浅论10kV供电系统的继电保护的设计方案Word文件下载.docx
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Abstract
Thepowersystemiscomposedbythefiveaspectsofpowergeneration,substation,transmission,distributionandelectricity.Intheelectricalpowersystem,eachkindoftype,themassiveelectricalequipmentthroughtheelectricallinejoinscloselyintogether.Becauseitscoverregionisextremelyvast,themovementenvironmentisextremelycomplexaswellaseachhumanfactor,theelectricalfailureoccurrenceisinevitable.Asaresultoftheelectricalpowersystemparticularity,theabovefivelinksshouldbearelinkedtogether,balanceattimes,indispensably,alsoisnearlycompletesduringthesameperiodoftime.Hastheaccidentinelectricalpowersystemany,allhasthepossibilitytohavethesignificantinfluencetotheelectricalpowersystemmovement.
Thisarticle10kVpowersupplyrelaysettingsareasfollows:
phasefaultprotectionusingremotebackup,two-stagecurrentprotectionlimitofinstantaneousflowrateoffprotection,delaylimitstheflowratecircuitprotection,overcurrentprotection;
groundprotectionzerosequencecurrentprotection;
acceleratedthree-phase10kVdistributionlinesusingaheavyclosing;
10kVlineinstalledtwo-stagecurrentprotection,withoutatimelimitofthecurrentinstantaneousovercurrentprotectionandover-currentprotectionwithtimelimit;
singlelineforconnectingthepowerplantbusand10kVinstalledwiththedirectionorwithoutthedirectionofcurrentinstantaneousovercurrentprotectionandovercurrentprotection.For10kVshouldnotberunningoutofline,usinglongitudinal,transverseandpoorprotection.10kVpowersupplysystemofthetransformerlowvoltagesideoftheinstallationofshort-circuitprotectionandoverloadprotection.Short-circuitprotectionastheprotectionofbusbars,transformersRouteprotectionandbackupprotectionofdistributionlines.10kVoperationandmaintenanceoftheprotectiondeviceisanimportantpartofthepowersystem,whetheritcansecure,stableandreliableoperationisdirectlyrelatedtothenormaloperationoftheentiresystem.
Keywords:
10kVreplay;
Protectionequipmentofrelay;
Operationandmaintenance
第一章绪论
1.110kV供电系统在电力系统中的重要位置
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，电气故障的发生是不可避免的。
例如，当系统中的某工矿的设备发生短路事故时，由于短路电流的热效应和电动力效应，往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏；
当10kV不接地系统中的某处发生一相接地时，就会造成接地相的电压降低，其他两相的电压升高，常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏，也有进一步为事故的可能。
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。
1.2继电保护的开发研究概况
1、继电保护的基本介绍
（1）继电保护名词解析：
研究电力系统故障和危及安全运行的异常状况，以探讨其对策的反事故自动化措施。
因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以也称继电保护。
基本任务是：
当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
（2）继电保护装置必须具备以下5项基本性能：
①安全性：
在不该动作时，不误动；
②可靠性：
在该动作时，不拒动；
③速动性：
能以最短时限将故障或异常从系统中切除或隔离；
④选择性：
在自身整定的范围内切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电，不越级跳闸；
⑤灵敏性。
反映故障的能力，通常以灵敏系数表示；
不拒动不误动是关键。
（3）继电保护的基本概念
在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害）、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：
单相接地；
三相接地；
两相接地；
相间短路；
短路等。
电力系统非正常运行状态有：
过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。
电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。
电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。
（4）继电保护的基本任务
①自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
②反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员）而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。
此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。
③继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。
（5）电力系统对继电保护的基本要求
继电保护装置为了完成自动迅速，有选择的跳开特定的断路器；
以及反映电气原件的不正常运行状态，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。
对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。
2、继电保护发展史
19世纪的最后25年里，作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用。
电力系统的发展，电网结构日趋复杂，短路容量不断增大，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。
虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置，但电子型静态继电器的大量推广和生产，只是在50年代晶体管和其他固态元器件迅速发展之后才得以实现。
静态继电器有较高的灵敏度和动作速度、维护简单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点，但较易受环境温度和外界干扰的影响。
1965年出现了应用计算机的数字式继电保护。
大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用,极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段，并已有少量装置正式运行。
3、我国继电保护发展史
我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。
华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。
1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。
在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。
南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。
天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。
至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。
随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。
可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
1.3本文安排
本次毕业论文是浅论10kV供电系统的继电保护。
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。
其次配电系统在整个供电系统中是非常重要的组成部分，因为它的任何故障都会直接影响到为用户服务，文章中也会单独一章写10kV配电系统继电保护的配置，也是10kV供电系统继电保护设计方案中不可缺少的重要部分。
第二章10kV供电系统继电保护的配置方案
2.1反映相间故障的保护
1、相间故障的保护装置由电流继电器构成，应接于两相电流互感器上，并在同一电网的所有线路上均接于相同的两相上，通常都是接到A、C两相，保证在大部分两点接地故障时，只切除1个故障点。
根据灵敏度的不同要求，保护装置可由1个或2个继电器构成。
后备保护和主保护合为一套保护装置，采用远后备方式。
10kV线路一般应装设两段式电流保护，不带时限的电流速断保护和带时限的过流保护。
当过流保护的时限为0.5-0.7s，且没有保护配合上的要求时，可只装过流保护。
当采用两段式电流保护，瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设限时电流速断保护。
2、对于带电抗器的线路，由于断路器遮断容量的限制，不应装设电流速断保护，而应由母线保护或其它保护切除电抗器前的故障。
一般在电抗器后短路时，母线的残余电压很高，能够保证系统非故障部分的连续运行。
故采用简单的过流保护就可以满足要求。
3、对于连接发电厂母线和另一电源的电压为10kV的单回线，应装设带方向或不带方向的电流速断保护和过流保护。
若选择性、灵敏度不满足要求时，可采用下列保护方式：
（1）对于短线路，其长度为1～2km时，可以采用纵联差动保护。
（2）并联的电缆线路，用横联差动保护作为主保护，带方向或不带方向的电流保护作为后备保护。
（3）对于并列运行的平行线路，采用横联电流差动保护作主保护，带方向或不带方向的电流保护作后备保护。
4、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，在分段断路器处应装设电流速断保护，但只在断路器合闸的瞬间投入，合闸后自动解除；
另外装设过流保护。
如采用的是反时限过流保护时，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。
对于10kV复杂结构线路（闭合的环形电路等），为了简化保护，可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的方法。
对于不宜解列的线路，可采用纵差、横差等保护。
5、10kV配电变压器应配置的继电保护。
（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）当配电变压器容量为400～630kVA，高压侧采用断路器时，应装设过流保护，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。
（3）当配电变压器容量为800kVA及以上时，应装设过流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护。
（4）油浸式配电变压器还应装设气体保护和温度保护。
2.2反映接地故障的保护
当出线不多时，一般装设绝缘监察装置，即当出现一相接地时，利用Tv的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察。
它可以在Tv柜上通过3块相电压表和1块线电压表（通过转换开关可观察3个线电压）看到“一低、两高、三不变”。
接在开口三角形开口两端的过压继电器动作，其常开接点接通信号继电器，并发出预告信号。
采用这种装置比较简单，但不能发现是哪条线路故障。
为了查找故障线路，需要电气人员按照预先制定的“拉路序位图”依次拉路查找，并随之合上未接地的回路，直到找到接地点为止。
可以看出，这种装置适合出线回路少的线路。
当出线回线较多时，往往采用零序电流保护方式。
该方式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。
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，一次侧电流均为零。
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，应特别注意的一点是：
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，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。
2.3本章小结
由于l0kV系统中包含一次系统和二次系统。
一次系统比较简单、直观，并在考虑和设置上较为容易；
而二次系统相对较为复杂，且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的监视、测量、控制和保护。
为确保10kV供电系统的正常运行，必须正确的设置继电保护装置。
第三章10kV配电线路与系统的整定计算
3.110kV配电线路
10kV配电线路结构特点是一致性差，如有的为用户专线，只接带一、二个用户，类似于输电线路；
有的呈放射状，几十台甚至上百台变压器T接于同一条线路的各个分支上；
有的线路短到几百m，有的线路长到几十km；
有的线路由35kV变电所出线，有的线路由110kV变电所出线；
有的线路上的配电变压器很小，最大不过100kVA，有的线路上却有几千kVA的变压器；
有的线路属于最末级保护，有的线路上设有开关站或有用户变电所等。
对于输电线路，由于其比较规范，一般无T接负荷，至多有一、二个集中负荷的T接点。
因此，利用规范的保护整定计算方法，各种情况均可一一计算，一般均可满足要求。
对于配电线路，由于以上所述的特点，整定计算时需做一些具体的特殊的考虑，以满足保护选择性、快速性、灵敏性、可靠性的要求。
3.2配电线路的整定计算
我国的10kV配电线路的保护，一般采用电流速断、过电流及三相一次重合闸构成。
特殊线路结构或特殊负荷线路保护，不能满足要求时，可考虑增加其它保护（如：
保护Ⅱ段、电压闭锁等）。
下面的讨论，是针对一般保护配置而言的。
1、过电流保护。
过电流保护动作电流计算式为：
（3-1）
式中：
—过电流保护继电器的动作电流；
—可靠系数，取1.2~1.3；
—返回系数，取0.85；
—自启动系数，可根据计算、试验、或实际运行数据确定；
—电流互感器接线系数，对于两相两继电器的接线方式，
;
对于两相单继电器接线方式
；
—电流互感器变比；
最大负荷电流。
2、电流速断保护。
电流速断保护动作电流计算式为：
（3-2）
—速断保护继电器的动作电流；
—电流互感器接线系数；
—电流互感变比；
—被保护线路末端故障时，流过保护出的最大短路电流。
3、零序电流接地保护。
零序电流保护动作电流计算式为：
（3-3）
—零序电流互感器变比；
—可靠系数，瞬时动作时，取4~5；
延时动作，取1.5~2；
—线路相电压。
3.2.1重合闸
10kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸，由于安装于末级保护上，所以不需要与其他保护配合。
重合闸所考虑的主要为重合闸的重合成功率及缩短重合停电时间，以使用户负荷尽量少受影响。
重合闸的成功率主要决定于电弧熄灭时间、外力造成故障时的短路物体滞空时间（如：
树木等）。
电弧熄灭时间一般小于0.5s，但短路物体滞空时间往往较长。
因此，对重合闸重合的连续性，重合闸时间采用0.8～1.5s；
农村线路，负荷多为照明及不长期运行的小型电动机等负荷，供电可靠性要求较低，短时停电不会造成很大的损失。
为保证重合闸的成功率，一般采用2.0s的重合闸时间。
资料证明，将重合闸时间由0.8s延长到2.0s，将使重合闸成功率由40%以下提高到60%左右。
3.2.2有关保护选型
10kV线路保护装置的配置虽然较简单，但由于线路的复杂性和负荷的多变性，保护装置的选型还是值得重视的。
根据诸城电网保护配置情况及运行经验资料，建议在新建变电所中应采用保护配置全面的微机保护。
微机保护在具备电流速断、过电流及重合闸的基础上，还应具备低压（或复压）闭锁、时限速断等功能，以适应线路及负荷变化对保护方式的不同要求。
3.3本章小结
有关10kV继电保护的一些问题：
励磁涌流对变电所10kV线路保护的影响电流速断保护作为10kV配电线路的主要保护，是按照最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定的，由于考虑到灵敏度大于1.2，因此动作电流值往往取得较小，特别是在线路较长，配电变压器较多时，即系统阻抗较大时，动作电流取值会更小。
因此在整定时没有考虑到配电变压器投入时的励磁涌流对无时限电流速断保护的影响，即励磁涌流的起始值远超过无时限速断保护定值，造成一些变电所的10kV出线在检修后恢复送电时，开关合上即保护动作跳闸或运行过程中频繁跳闸的情况发生。
这些容易出现的问题相关工作人员需要了解继电保护的相关重要性，同时也要掌握解决常见问题的方法，这需要不断的学习新知识同时也要不断的请教有资历的老师傅才能得以解决问题。
第四章10kV供电系统中的继电保护
4.110kV供电系统的继电保护运行状况
1、供电系统的正常运行
这种状况是指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作；
各种信号、指示和仪表均工作在允许范围内的运行；
2、供电系统的故障
这种状况系指某些设备或线路出现了危及其本身或系统的安全运行，并有可能使事态进一步扩大的运行状况；
3、供电系统的异常运行
这种状况系指系统的正常运行遭到了破坏，但尚未构成故障时的运行状况。
4.210kV供电系统继电保护装置的任务
1、在供电系统中运行正常时，它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据；
2、如供电系统中发生故障时，它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分，保证非故障部分继续运行；
3、当供电系统中出现异常运行工作状况时，它应能及时地、准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理；
不难看出，在10kV系统中装设继电保护装置的主要作用是通过缩小事故范围或预报事故的发生，来达到提高系统运行的可靠性，并最大限度地保证供电的安全和不间断。
可以想象，在10kV系统中利用熔断器去完成上述任务是不能满足要求的。
因为熔断器的安秒特性不甚完善，熄灭高压电路中强烈电弧的能力不足，甚至有使故障进一步扩大的可能；
同时还延长了停电的历时。
只有采用继电保护装置才是最完美的措施。
因此，在10kV系统中的继电保护装置就成了供电系统能
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