浅谈供电系统单端供电网络的保护

浅谈供电系统单端供电网络的保护

【摘要】在某些供电系统中，为了减少投资，常采用单端供电的形式，这就要求供电线路必须要有合理的网络保护装置，以保证单端供电网络的正常运行。

【关键词】供电系统；单端供电网络；保护

一、电流保护装置

当流过被保护元件的电流超过预先整定的某一数值时就使断路器跳闸或给出报警信号的装置称为过电流保护装置，它有定时限和反时限两种。

1.定时限过电流保护装置

在单端供电的辐射形网络中，每一条线路始端均装设断路器的保护装置，其定时限过电流保护原理如图1所示。

其中，图1（a）为集中表示的原理电路图，通常称为“接线图”，这种图的所有电器的组成部件是各自归总在一起的，因此也称为“归总式电路图”；图1（b）为分开表示的原理图，通常称为“展开图”，这种图的所有电器的组成部件按各部件所属回路来分开表示，全称是“展开式原理电路图”。从原理分析的角度来说，展开图简明清晰，在二次回路图（包括继电保护电路）中应用最为普遍。

在正常工作情况下，断路器QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常工作电流，过电流继电器KA1、KA2均不启动。当被保护线路中发生短路事故时，线路中流过的电流激增，经电流继电器感应使电流继电器KA回路电流达到KAl或KA2的整定值，其动触点闭合，启动时间继电器KT，经预定延时后，KT的触点闭合，启动信号继电器KS，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号；同时，中间继电器线圈得电，触点闭合，将断路器QF的跳闸，线圈接通，QF跳闸，切除短路故障。在短路故障被切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而KS可手动复位。

（1）动作时间的整定。时间继电器KT的动作是预先设定的，与过电流的大小无关，所以称为定时限过电流保护。通过设定适当的延时，可以保证保护装置动作的选择性。为了获得过电流保护的选择性，各个保护装置应有不同的动作时间，如图2所示，即Δt称为时限级差，应越小越好。它包括断路器的动作时间，还要考虑一定的裕度而增加储备时间率，根据断路器及继电器类型不同，Δt取0.35一0.7s，一般取0.5s，感应型继电器取0.7s。

由图2看出，保护动作时限的大小，是由末端到电源逐级增加的，即越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，形成阶梯，故称为阶梯形时限特性。

（2）动作电流的整定。选择定时限过电流保护动作电流的原则，应保证在

被保护线路发生相间短路故障时能可靠动作。在正常运行时的最大负荷电流以及用户负荷突变等因素引起的冲击电流情况下，保护不应动作。同时还应考虑保护装置在外部短路被切除后能可靠地返回。

当本保护区外发生故障时，将由下一级保护按保护的选项性切除故障，而此时由于本保护的电流元件可能已经启动，则故障切除后，应保证保护装置能可靠地返回。

2.反时限过电流保护装置

这种保护的原理特点是：动作电流与时限成反比，即动作电流越大，动作的时限越短。譬如在同一条线路上，靠近电源侧的始端发生短路时，短路电流大，其动作时限短；反之，末端发生短路，短路电流较小，其动作时限较长。这套保护装置的主要元件是感应型电流继电器，它既是启动元件又是时间元件，且触点容量大，不必借用中间继电器，可实现直接跳闸。同时继电器还带有机械掉牌信号装置.可以省去信号继电器。

二、电流速断保护

在过电流保护的时限整定中，我们知道，过电流保护越靠近电源的线路，其动作时限越长，而其短路电流越大，则危害也越大，显然这不符合保护速动性的原则。因此，一般当电流保护时限大于ls时，要求装设速断保护。

速断保护是一种不带时限的过电流保护，其动作原理相当于取消了时间继电器的定时限过电流保护的原理。速断保护的选择性是由动作电流的整定来保证的，其动作电流要求避开下一级线路首端最大三相短路电流，以保证不产生误动作。

由速断保护动作电流的整定过程可见，速断保护不能保护线路的全长，在线路末端会出现一段不能保护的“死区”，这无法满足可靠性的原则。因此，速断保护往往与带时限的过电流保护配合使用。

三、中性点不接地系统中单相接地的保护

目前，我国10kV配电线路大多是中性点不接地系统。这种系统发生一相断线时，可能导致单相接地故障，无论线路的导线断线处悬在空中或落于地面，都不会使断路器掉闸。这样，将对人身安全造成严重威胁，长时间带故障运行还会造成大面积停电。

根据工厂供电线路的具体情况，利用以下方式实现单相接地的保护。

1.采用绝缘监测装置保护

绝缘监测装置是利用接地后出现的零序电压给出信号的装置。工厂中，

6—10kv系统的绝缘监测，通常是在变配电所的6—10kv系统的母线上装设一台五柱式电压互感器（JSJW—l0型）；对35kv系统则采用三个单相三绕组电压互感器（JSJW—35型），电压互感器一次绕组接成完全星形，其中性点接地。电压互感器二次侧有两组绕组，其中一组接成完全星形，其中性点接地，三块电压表接成相对地接线；另一组附加绕组接成开口三角形（即零序电压过滤器接线），并在开口处接一个过电压继电器，借以反应接地时出现的零序电压。正常运行时，系统的三相电压对称，没有零序电压，三相对地电压表的读数相等，过电压继电器不动作。当变配电所母线上任一条出线发生金属接地故障时，接地相的电压变为零，该相电压表读数为零，而其他两相对地电压达到原来数值的数倍。其原理是：断开接地线路时系统接地故障消失，三个电压表指示相同。找出接地线路后，派人查出具体接地点，转移负荷，停电处理。

这种保护简单易行，但给出的信号没有选择性。因此，这种监测装置可以用在线路数目不多、允许短时一相接地且负荷可以中断的供电线路中。而工矿企业供电线路大多数符合上述要求，所以在工矿企业供电线路中应用广泛。

2.零序电流保护

对于架空线路，一般采用由三个电流互感器接成零序电流过滤器的接线方式，三相电流互感器的二次电流向量相加后流入继电器。当三相对称运行时，流入继电器的电流等于零；只有当不对称运行时，零序电流才流过继电器。当零序电流流过继电器时，继电器就动作并发出信号。