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10 kV線路繼電保護的整定計算
日期：2024-08-08 00:08
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摘要：
10 kV線路繼電保護的整定計算
摘要：對10 kV線路繼電保護的整定計算中存在的特殊問題，提出了解決的方法。
關鍵詞：10 kV線路；繼電保護；整定計算
10kV配電線路結構復雜，有的是用戶專線，只接一兩個用戶，類似于輸電線路；有的呈放射狀，幾十臺甚至上百臺變壓器T接于同一條線路的各個分支上；有的線路短到幾十米，有的線路長到幾十千米；有的線路上配電變壓器容量很小，大不超過100kVA，有的線路上卻達幾千千伏安的變壓器；有的線路上設有開關站或用戶變電站，還有多座并網小水電站等。有的線路屬于末級保護。陜西省鎮...
10 kV線路繼電保護的整定計算
摘要：對10 kV線路繼電保護的整定計算中存在的特殊問題，提出了解決的方法。關鍵詞：10 kV線路；繼電保護；整定計算
10kV配電線路結構復雜，有的是用戶專線，只接一兩個用戶，類似于輸電線路；有的呈放射狀，幾十臺甚至上百臺變壓器T接于同一條線路的各個分支上；有的線路短到幾十米，有的線路長到幾十千米；有的線路上配電變壓器容量很小，大不超過100kVA，有的線路上卻達幾千千伏安的變壓器；有的線路上設有開關站或用戶變電站，還有多座并網小水電站等。有的線路屬于末級保護。陜西省鎮安電網中運行的35kV變電站共有7座，主變壓器10臺，總容量45.65 MVA；35 kV線路8條，總長度135 km；10 kV線路36條，總長度1240 km；并網的小水電站41座（21條上網線路），總裝機容量17020 kW。
1 10 kV線路的具體問題
對于輸電線路而言，一般無T接負荷，至多T接一、兩個集中負荷。因此，利用規范的保護整定計算方法，各種情況都能夠計算，一般均滿足要求。但對于10kV配電線路，由于以上所述的特點，在設計、整定、運行中會碰到一些具體問題，整定計算時需做一些具體的、特殊的考慮，以滿足保護的要求。
2 保護整定應考慮系統運行方式
按《城市電力網規劃設計導則》，為了取得合理的經濟效益，城網各級電壓的短路容量應該從網絡的設計、電壓等級、變壓器的容量、阻抗的選擇、運行方式等方面進行控制，使各級電壓下斷路器的開斷電流以及設備的動熱穩定電流得到配合，該導則推薦10kV短路電流I k≤16 kA。
系統大運行方式，流過保護裝置短路電流大的運行方式（由系統阻抗小的電源供電）。
系統小運行方式，流過保護裝置短路電流小的運行方式（由系統阻抗大的電源供電）。
在無110 kV系統阻抗資料的情況時，由于3～35 kV系統容量與110kV系統比較，相對較小，其各元件阻抗相對較大，則可近似認為110 kV系統容量為無窮大，對實際計算結果沒有多大影響。
選取基準容量Sjz = 100 MVA，10 kV基準電壓Ujz = 10.5kV，10 kV基準電流Ijz = 5.5kA，10 kV基準阻抗Zjz = 1.103Ω。
3 整定計算方案
10kV配電線路的保護，一般采用瞬時電流速斷（Ⅰ段）、定時限過電流（III段）及三相一次重合閘構成。特殊線路結構或特殊負荷線路保護，不能滿足要求時，可考慮增加其它保護，如保護Ⅱ段、電流電壓速斷、電壓閉鎖過電流、電壓閉鎖方向過電流等。現針對一般保護配置進行分析。
3.1 瞬時電流速斷保護
由于10kV線路一般為多級保護的末級，或末級用戶變電站保護的上上等保護。所以，在整定計算中，定值計算偏重靈敏性，對有用戶變電站的線路，選擇性靠重合閘來糾正。分為兩種類型進行整定計算。
放射狀類型：按躲過本線路末端（主要考慮主干線）三相短路電流整定。時限整定為0s（保護裝置只有固有動作時間無人為延時）。
專線類型：按躲過線路上配電變壓器低壓側出口三相短路電流整定。時限整定為0 s（保護裝置只有固有動作時間無人為延時）。
特殊問題的解決如下
當線路很短時無保護區；或下上等為重要的用戶變電站時，可將速斷保護改為限時電流速斷保護。動作電流與下級電流速斷保護配合（即取1.1倍的下級保護斷值），動作時限較下級電流速斷大一個時間級差，此種情況在城區較常見，在新建變電站或改造變電站時，建議保護配置采用微機保護，這樣改變保護方式就非常容易。在無法采用其它保護的情況下，可依靠重合閘來保證選擇性。
當線路較長且較規則，線路上用戶較少，可采用躲過線路末端三相短路電流整定。此種情況一般能同時保證選擇性與靈敏性，按放射狀類型整定。
對于多條線路重疊故障，引起主變壓器斷路器越級跳閘時，按常規，在繼電保護整定計算中是不考慮重疊故障的，但可采用加裝瞬時電流速斷保護，一般可整定于0 s動作，使線路故障在盡可能短的時限內切除；在上下級保護時限配合可能的情況下，適當調整10kV線路過電流保護與主變壓器過電流保護的時限級差，以使主變壓器過電流保護有足夠的返回時間。
對于10 kV開關站進線保護，其速斷保護按所有出現的一臺變壓器速斷保護相配合（帶延時）。
雙側電源線路的方向電流速斷保護定值，應按躲過本線路末端三相短路電流整定；無方向的電流速斷保護定值應按躲過本線路兩側母線三相短路電流整定。對雙回線路，應以單回運行作為計算的運行方式；對環網線路，應以開環方式作為計算的運行方式。
單側電源線路的電流速斷保護定值，按雙側電源線路的方向電流速斷保護的方法整定。
對于接入供電變壓器的終端線路（含T接供電變壓器或供電線路），如變壓器裝有差動保護，線路電流速斷保護定值，允許按躲過變壓器低壓側母線三相大短路電流整定。如變壓器以電流速斷作為主保護，則線路電流速斷保護應與變壓器電流速斷保護配合整定。
靈敏度校驗（保護性能分析）。按運行方式下，線路保護范圍不應小于線路全長的50%。按運行方式下，線路保護范圍不應小于線路全長的15%～20%。瞬時電流速斷保護雖能迅速切除短路故障，但不能保護線路全長。
3.2 定時限過電流保護
按躲過本線路負荷電流整定。時限整定為0.3s（微機保護），按階梯型原則整定。
特殊問題的解決如下。
當線路較長，過電流保護靈敏度不夠時（如20km以上線路），可采用復壓閉鎖過流或低壓閉鎖過流保護，此時負序電壓取0.06Ue（Ue為額定電壓），低電壓取0.6～0.7Ue，動作電流按正常負荷電流整定，只考慮可靠系數及返回系數。當保護無法改動時，應在該線路適當處加裝柱上斷路器或跌落式熔斷器，作為后一段線路的主保護，其額定電流按后面一段線路的負荷電流選取。
解決辦法是調整網絡結構，使10kV線路供電半徑符合規程要求。
當過電流保護，靈敏度不夠時（如變壓器為5～10kVA或線路極長），由于每臺變壓器高壓側均有跌落式熔斷器，因此可不予考慮。
當過電流定值偏大，甚至大于瞬時電流速斷定值時，而導致保護靈敏度不夠時，可考慮保證1.5倍的靈敏度（近后備）整定。
對于時限級差配合無法滿足整定要求時，因10kV線路保護處于系統多級保護的末端，而上級后備保護動作時限限制在一定數值范圍內，可能會出現時限逐級配合后無法滿足要求時，對于只有一臺主變壓器的變電站，可采用主變壓器高壓側過電流保護相同的動作時限，使主變壓器10kV斷路器動作時間增加0.5s，有利于該斷路器與10kV線路保護的配合。與逐級配合整定相比，對用戶的停電影響相同，在實際中也是允許的。
對于上網小水電10kV線路,應躲過小水電輸送的三相短路電流,按雙側電源線路考慮，采用方向過電流保護。
4 三相一次重合閘
10kV配電線路一般采用后加速的三相一次重合閘，由于安裝于末級保護上，所以不需要與其他保護配合。考慮的主要是重合閘的重合成功率，以使用戶負荷盡量少影響。根據有關統計分析，架空線路的瞬時性故障次數，約占故障次數的70%左右，重合閘的成功率約50%～70%。
因而重合閘對電力系統供電可靠性起了很大的作用。
重合閘整定時間,應等于線路對有足夠靈敏系數的延時段保護的動作時間，加上故障點足夠斷電去游離時間和裕度時間，再減去斷路器合閘固有時間。
單側電源線路的三相重合閘時間除應大于故障點斷電去游離時間外，還應大于斷路器及操作機構,復歸原狀準備好再次動作的時間。單側電源線路的三相一次重合閘動作時間不宜小于1 s。
雙側電源線路的三相重合閘時間，除了考慮單側電源線路重合閘的因素外，還應考慮線路兩側保護裝置，以不同時間切除故障的可能性。對于多回線并列運行的雙側電源線路的三相一次重合閘，其無電壓檢定側的動作時間不宜小于5s。
在10kV配電線路中，多為照明負荷，供電可靠性要求較低，短時停電不會造成很大的損失。為了保證瞬時性故障能可靠消除，提高重合閘的重合成功率，可酌情延長重合閘動作時間，一般采用1.5s的重合閘時間。
10 kV配電線路繼電保護的配置雖然簡單，但由于線路的復雜性和負荷的多變性，在保護裝置的選型上值得重視。根據鎮安電網保護配置情況及運行經驗，建議在新建變電站保護配置中采用微機保護。微機保護在具備電流速斷、過電流及重合閘的基礎上，還應具備低壓（或復壓）閉鎖、時限速斷、帶方向保護等功能，以適應線路及負荷變化對保護方式的不同要求。
該整定計算方案經多年運行考驗，符合選擇性、靈敏性、速動性、可靠性“四性”原則，對于10kV配電線路，動作時間小于0.5 s，保證了10kV設備和線路的熱穩定，同時選擇性好，動作時間準確，未出現誤動情況，保證了供電的可靠性。