10 kV保護(hù)定值的設(shè)置原則和實(shí)際應(yīng)用分析

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（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引言

10 kV配電網(wǎng)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的重要內(nèi)容。隨著配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，10 kV配電網(wǎng)繼電保護(hù)的配置和動(dòng)作需求與傳統(tǒng)模式有了較大區(qū)別。以往傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究?jī)H限于對(duì)10 kV出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的討論，而10 kV智能配電網(wǎng)的繼電保護(hù)則涉及站外大批的10 kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)。10 kV保護(hù)定值的設(shè)置是配電網(wǎng)繼電保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。保護(hù)定值的合理設(shè)置，可以有效保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，減少開(kāi)關(guān)動(dòng)作的次數(shù)，避免越級(jí)跳閘擴(kuò)大停電范圍，降低線(xiàn)路變電站側(cè)斷路器故障跳閘率。下面主要對(duì)10 kV線(xiàn)路保護(hù)定值的設(shè)置展開(kāi)討論。

1 10 kV配電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)置的基本原則

（1）10 kV配電網(wǎng)的電力設(shè)備和線(xiàn)路，應(yīng)裝設(shè)符合要求的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，滿(mǎn)足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性方面的要求。

（2）10 kV配電線(xiàn)路上的主干線(xiàn)斷路器、分支線(xiàn)斷路器等線(xiàn)路保護(hù)，因定值、時(shí)間限額等原因需降低時(shí)間級(jí)差時(shí)，允許適當(dāng)失去部分選擇性。

（3）電力設(shè)備由一種運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為另一種運(yùn)行方式的過(guò)程中，被操作的有關(guān)設(shè)備均應(yīng)在保護(hù)范圍以?xún)?nèi)，允許部分保護(hù)裝置在操作過(guò)程中失去部分選擇性。

（4）繼電保護(hù)配合的時(shí)間級(jí)差應(yīng)充分考慮斷路器跳閘的分閘時(shí)間、整套保護(hù)動(dòng)作的返回時(shí)間，保護(hù)配合的時(shí)間級(jí)差可取0.3 s。因定值時(shí)間限額等原因存在配合困難時(shí)，可適當(dāng)降低時(shí)間級(jí)差。

（5）10 kV配電線(xiàn)路應(yīng)根據(jù)線(xiàn)路長(zhǎng)度、負(fù)荷密度、繼電保護(hù)配合合理設(shè)置分段斷路器，每回饋線(xiàn)干線(xiàn)上投入保護(hù)跳閘功能的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分段開(kāi)關(guān)不宜超過(guò)2級(jí)。自愈線(xiàn)路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分段開(kāi)關(guān)必須具備三遙功能。

2 10 kV配電網(wǎng)繼電保護(hù)的具體配置要求

（1）對(duì)于供電半徑比較長(zhǎng)，沿線(xiàn)短路電流差異比較明顯的10 kV線(xiàn)路，具備三段式過(guò)電流保護(hù)配合條件的，可在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)配置三段式過(guò)電流保護(hù)，并與變電站10 kV出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的三段式過(guò)電流保護(hù)配合[1]。

（2）通過(guò)對(duì)延時(shí)時(shí)間級(jí)差的合理設(shè)置，使線(xiàn)路上各級(jí)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)2～3級(jí)電流保護(hù)的配合。延時(shí)時(shí)間級(jí)差取決于繼電保護(hù)裝置的故障檢測(cè)時(shí)間、保護(hù)出口的驅(qū)動(dòng)時(shí)間、斷路器的動(dòng)作時(shí)間。

（3）對(duì)于變電站出線(xiàn)斷路器必須配置瞬時(shí)速斷保護(hù)的情況，線(xiàn)路上出線(xiàn)斷路器瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍以外的部分仍然可以配置三段式電流保護(hù)。通過(guò)合理設(shè)置時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)2～3級(jí)的電流保護(hù)配合。

（4）對(duì)于配置三級(jí)級(jí)差電流保護(hù)的線(xiàn)路，變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)延時(shí)速斷保護(hù)的延時(shí)時(shí)間可以設(shè)置為2ΔT。具備條件的分支線(xiàn)、次分支可配置斷路器和電流保護(hù)，延時(shí)時(shí)間可設(shè)置為ΔT、0 s，以實(shí)現(xiàn)分支線(xiàn)故障不影響主干線(xiàn)供電，次分支故障不影響分支線(xiàn)供電的方式。

（5）對(duì)于架空線(xiàn)和架空-電纜混合線(xiàn)路，可配置自動(dòng)重合閘功能，全電纜線(xiàn)路一般不配置重合閘。對(duì)于分布式電源接入容量較高的情況，線(xiàn)路重合閘的延時(shí)時(shí)間應(yīng)設(shè)置得比接入容量較低的情況要長(zhǎng)一點(diǎn)，目的是保證重合閘之前，線(xiàn)路上的所有分布式電源能夠可靠脫網(wǎng)。

（6）10 kV配電線(xiàn)路上配置繼電保護(hù)功能的開(kāi)關(guān)應(yīng)該采用斷路器，其余10 kV線(xiàn)路開(kāi)關(guān)可采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

（7）對(duì)于采用繼電保護(hù)配合后仍不能滿(mǎn)足供電可靠性要求的，可建設(shè)一定數(shù)量的“二遙”“三遙”配電自動(dòng)化終端、通信網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)化主站，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)和繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)配合，以便在故障處理過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的故障定位、隔離和非故障區(qū)的供電恢復(fù)。

3 10 kV配電線(xiàn)路保護(hù)配置情況和定值的整定原則

目前，10 kV配電網(wǎng)普遍采用三段式過(guò)電流保護(hù)，包括過(guò)流Ⅰ段保護(hù)、過(guò)流Ⅱ段保護(hù)、過(guò)流Ⅲ段保護(hù)（站外10 kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅲ段一般不投）。

3.1 變電站內(nèi)10 kV線(xiàn)路保護(hù)

3.1.1 過(guò)流Ⅰ段（速斷保護(hù)）

保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)線(xiàn)路末端最大短路電流或配變低壓側(cè)三相故障短路電流整定。根據(jù)網(wǎng)內(nèi)短路電流水平簡(jiǎn)化整定，推薦取值3 600 A。若保護(hù)只配置兩段電流保護(hù)則電纜線(xiàn)路本段推薦取值3 000 A，架空線(xiàn)路本段推薦取值2 400 A。動(dòng)作時(shí)限≤0.3 s。

3.1.2 過(guò)流Ⅱ段（過(guò)流保護(hù)）

要求對(duì)線(xiàn)路末端故障有足夠的靈敏度，靈敏度≥1.5。要求小于變電站10 kV母聯(lián)斷路器的過(guò)流定值，可靠系數(shù)≥1.3，推薦取值1 800 A（若保護(hù)只配置2段電流保護(hù)則本段推薦取值1200A），動(dòng)作時(shí)限≤0.5s。

3.1.3 過(guò)流Ⅲ段

動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，同時(shí)考慮線(xiàn)路的載流量。推薦取值900 A，動(dòng)作時(shí)限≤1.2 s，動(dòng)作于跳閘。

3.1.4 零序電流保護(hù)

10 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)時(shí)，零序電流保護(hù)宜退出運(yùn)行。10 kV電網(wǎng)為小電阻接地或消弧線(xiàn)圈并小電阻接地，零序過(guò)流保護(hù)應(yīng)投入運(yùn)行[2]。整定站外10 kV線(xiàn)路保護(hù)定值時(shí)必須與站內(nèi)10 kV線(xiàn)路的保護(hù)定值進(jìn)行配合，避免失配。

零序電流保護(hù)的動(dòng)作值按躲過(guò)三相短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡電流整定。對(duì)于10 Ω小電阻接地系統(tǒng)，零序跳閘動(dòng)作值取60 A，動(dòng)作時(shí)限可取1.2 s。

3.1.5 重合閘

一般投非同期重合閘方式和一次重合閘。重合閘延時(shí)時(shí)間還應(yīng)與下級(jí)饋線(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的“分閘延時(shí)時(shí)間”配合，取5 s。接有小電源的10 kV線(xiàn)路應(yīng)采用解列重合閘方式[2]。

3.2 站外10 kV線(xiàn)路第一級(jí)斷路器保護(hù)

3.2.1 過(guò)流Ⅰ段保護(hù)

過(guò)流Ⅰ段定值按不大于所在變電站線(xiàn)路保護(hù)過(guò)流Ⅰ段定值的90%整定，推薦取一次值2 700 A或2 400 A。主干線(xiàn)上各分段斷路器的保護(hù)電流定值應(yīng)以變電站電流保護(hù)定值為基礎(chǔ)，按照與距離成反比的規(guī)律依次遞減。動(dòng)作時(shí)限可取0.15 s。

3.2.2 過(guò)流Ⅱ段保護(hù)

動(dòng)作電流與變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段的電流定值配合，以變電站出線(xiàn)斷路器過(guò)流Ⅱ段保護(hù)定值為基礎(chǔ)，按照依次遞減的原則整定，可取1 200 A。動(dòng)作時(shí)間與站內(nèi)饋線(xiàn)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)時(shí)間配合，按階梯時(shí)限原則整定，時(shí)間級(jí)差不低于0.15 s，可取0.3 s。

3.2.3 零序過(guò)流保護(hù)

與變電站出線(xiàn)線(xiàn)路保護(hù)零序過(guò)流定值配合整定，推薦值40 A。動(dòng)作時(shí)限與站內(nèi)出線(xiàn)零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.2 s，動(dòng)作時(shí)間可取1 s或0.8 s。

投一次重合閘，采用非同期重合閘方式，重合閘動(dòng)作時(shí)間取5 s。

3.3 站外10 kV線(xiàn)路第二級(jí)斷路器保護(hù)

3.3.1 過(guò)流Ⅰ段保護(hù)

電流定值與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅰ段保護(hù)定值配合，按不大于上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅰ段電流定值的90%整定，可取1 800 A。

動(dòng)作時(shí)限與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.2 s，可取0 s。

3.3.2 過(guò)流Ⅱ段保護(hù)

電流定值與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅱ段保護(hù)定值配合，可取1 200 A。動(dòng)作時(shí)間與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅱ段時(shí)間配合，動(dòng)作延時(shí)≤0.3 s。

3.3.3 零序過(guò)流保護(hù)

與上一級(jí)斷路器零序過(guò)流定值配合整定，推薦值40 A。動(dòng)作時(shí)限與上一級(jí)零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.2 s，可取0.5 s。

投一次重合閘，采用非同期重合閘方式，重合閘動(dòng)作時(shí)間取5 s。

3.4 分界斷路器或用戶(hù)進(jìn)線(xiàn)斷路器

3.4.1 過(guò)流Ⅰ段保護(hù)

動(dòng)作電流取配電房?jī)?nèi)單臺(tái)最大容量配變的速斷保護(hù)電流定值，如果配電房?jī)?nèi)最大容量配變?yōu)?00 kVA及以下時(shí)，建議取值1 000 A。動(dòng)作時(shí)限與上一級(jí)斷路器速斷保護(hù)時(shí)限配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.2 s。動(dòng)作時(shí)限不大于0.15 s，可取0 s，動(dòng)作于跳閘。

3.4.2 過(guò)流Ⅱ段保護(hù)

動(dòng)作電流與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅱ段保護(hù)定值配合，取配電房?jī)?nèi)所有配變過(guò)流保護(hù)定值之和。動(dòng)作時(shí)限與上一級(jí)斷路器過(guò)流Ⅱ段保護(hù)時(shí)限配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.15 s，動(dòng)作時(shí)限不大于0.3 s。

3.4.3 零序過(guò)流保護(hù)

與上一級(jí)斷路器零序過(guò)流定值配合整定，推薦值40 A。動(dòng)作時(shí)限與上一級(jí)零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間配合，時(shí)間級(jí)差不低于0.2 s，動(dòng)作時(shí)間應(yīng)不大于0.5 s。

退出重合閘功能，確保用戶(hù)側(cè)故障時(shí)能可靠隔離。

3.5 聯(lián)絡(luò)斷路器（環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)）

電流定值與上一級(jí)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)保護(hù)的電流定值配合整定。過(guò)流Ⅰ段延時(shí)0 s，過(guò)流Ⅱ段上下級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差不小于0.15 s，零序電流保護(hù)上下級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差為0.3 s。如果無(wú)法和上一級(jí)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)保護(hù)配合，允許失去部分選擇性。聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)重合閘應(yīng)退出，確保故障可靠隔離[2]。

以上保護(hù)定值的設(shè)置均為推薦值，各單位應(yīng)跟據(jù)當(dāng)?shù)嘏渚W(wǎng)的實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化保護(hù)定值的設(shè)置。當(dāng)線(xiàn)路的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，或10 kV線(xiàn)路實(shí)施了長(zhǎng)期方式的轉(zhuǎn)供電后，也需要對(duì)線(xiàn)路的保護(hù)定值作出相應(yīng)的調(diào)整。

4 實(shí)際應(yīng)用情況分析

從目前本單位10 kV配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，大部分自動(dòng)化開(kāi)關(guān)都能可靠動(dòng)作，就近隔離故障，符合選擇性的原則。但是，也出現(xiàn)了部分自動(dòng)化開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘，或兩個(gè)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作的情況。

例如，2021年金本站10 kV 731中達(dá)線(xiàn)干線(xiàn)10T3、23T2開(kāi)關(guān)跳閘，動(dòng)作類(lèi)型均是過(guò)流動(dòng)作，重合成功。查保護(hù)定值單發(fā)現(xiàn)，10T3、23T2開(kāi)關(guān)的過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作電流均為1 200 A、動(dòng)作時(shí)限均為0.3 s。兩個(gè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值設(shè)為同一級(jí)，動(dòng)作時(shí)限均為0.3 s，因此，兩開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，并且重合成功。2021年5月，君榮站10 kV 708葉崗線(xiàn)跳閘，23T1、56T1開(kāi)關(guān)過(guò)流動(dòng)作，重合成功。兩開(kāi)關(guān)的過(guò)流Ⅱ段保護(hù)定值分別為：23T1，1 200 A，0.3 s；56T1，600 A，0.3 s。因動(dòng)作時(shí)限均為0.3 s，所以?xún)砷_(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，并且重合成功。

目前，同一線(xiàn)路上的兩個(gè)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)在同一時(shí)間點(diǎn)附近同時(shí)跳閘并且重合成功的情況比較普遍，每月一般會(huì)有兩三單甚至幾單，在保護(hù)正確動(dòng)作的情況下，主要原因是兩個(gè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值設(shè)為了同一級(jí)（如上所述）。另外，也不排除是因?yàn)閮蓚€(gè)開(kāi)關(guān)的后段都出現(xiàn)了故障點(diǎn)，因?yàn)槭撬矔r(shí)故障，所以都重合成功，這種情況在雨天比較容易發(fā)生。此外，兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作跳閘的情況可能還和時(shí)間級(jí)差設(shè)置不足以及開(kāi)關(guān)（斷路器）的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間、保護(hù)的固有響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。

2021年5月，市委站10 kV 705榮山線(xiàn)同濟(jì)公園公用配電站（下一級(jí)電房）604開(kāi)關(guān)、同濟(jì)中學(xué)公用配電站（上一級(jí)電房）601開(kāi)關(guān)跳閘，零序動(dòng)作，沒(méi)有重合（開(kāi)關(guān)后段線(xiàn)路為電纜線(xiàn)路）。查定值單發(fā)現(xiàn)，604開(kāi)關(guān)零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為0.8 s，601開(kāi)關(guān)零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為0.9 s；查線(xiàn)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)位于604開(kāi)關(guān)后段線(xiàn)路。彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器機(jī)械動(dòng)作時(shí)間一般為60～80 ms，保護(hù)的固有響應(yīng)時(shí)間為30 ms，而兩個(gè)開(kāi)關(guān)的零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間級(jí)差僅為0.1 s。從保護(hù)定值的角度分析，最大的可能性就是604開(kāi)關(guān)的機(jī)械動(dòng)作時(shí)間和保護(hù)固有響應(yīng)時(shí)間大于0.1 s，超過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間級(jí)差，以至于604開(kāi)關(guān)未能先于601開(kāi)關(guān)動(dòng)作，及早隔離故障，造成兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作這種情況的發(fā)生。

最后，兩個(gè)開(kāi)關(guān)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作的情況還與饋線(xiàn)自動(dòng)化方案的配置有一定關(guān)系，與現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收故障及動(dòng)作信息的及時(shí)性有關(guān)，在此不再一一討論。

5 結(jié)束語(yǔ)

在日后配網(wǎng)自動(dòng)化和自愈線(xiàn)路的建設(shè)當(dāng)中，應(yīng)該更加重視10 kV線(xiàn)路保護(hù)定值的配置，以免因保護(hù)定值無(wú)法配合造成多級(jí)跳閘等情況的發(fā)生。另外，可以考慮利用技術(shù)手段（如運(yùn)用電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)原理）[3]，減少自動(dòng)化斷路器的越級(jí)跳閘，合理設(shè)置保護(hù)定值，合理規(guī)劃配網(wǎng)線(xiàn)路，合理利用技術(shù)手段，保證10 kV配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)用戶(hù)的可靠供電。