1 10KV供電系統(tǒng)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的重要位置
隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益壯大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更顯復(fù)雜，提高電力系統(tǒng)的安全運行水平尤為重要。電力系統(tǒng)是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電氣設(shè)備按照一定的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成的一個聯(lián)合系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設(shè)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(fù)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(yīng)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。繼電保護(hù)是確保電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要裝置，保護(hù)裝置動作的正確性將直接影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，稍有不慎就會導(dǎo)致事故的發(fā)生，只有對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢驗和維護(hù)，按時檢巡其運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，才能保證系統(tǒng)無故障設(shè)備正常運行，提高供電可靠性
例如，當(dāng)電力系統(tǒng)的被保護(hù)元件(如發(fā)電機(jī)、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，防止故障范圍擴(kuò)大，以保證無故障部分繼續(xù)保持正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)遭受損害;當(dāng)電力系統(tǒng)的被保護(hù)元件出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能及時反應(yīng)，根據(jù)運行維護(hù)條件，向運行值班人員發(fā)出聲光報警、圖文信息等警告信號。此時一般不要求保護(hù)系統(tǒng)迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度設(shè)定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。
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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
2 10KV系統(tǒng)中繼電保護(hù)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(shè)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(hù)和瞬時電流速斷保護(hù)外，近些年來飛速建設(shè)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(hù)方式多為交流操作的反時限過電流保護(hù)裝置。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異，先后經(jīng)歷了50年代的機(jī)電式繼電保護(hù)時代、從60年代中到80年代中的晶體管式繼電保護(hù)時代、從80年代中到90年代中的集成電路式繼電保護(hù)時代、從90年代到現(xiàn)在的微機(jī)式繼電保護(hù)時代。很多重要企業(yè)為雙路10KV電源、 高壓母線分段但不聯(lián)絡(luò)或雖能聯(lián)絡(luò)但不能自動投入。配電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置與整個電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)一樣，歷經(jīng)了電磁型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型的發(fā)展過程。至今，不同形式的保護(hù)還在配電系統(tǒng)中廣泛存在并發(fā)揮作用。對于微機(jī)型繼電保護(hù)裝置由于其性能的優(yōu)越運行可靠，越來越得到用戶的認(rèn)可而在配電系統(tǒng)中大量使用。同時，由于用戶不斷提高的要求和制造廠家的努力，繼電保護(hù)技術(shù)在配網(wǎng)中得到很大的發(fā)展，并且超越原有的行業(yè)范圍，走向多功能智能化，而傳統(tǒng)意義上的獨立的繼電保護(hù)裝置正在消失。在系統(tǒng)供電的可靠性、故障響應(yīng)的靈敏性、保護(hù)動作的選擇性、切除故障的快速性以及運行方式的靈活性、運行人員上存在著的一些問題得到解決。
現(xiàn)在、我國新建的發(fā)電廠、變電站、高壓輸電線路等電力系統(tǒng)已全部現(xiàn)實微機(jī)式綜合自動化繼電保護(hù)。
3 10KV系統(tǒng)中應(yīng)配置的繼電保護(hù)
按照工廠企業(yè)10KV供電系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)設(shè)置以下保護(hù)裝置：
(1) 10KV線路應(yīng)配置的繼電保護(hù)
10KV線路一般均應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。當(dāng)過電流保護(hù)的時限不大于0.5s～0.7s,并沒有保護(hù)配合上的要求時，可不裝設(shè)電流速斷保護(hù);自重要的變配電所引出的線路應(yīng)裝設(shè)瞬時電流速斷保護(hù)。當(dāng)瞬時電流速斷保護(hù)不能滿足選擇性動作時，應(yīng)裝設(shè)略帶時限的電流速斷保護(hù)。
(2)10KV配電變壓器應(yīng)配置的繼電保護(hù)
1)變壓器的低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。短路保護(hù)作為保護(hù)母線、變壓器干線的主保護(hù), 并作為配電線路的后備保護(hù)。
2)變壓器低壓側(cè)主保護(hù)應(yīng)與高壓側(cè)主保護(hù)和低壓配電線路保護(hù)有良好的選擇性,并保證系統(tǒng)出現(xiàn)正常的尖峰電流(如電動機(jī)起動電流)時不會引起保護(hù)裝置誤動作。
3)變壓器低壓側(cè)主保護(hù)也可兼作單相接地保護(hù), 可采用帶單相接地保護(hù)的低壓斷路器作變壓器低壓側(cè)的主保護(hù)(如DW16型低壓斷路器),如靈敏度不夠時應(yīng)增設(shè)零序保護(hù)。
4)為了與出線保護(hù)取得動作時限配合, 變壓器低壓側(cè)短路保護(hù)一般采用瞬時或短延時脫扣器動作于斷開低壓側(cè)斷路器, 過負(fù)荷保護(hù)采用帶有長延時脫扣器低壓斷路器或給值班人員發(fā)出報警信號。
(3) 10KV分段母線應(yīng)配置的繼電保護(hù)
對于不并列運行的分段母線,應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動解除;另外應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。如采用的是反時限過電流保護(hù)時，其瞬動部分應(yīng)解除;對于負(fù)荷等級較低的配電所可不裝設(shè)保護(hù)。
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4 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(shè)備或線路均在其額定狀態(tài)下進(jìn)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(shè)備或線路出現(xiàn)了一、10kV配電系統(tǒng)的保護(hù)配置情況
大部分工廠企業(yè)及居民小區(qū)用電是10kV供電，并設(shè)置配電房，一般情況下一個配電房安裝一臺或二臺10kV/400V的配電變壓器，用380V/220V電壓供用戶用電，一次系統(tǒng)接線圖，如圖1。
用電單位的保護(hù)配置存在下面幾種情況：
1.10kV配電房單臺變壓器容量小于800kVA時，為了簡化和節(jié)省費用，10kV側(cè)往往只裝環(huán)網(wǎng)柜，內(nèi)配設(shè)負(fù)荷開關(guān)和熔斷器，不裝設(shè)斷路器和繼電保護(hù)裝置，所以當(dāng)發(fā)生短路故障時，只能靠熔斷器熔斷來保護(hù)變壓器。這種配置的缺點，一是變壓器沒有過載保護(hù);二是熔斷器熔斷電流有分散性、時限不穩(wěn)定，容易發(fā)生越級跳閘，造成停電擴(kuò)大。
2.當(dāng)變壓器單臺容量大于800kVA及以上時，10kV側(cè)開關(guān)柜內(nèi)均裝設(shè)斷路器并配置繼電保護(hù)裝置，配置保護(hù)的型式有兩種：
①裝設(shè)GL-10系列反時限過電流繼電器，構(gòu)成過電流保護(hù)，電流定值可以從端子上做階梯狀調(diào)節(jié)，缺點是時限調(diào)節(jié)誤差較大，構(gòu)成上下級保護(hù)時限配合難度大。
②裝設(shè)微機(jī)保護(hù)比較完善，具有過負(fù)荷保護(hù)信號、過電流保護(hù)和速斷保護(hù)作用跳閘，保護(hù)定值和時間調(diào)整比較精確和方便，建議推廣選用。
3.有些10kV專線工業(yè)用戶，主要用電負(fù)載是高壓電動機(jī)，如軋鋼和穿孔行業(yè)，其高壓電動機(jī)容量較大，有的達(dá)2500kW及以上。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會連續(xù)不斷地發(fā)生電動機(jī)短時(1～2s)的過載，因過載有隨機(jī)性，所以過電流保護(hù)常因定值及時限配合不當(dāng)使上一級即變電所出線開關(guān)(如圖1中B1)跳閘，造成整條10kV線路停電。如某鋼鐵企業(yè)一臺2500kW軋鋼電動機(jī)在軋鋼過程中，10kV側(cè)瞬間最大尖峰電流高達(dá)800A以上，遠(yuǎn)超過該線路變電所開關(guān)處的過流保護(hù)定值和時限。電力部門只好根據(jù)用戶生產(chǎn)的特點，調(diào)整保護(hù)定值和時限，以保證用戶用電的安全可靠。有的用戶使用大容量冷凍機(jī)，其10kV電動機(jī)容量達(dá)500～1000kW，起動電流經(jīng)限流后仍達(dá)到3.5倍額定電流。過電流保護(hù)的起動電流和時限也要現(xiàn)場試驗確定。
所以對于10kV配電系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)不同容量和不同用電負(fù)載性質(zhì)來選配保護(hù)裝置和進(jìn)行定值計算。
危及其本身或系統(tǒng)的安全運行，并有可能使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大的運行狀況;
5 10KV供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的任務(wù)
(1) 在供電系統(tǒng)中運行正常時，它應(yīng)能完整地、安全地監(jiān)視各種設(shè)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(yīng)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(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運行工作狀況時，它應(yīng)能及時地、準(zhǔn)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(shè)繼電保護(hù)裝置的主要作用是通過縮小事故范圍或預(yù)報事故的發(fā)生，來達(dá)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(wù)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(jìn)一步擴(kuò)大的可能;同時還延長了停電的歷時。只有采用繼電保護(hù)裝置才是最完美的措施。因此，在10KV系統(tǒng)中的繼電保護(hù)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。
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