10kV供电系统的继电保护装置的设计方案Word文件下载.docx
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因此，本文从10kV供电系统的重要性，10kV系统中应配置的继电保护的整体应用入手，浅要分析当下10kV系统中继电保护的配置现状和改进方向，力图为提升10kV供电系统的整体效能提供一点浅显的帮助。
第二章10kV供电系统在电力系统中的重要性
第一节电力系统构成
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电五方面组成，是将一次能源转换成电能并输送与分配至各用户的统一系统。
而10kV供电系统是整个电力系统中一个较为重要的组成部分，它的安全、可靠、稳定运行直接关系到电力系统能否正常运行，也直接影响用户用电。
在电力系统中，各类电气设备数量异常庞大，种类各不相同，但都是通过电气线路紧密地联结在一起。
我们国家幅员辽阔，经纬度跨度非常大，辽阔的地域加上极其复杂的运行环境，还包括诸多难以控制的人为因素，也就使得无法彻底避免电气故障的发生。
电力供应过程是由环环相扣、缺一不可的五个环节组成，而且各个环节几乎是在同一时间内完成。
因此，系统中不管哪儿发生事故都能够产生一定影响，进而波及系统的稳定运行。
例如一些高耗能企业作为用电大户，假设其中的某台设备发生短路事故，该电气设备或电气线路受到短路电流的热效应和电动力效应作用，造成的破坏通常具有很强的致命性，甚至会严重到破坏整个供电系统的稳定性。
通常情况下，10kV供电系统分为一次系统和二次系统两种类型，相对而言，一次系统的结构简单和直观，因此在设置方面也更为容易。
但是二次系统的结构却往往比较复杂，主要由不同类型的继电器组成的继电保护装置，以此来实现监控和测量供电系统中的一次设备的作用，进而达到10kV系统的稳定运行的目的。
第二节10kV供电系统的几种常见运行状况
通常情况下，10kV供电系统中常见的几种运行状况大致分为以下几类：
2.1正常运行状态。
所谓正常状态一般是指供电系统中的各类设备稳定性和供电线路负荷都处于可控的额定范围内，相关的各分系统指示正常、控制及传输信号、监测仪表等附件都符合技术要求，工作状态稳定运行。
2.2发生故障状态。
故障状态的产生通常是因为供电系统中的控制设备、输电线路、以及用电系统中出现了各类异常情况的不安全运行状态，会对故障点甚至是整个供电系统的稳定产生威胁。
2.3异常运行状态。
异常状态主要是指系统的正常运行状态虽然遭受到一定程度的破坏，但其影响尚在可控范围，还没有出现故障状态时可能会造成的系统性风险。
第三章电力系统常见故障及特点
第一节电力系统常见故障
电力系统常见故障总的来说可分为横向故障和纵向故障两大类。
横向故障现象一般来说主要指各种类型的短路故障，这其中最常见的也就是单相接地短路、两相接地短路、两相短路及三相短路。
（如下图所示）
纵向故障现象则通常由一相或两相断开造成的三相之间各相阻抗不相等的故障。
虽然供电系统中的故障种类繁多，但发生频次高、危害性大的还是横向故障中所说的短路故障，其中单相接地短路故障占的比例最大（危害最小），约为总短路故障数的65%；
短路故障中接地短路故障占总短路故障数的70%左右，三相短路仅占5～10%，，但故障后产生的后果最为严重。
第二节电力系统故障原因及特点
通常情况，10kV线路在整个电力系统中处于末端，主要以接地故障为主。
2.1一般情况下，10kV供电系统中造成短路的原因有以下情况：
2.1.1线路绝缘老化,绝缘被破坏等原因造成短路；
2.1.2系统过电压,造成绝缘薄弱环节被击穿；
2.1.3小动物（如老鼠、蛇等）接触裸线；
2.1.4室外架空线路的导线松弛,线下有障碍物（如：
树、房子等），大风、雨雪天气造成接地；
2.1.5线路安装过低与各种运输物品或金属物品相碰造成短路。
2.2短路故障一旦发生，其往往具有下列几项显著特点，简单来说就是：
电流急剧增大、电压急剧下降、电压与电流之间的相位角发生明显变化等。
2.2.1电流急剧增大，即线路相碰或相接,引起电气回路中电流突然增大或连接短路点与电源的电气设备中的电流增大。
2.2.2电压急剧下降，即短路点四周电气设备上的电压快速下降，而且距故障点距离越近，设备的电压降低的越严峻，甚至降为零的可能性。
2.2.3线路始端电压电流之间的相位差将发生变化。
2.2.4线路始端电压与电流间的比值，即测量阻抗将发生变化。
第四章10kV供电系统继电保护的基本要求
10kV供电系统作为电力系统中至关重要的组成部分。
因此系统安全、稳定、可靠运行的必要性和重要性也就不言而喻了，它直接关系到各个工业企业以及千家万户的安全用电，也是整个电力系统正常运行与否的重要指标。
譬如在某10kV不接地系统中，发生单相接地时，会造成接地相电压瞬间降低甚至为零，而另外两相的电压明显升高，若未能及时发现排除故障且继续运行的话就容易导致系统中的绝缘薄弱部分受到破坏，如果得不到及时处理还有可能发展成重大事故的可能性。
这些重大故障一旦出现，不仅会影响电网的正常运行，带来严重的经济损失，甚至会危害人们的生命财产安全，因此对供电系统配置继电保护的重大意义也就无需多言。
为实现保护供电系统的目的，要求继电保护装置务必具备下述几项基本特性：
4.1选择性。
当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能准确识别判断故障点，从而有选择性地切除故障部分。
也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，尽可能的保证继续向无故障线路正常供电，使停电面积最小。
4.2速动性。
快速性也叫速动性，它是指保护装置应能用最短的时限将故障或异常工作状态消除。
切除故障的时间越短，则短路电流对电气设备的损坏程度就越轻微，也就相当于加快系统电压的恢复，为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性能。
4.3灵敏性。
这主要是指继电保护装置应具有快速识别异常工作状态和故障状态并能及时作出反应的能力。
这也就是要求在保护区域内，无论短路点位置在哪、短路情况严重与否，保护装置不得发出拒绝指令；
同时若是保护区外发生故障，又不能发出错误指令。
保护装置灵敏与否，通常以灵敏系数KM来表示。
一般来说，在保证安全性的前提下，希望灵敏系数越高越好，灵敏系数越高反应轻微故障的能力越好。
KM＝Idmin/Idmin
Idmin表示流过CT的最小短路电流值
Idmin表示保护装置整定电流值（对于10kV单相接地故障取单相接地电容电流最小值）
4.4可靠性。
保护装置的准备状态应随时完好，并在故障发生时能正确的动作。
否则会出现因可靠性不高，反而使得保护装置成了扩大事故甚至直接造成故障的根源。
当然可靠系数的取值与各种因素有关，计算时参照规程选择，同时应考虑以下情况：
根据电力系统中物理量的变化，利用正常运行和故障时各物理量的差别就可以构成各种小同原理和类型的继电保护装器。
包括反映电流变化的电流保护，有定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和零序电流保护等：
反映电压变化的电压保护，有过电流保护和低电压保护：
既反映电流的变化又反映电压与电流之间相位角变化的方向过电流保护：
反映电压与电流之间比值，也就是反映短路点到保护安装处阻抗的距离保护、反映系统中频率变化的周波保护，反映变压器内部故障的瓦斯气体保护等。
第五章10kV供电系统的继电保护的应用特点
第一节10kV线路应配置的继电保护构成
10kV系统保护参数只设一套，按最大运行方式计算定值，按最小运行方式校验灵敏度（保护范围末端，灵敏度KL1.5，速断KL2，近后备KL1.25，远后备保护KL1.2）。
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0.5s～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。
瞬时电流速断保护不能保护设备的全部，也无法保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。
一般来说最大运行方式下的保护范围一般能达到线路总长的一半以上即认为保护效果十分良好。
当然，对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的五分之一左右即可装设。
第二节10kV配电变压器应配置的继电保护
10kV配电变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关。
负荷开关投资较小，但是难以断开短路电流，很少采用；
高压断路器在电力系统中主要用来分断正常负荷电流和故障时的短路电流,为了实现自动分断故障时短路电流的功能,必须配备复杂的继电保护系统装置。
而10kV中小容量配电变压器终端用户的高压开关，经常性分断正常负荷电流。
有必要指出在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。
在lOkV中性点不接地系统中，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。
当配电变压器容量小于400kVA时，一般采用高压熔断器保护；
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＞0.5s时，还应装设电流速断保护，而油浸式配电变压器还应装设气体保护；
当配电变压器容量为800kVA及以上时，应装设过电流保护，而当过流保护时限＞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；
还需要装设温度保护。
第三节10kV分段母线应配置的继电保护
母线保护配置分为双侧电源线路、单侧电源单回终端线路和非电源侧三种情况。
双侧电源线路应双重化配置主、后备一体化线路保护装置。
单侧电源单回终端线路，若无成环可能，且不考虑采用单相重合闸时，可不配置纵联保护，但应在电源侧配置两套独立、完整的阶段式保护。
非电源侧可不配置线路保护。
旁路开关应配置一套完整的线路保护。
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。
第六章10kV系统中继电保护的配置现状
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。
很多重要企业为双回路10kV电源、高压母线分段但不联络或虽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。
较为常见的保护模式分别为常规数字化保护配置和系统数字化保护配置，两种保护模式的优缺点将予以简要阐述。
常规数字化保护配置：
常规保护方案中的装置通常以互感器为核心在间隔层中进行装配和组装，其在结构上主要分为变压器保护、母线保护等逻辑结构，有的保护装置中需要对交流插件进行替换，通过GOOSE等数据采集光纤实现接口插件的替换，包括模拟量等接口插件也需要经由CPU插件实现替换。
常规的数字化保护配置方案作为向系统数字化保护的过渡方案，其以单个元件的保护作为基础，具有丰富的运行经验，但是其技术缺陷在于具有相对复杂的网络结构和设备，一定程度上减弱了数字化变电站的技术优势，但其在实际中拥有较为广泛的应用场景。
系统数字化保护配置：
智能变电站技术在IEC61850通信规约得以使用后有了重大突破和进展，许多变电站的内部元件借助该规约可以实现信息互通与共享，从而变成了系统的数字化保护。
系统数字化保护配置方案要求各设备的组装遵循双重化原则，不同设备的继电保护均需配备保护屏和测控屏，且在线路保护和变电器保护中还增加了A、B两套保护方案，彼此均可独立发挥相应逻辑保护功能。
因此该继电保护配置方案在不同设备的网络构建上更加简单，而且可以实现信息共享，实现更高的可靠性。
第七章加强10kV继电保护的措施创新第一节从管理和制度上加强
加强基础资料的积累和完善，为编制运行方式、检修计划和制定有关生产管理措施提供详实、准确的决策依据，同时也为电网可靠性评估提供计算依据。
加强组织制度建设，完善管理网络，把供电可靠性管理工作作为整个管理工作的重中之重，不断加大可靠性管理力度，建立健全供电可靠性管理体系，成立供电可靠性管理领导小组、供电可靠性管理网络。
定期召开指标分析会议，组织、指导、总结、分析可靠性管理工作，制订供电可靠性管理工作计划，保证供电可靠性管理有计划、有分析、有措施、有总结。
第二节积极应用新技术
目前，继电保护向计算机化、网络化方向发展，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化对继电保护提出了艰巨的任务，也开辟了研究开发的新天地。
比如在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用plc系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。
所有控制，保护，工作状态指示都通过plc内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。
控制电压在安全电压以下，可以提高工作的安全性，远离高压室进行操作，可以避免工作人员的误操作，一站式控制，可以提高工作效率，减少工作人员的劳动强度。
用两条现场总线就可以实现整个系统的信号传输，通过plc的工作状态和报警指示，便于工作和维修人员的故障排除。
另外，与继电器相比，plc的免维护性高，工作寿命长。
第三节加强经验的推广交流与总结
这里尤其是加强经验的一些推广。
比如运行经验证明晶体管保护、集成电路保护以及微机保护的抗干扰性能与电磁型、整流型的保护相比较差。
集成电路保护的抗干扰问题最为突出，用对讲机在保护屏附近使用，可能导致一些逻辑元件误动作，甚至使出口元件动作跳闸。
在电力系统运行中，如操作干扰、冲击负荷干扰、变压器励磁涌流干扰、直流回路接地干扰、系统和设备故障干扰等非常普遍，解决这些问题必须采取抗干扰措施。
这些都是在实际工作中碰到的。
只有加以总结和分析才能比较了解。
还有10kV系统中的上、下级保护之间的配合条件必须考虑周全，考虑不周或选配不当，则会造成保护的非选择性动作，使断路器越级跳闸。
保护的选择性配合主要包括上、下级保护之间的电流和时限的配合两个方面。
应该指出定时限过电流保护的配合问题较易解决。
由于定时限过电流保护的时限级差为0.5s，选择电网保护装置的动作时限，一般是从距电源端最远的一级保护装置开始整定的。
再比如有的地方常采用从盘后短接继电器接点的方法进行继电保护的整组试验,这种方法不能发现继电器接点不良、接点引线断线以及保护装置交流回路存在的缺陷。
而采取在被保护设备一次侧升电流的方法,进行过流保扩哟整组试验,就能发现故障,避免事故的发生。
第八章结论
总而言之，随着我国电力系统的规模不断扩大，系统运行的安全性和稳定性愈发重要，对继电保护也提出了更高的要求。
为此，应当采取科学合理、行之有效的措施进一步提高继电保护的可靠性，这不仅有利于确保整个电力系统的安全运行，而且还有助于推动我国电力行业健康、稳定发展。
在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。
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。
由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。
在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。
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