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摘 要：10KV配电线路是电力系统中的一个主要组成部分，是电能传输的一个重要途径，其安全性、稳定性以及可靠性，与电力公司的经济效益和人们日常生活用电直接相关。因此，为了确保10KV配电线路的正常运行，就要保证其继电保护装置运行的可靠性。本文针对高铁中10KV配电线路继电保护中常见的问题，提出了几点具体的解决方案。
关键词：10KV配电线路 继电保护 电力系统
0 引言
近年来，国家经济飞速发展、科学技术不断提升，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、线路短、设备多、绝缘水平低。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]。其中单回路放射式配电线路如图1所示（三相线路用一条线代表），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
目前在我国的电力系统中，按结构和组成来划分，可以将继电保护装置分为机电类、整流类、晶体管类、微型计算机类四种类型。
机电类继电保护装置将电磁原理作为其构成基础，以传统式继电器为核心，根据其构成原理，可以将其分为电磁型、感应型、极化型、干簧型等。
晶体管类继电保护装置依据晶体管的放大原理和开关原理构成，核心是由二极管、晶体管、小型变压器以及电阻、电容组成的继电器。
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。
（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配電线路的过电流保护，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
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，和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，为电力系统在高铁上的实际应用，提供了安全且有效的措施。
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.
关键词：10KV配电线路 继电保护 电力系统
0 引言
近年来，国家经济飞速发展、科学技术不断提升，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、线路短、设备多、绝缘水平低。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]。其中单回路放射式配电线路如图1所示（三相线路用一条线代表），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
目前在我国的电力系统中，按结构和组成来划分，可以将继电保护装置分为机电类、整流类、晶体管类、微型计算机类四种类型。
机电类继电保护装置将电磁原理作为其构成基础，以传统式继电器为核心，根据其构成原理，可以将其分为电磁型、感应型、极化型、干簧型等。
晶体管类继电保护装置依据晶体管的放大原理和开关原理构成，核心是由二极管、晶体管、小型变压器以及电阻、电容组成的继电器。
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。
（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配電线路的过电流保护，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
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，和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，为电力系统在高铁上的实际应用，提供了安全且有效的措施。
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.