到近后備的作用。

5.零序電流保護

電力系統(tǒng)中發(fā)電機或變壓器的中性點運行方式，有中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點直接接地三種方式。10KV系統(tǒng)采用的是中性點不接地的運行方式。

系統(tǒng)運行正常時，三相是對稱的，三相對地間均勻分布有電容。在相電壓作用下，每相都有一個超前90°的電容電流流入地中。這三個電容電流數(shù)值相等、相位相差120°，其和為零.中性點電位為零。

假設A相發(fā)生了一相金屬性接地時，則A相對地電壓為零，其他兩相對地電壓升高為線電壓，三個線電壓不變。這時對負荷的供電沒有影響。按規(guī)程規(guī)定還可繼續(xù)運行2小時，而不必切斷電路。這也是采用中性點不接地的主要優(yōu)點。但其他兩相電壓升高，線路的絕緣受到考驗、有發(fā)展為兩點或多點接地的可能。應及時發(fā)出信號，通知值班人員進行處理。

10KV中性點不接地系統(tǒng)中，當出現(xiàn)一相接地時，利用三相五鐵心柱的電壓互感器（PT)的開口三角形的開口兩端有無零序電壓來實現(xiàn)絕緣監(jiān)察。它可以在PT柜上通過三塊相電壓表和一塊線電壓表（通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可觀察三個線電壓）看到“一低、兩高、三不變”。接在開口三角形開口兩端的過電壓繼電器動作，其常開接點接通信號繼電器，并發(fā)出預告信號。采用這種裝置比較簡單，但不能立即發(fā)現(xiàn)接地點，因為只要網(wǎng)絡中發(fā)生一相接地，則在同一電壓等級的所有工礦企業(yè)的變電所母線上，均將出現(xiàn)零序電壓，接有帶絕緣監(jiān)視電壓互感器的電力用戶都會發(fā)出預告信號。也就是說該裝置沒有選擇性。為了查找接地點，需要電氣人員按照預先制定的“拉路序位圖”依次拉路查找，并隨之合上未接地的回路，直到找到接地點為止。可以看出，這種方法費力、費時、安全性差，在某些情況下這樣做還是不允許的。因此，這種裝置存在一定的缺陷。

當網(wǎng)絡比較復雜、出線較多、可靠性要求高，采用絕緣監(jiān)察裝置是不能滿足運行要求時，可采用零序電流保護裝置。它是利用接地故障線路零序電流較非接地故障線路零序電流大的特點構(gòu)成的一種保護裝置。

零序電流保護一般使用在有條件安裝零序電流互感器的電纜線路或經(jīng)電纜引出的架空線路上。當在電纜出線上安裝零序電流互感器時，其一次側(cè)為被保護電纜的三相導線，鐵心套在電纜外，其二次側(cè)接零序電流繼電器。當正常運行或發(fā)生相間短路時，一次側(cè)電流為零。二次側(cè)只有因?qū)Ь€排列不對稱而產(chǎn)生的不平衡電流。當發(fā)生一相接地時，零序電流反映到二次側(cè)，并流入零序電流繼電器，使其動作發(fā)出信號。在安裝零序電流保護裝置時，特別注意的一點是：電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵心。這是由于被保護電纜發(fā)生一相接地時，全靠穿過零序電流互感器鐵心的電纜頭接地線通過零序電流起作用的。否則互感器二次側(cè)也就不能感應出電流，因而繼電器也就不可能動作。

不難理解，當某一條線路上發(fā)生一相接地時，非接地線路上的零序電流為本身的零序電流。因此，為了保證動作的選擇性，在整定時，保護裝置的啟動電流Idz應大于本線路的電容電流，即：

Idz=Kh.3Uxan.w.Co=Kh.Io

式中Idz------保護裝置的啟動電流；

Kh-------可靠系數(shù)，如無延時，考慮到不穩(wěn)定間歇性電弧所發(fā)生的振蕩涌流時，取4～5；如延時為0.5S時，則取1.5～2;

Uxan------相電壓值；

Co--------被保護線路每相的對地電容；

Io--------被保護線路的總電容電流。

按上式整定后，還需校驗在本線路上發(fā)生一相接地時的靈敏系數(shù)Klm,由于流經(jīng)接地線路上的零序電流為全網(wǎng)絡中非接地線路電容電流的總和，可用3Uxan.w.(CS-Co)表示，因此靈敏系數(shù)為:

Klm=3Uxan.w.(CS-Co)/Kh.3Uxan.w.Co

=(CS-Co)/Kh.Co

上式可改寫成:

Klm=I0S-Io/Kh.Io

=I0S-Io/Idz

式中CS------同一電壓等級網(wǎng)絡中，各元件每相對地電容之和；

I0S------與CS

相對應的對地電容電流之和。對電纜線路取大于或等于1.25;架空線路取1.5;對于架空線路，由于沒有特制的零序電流互感器，如欲安裝零序電流保護，可把三相三只電流互感器的同名端并聯(lián)在一起，構(gòu)成零序電流過濾器，再接上零序電流繼電器。其動作電流整定值中，要考慮零序電流過濾器中不平衡電流的影響。

四對北京電信10KV系統(tǒng)中繼電保護的綜合評價

1.定時限過電流保護與反時限過電流保護的配置

10KV系統(tǒng)中的上、下級保護之間的配合條件必須考慮周全，考慮不周或選配不當，則會造成保護的非選擇性動作，使斷路器越級跳閘。保護的選擇性配合主要包括上、下級保護之間的電流和時限的配合兩個方面。應該指出，定時限過電流保護的配合問題較易解決。由于定時限過電流保護的時限級差為0.5S，選擇電網(wǎng)保護裝置的動作時限，一般是從距電源端最遠的一級保護裝置開始整定的。為了縮短保護裝置的動作時限，特別是縮短多級電網(wǎng)靠近電源端的保護裝置的動作時限，其中時限級差起著決定的作用，因此希望時限級差越小越好。但為了保證各級保護裝置動作的選擇性,時限級差又不能太小。雖然反時限過電流保護也是按照時限的階梯原則來整定，其時限級差一般為0.7S。而且反時限過電流保護的動作時限的選擇與動作電流的大小有關(guān)。也就是說，反時限過電流保護隨著短路電流與繼電器動作電流的比值而變，因此整定反時限過電流保護時，所指的時間都是在某一電流值下的動作時間。還有，感應型繼電器慣性較大，存在一定的誤差，它的特性不近相同，新舊、型的特性也不相同。所以，在實際運行整定時，就不能單憑特性曲線作為整定的依據(jù)，還應該作必要的實測與調(diào)試。比較費力、費事。因此，反時限過電流保護時限特性的整定和配合就比定時限過電流保護裝置復雜得多。通過分析可以看出，北京電信10KV新建及在建工程中，應以配置三段式或兩段式定時限過電流保護、瞬時電流速斷保護和略帶時限的電流速斷保護為好。

2.北京電信10KV系統(tǒng)中高壓設備的配置

目前，北京電信10KV系統(tǒng)中高壓開關(guān)柜的配置主要有兩大類：即固定式高壓開關(guān)柜和手車式高壓開關(guān)柜。關(guān)于固定式高壓開關(guān)柜是我國解放初期自前蘇聯(lián)引進的老產(chǎn)品，柜型高大、有足夠的安全距離、但防護等級低、元器件陳舊、防電擊水平較低；而手車式高壓開關(guān)柜是近年來引進國外技術(shù)，消化吸收研制的換代產(chǎn)品，體積縮小、防護等級大大提高、元器件的選用比較先進、防電擊水平較高。其主要特點可歸納為：它有四室（手車室、電纜室、母線室和繼電儀表室）、七車（斷路器手車、隔離手車、接地手車、所用變壓器手車、電壓互感器手車、電壓互感器和避雷器手車、避雷器和電容器手車）、三個位置（工作位置、試驗位置和拖出柜外檢修位置）和兩個鎖定（工作位置的鎖定和試驗位置的鎖定）。它用高壓一次隔離觸頭替代了高壓隔離開關(guān)、用接地開關(guān)替代了臨時接地線等。對于系統(tǒng)的運行安全提供了很好的條件。關(guān)于配電變壓器安裝于主機樓時，一般均采用了防火等級較高的干式變壓器，筆者曾率先嘗試采用了D/Yo-11接線組別的干式變壓器（傳統(tǒng)采用Y/Yo-12接線組別），其一次接成了D形接線，為電信部門產(chǎn)生的大量高次諧波提供了通路，這樣就較為有效的防止了我們電信部門的用電對系統(tǒng)造成的諧波污染（目前電業(yè)部門正在諧波管理方面考慮采取必要的經(jīng)濟措施）；同時，采用了這種接線組別，使得繼電保護的靈敏性有所提高。按照IEC及新的國家標準GB50054-96的要求，應逐步推廣采用D/Yo-11接線組別的配電變壓器。

3.關(guān)于10KV一相接地保護方式的探討

10KV中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時，按照傳統(tǒng)方式是采用三相五鐵心柱的JSJW-10型電壓互感器作為絕緣監(jiān)視。但是，當我們選用了手車式高壓開關(guān)柜后，再繼續(xù)安裝JSJW-10已經(jīng)比較困難，又由于10KV系統(tǒng)中的一次方案有了變化、原有的絕緣監(jiān)視方案又存在著缺陷，因此較為可取的辦法是采用零序電流保護裝置。

北京供電部門的要求

根據(jù)北京供電局1996年10月22日發(fā)文的精神，要求北京市城、近郊區(qū)新建和在建項目一律應采用直流操作的定時限過電流保護、并加裝零序保護，有條件的用戶可逐步考慮采用工廠供電自動化設施。