对10KV供电系统电流保护的探讨
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摘要: 本文根据笔者多年的工作实践,阐述了10KV 供电系统的定时限过电流保护问题。
关键词: 10KV供电系统; 过电流保护;
1 概述
目前, 一般企业高压供电系统中均为10KV系统。除早期建设的10KV系统中, 较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外, 近些年来飞速建设的电网上一般均采用了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、高压母线分段但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急待解决的问题。
10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行, 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正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。
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, 在10KV的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置:
2.1 10KV线路应配置的继电保护
10KV线路一般均应装设过电流保护。当过电流保护的时限不大于0.5～0.7s, 并没有保护配合上的要求时, 可不装设电流速断保护; 自重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护。当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时, 应装设略带时限的电流速断保护。
2.2 10KV配电变压器应配置的继电保护
2.2.1 当配电变压器容量小于400KVA 时, 一般采用高压熔断器保护;
2.2.2 当配电变压器容量为400～630KVA, 高压侧采用断路器时, 应装设过电流保护, 而当过流保护时限大于0.5s 时, 还应装设电流速断保护; 对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护;
2.2.3 当配电变压器容量为800KVA 及以上时, 应装设过电流保护, 而当过电流保护时限大于0.5s 时, 还应装设电流速断保护; 对于油浸式配电变压器还应装设气体保护; 另外尚应装设温度保护。
2.3 10KV分段母线应配置的继电保护
对于不并列运行的分段母线, 应装设电流速断保护, 但仅在断路器合闸的瞬间投入, 合闸后自动解除; 另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时, 其瞬动部分应解除; 对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。
3 定时限过电流保护
3.1 什么是定时限过电流保护
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。
3.2 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, 需设置直流屏。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10～35KV系统中比较重要的变配电所。
3.3 定时限过电流保护的基本原理
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。而信号继电器的动作使信号指示牌掉下并发出警报信号。
由上不难看出, 保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间, 而与被保护回路的短路电流大小无关, 所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。
3.4 动作电流的整定计算
过流保护装置中的电流继电器动作电流的整定原则, 是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动, 而在最大负荷电流出现时不应动作。为此必须满足以下两个条件:
( 1) 在正常情况下, 出现最大负荷电流时( 即电动机的启动和自启动电流, 以及用户负荷的突
增和线路中出现的尖峰电流等) 不应动作。即:Idz>Ifh.max
式中: Idz―――过电流保护继电器的一次动作电流;
Ifh.max―――最大负荷电流。
( 2) 保护装置在外部故障切除后应能可靠地返回。因为短路电流消失后, 保护装置有可能出现最大负荷电流, 为保证选择性, 已动作的电流继电器在这时应当返回。因此保护装置的一次返回电流If 应大于最大负荷电流fh.max。即:If>Ifh.max
因此, 定时限过电流装置电流继电器的动作电流Idz.j 为:
Idz.j=( Kk.Kjx/Kf.Nlh) .Ifh.max式中,Kk―――可靠系数, 考虑到继电器动作电流的误差和计算误差而设。一般取为1.15～1.25Kjx―――由于继电器接入电流互感器二次侧的方式不同而引入的一个系数。电流互感器为三相完全星形接线和不完全星形接线时Kjx=1; 如为三角形接线和两相电流差接线时Kjx=1.732;Kf―――返回系数,一般小于1;Nlh―――电流互感器的变比。
3.5 动作时限的整定原则
为使过电流保护具有一定的选择性, 各相临元件的过电流保护应具有不同的动作时间。
在线路XL- 1、XL- 2、XL- 3 的靠近电源端分别装有过电流保护装置1、2、3。当D1 点发生短路时,短路电流由电源提供并流过保护装置1、2、3, 当短路电流大于它们的整定值时, 各套保护装置均启动。但按选择性的要求, 应只由保护装置3( 离故障点最近) 动作于跳闸。在故障切除后, 保护装置1、2返回。因此就必须使保护装置2 的动作时间较保护装置1 长一些; 而保护装置3 又要比保护装置2长一些, 并依次类推, 即:t1>t2>t3
不难看出, 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。各级之间的时限均差一个固定的数值,称其为时限级差Dt。对于定时限过电流保护的时限级差Dt, 一般为0.5S; 对于反时限的时限级差Dt, 一般为0.7S。可是, 越靠近电源端线路的阻抗越小, 短路电流将越大, 而保护的动作时间越长。也就是说过电流保护存在着缺陷。这种缺陷就必须由电流速断保护来弥补不可。
3.6 过电流保护的保护范围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。
综上所述，过电流保护装置在整个电力系统中起着举足轻重的作用，不只是保护电网，它对电网的运营和自动断合都有重要的意义，它动作的正确与否对系统能否稳定运行有重大影响。因此，在电力系统运行中，防止过电流保护装置误动作就显得非常重要。除了对操作人员进行严格的培训外，还应该根据设备实际的运行情况选择正常的过流保护装置，并合理设定其动作值和延时时间，以及在装置中加设振荡闭锁，或电压闭锁装置等措施之外，还应该积极了解国内外的最新形产品，根据今后电网发展的趋势研制新型继电器，并充分留有可持续发展的空间和理年，利用系统在故障时流过电路的电流的其它特性（如电流的不对称性等）作为保护的信号源，提高过电流保护的可靠性，以保证过电流保护在不该动作的情况下不发生误动，从而保证整个电力系统安全运行。
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