韓尚君

10kV供電系統(tǒng)是我國(guó)供電系統(tǒng)當(dāng)中十分重要的組成部分，與人們的日常生活和工作息息相關(guān)，確保其能夠平穩(wěn)的運(yùn)行對(duì)人們的日常生活和工作具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了確保10kV供電系統(tǒng)平穩(wěn)安全的運(yùn)行就必須采用性能穩(wěn)定、質(zhì)量安全可靠的繼電保護(hù)裝置，進(jìn)而為10kV供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供有效的保護(hù)，避免其受到不良因素的干擾。本文對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本工作原理進(jìn)行了比較深入的分析研究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了10kV繼電保護(hù)裝置的基本性能要求以及如何做好10kV繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)，對(duì)從事10kV供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置維護(hù)工作的技術(shù)人員具有一定的借鑒意義，進(jìn)而不斷提高自身的工作水平，從而為整個(gè)10kV供電系統(tǒng)的供電、變電、輸電和用電的平穩(wěn)運(yùn)行提供可靠的保障。

10kV繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，對(duì)于維持整個(gè)電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有決定性的作用。繼電保護(hù)裝置是一種智能化的自動(dòng)控制裝置，能夠?qū)φ麄€(gè)電力系統(tǒng)實(shí)施實(shí)時(shí)的監(jiān)控，能夠快速的檢測(cè)到電力設(shè)備的故障。若出現(xiàn)短路故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的電流過大，進(jìn)而引起供電系統(tǒng)的局部電壓發(fā)生不同程度的下降，繼電保護(hù)裝置檢測(cè)到這個(gè)故障以后，就會(huì)將發(fā)生短路的部分與整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行有效的隔離，進(jìn)而降低對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的影響，確保供電系統(tǒng)的其他部分平穩(wěn)運(yùn)行。另外，繼電保護(hù)裝置還可以在系統(tǒng)出現(xiàn)超負(fù)荷、低頻率以及電壓過高時(shí)發(fā)出信號(hào)，再由工作人員進(jìn)行故障的排除，這樣就能夠?qū)╇娤到y(tǒng)起到一個(gè)保護(hù)作用。

繼電保護(hù)裝置的基本原理

電力系統(tǒng)故障的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)各種類型的故障，其中最常見的故障類型就是短路故障。電力系統(tǒng)一旦發(fā)生短路故障，就會(huì)導(dǎo)致電壓和電流之間的相位角發(fā)生一定的變化，進(jìn)而影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。電力系統(tǒng)短路故障根據(jù)其發(fā)生原因的不同可以分為：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪?、兩相接地短路、兩相短路以及三相短路?種類型，除了三相短路之外的所有短路類型都是不對(duì)稱短路。其中，單相接地短路故障是最為常見的短路故障類型，占到電力系統(tǒng)總故障數(shù)量的65%左右；兩相短路接地故障占到20%左右；兩相短路故障占到10%左右；三相短路故障的發(fā)生概率非常低，僅占到5%左右。短路故障會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電流猛增至正常工作狀態(tài)下的幾十甚至幾百倍，當(dāng)處于高壓狀態(tài)下，其電流可以達(dá)到數(shù)千萬(wàn)安培之大，會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損害。短路故障的特點(diǎn)可以歸結(jié)為：電力系統(tǒng)中的設(shè)備所受到的損壞程度與短路故障的時(shí)間成正比，即短路故障的時(shí)間越長(zhǎng)，所造成的損害就越大；短路點(diǎn)離電源的距離越小，其中的路阻抗越小，所導(dǎo)致的短路電流就越大。因此，一旦電路中發(fā)生短路，就要及時(shí)的采取應(yīng)對(duì)措施，盡量減小短路時(shí)間，進(jìn)而降低短路所造成的損失。

繼電保護(hù)裝置的幾種類型。電力系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生不同類型的故障，就需要采用不同類型的繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)。根據(jù)其工作原理的不同，繼電保護(hù)裝置可以分為以下幾種類型：

反應(yīng)電流變化的繼電保護(hù)裝置。其工作原理就是通過對(duì)供電系統(tǒng)電流大小的有效監(jiān)測(cè)，根據(jù)電流大小的變化情況對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的判斷，一旦發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)的電流大小出現(xiàn)異常情況，就可以及時(shí)的對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)。該種類型的裝置主要是由定時(shí)限過電流保護(hù)、反時(shí)限過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和零序電流保護(hù)等組成。

反應(yīng)電壓變化的繼電保護(hù)裝置。其工作原理就是對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的電壓變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)電壓變化超過規(guī)定的安全范圍后，保護(hù)裝置就自動(dòng)采取有效的措施，進(jìn)而避免對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。該種類型的裝置主要是由過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù)部分組成。

同時(shí)反應(yīng)電流變化和電壓與電流之間相位角變化的繼電保護(hù)裝置。其工作原理就是通過對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電流、電壓以及相位角的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)而根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的判斷。

10KV繼電保護(hù)裝置的基本性能要求

繼電保護(hù)裝置的選擇性。10KV繼電保護(hù)裝置運(yùn)行過程中，對(duì)供電系統(tǒng)所采取的保護(hù)措施要限制在故障線路內(nèi)，也就是說進(jìn)行停電保護(hù)的線路范圍要盡可能小，避免因處理故障線路而對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成過大的影響。因此，這就要求繼電保護(hù)裝置在處理供電系統(tǒng)故障時(shí)，具有一定的選擇性，能夠?qū)⑹苡绊懙木€路區(qū)域限制在合理的范圍內(nèi)。繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)故障所采取的保護(hù)措施主要有：主保護(hù)、后備保護(hù)以及輔助保護(hù)等。其中，主保護(hù)是繼電保護(hù)中反應(yīng)最迅速、運(yùn)行最快、保護(hù)能力最大的保護(hù)系統(tǒng)，是處于主要地位的保護(hù)系統(tǒng)；后備保護(hù)相較于主保護(hù)運(yùn)行速度較慢，在主保護(hù)沒有運(yùn)行的前提下，對(duì)故障線路進(jìn)行二次保護(hù)、主保護(hù)措施對(duì)線路無(wú)法起到有效的保護(hù)效果后，后備保護(hù)對(duì)故障線路進(jìn)行一定的補(bǔ)救保護(hù)；輔助保護(hù)是在主保護(hù)和后備保護(hù)對(duì)故障線路的保護(hù)措施無(wú)效時(shí)才進(jìn)行啟動(dòng)，為電力系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單快捷的保護(hù)，相較于前兩種保護(hù)措施，輔助保護(hù)所提供的保護(hù)措施相對(duì)簡(jiǎn)單，但是其作用仍非常重要。

繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性。由于電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，若沒有立即的予以切斷，在很短的時(shí)間內(nèi)就可能造成非常大的損失。因此，在實(shí)際運(yùn)行過程中，要求繼電保護(hù)裝置能夠在最短的時(shí)間內(nèi)將故障線路進(jìn)行切斷隔離，即要求繼電保護(hù)裝置具有一定的速動(dòng)性，避免故障線路對(duì)整個(gè)線路造成影響，進(jìn)而對(duì)線路內(nèi)電力設(shè)施、電氣設(shè)備以及電路整體起到有效的保護(hù)作用。為了保障電力線路與設(shè)備的安全，繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性要求如下：

對(duì)于電壓較高的輸電輸電線路要在第一時(shí)間予以切斷；確保電路中大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器以及電動(dòng)機(jī)等設(shè)備內(nèi)部故障發(fā)生情況下，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行迅速有效；由于10kV線路中電纜線截面較小，故障中易出現(xiàn)電路過熱現(xiàn)象，因此繼電設(shè)備不能使用延時(shí)保護(hù)措施；對(duì)社會(huì)公共安全和鐵路交通設(shè)施危害較大的線路故障，繼電保護(hù)裝置的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。具體的反應(yīng)時(shí)間規(guī)定如下：快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間平常為6～12%秒，峰值時(shí)間為1～4%秒；斷路器反應(yīng)時(shí)間平常為6～25%秒，峰值時(shí)間為2～6%秒。endprint

繼電保護(hù)裝置的靈敏性。繼電保護(hù)裝置的靈敏性是指電力系統(tǒng)中的電流和電壓出現(xiàn)故障后，對(duì)故障進(jìn)行合理的分析和采取有效的保護(hù)措施的反應(yīng)能力。在電力系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置對(duì)故障所進(jìn)行的判斷主要包括：故障發(fā)生的具體線路位置以及應(yīng)該進(jìn)行保護(hù)的電路范圍、所發(fā)生故障的類型、對(duì)故障應(yīng)采取的保護(hù)措施等。對(duì)線路故障進(jìn)行科學(xué)合理的判斷后，繼電保護(hù)裝置即可采取有效的保護(hù)措施，將故障線路予以切斷，進(jìn)而將其與運(yùn)行正常的線路進(jìn)行有效的隔離，將故障限制在合理的范圍內(nèi)，避免故障線路對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成更大的影響。繼電保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)故障的靈敏性，主要是由設(shè)備的靈敏度系數(shù)決定，設(shè)備的靈敏度系數(shù)越高，繼電保護(hù)裝置對(duì)故障采取有效處理措施的時(shí)間就越短。一般靈敏度系數(shù)越高的繼電保護(hù)裝置，其對(duì)輕微故障的反應(yīng)與應(yīng)對(duì)能力越強(qiáng)，但技術(shù)與制作成本也越高。因此在繼電保護(hù)系統(tǒng)配置中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)電路保護(hù)實(shí)際需求，合理選擇繼電保護(hù)敏感性。

繼電保護(hù)裝置的可靠性。繼電保護(hù)裝置的可靠性是其對(duì)電路采取保護(hù)措施的基礎(chǔ)，只有繼電保護(hù)裝置具有較高的可靠性才能為整個(gè)電力系統(tǒng)提供可靠的保護(hù)，繼電保護(hù)裝置的可靠性要求主要有以下三個(gè)方面。

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下的可靠性。在整個(gè)電力系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行正常的情況下，繼電保護(hù)裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：繼電保護(hù)系統(tǒng)中的監(jiān)控裝置能夠?qū)﹄娐放c設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的監(jiān)控；繼電保護(hù)裝置所提供的運(yùn)行數(shù)據(jù)精確、詳細(xì)并且具有連續(xù)性的特征。

電力系統(tǒng)故障情況下可靠性。繼電保護(hù)裝置只有在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，才能發(fā)揮出對(duì)電路的保護(hù)作用，也是檢驗(yàn)其可靠性的主要環(huán)節(jié)。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，繼電保護(hù)裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：對(duì)于電路中出現(xiàn)的故障，繼電保護(hù)裝置能夠自動(dòng)、快速的做出有針對(duì)性的處理措施；所采取的處理措施能夠有效的避免故障線路對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成不良影響；確保電力系統(tǒng)中的非故障線路，能夠繼續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

電力系統(tǒng)運(yùn)行異常情況下下可靠性。當(dāng)電力系統(tǒng)處于未發(fā)生故障的異常狀態(tài)下，繼電保護(hù)裝置的可靠性主要體現(xiàn)在：能夠?qū)€路的異常狀況進(jìn)行正確的判斷；對(duì)異常狀況能夠進(jìn)行系統(tǒng)全面的記錄，并及時(shí)將出現(xiàn)異常狀況的線路部分進(jìn)行預(yù)警報(bào)警。

10kV繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)

電流速斷保護(hù)。在10kv電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，一旦線路中出現(xiàn)短路故障，就會(huì)對(duì)整個(gè)線路的安全運(yùn)行造成不小的影響，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)燒毀的嚴(yán)重后果。通過設(shè)置電流速斷保護(hù)裝置能夠在短路故障發(fā)生時(shí)，將電路進(jìn)行有效的切斷，進(jìn)而降低短路故障所造成的損失，從而確保電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。電流速斷保護(hù)根據(jù)其響應(yīng)時(shí)間的不同可以分為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)兩種類型，前者的動(dòng)作電流要大于保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大短路電流，這就能夠?qū)⑺贁喾秶行У南拗圃诒槐Ｗo(hù)線路的內(nèi)部，進(jìn)而減少因切斷電路所造成的影響范圍，確保電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。但是該方式在整定值的選擇上有著很大的局限性，在實(shí)際的應(yīng)用過程中不宜單獨(dú)使用，要與其他保護(hù)方式進(jìn)行協(xié)同保護(hù)。

定時(shí)限過流保護(hù)。定時(shí)限過流保護(hù)即要求繼電保護(hù)裝置能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)電路的固定保護(hù)。其具體的反應(yīng)時(shí)間是由時(shí)間繼電器進(jìn)行有效的控制，能夠在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行合理的調(diào)整。因此，對(duì)于沒有采取接地措施的電力系統(tǒng)，其采用的方式主要是盡量使得被保護(hù)的線路躲避電流負(fù)荷，只有在線路中的電流超出規(guī)定的范圍內(nèi)才會(huì)采取保護(hù)措施。在使用定時(shí)限過流保護(hù)時(shí)，要充分關(guān)注到以下兩點(diǎn)：當(dāng)線路中的電流大小在安全合理的范圍內(nèi)，即電力系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)，此時(shí)繼電保護(hù)裝置不會(huì)采取任何保護(hù)措施；電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，線路中的電流大小就會(huì)超過規(guī)定的范圍，繼電保護(hù)裝置就會(huì)采取定時(shí)限過流保護(hù)措施，進(jìn)而將故障限制在合理的范圍內(nèi)。

反時(shí)限過流保護(hù)。反時(shí)限過流保護(hù)是指，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護(hù)裝置就會(huì)根據(jù)線路中的電流大小采取相應(yīng)的保護(hù)措施。發(fā)生故障的線路中電流越大，繼電保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作所需的時(shí)間就越短，反之，進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間就越長(zhǎng)。反時(shí)限過流保護(hù)主要是由感應(yīng)型繼電器組成，其內(nèi)部含有啟動(dòng)原件和和時(shí)間原件以及容量非常大的觸點(diǎn)，能夠有效的跳過中間繼電器而直接進(jìn)行跳閘保護(hù)。此外，反時(shí)限過流保護(hù)裝置還設(shè)有機(jī)械掉牌信號(hào)裝置，在實(shí)際的連接中能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)便快捷的保護(hù)接線。同時(shí)，在使用時(shí)還要注意，繼電器在其常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)一般為先失電返回，這就使得其觸點(diǎn)不能夠閉合，所以跳閘線圈就不能正常地通電跳閘。

兩段式和三段式過流保護(hù)。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)所能保護(hù)的線路范圍非常有限，一旦出現(xiàn)較大范圍的故障則該保護(hù)措施就無(wú)法提供有效的保護(hù)，因此，在實(shí)際的工作中，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)只能作為一種輔助性的保護(hù)。為了給電力系統(tǒng)提供更加系統(tǒng)全面的保護(hù)，可以將瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過流保護(hù)進(jìn)行合理的組合，進(jìn)而形成兩段式的電流保護(hù)形式。兩段式的電流保護(hù)形式兼具兩種保護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)，因而能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供更加全面的保護(hù)。此外，為了進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，在實(shí)際的保護(hù)過程中還會(huì)采用三段式的電流保護(hù)，即瞬時(shí)電流速斷+略帶時(shí)限的電流速斷+定時(shí)限過流保護(hù)的組合形式，這種保護(hù)方式可以在相鄰的線路保護(hù)拒動(dòng)時(shí)啟動(dòng)后備保護(hù)，從而使得供電線路的運(yùn)行更加安全。

總而言之，確保電力系統(tǒng)能夠進(jìn)行平穩(wěn)安全的運(yùn)行對(duì)于人們的生活和工作具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是電力系統(tǒng)越來(lái)越龐大、越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致其故障的發(fā)生概率高居不下，為了提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，要在電力系統(tǒng)中合理的設(shè)置繼電保護(hù)裝置，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠及時(shí)采取有效的保護(hù)措施，將故障電路與非故障電路進(jìn)行有效的隔離，從而降低故障線路對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)所造成的影響，確保電力系統(tǒng)能夠進(jìn)行平穩(wěn)安全的運(yùn)行，為人們的生活和工作提供充足的能源。

（作者單位：中國(guó)鋁業(yè)河南分公司）endprint