工业企业低压TN系统继电保护

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇工业企业低压TN系统继电保护范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】 本文以相关标准规范为基础，结合个人工程经验对低压系统继电保护进行了一个总结，并提出了一些个人的见解。

【关键词】 低压系统 相间短路保护 过载保护 单相接地保护 保护设置 保护整定

不论是标准规范还是各种参考书，只要谈到继电保护，往往都是指3kV及以上系统的，很少能够看到写低压系统的。这也许是因为低压系统继电保护比较简单，没有必要耗费精力来写吧，而我却想写一些，以分享个人在做低压系统设计时的一些总结（如图1）。

说到继电保护，免不了要谈一谈继电保护的四个基本要求——选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这里先对它们进行一个简单回顾：选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障设备切除，保证系统中的非故障设备继续运行，以尽量缩小故障范围；速动性是指快速切除故障，作用于断路器跳闸的保护要求动作迅速；灵敏性是指保护装置保护范围之内发生故障或不正常运行状态时能灵敏地感觉到并正确的反应；可靠性是指发生了应该保护装置动作的故障，保护装置能够可靠动作，即不拒动，而在其它任何不属于它应该动作的情况下，可靠不动作，即不误动。低压TN系统继电保护虽然很简单，但其继电保护的设置与整定也是要围绕以上四个基本要求进行的。

空泛地谈一个问题往往需要耗费我们太多的精力来想象，为简单明了地把问题说清楚，这里就借一个工业企业的典型低压系统接线图来谈低压tn系统的继电保护。接线图详见图一《低压系统接线图》。

以下就按低压进线（INC1、INC2）、低压母联（BT）、电动机出线（F1）、普通馈电（F2）及至二级配电母线馈电（F3）的顺序来介绍其相应的继电保护。

1 低压进线（INC1、INC2）

1.1 保护设置

低压进线处应装设短路保护、过载保护和接地故障保护，主要用于保护低压母线及作为低压母线各馈出回路的后备。有时为了备自投的需要，低压进线也会装设低电压保护，这里不再详述。

对于短路保护，需配置短延时过流保护。

对于过载保护及作为短路保护的后备，需配置长延时过流保护。

对于单相接地故障，需设置单相接地保护。有时也利用低压变压器高压侧过流保护作为低压侧单相接地保护，但灵敏度却不一定都满足，考虑到现在低压框架断路器配置一个单相接地保护功能不需要增加太多成本，而且又不复杂，故建议在低压侧均设置该保护功能。

1.2 保护整定

对于前述三种保护，长延时过流是按反时限设置的，而其它两种保护是按定时限设置的。对于长延时过流保护，我之所以按反时限设置，是因为反时限保护能够根据故障的轻重程度来配置跳闸时间，故它除能很好地完成自身的过载保护功能外，还能更好地完成它的后备保护功能。

1.2.1 短延时过流保护

（1）动作电流整定。对于该定值，可按变压器高压侧过流保护电流定值设定，即躲过变压器可能出线的最大过负荷电流。

Iop=Krel*Kgh*Irt

式中：

Iop：动作电流；

Krel：可靠系数，取1.3；

Kgh：过负荷系统，包括电动机启动引起的过电流倍数，一般取2～3，当无自启动电动机时取1.3～1.5；

Irt：变压器额定电流，Irt=1000/0.4/1.732=1443.4A。

Iop=1.3*3*Irt=3.9Irt=3.9*1443.4=5629A

取Iop=3Iec=6000A。

这里，Krel*Kgh=1.3*3=3.9，故在现场对电流速断定值设定时，直接按4倍变压器额定电流就可以了，不需要记太多其它的东西。

（2）灵敏度校验：按母线最小运行方式下两相短路条件校验。

I2k2.min/Iop≥2

式中：

Iop：动作电流；

I2k2.min：变压器低压侧母线最小运行方式下两相短路电流。

这里，我们先不校验其灵敏度，而是来反算一下短路电流至少为多少时才是灵敏的。

I2k3.min=I2k2.min/0.866≥2*Iop/0.866=2*6000/0.866=13856A，这个短路电流对应于高压侧短路容量约为20MVA（基于标准油浸式变压器），而这对6.3kV及10kV系统来说已经几乎不可能再小。

（3）动作时间t=0.3S（定时限）。

1.2.2 长延时过流保护

图2为根据某厂家脱扣器特性曲线绘制的，下面就借助该图对长延时过流保护的整定进行一下讲解。

在进行整定计算之前，首先简单解释一下该曲线图。

该图横坐标为电流轴，其中In为脱扣器额定电流；纵轴为时间轴，即保护动作时间。曲线中t=3S曲线、t=12S曲线……144S曲线，是动作电流为3I1（脱扣器长延时整定电流值）时动作时间为3S、12S……144S所对应的曲线。

（1）动作电流整定。

Iop=Krel*Irt

式中：

Iop：动作电流；

Krel：可靠系数，取1.1；

Irt：变压器额定电流。

变压器额定电流Irt=1000/0.4/1.732=1443.4A

Iop=1.1*1443.4=1587.7A

取Iop=0.8Iec=0.8*2000=1600A （Iec为脱扣器额定电流）。

（2）动作时间。

1）按躲过最大一台电动机启动电流条件选择曲线（变压器按满负荷运行）

本案例中最大一台电动机容量为160kW，额定电流Iem=160/0.38/0.85/1.732=286A。电动机启动电流倍数按7倍考虑，启动时间按8S考虑，则，电动机启动电流Ism=7*286=2002A。

故母线此时的工作电流Iob=2002+（1000-160/0.85）/0.4/1.732=3173.7A。

因没有电动机的启动电流曲线，按电动机在启动过程中启动电流不衰减来选择曲线，也即8S时母线电流按3173.7A考虑。

基于以上计算及假设，8S时，

3S曲线动作电流约2800A，不可用；

12S曲线动作电流约5600A，可用。

故根据该条件选择12S曲线。

2）按电动机自启动条件选择曲线（如果存在自启动电机）

因无具体自启动电机的参数，该处按经验数据来计算自启动电流。

母线自启动电流Iob=2～2.5～3Irt=2886.8～3608.5～4330.2A，

取中间值Iob=3608.5A，自启动时间按9S考虑。

基于以上计算及假设，9S时，

3S曲线动作电流约2600A，不可用；

12S曲线动作电流约5200A，可用。

故根据该条件选择12S曲线。

根据以上a、b两项计算，选择12S曲线。

当动作电流为1720A（1.2*Irt）时，动作时间约80S；当动作电流为2165A（1.5*Irt）时，保护动作时间为50S；当动作电流为2886.8A（2*Irt）时，动作时间约30S；当动作电流为6000A时（短延时过流保护电流整定值），动作时间约为6S。

由此可见，若选定时限保护，时间设定值至少应大于9S（自启动时间），按9S取，这样，不管故障电流为多少，动作时间总是9S。而反时限则不同，在轻微过载时，跳闸时间较长，而在严重故障时，跳闸时间就很短，符合运行要求。

1.2.3 单相接地保护

（1）电流定值Iop=Irt，这里不再计算，直接取变压器的额定电流，其原因是正常情况下中性线不平衡电流最大也不可能超过变压器额定电流，而如果变压器的接线如图3，正常情况下流过零序CT的电流会更小。

（2）灵敏度校验：按母线最小运行方式下单相接地条件校验。

I2k1.min/Iop≥1.5

式中：

Iop：动作电流；

I2k1.min：变压器低压侧母线最小运行方式下接地故障电流。

这里也是先不算灵敏系数，也是先反算一下使保护灵敏的单相接地电流。

Iop=Irt=1443.4A，

I2k1.min≥1.5*Iop=1.5*1443.4=2165A。

变压器高侧多大的短路容量能使低压侧单相接地电流达到该值呢？这样说吧，如果变压器高侧短路容量为10MVA，低压侧单相接地电流能达到约11kA，而小到10MVA的短路容量在工业企业用户中几乎是不可能出现的。

（3）时间定值t=0.3S（定时限）。

2 母联断路器（BT）

对于母联断路器，其正常情况下总是断开的，仅在其中一路进线故障的情况下闭合，故对母联的保护设置没必要太复杂，仅需要一个短延时过流就可以了，而其定值可与进线短延时过流完全相同。另外，考虑到母联在备自投时可能合到故障上，需对其设置一个瞬动电流保护，其电流定值与其短延时过流保护相同，时间定值为0S，但该保护仅在备自投动作时启动，备自投完成后自动解除。

3 电动机馈出回路（F1）

低压电动机应设短路保护和接地故障保护，并根据情况分别设置过载保护、断相保护和低电压保护。对于电动机的保护设置《通用用电设备配电设计规范》（GB 50055-2011）2.3章节有详细描述，这里不再详述，这里只是要补充或强调一下电动机回路低压断路器的选择与整定。

根据《通用用电设备配电设计规范》（GB 50055-2011），断路器瞬动过流脱扣器的动作电流一般为电动机启动电流周期分量有效值的2～2.5倍，故在选择断路器时，我们一定要知道每一台断路器的瞬动电流整定倍数（一般电动机用单磁脱扣器的瞬动电流整定倍数最大为12～14，而电子脱扣器的瞬动电流整定倍数一般为10），以保证（2～2.5）*Istm（电动机启动电流）不大于k*Iec（k：断路器瞬动电流整定倍数；Iec：断路器额定电流）。我们知道，低压电机启动电流一般为6～7，故（2～2.5）*Istm=（12～17.5）Iem（Iem：电动机额定电流）。因很多时候在选择断路器时我们都还不知道电动机的详细参数，而仅知道其额定功率，为可靠起见，在选择断路器时就可以取Iec≥17.5Iem/k。

4 普通馈电回路（F2）

对于普通馈电回路，应设置短路保护、过载保护和接地故障保护。对于接地故障保护，当供给固定式用电设备，其动作时间不宜大于5S；当供给手握式电气设备、移动式电气设备或插座回路时，动作时间不应大于0.4S。

5 至二级配电母线的馈线回路（F3）

对于低压馈出回路（非电动机回路），需考虑为其短路故障、过载及单相接地故障设置保护。因二级配电母线还有二级配出回路，故F3的保护还需要与其二级配出线保护进行配合（除非该二级母线所接负荷都是不重要回路）。对其二级配出回路，其保护设定与F2是一样的，故F3就不能再设置瞬动保护了，而需设置短延时过流保护，时间设定为0.15S；另外再设置长延时过流保护，电流设定类似INC1和INC2，时间设定也是参考INC1和INC2，但实际整定中根据自己的工程经验也可简化，这里就不再详述了。因塑壳断路器只有瞬动电流保护和热过载保护，故不宜用在比较重要的F3回路。

另外，对于单相接地故障，可利用F3的短延时或长延时过流保护来实现，但根据《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）需保证保护动作时间不能超过5S，若不能满足还需单独设置单相接地保护，动作时间为0.15S。

下表为本人根据S系列油浸变压器标准参数对低压进线保护整定进行的一个小结，供参考。

6 结语

继电保护是电力系统自动化的重要组成部分，是保证电力系统安全运行的重要措施之一。低压系统虽然很简单，但对其继电保护的设置及整定也不能忽视，必须认真对待。

参考文献：

[1]《供配电系统设计规范》（GB 50052-2009）.

[2]《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）.

[3]《通用用电设备配电设计规范》（GB 50055-2011）.

[4]《火力发电厂厂用电设计技术规定》（DL/T 5153-2002）.

[5]《工业与民用配电设计手册》第三版.中国电力出版社.