建筑电气系统运行时， 不可避免地会出现异常运行状态， 甚至发生电气故障， 从而导致部分系统甚至整个供电系统的不正常工作， 可能造成电器的损坏、威胁人身安全。继电保护不只是用来切除故障， 还要保证整个系统的安全运行。继电保护装置及时接收系统故障信息， 准确判断故障性质和故障位置， 提高保护性能， 保障建筑电气系统的供电安全可靠性。

建筑电气系统设计工作中， 需要对常用的继电保护有较为深入的了解。继电保护是电力系统安全、稳定运行的可靠保证。在建筑电气设计文件中， 应合理选择继电保护类别及整定值， 提高电气系统的可靠性、安全性。

继电保护技术综述

继电保护概念

继电保护是当电力系统中的电力元件发生故障时，向运行值班人员及时发出警告信号， 或者向所控制的断路器发出跳闸命令， 以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。

继电保护的功能， 就是将检测到的电气量与整定值进行比较， 在越过整定值或边界时就动作切除故障。继电保护需满足4 个基本特性： 速动性， 动作时间尽可能短； 灵敏性， 有规定的灵敏系数； 选择性， 靠近故障点的开关先动作； 可靠性， 该动作可靠动作、不该动作可靠不动作。

继电保护的配置原则

后备保护是主保护或断路器拒动时， 用来切除故障的保护。电力系统中， 为使系统安全、经济、合理运行， 或者满足检修工作的要求， 需要经常变更系统的运行方式， 相应地会引起系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时， 往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。

继电保护的分类

▼ 线路保护

（其中KK ＝ 1. 3）

限时速断保护， 保本线路末端小方式下两相短路电流：


（其中KK＝1.5）

过流保护， 躲最大负荷电流：


（一般KK / Kf 取1. 5）

联络线的限时速断和过流保护定值必须与上下级线路配合， 配合系数为1. 1； 10 kV 末端线路可以采用两段式保护， 以缩短动作时间。

▼ 电流保护

电流保护配置一般为三段式， 第Ⅰ段为电流速断保护， 第Ⅱ段为限时电流速断保护， 第Ⅲ段为过电流保护，其中第Ⅰ段和第Ⅱ段为主保护， 第Ⅲ段为后备保护。在网络中某处发生短路故障时， 从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的测量元件均可能动作。继电保护阶梯时间特性如图1 所示。


变配电系统中的继电保护方案

民用建筑中， 一般用到的最高电压等级为35 kV。若采用35 kV 电源供电， 一般分为35 / 10 kV 和10 / 0. 4 kV变配电系统。各主要配电节点可以采用以下继电保护方式：


a. 35 kV 变压器采用继电保护为过流、速断、差动、变压器高温跳闸、过负荷发信保护。

b. 10 kV 进线断路器采用过流、定时限速断保护。

c. 10 kV 变压器馈电断路器采用过流、速断、零序、变压器高温报警及超高温跳闸保护。

d. 10 kV 电容补偿断路器采用过流、速断、零序、过电压、低电压保护。

e. 10 kV 高压电机馈电断路器采用过流、速断、零序保护。

f. 10 kV 电机一般自带控制柜， 控制柜内带电动机继电保护装置。

g. 10 kV 联络断路器采用定时限速断保护。

h. 0. 4 kV 进线断路器采用过电流、限时电流速断、零序保护， 也可设置电流速断保护。

i. 0. 4 kV 联络断路器采用限时短路速断保护。不建议设置过流保护。

继电保护仿真分析

采用民用建筑典型电气变配电系统作为研究对象，由2 路35 kV 电源供电。35 kV 侧母线不联络， 10 kV 侧采取单母线分段加手动联络方式， 低压0. 4 kV 侧采取单母线分段加手动联络方式， 电气加机械联锁， 平时分列运行， 当一路电源失电时， 另一路电源可带100 % 的一级负荷和二级负荷。忽略高压电机、高压电容补偿装置、发电机组、光伏系统等， 仅表达继电保护关系有关的一次回路， 详见图2。


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图3 为35 kV 进线侧断路器至0. 4 kV 末端电动机配电断路器的继电保护装置配合曲线。从曲线可以看出， 继电保护的整定， 需要从电源侧到末端用电侧配合设定。若分段各自设定， 继电保护的选择性可能无法保障。


图4 为10 kV 典型变配电系统简化图， 需要说明的是， 这里的CB1 仅为变电所的配电断路器， 电机的马达专用保护器不在本系统图中表示。10 kV 断路器过流整定额定电流的1. 5 倍， 187 A，延时0. 9 s。速断暂定6 kA， 延时1 s。若0. 4 kV 总进线断路器L - CB1 过流整定为变压器的额定电流2 886 A。过载240 s 切断； 短延时整定为6 倍的过流保护整定值（约17 580 A）， 延时0. 4 s。根据《民用建筑电气设计规范》5. 2. 2 款的第4 条，当变压器过电流保护时限大于0. 5 s 时， 应装设电流速断保护， 且应瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。这里的过流保护延时整定0. 4 s， 可不再设置瞬动保护。配电断路器CB1 长延时整定约为额定电流（804 A）的1. 1 倍（900 A）。