10kV配电系统继电保护装置配置与整定

10kV配电系统继电保护装置配置与整定

姚泽林

广州南方电力集团科技发展有限公司广东广州510000

摘要：继电保护装置是确保配电系统安全、稳定运行的重要保障，若其配置与整定不完善，将会影响到系统的安全运行。本文对10kV配电系统的供电方式进行了介绍，并分析了10kV配电系统继电保护装置的配置与整定。

关键词：配电系统；继电保护装置；配置

引言

随着我国工业化进程的不断加快以及人们生活水平的日益提高，社会的用电需求日益增加，电力行业也得到了迅猛的发展。在城镇和乡村用电中，10kV配电系统得到了广泛的应用，其继电保护装置配置与整定若不合理，则会导致断路器在发生故障时拒动或越级跳闸，极大地影响到电力系统的安全运行。对此，本文进行了相关介绍。

110kV配电系统供电方式

随着经济的发展，客户对电力的依赖性越来越大，对供电可靠性的要求也越来越高。为了满足客户的需求，城市10kV配电系统的结构日益复杂，从最初的单一放射式结构到多分段多联络的网格化结构。目前，对于电缆网络，推荐的接线方式是单环网/双环网/多供一备接线3种方式。图1为标准的单环网接线，2个电源之间接入了4个开关站，每个开关站都有多条串供线路及直供用户。虽然属于单环网结构但是运行时采取开环，形成了多级串供的供电方式。

正常运行时，开环点的选择主要考虑经济运行，以2个电源的供电半径，所供负荷大小为主要考虑因素，方式相对固定。设备检修时则是将被检修设备停电隔离形成检修运行方式。图1即为变电站B的10kV母线或间隔检修时的运行方式。检修运行方式是多变的，如变电站A的10kV母线或间隔检修时，供电方式完全反转（即B11开关合上，A11开关断开），原来的末端变成首端。

2保护层级划分

目前，10kV配电系统公用线路常规配备的是两段式过电流保护，依照保护装置所在位置不同，将配电系统保护分为3个层级：层级1为变电站出线开关保护也即首端保护；层级2为中间层保护，包括配电线路上的串供分段线路（包括开关站、环网柜中的进出线开关、柱上开关等）保护；层级3为终端线路（包括开关站、环网柜的出线开关、分界开关）保护。3个层级保护中，终端线路处于配电系统的最末端，虽然其上级电源随运行方式调整会有所变化，但其本身供电范围是不变的。保护装置需要保护的设备范围不因运行方式的变化而有所变化，保护定值可以不随运行方式调整。首端保护的动作时间受上级保护限额限制，为了兼顾下级保护动作时间宜取限额的上限，电流定值因配电系统分段后每段线路长度有限，难以做到上下级之间保护范围的完全配合，以不超出下级保护装置的保护范围为原则进行整定，电流定值也可以相对固定。中间层保护因上下级关系随运行方式变化而变化，供电范围及需要保护的设备范围变化很大，为简便将所有中间层保护取相同的保护定值。这样3个层级的保护定值整定，动作时间需满足上下级配合要求，保护范围上会有所重叠，但上级保护装置的保护范围不会超出下级保护。

3保护装置的配置与整定

3.1保护装置的配置

变电站10kV公用线路出线保护一般配置两段式电流保护，三相重合闸；特殊情况如电源接入专用线路，可配置光纤电流差动保护。中间层线路保护与变电站10kV公用线路出线相同配置，即两段式电流保护，三相重合闸；终端线路保护有2种：（1）负荷开关加熔断器，熔断器属于反时限过电流保护。（2）分界开关保护，配有两段式电流保护，三相重合闸。有的分界开关保护只配置一段式电流保护。

3.2保护装置的整定原则

依据文献，本文3个层级继电保护装置整定的原则为：

层级1为变电所出线开关电流保护。（1）时限电流速断保护：电流定值按满足小方式下保护安装处两相短路灵敏系数不小于1.5，躲开大方式下本线路配电变压器低压侧母线三相最大短路电流，可靠系数取1.3；躲开配电变压器合闸励磁涌流，可靠系数取4。（2）过电流保护：电流定值按躲开配电线路允许的最大负荷电流，可靠系数取1.5；对本线路末端最小两相短路灵敏系数不小于1.5；满足上级保护限额要求，配合系数取1.2。时间定值按配合关系整定。

层级2为站房中的串供线路保护。（1）时限电流速断保护：电流定值按躲开过配电变压器合闸励磁涌流，可靠系数取4；躲开过大方式下本线路配电变压器低压侧母线三相最大短路电流，可靠系数取1.3；满足小方式下保护安装处两相短路灵敏系数不小于1.2；与层级1时限电流速断保护保护配合，系数取1.1。（2）过电流保护：电流定值按躲开配电线路允许的最大负荷电流，可靠系数取1.5；对本线路末端最小两相短路灵敏系数不小于1.5；与层级1过电流保护配合，系数取1.1。时间定值按配合关系整定。

层级3为终端线路保护。（1）电流速断保护：按用户变压器额定电流6～8倍整定，时间0s，以便与层级2时限速断保护配合。（2）过电流保护：按用户变压器额定电流1.5倍整定，时间0.2s，以便与层级2过电流保护配合。（3）用户分界断路器保护仅具备一段过流保护时，定值按用户变压器额定电流6～8倍整定，时间0s，以便与层级2时限速断保护配合。

3.3保护定值的实际选取

各个的配电系统结构与参数会有所不同，因此不同城区配电系统的层级1和层级2保护定值会有所不同。现以某实际城区电网相关参数按照3.2节所述整定原则进行计算。其参数如表1所示。

主干线路为架空线和电缆。架空线为铝芯绝缘导线，截面积为240mm2，电缆为铜芯，截面积为400mm2，依据表1参数，按照3.2节所述整定原则带入计算可得：（1）层级1的时限电流速断保护定值一般取3.0～3.5kA，保护时间取0.3s；过电流保护定值一般取0.90～0.95kA，保护时间取0.6s。（2）层级2的时限电流速断保护定值一般取2.3～2.8kA，时限0.1s。过电流保护定值一般取0.80～0.85kA，保护时间取0.3s。（3）层级3可依据整定原则具体计算，无通用范围。分层后3个层级的保护定值配置如图2所示。

3.4保护与重合闸装置的使用

该城市10kV配电系统各级断路器普遍配置了三相重合闸装置，随着微机保护装置的普及，装置本身大多具备二次重合闸功能。目前该城区10kV线路基本采用电缆和架空绝缘导线，2015年该市区10kV线路故障共计173次，原因多是架空线路雷击断线、柱上开关或避雷器故障，电缆线路故障多是电缆接头故障或外力挖掘破坏，此外用户内部故障占较高比例。

对于层级3的线路保护，考虑到所供用户单一，为尽量缩小故障影响范围，其重合闸全部退出运行。对于层级1的线路保护，考虑到其与层级2保护的时间配合基本上是有保证的，而层级1线路故障对变电站中的主变压器而言是近区故障，对变压器线圈的稳定性影响较大，因此其重合闸应退出运行。对于层级2的保护，考虑到层级2保护与层级3保护之间时间级差配合不能完全保证选择性，即存在越级跳闸的可能。为尽量缩小故障停电范围，层级2保护的重合闸应投入运行。过去曾有规定对于纯电缆线路其重合闸退出运行，但对于层级2而言即使其自身线路是全电缆，但其下级仍可能有架空线路，且上下级之间保护无法完全保证选择性，因此其重合闸还是应该投入运行。

重合闸动作时间整定按照满足故障点电弧熄灭时间与断路器机构准备好合闸时间，要求不低于0.5s，一般取1.0s。

对于配电系统线路层级2的受电侧保护，如果该保护投入运行，其不存在正确动作的可能性，因为在本线路发生故障时没有短路电流通过保护装置，反倒在线路背侧发生故障时可能误动作，因此应当退出运行。在未实施配网自动化的地区，投退线路保护需要人工到现场操作保护压板，费时费力。虽然保护装置本身具备短路电流方向判别功能，但是加入方向判别后保护动作可靠性降低，得不偿失。因此还是要求受电侧保护正常退出运行。如果站房具备配网自动化功能，那么可以远方操作软压板实现保护投退。

4结语

综上所述，继电保护装置配置与整定直接影响到10kV配电系统的运行安全，确保10kV配电系统继电保护装置配置与整定的合理性十分必要。本文提出了对配电系统实施分层管理，大大简化了10kV配电系统继电保护的配置结构，减少了运行维护的工作量，提高了工作效率，具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]智能电网的供配电系统继电保护整定技术探讨[J].刘中奎.低碳世界.2016（21）

[2]简单配电系统继电保护整定计算[J].张宗成，吴旭东，张瑞起，施利金，庄勇，赵国起.中国战略新兴产业.2017（12）