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摘要：继电保护在10kV配电线路中扮演着独一无二的角色，有着无法替代的作用，只有在其自身正常运行的情况下，才能给电力系统提供正常运行的可能。本文介绍了10kV配电线路的基本结构、继电保护的种类及工作原理。根据出现问题的不同，给出相应的保护措施，为电力系统在高铁等重要负荷的实际应用，提供了安全且有效的保障。本文作者结合多年来的工作经验，对10kV配电线路继电保护进行了总结，具有重要的参考意义。
关键词：10kV配电线路；继电保护；电力系统
引言
近年来，国家经济飞速发展、科学技术水平不断提升，无论是在工业生产中，还是在人们的日常生活中，都对电力系统有着越来越高的要求。其中包括：最好能够进行不间断的供电，如果断电，则要求断电范围要小、时间要短。在特别在高铁建设中，电力安全更是重中之重，10kV配电线路承担着给铁路沿线通信等重要负荷供电的重担[1]，只有保证继电保护设施的可靠运行，才能保证高铁的安全性，才能保障人们的生命财产安全。
1 10kV配电线路结构
10kV配电线路是电力系统的重要组成之一，直接面向用户，给用户供电，且分布广、线路相对较短、设备数量较多。10kV配电线路一般由隔离开关、断路器、电缆线路、测量电器、负荷变压器组成[2]，该配电线路具有切换简便，相互独立，设备简单，易于自动化控制等特点。
2 10kV配电线路继电保护技术
一般而言，继电保护装置主要在发生故障发生之后工作，其基本作用是修复或去除发生故障的电器件并将运行正常的电器件隔离在故障之外。该技术着眼点并不是防止故障的发生，而是在故障发生之后尽可能降低故障造成的负面影响，核心在于启动的瞬间就能切换线路、修复故障。
其基本结构主要包括：测量元件、逻辑运算元件、执行输出元件。对测量的要求在于测量灵敏，对逻辑运算的要求在于可靠稳定，对执行输出的要求在于反应迅速，作用具有选择性。
3 10kV配电线路继电保护常见问题
10kV配电线路主要有4种不正常的工作状态，分别为：过电流，电压增大超过额定电压，电压减小，电力电缆绝缘老化。其中过电流是指负荷过大，超过了设备的额定大小，该问题在电力系统中最为常见。电压过大时，配电线路可能会被烧断，可能导致绝缘较薄的地方发生击穿。电压减小时，增大了自启动的难度。
我国10kV配电线路一般都采用高架空的方式，即中性点不接地。在这种方式下，容易造成各种相间短路，产生故障。其中包括：两相短路、两相接地短路及三相短路，其中以三相短路最为严重。暂时性故障，在断电重启后，系统运行会自行恢复。而永久性故障则会造成系统某些方面的永久性瘫痪，造成不可逆的严重后果。
4 高铁10kV配电线路继电保护
高铁中的10kV配电线路为2条，主要为铁路负荷点供电，考虑到电源分布和便于检修的问题，通常设置在铁路沿线。通常情况下，高铁10kV配电线路继电保护装置有几项原则，其中包括：1、通常在配电站的进线上不设置继电保护装置；2、变电站和开关站出线的保护装置，通常包括过电流保护、零序电流保护和前加速一次重合闸保护；高铁10kV配电线路继电保护主要有电流速断保护、过电流保护、零序电流速断保护、零序过电流保护以及低电压与定时限低电压保护5种保护。
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（1）10kV配电线路的电流速断保护及过电流保护
10kV配电线路的电流速断保护，其中保护装置的动作电流的计算公式为：（除去线路末端短路时的最大三相短路电流）
其中Krel 为可靠系数，通常为 1.3；Kjx 为接线系数，接相电流时的值为1，接相电流差时的值为√3；I2k3max为最大运行方式下，线路末端三相短路超瞬态电流；nTA为电流互感器的变比。
就经多个断路器保护的多级线路而言，为了保障继电保护具有良好的选择性，通过（1）式得到的电流速断的值相对较大，通常不能满足对线路全长的保护；然而10kV配电线路没有多级线路，各个线路均单独运行，因此，在实际的应用中，可以通过进一步减小电流速断的整定值来扩大其保护范围，进而增大其灵敏度，通常取电流速断的整定值比过电流整定值大3～4倍。
10kV配电线路的过电流保护，其中保护装置的动作电流的计算公式为：（除去线路的负荷电流）
其中Igh为线路过负荷电流，一般有电动机时，该值为额定电流2～3倍，没有电动机时，该值为额定电流1.3～1.5倍；Kr为继电器的返回系数，数值为0.85。
（2）10kV配电线路的零序电流速断保护及零序过电流保护
10kV配电线路的零序电流速断保护，在配电线路发生单相接地故障时，要求其反应要灵敏、迅速，能够及时断开发生故障的线路。所以，虽然零序速断电流的整定值的选择较大，但是也要满足发生单相接地故障时灵敏度的要求：
其中Ijd为发生故障时的短路电流，Ksen为灵敏系数，该值通常为1.5。
单相接地故障发生时，接地短路电流计算公式为：
其中X0∑、X1∑、X2∑分别为系统的零序、正序、负序阻抗；R0为中性点的接地电阻；U为线路额定电压。
为了断开电力系统中出现单相接地短路故障的线路，而设置零序速断保护。但直接接地故障不是配电线路的唯一的接地故障，有时也会出现经过一个未知大小的过渡电阻接地的接地故障。因而，需要设置零序过电流保护。为了增加过渡电阻的范围，保证对线路末端的灵敏度足够大，一般取尽可能低的零序过电流，通常为30-80A。该保护装置的动作电流要满足以下要求：
其中Krel的值一般在1.5-2之间；ICK 为没有发生故障的线路的电容电流。电缆线路的正（负）序电容计算公式为：
其中C2为单位长度下电缆线路导体的电容，在高铁配电线路中C2的值为0；C1为电缆导体与外皮之间的电容。
未发生故障的线路的电容电流计算公式为：
U代表线路的额定相电压，单位为V；L为线路的长度，单位为km。
（3）10kV配电线路的低电压与定时限低电压保护
低电压保护装置的动作电压计算公式为：（除去正常情况下可能的最小的工作电压的整定值）
其中Krel 代表的是可靠系数，通常取值为 1.2；Kr 代表的是继电器的返回系数，一般取值为1.15；Umin代表的是工作过程中可能出现的最小的工作电压（如果电力系统的电压降低了，那么大容量的电动机起动和电动机自起动时引起的电压也会降低），一般取值在额定电压的0.5-0.7倍之间；nTA为电压互感器的变比。
5 结束语
10kV配电线路的继电保护对日常供电的稳定性有着重要的现实意义。在实际应用的过程中，客观上对继电保护的整体质量有着较高的要求和较大的需求量。目前，虽然我国的继电保护技术能满足使用需求，但在稳定性、安全性等方面仍然有较大的改进空间，尤其是在解决励磁涌流和电流互感器饱和的问题上，更应给予关注和重视。一方面，要求我们进一步创新技术手段；另一方面，客观上必须进一步强化技术人员的专业技术水平，通过科学、有效的管理提高设备管理水平。笔者认为，在我国电力事业的发展过程中，继电保护装置的智能化、网络化将成为未来主流的发展方向，这对强化10kV配电线路的整体运行质量有着重要的意义，是保证我国电力事业平稳发展的重要推动力。
参考文献
[1] 樊祥叶. 高速铁路10kV配电所继电保护的研究[J]. 上海铁道科技，2011（3）：27-28.
[2] 吴少强. 10kV配电线路继电保护的对策与发展[J]. 科技论坛，2012（4）：43-43.
论文作者:边晓鹏,李宜君,杨海鹏
论文发表刊物:《电力技术》2016年第11期
论文发表时间:2017/3/1
标签：线路论文; 电流论文; 故障论文; 继电保护论文; 电压论文; 发生论文; 值为论文; 《电力技术》2016年第11期论文;