10 kV线路保护整定方案优化
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摘 要 10 kv配电线路担负着对用户直接供电的任务，在目前配网设备自动化水平普遍不高，网络架构相对薄弱的情况下，如何减少由于变电站10 kV馈线保护配置或整定选择不当造成的跳闸次数，最大限度地保证设备跳闸时的选择性以缩小停电范围，进一步提高电网的供电可靠性，显得更为重要，文章通过优化10 kV配电线路保护整定配合方案来提高供电可靠性的可行性。
关键词 优化；整定；提高；可靠性
中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0144-02
1 10 kV配电线路特点
1）有城网线路也有农网线路，二者对可靠性要求不同，而一次设备新旧程度和质量情况也有所不同。
2）配电线路有长有短，有的线路还只有几百米，而有的农网线路则有几十千米。
3）有专用线路也有公用线路，专用线路一般只带一个用户，相当于输电线路，而公用线路则带公用配变和专用配变。
4）有的10 kV线路保护为开关站或用户变电所的上一级电源点保护，有的则为最末一级保护。
5）线路上所带配变有多有少，所带配变容量也有大有小，容载比也区别很大。
6）配变变压器保护种类繁多，有过流脱扣的柱上断路器，也有跌落式熔断器等，切断故障的固有动作时间差别较大。
7）因为保护配置方案较主网简单，对其一般强调灵敏性，较少根据线路不同的特性参数构成考虑保护配合的选择性，在不同短路类型下可能对供电可靠性造成消极影响。
2 保护配置
1）一般采用三段式过电流保护与带后加速的三相一次重合闸。以瞬时过电流速断作为第一段主保护，快速切除线路首端的故障；带时限的过电流速断作为第二段保护，该保护是保护线路全长；定时限过电流作为第三段后备保护，作为线路全长与相邻线路的下一级后备保护。
2）对于较长线路（特别是农网线路）过流保护灵敏度不够时，可采用复压闭锁过流或低压闭锁过流保护来满足过流保护灵敏度。
3）对线路保护为最末一级保护的配电线路，不存在选择性问题时，瞬时电流速断保护按线路全长整定（即不存在速断保护死区），定时限过流保护作为后备保护，不必再设限时电流速断保护。
4）对短线路或城区供电可靠性要求较高的公用线路，保护可设限时电流速断保护和定时限过流保护两段式电流保护，取消瞬时电流速断保护。
3 整定与计算
3.1 瞬时过电流保护
1）按躲过本线路末端最大故障电流整定，适用于变电站的线路，线路保护为变电站出线保护的上一级保护。
Idz=KkId.miax
式中：Kk—可靠系数，取1.2～1.3；
Idz—瞬时过电流整定值；
Id.max—线路末端最大运行方式下，三相短路故障时的短路电流。
2）按与配电变压器速动保护配合整定，适用于专用线路，线路保护为用户配电变压器保护（差动或电流速断）的上一级保护。
配电变压器主保护为差动保护时，按躲过低压侧最大短路电流整定，即Idz=KkId.max
式中：Kk—可靠系数，取1.3～1.4；
Id.max—配电变压器低压侧最大三相短路电流。
其主保护为瞬时电流速断时，Idz=Kk Idz'
式中：Kk—可靠系数，取1.1；
Idz'—被配合变压器瞬时过电流速断整定值。
这样整定，当变压器发生内部故障时，线路保护也能可靠跳闸，但可由自动重合闸纠正其选择性。
3）线路保护为最末一级保护，不存在选择性问题时，瞬时电流速断保护按线路末端小方式下相间两相短路故障，灵敏度等于1.5整定。
4）当线路较长且线路上用户较少时，也可按躲本线路末端故障整定，计算公式同A。
5）当线路较短时，可按保证瞬时过电流速断保护的灵敏度整定，在最小运行方式下，线路保护范围大于线路长度的15%～20%整定。
6）瞬时电流速断保护定值，应校验其是否能躲过配电变压器励磁涌流。
3.2 限时过电流保护
作为近后备保护，按躲过线路末端最小运行方式下，相间两相短路故障，灵敏度等于1.5整定。
Idz=Id.min/Klm
式中：Id.min—线路末端最小运行方式下最小短路电流；
Klm—灵敏系数，取1.5；
Idz—限时过电流整定值。
3.3 定时限过电流保护
3.3.1 按躲过本线路最大负荷电流整定
Idz=KkKzqdIf.miax/Kf
式中：Kk—可靠系数，取1.1～1.2；
Kf—返回系数，取0.85；
Kzqd—电动机自启动系数，取1～3，有大电机启动时取高值；
Idz—定时限过流整定值；
If.max—最大负荷电流。
最大负荷电流的选取：对于专用线路，可选其所带配电变压器的额定电流为最大负荷电流；对于单辐射状的公用线路，可选其所带配电变压器的额定电流的70%～80%为最大负荷电流，公用配电变压器多时选低值，专用配电变压器多时选高值；对于特殊运行方式下，可与其它馈线互带的线路，其最大负荷电流可选择电流互感器一次额定电流。
3.3.2 灵敏度校验
作为近后备，在最小运行方式下，线路末端相间的两相短路故障，灵敏度≥1.5。
作为远后备，在最小运行方式下，下一级线路末端相间的两相短路故障与本线路末端的配电变压器二次侧短路故障，灵敏度≥1.2。
3.4 三相一次重合闸
10 kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸，为保证瞬时性故障能可靠消除，提高重合闸装置动作的成功率，单侧电源的10 kV配电线路重合闸动作时间一般取0.8 s～1 s。
后加速电流定值一般都采用定时限过流定值；实际运行中经常出现线路送电（手合后加速动作）或重合闸重合时无法成功，其原因是过流定值不能躲过配变的励磁涌流而导致后加速动作，故后加速时间可以取0.3 s，从而躲过励磁涌流，这样做的弊端是延长了重合到永久性故障点时切除故障的时间。
4 取消瞬时速断保护时应注意的问题
对于短线路，瞬时速断保护的范围非常小，尤其在最大和最小方式下的系统阻抗值相差较大时，小方式下，瞬时速断保护几乎没有保护范围；对于可靠性要求较高的城区公用线路，馈线保护要与配电变压器的保护（过流脱扣的柱上断路器、跌落式熔断器等）、用户配电房进线保护相配合，以缩小停电范围，由于配电变压器保护及用户配电房进线保护的跳闸出口时间较上级电源馈线的速断保护出口固有时间长，以上两种情况需要退出瞬时速断保护。
退出瞬时速断保护时，应注意考虑设备出口短路时（母线、断路器、避雷器、出线电缆等）承载动热稳定电流的能力、母线及隔离开关的支持绝缘子承载横向剪切力的能力，以下是出线电缆动热稳定的计算，供参考。
电缆在保证短路时热稳定的条件下，允许通过的最大稳定短路电流按母线最大的短路电流（《城市电力网规划设计导则》中推荐的10 kV最大短路电流为16kA）的2倍考虑，假想时间t=0.5 s时，计算出线电缆允许的最小线径，电缆型号按油浸纸绝缘铝芯电缆、交联聚乙烯绝缘铜芯电缆和交联聚乙烯绝缘铝芯电缆三种考虑。
交联聚乙烯绝缘铜芯电缆：IAD=（C·S/）×10-3≥32kA其中C为热稳定系数，取143，则S≥158 mm2。
交联聚乙烯绝缘铝芯电缆：IAD=（C·S/）×10-3≥32kA其中C为热稳定系数，取94，则S≥241 mm2。
油浸纸绝缘铝芯电缆：IAD=（C·S/）×10-3≥32kA 其中C为热稳定系数，取82，则S≥276 mm2。
5 结束语
通过合理选择10 kV线路保护的配置及整定方案，在保证保护灵敏性的条件下，可以最大限度的减少线路或专（配）变设备故障时越级到变电站侧出线保护跳闸的几率，充分发挥各级保护装置的选择性，缩小停电范围，对提高配电网络的供电可靠性，有着重要的现实意义。
参考文献
[1]朱晓华，张葆红，曾耿晖.220 kV电网的继电保护整定计算探讨[J].继电器，2005（21）.