工廠高壓線路保護”死區“問題的研究

曾小平

【摘要】工廠高壓線路擔負電能輸送的重要作用.是工廠供電系統的重要設備，大多數工廠高壓線路都采用架空方式敷設，比起電纜敷設故障率更高，必須設置完備的繼電保護裝置以確保其安全可靠運行.

【關鍵詞】過流保護、速斷保護、動作電流

引言

工廠高壓線路一般不長，電壓等級6～10KV，容量不超5000KVA，這種供電系統的高壓線路繼電保護一般比較簡單，對于6～10KV的線路屬小接地電流系統，發生單相接地故障可繼續運行2h，所裝設的絕緣監察裝置或單相接地保護需及時發出信號，提醒運行人員處理，預防發展為兩相接地短路;對于發生在高壓線路上的相間短路故障，短路電流危害更大，通常采用帶時限的過電流保護和電流速斷保護裝置配合作用于高壓斷路器的跳閘機構切除短路故障，保護線路安全.

（一）過流保護：用于工廠高壓一次線路的相間短路保護

1，帶時限的過電流保護：包括定時限和反時限過電流保護兩種： ①定時限過電流保護接線如圖1：由兩個DL式電流繼電器作起動元件，DL式時間繼電器作時限元件，DL式信號繼電器作信號元件，出口元件也用DL式中間繼電器控制短路器跳閘線圈YR，互感器采用兩相兩繼電器式接線形式，對一次側任何形式的相間短路，兩個過流繼電器任何一個起動動作，均會最終作用于斷路器跳閘，只是從短路故障發生到動作跳閘是按整定動作時間完成。

②反時限過電流保護接線如圖2：由GL型電流繼電器作起動元件，利用這種繼電器的速斷特性，及其先合后斷的觸點和斷路器跳閘線圈YR、兩相兩繼電器式接線，只要被保護線路短路電流達到整定（10倍）速斷倍數，立即按”去分流“方式跳閘，無時限元件和信號元件，且這種情形繼電器的動作電流比DL型的動作電流要大得多。

③過流保護動作電流整定：帶時限的過流保護的動作電流Iop是繼電器動作的最小電流，其整定動作值Iop應躲過線路的最大負荷電流IL.max，避免在最大負荷通過時保護裝置誤動;返回電流Ire也應躲過最大負荷電流IL.max，所謂“躲過”的含義是指： 一次線路中即使 出現了最大 正常負 荷 及尖峰負荷因達不到互感器二次側的過流繼電器的動作值，保護裝置不會動作，IL.max折算到互感器二次流 入過流繼電器的電流為IL.max * ?Kw / ?K i ? ，動作電流Iop> IL.max * ?Kw / ?K i ?， Kw為互感器的接線系數， K i為 變流比 ?; ? 由于 過流繼電器動作電流Iop>返回 電流Ire> ?IL.max * ?Kw / ?K i ?，所以Iop>KW ?IL.max ? / ?Ki*Kre ? ，再乘以一個可靠系數Krel ， ?有Iop>Krel *KW ?IL.max ? / （ Ki*Kre ） ， 以確保在外部故障切除后裝置能可靠返回初始位置，以防止發生誤動。

④過流保護動作時間的整定：在設有兩級以上的繼電保護裝置中，為了保證前后級裝置動作的選擇性，過流保護裝置的動作時間要按“階梯原則”整定。就是說：在后一級保護裝置所保護的線路首段發生三相短路時，前一級保護動作的時間t1應比后一級保護中最長的動作時間t2要大一個時間差△t，這個時間差△t在0.5～0.7s，定時限過流保護△t取0.5s，由時間繼電器整定;反時限過流保護△t取0.7s，由GL系列電流繼電器時限調節機構按動作特性整定。如圖3

2，過流保護的缺陷：定時限過流保護具有所用DL型繼電器數目多，接線復雜，特別是越靠近電源處的故障保護動作時間越長;而反時限過流保護的GL繼電器動作電流的整定配合麻煩且誤差大，特別是當短路電流較小時，動作時間可能比較長，延長了故障持續時間。

（二）電流速斷保護：只要采用帶時限的過流保護，為了保證動作的選擇性，整定動作時限必須逐級增加△t，隨著級數的增加，如果短路電越靠近電源處，短路電流越大反而動作時限越長，對于高壓線路的危害越大，因此一般規定：當過流保護的動作時限超過1s時，應裝設電流速斷保護。

①電流速斷保護的電路組成及速斷電流整定：速斷保護本質上是一種瞬時動作的過電流保護，其動作時限就是繼電器固有動作時間，動作選擇性是靠整定適當的動作電流。采用DL型電流繼電器起動的速斷保護相當于定時限過流保護去掉時限元件，如圖4是線路上同時裝有定時限過流保護和電流速斷保護的電路組成圖，圖中KA1，2/KT/KS1/KM組成定時限過電流保護，KA3，KA4，KS2，KM組成電流速斷保護，比較可知，電流速斷保護裝置只是比定時限過流保護裝置少了時間繼電器;采用GL型電流繼電器的電磁元件起動速斷保護，感應元件起動反時限過流保護，簡單經濟。無論是采用DL起動還是GL起動的速斷保護，其起動繼電器的動作電流Iqb（速斷電流）應按躲過被保護線路末端的最大短路電流（Ik（3）.max）來整定，這樣才能避免在后一級速斷保護所保護線路的首端發生三相短路時越級跳閘，速斷保護動作電流整定按公式為：Iqb=（Krel ?Kw / Ki ）*Ik.max. ? Krel 是可靠系數，對DL繼電器取1.2-1.3，GL繼電器取1.4-1.5， Kw是互感器接線系數，Ki 是互感器的變流比.可見速斷保護的動作電流是按三相短路電流進行折算后的一個電流值.

②速斷保護的“死區”產生：如圖5，由于速斷保護動作電流要躲過線路末端的最大短路電流，而靠近線路末端的有一段線路上發生的不一定是最大的短路電流時（如：兩相短路電流折算后未達到保護裝置繼電器動作電流值），電流速斷保護不動作，從而導致速斷保護不能保護線路全長，這種速斷保護裝置不能保護的部分線路就稱為”死區”.

結束語

工廠高壓一次線路的相間短路采用時限的過流保護，由于要滿足動作選擇性要求，必須按”階梯原則”整定前后級動作時間，這樣會帶來越靠近電源的短路危害越大，動作時間反而更長，不利于快速切斷故障線路，電流速斷保護可以有效解決這個問題，但速斷保護由于動作電流的整定要求必然導致保護死區的產生，本文給出了克服死區的措施，即在設置速斷保護線路上也設置過流保護作后備保護.