论文部分内容阅读
摘要：本文从当前社会经济用电的主要形式和工厂配电系统的现状出发，分析了常见的几种配电系统的问题，并对解决线路问题的继电保护及继电保护装置做了分析，针对工厂配电系统中的单相接地线路保护方法进行详细的论述。
关键词：工厂；配电系统；线路保护；方式
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、工厂高压供电线路
作为配电系统的工厂高压供电线路电压一般为 6～10kV，供电半径一般不超过 3km，供电容量也不很大。因此，其高压线路的继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护常采用带时限的过电流保护，某些场所需配备电流速断保护，在线路出现相间短路故障时，继电保护装置作用于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障。我国 6～10kV 系统属于不接地系统，在线路发生单相接地时，接地相对地电压为0，其他两相对地电压由相电压升高为线电压，但线路线电压的相位和大小不变，不影响三相用电设备的正常运行，故只需装设绝缘监察或接地保护装置，在发生单相接地时，发出信号提醒值班人员注意并及时处理。电力规程规定：电源中性点不接地系统发生单相接地故障时，允许继续运行 2 h。相接地故障线路不可长期运行，因为如果另一相又发生接地故障，就形成了两相短路，产生很大的短路电流，损坏电路设备。
二、继电保护概述
1、继电保护的作用
在工厂、企业的配电系统中，系统的主要构成原件是变压器、电机、电容器和一些配电装置，它们所容许通过的电流和负荷都是根据绝缘损坏时间在合理阶段内的长短来判断的。但是因为配电系统本身具有故障易发性和非正常运转性，所以配电系统中也常常会发生故障，最常见的是各种类型的短路，如三相短路、两相短路和单相接地短路，除短路外，断线故障也很常见，以及短路、电机事故、断线等故障组合而成的复杂故障。
在系统出现短路等故障时，会对工厂和人们的生产生活带来很大的不便。要保护几点系统，最有效的方法就是迅速地诊断并切除故障点，并使其能够在极短地时间内重新恢复。继电保护装置就是实现这样一种功能的自动化装置，它可以在小到百分之几秒的时间内利用各种电器量的变化来自动处理事故。
当前工厂安装的继电保护装置的作用主要有诊断故障、发出故障信号；自动切除故障；配合其他装置减少故障发生率三个任务。
2、继电保护装置的基本要求
继电保护装置对于工厂配电系统的线路保护有着重要的意义，若想达到这样的目标，继电保护装置必须要达到以下几个要求。
2.1具有选择性，即保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两种意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护作用。
2.2具有速动性。继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低電压下运行时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
2.3具有可靠性。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。
2.4具有灵敏性。继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
三、工厂高压线路保护常用的几种方式
1、定时限过电流保护
定时限过电流保护的动作时限是固定的，与通过它的短路电流的大小无关，动作时限靠整定时间继电器的值来确定，保护装置组成。
接电流互感器 TA 二次侧，用来鉴别线路电流是否超过整定的动作值；KT 为时间继电器，延时元件，通过它的延时来保证保护装置的选择性；KS 为信号继电器，是保护装置的显示元件，显示装置是否动作并发出报警信号；KM 中间继电器，动作的执行元件，驱动断路器跳闸，切除故障。其保护原理：当在保护范围内发生故障或过电流时，电流继电器 KA 动作，通过触点的闭合启动时间继电器 KT，经过 KT的预定延时后，其触点接通信号继电器 KS 和中间继电器 KM的线圈，使其动作，中间继电器 KM触点接通断路器的跳闸线圈 YR 使断路器跳闸，切除故障线路，而非故障线路继续运行；同时通过KS触点的通断，可发出报警信号。
定时限过电流保护具有动作时间准确，整定方便，动作的选择性和灵敏性易满足要求的特点，但所需继电器的数量较多，接线复杂且需直流作电源，投资较大；另外，由于定时限过电流保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的(级差一般为 0.5 s) ，即越靠近电源端，保护的动作时限越长且线路的阻抗也越小，短路电流就越大，造成的危害也大。因此，常在靠近电源端加装电流速断保护元件配合使用。这种保护方式一般应用在比较重要的场所。
2、反时限过电流保护
反时限过电流继电保护的动作时限与通过它的电流的大小成反比，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长。在故障靠近电源端时，短路电流较大，动作时限也就较短。
反时限过电流保护由 GL感应型继电器 KA1、KA2 构成，分别接电流互感器 TA1、TA3的二次侧。由于感应型电流继电器本身具有时限、掉牌功能且有功率大、触点数量多等特点，故省去时间继电器、信号继电器、中间继电器；另外，它还具有电磁型继电器的速断功能，可以实现电流速断保护。这种保护装置无需直流电源，投资少、接线简单；缺点是：动作时间整定比较麻烦，继电器
动作误差较大，当短路电流较小时，动作时间可能很长，快速性不如定时限保护装置。对中小型工厂供电系统来说，此种保护简单、经济，因而应用广泛。
3、电流速断保护
电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，保护元件为 DL 系列电磁型电流继电器，动作时限为本身固有的动作时间，通过它可接通断路器的跳闸回路并在最短的时间内切除短路故障，保护线路。它不带时间继电器，其选择性不是依靠时限，而是根据线路故障位置不同产生的短路电流不同来选择动作电流的。电流速断保护的动作电流设定要躲过被保护线路末端的最大短路电流，当被保护线路以外发生短路时，保护装置应不动作；而在电流速断保护区内，即使发生最小的短路电流，保护装置也能可靠动作。电流速断保护虽能快速切除故障，但不能保护线路全长，只能保护靠近首端的一部分线路。因为当靠近末端的线路上发生的不是最大短路电流故障时，电流速断保护装置可能不动作，此段线路就得不到保护。这种保护装置不能保护的区域称为“死区”，保护死区的大小与系统的运行方式有关，当系统运行方式从最大运行方式改变为最小运行方式时，死区会增大。由于存在保护死区，因此电流速断保护不能单独使用，必须配备带时限的过电流保护装置。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护，而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。
4、单相接地保护
4.1绝缘监视保护
利用中性点不接地系统发生单相接地故障时出现零序电压的特点，在变电所母线上装一套三相五柱式电压互感器，通过配置 3 只相电压表和 1只线电压表加电压转换开关，可观察三相相电压和线电压。有单相接地故障时，电压表会指示“一低、二高、三不变”现象，即接地相对地电压降低、两未接地相对地电压升高、三个线电压不变。在电压互感器开口三角形两端接一个过电压继电器，正常运行时，系统三相电压对称，在开口端输出的电压为零，继电器不动作；当出现单相接地故障时，开口三角形两端出现零序电压，使过电压继电器动作，发出信号，值班人员根据指示，逐一对短时断开故障相的出线开关进行检查，当三个相电压表指示值相同时，则被拉开的线路就是故障线路。该保护装置没有选择性，值班人员只知道电网发生了接地故障及故障的相别，而不知道接地故障发生在哪条线路上。它适用于出线线路数目不多，并允许短时停电的电网中。4.2零序电流保护
零序电流保护是利用单相接地故障线路中会产生零序电流的特点而构成的保护装置，它适用于高压线路较多的大中型企业。在电缆线路或由电缆引出的架空线上安装零序电流互感器，它的一次侧为被保护电缆的三相导线，即零序电流互感器的铁芯套在电缆外面，二次侧接电流继电器。正常运行或发生相间短路时，互感器二次侧不会感应零序电流，所接的继电器不会动作；但当线路发生单相接地故障时，零序电流反映到互感器二次侧并通过零序电流继电器，使保护装置动作，发出信号。该保护装置具有选择性，应整定保护装置动作电流大于其他线路发生单相接地故障时流过本保护的零序电流。必须注意的是，电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁芯后再接地。否则，零序电流不穿过互感器的铁芯，二次侧不感应电流，保护装置不起作用。
结束语
配电系统对于工厂生产的重要意义不言而喻，它保证了工厂生产经营活动的正常进行，也涉及到工厂的经济和员工的人身安全，对于工厂的和谐化和竞争优势有着重要意义。在保证工厂配电系统的诸多方法中，线路保护地位重要，继电保护的方法也有很强的适用性。
参考文献
[1]陆志平.论无人值班变电所的运行管理与故障处理[J].中国高新技术企业，2013（14）：15-18.
[2]路建涛，李超，陈乃科.煤矿供电专业设计有关问题探讨[J].科技信息，2013（21）：41-44.
[3]李春平，薛海鸿.花土沟电力系统继电保护改造方案的探讨[J].科技经济市场，2014（12）：28-29.
关键词：工厂；配电系统；线路保护；方式
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、工厂高压供电线路
作为配电系统的工厂高压供电线路电压一般为 6～10kV，供电半径一般不超过 3km，供电容量也不很大。因此，其高压线路的继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护常采用带时限的过电流保护，某些场所需配备电流速断保护，在线路出现相间短路故障时，继电保护装置作用于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障。我国 6～10kV 系统属于不接地系统，在线路发生单相接地时，接地相对地电压为0，其他两相对地电压由相电压升高为线电压，但线路线电压的相位和大小不变，不影响三相用电设备的正常运行，故只需装设绝缘监察或接地保护装置，在发生单相接地时，发出信号提醒值班人员注意并及时处理。电力规程规定：电源中性点不接地系统发生单相接地故障时，允许继续运行 2 h。相接地故障线路不可长期运行，因为如果另一相又发生接地故障，就形成了两相短路，产生很大的短路电流，损坏电路设备。
二、继电保护概述
1、继电保护的作用
在工厂、企业的配电系统中，系统的主要构成原件是变压器、电机、电容器和一些配电装置，它们所容许通过的电流和负荷都是根据绝缘损坏时间在合理阶段内的长短来判断的。但是因为配电系统本身具有故障易发性和非正常运转性，所以配电系统中也常常会发生故障，最常见的是各种类型的短路，如三相短路、两相短路和单相接地短路，除短路外，断线故障也很常见，以及短路、电机事故、断线等故障组合而成的复杂故障。
在系统出现短路等故障时，会对工厂和人们的生产生活带来很大的不便。要保护几点系统，最有效的方法就是迅速地诊断并切除故障点，并使其能够在极短地时间内重新恢复。继电保护装置就是实现这样一种功能的自动化装置，它可以在小到百分之几秒的时间内利用各种电器量的变化来自动处理事故。
当前工厂安装的继电保护装置的作用主要有诊断故障、发出故障信号；自动切除故障；配合其他装置减少故障发生率三个任务。
2、继电保护装置的基本要求
继电保护装置对于工厂配电系统的线路保护有着重要的意义，若想达到这样的目标，继电保护装置必须要达到以下几个要求。
2.1具有选择性，即保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两种意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护作用。
2.2具有速动性。继电保护的速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低電压下运行时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。
2.3具有可靠性。可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本要。所谓安全性，是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。
2.4具有灵敏性。继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
三、工厂高压线路保护常用的几种方式
1、定时限过电流保护
定时限过电流保护的动作时限是固定的，与通过它的短路电流的大小无关，动作时限靠整定时间继电器的值来确定，保护装置组成。
接电流互感器 TA 二次侧，用来鉴别线路电流是否超过整定的动作值；KT 为时间继电器，延时元件，通过它的延时来保证保护装置的选择性；KS 为信号继电器，是保护装置的显示元件，显示装置是否动作并发出报警信号；KM 中间继电器，动作的执行元件，驱动断路器跳闸，切除故障。其保护原理：当在保护范围内发生故障或过电流时，电流继电器 KA 动作，通过触点的闭合启动时间继电器 KT，经过 KT的预定延时后，其触点接通信号继电器 KS 和中间继电器 KM的线圈，使其动作，中间继电器 KM触点接通断路器的跳闸线圈 YR 使断路器跳闸，切除故障线路，而非故障线路继续运行；同时通过KS触点的通断，可发出报警信号。
定时限过电流保护具有动作时间准确，整定方便，动作的选择性和灵敏性易满足要求的特点，但所需继电器的数量较多，接线复杂且需直流作电源，投资较大；另外，由于定时限过电流保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的(级差一般为 0.5 s) ，即越靠近电源端，保护的动作时限越长且线路的阻抗也越小，短路电流就越大，造成的危害也大。因此，常在靠近电源端加装电流速断保护元件配合使用。这种保护方式一般应用在比较重要的场所。
2、反时限过电流保护
反时限过电流继电保护的动作时限与通过它的电流的大小成反比，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长。在故障靠近电源端时，短路电流较大，动作时限也就较短。
反时限过电流保护由 GL感应型继电器 KA1、KA2 构成，分别接电流互感器 TA1、TA3的二次侧。由于感应型电流继电器本身具有时限、掉牌功能且有功率大、触点数量多等特点，故省去时间继电器、信号继电器、中间继电器；另外，它还具有电磁型继电器的速断功能，可以实现电流速断保护。这种保护装置无需直流电源，投资少、接线简单；缺点是：动作时间整定比较麻烦，继电器
动作误差较大，当短路电流较小时，动作时间可能很长，快速性不如定时限保护装置。对中小型工厂供电系统来说，此种保护简单、经济，因而应用广泛。
3、电流速断保护
电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，保护元件为 DL 系列电磁型电流继电器，动作时限为本身固有的动作时间，通过它可接通断路器的跳闸回路并在最短的时间内切除短路故障，保护线路。它不带时间继电器，其选择性不是依靠时限，而是根据线路故障位置不同产生的短路电流不同来选择动作电流的。电流速断保护的动作电流设定要躲过被保护线路末端的最大短路电流，当被保护线路以外发生短路时，保护装置应不动作；而在电流速断保护区内，即使发生最小的短路电流，保护装置也能可靠动作。电流速断保护虽能快速切除故障，但不能保护线路全长，只能保护靠近首端的一部分线路。因为当靠近末端的线路上发生的不是最大短路电流故障时，电流速断保护装置可能不动作，此段线路就得不到保护。这种保护装置不能保护的区域称为“死区”，保护死区的大小与系统的运行方式有关，当系统运行方式从最大运行方式改变为最小运行方式时，死区会增大。由于存在保护死区，因此电流速断保护不能单独使用，必须配备带时限的过电流保护装置。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护，而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。
4、单相接地保护
4.1绝缘监视保护
利用中性点不接地系统发生单相接地故障时出现零序电压的特点，在变电所母线上装一套三相五柱式电压互感器，通过配置 3 只相电压表和 1只线电压表加电压转换开关，可观察三相相电压和线电压。有单相接地故障时，电压表会指示“一低、二高、三不变”现象，即接地相对地电压降低、两未接地相对地电压升高、三个线电压不变。在电压互感器开口三角形两端接一个过电压继电器，正常运行时，系统三相电压对称，在开口端输出的电压为零，继电器不动作；当出现单相接地故障时，开口三角形两端出现零序电压，使过电压继电器动作，发出信号，值班人员根据指示，逐一对短时断开故障相的出线开关进行检查，当三个相电压表指示值相同时，则被拉开的线路就是故障线路。该保护装置没有选择性，值班人员只知道电网发生了接地故障及故障的相别，而不知道接地故障发生在哪条线路上。它适用于出线线路数目不多，并允许短时停电的电网中。4.2零序电流保护
零序电流保护是利用单相接地故障线路中会产生零序电流的特点而构成的保护装置，它适用于高压线路较多的大中型企业。在电缆线路或由电缆引出的架空线上安装零序电流互感器，它的一次侧为被保护电缆的三相导线，即零序电流互感器的铁芯套在电缆外面，二次侧接电流继电器。正常运行或发生相间短路时，互感器二次侧不会感应零序电流，所接的继电器不会动作；但当线路发生单相接地故障时，零序电流反映到互感器二次侧并通过零序电流继电器，使保护装置动作，发出信号。该保护装置具有选择性，应整定保护装置动作电流大于其他线路发生单相接地故障时流过本保护的零序电流。必须注意的是，电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁芯后再接地。否则，零序电流不穿过互感器的铁芯，二次侧不感应电流，保护装置不起作用。
结束语
配电系统对于工厂生产的重要意义不言而喻，它保证了工厂生产经营活动的正常进行，也涉及到工厂的经济和员工的人身安全，对于工厂的和谐化和竞争优势有着重要意义。在保证工厂配电系统的诸多方法中，线路保护地位重要，继电保护的方法也有很强的适用性。
参考文献
[1]陆志平.论无人值班变电所的运行管理与故障处理[J].中国高新技术企业，2013（14）：15-18.
[2]路建涛，李超，陈乃科.煤矿供电专业设计有关问题探讨[J].科技信息，2013（21）：41-44.
[3]李春平，薛海鸿.花土沟电力系统继电保护改造方案的探讨[J].科技经济市场，2014（12）：28-29.