摘要:10 kV 配電網(wǎng)的分布量多、面廣,控制10kV線路的跳閘率對電網(wǎng)供電可靠性及安全運(yùn)行至關(guān)重要,本文主要對如何減少10kV配電線路跳閘次數(shù)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:10kV 配電線路;跳閘;應(yīng)對措施
0 前言
在10kV以下配電系統(tǒng)中,故障發(fā)生幾率較大,據(jù)有關(guān)資料顯示,10 k V 配電網(wǎng)故障率占整個電網(wǎng)故障率的70%。10 kV 配電線路有架空線路、電纜線路以及兩者的混合線路。城網(wǎng)線路供電負(fù)荷重、供電半徑較短,基本實現(xiàn)單環(huán)網(wǎng)“手拉手”方式、雙環(huán)網(wǎng)或多分段多聯(lián)絡(luò)網(wǎng)格式接線,一般是直接從上級變電站10 kV配電裝置出線,再T 接支線至配變或出線至戶外環(huán)網(wǎng)箱再分接至配變。農(nóng)網(wǎng)線路較多,供電半徑一般較長,多為放射式供電線路或樹形供電線路。因城、農(nóng)網(wǎng)配電線路沿線走廊地理條件較復(fù)雜,特別是農(nóng)網(wǎng)線路絕緣水平較低,因此10 kV 線路故障率高。
1 影響10 kV線路跳閘的原因分析
國內(nèi)10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)基本采用兩段式保護(hù),即以速斷保護(hù)作為主保護(hù),過流保護(hù)作為后備保護(hù)。10 kV 線路跳閘是指因為線路發(fā)生速斷或過流情況,導(dǎo)致上級變電站的10 kV 饋線柜斷路器動作,使整條10 kV 線路斷電。由于配電網(wǎng)線路較多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,使得其故障較多。10 kV線路跳閘按照故障地點(diǎn)分類,可以分為設(shè)備自身故障和外力破壞故障。設(shè)備自身故障包括:線路設(shè)備故障、導(dǎo)線故障、配變臺區(qū)故障和保護(hù)定值設(shè)置故障等。外力破壞故障包括:樹障、竊電或私自操作設(shè)備引發(fā)故障、偷盜線路設(shè)備故障、線路通道故障等。
10 kV配電系統(tǒng)保護(hù)級數(shù)一般至少有2~3級,主干線安裝2~3臺分段柱上真空開關(guān),分支線路連接處安裝1臺分支柱上真空開關(guān)。不論是10 kV線路設(shè)備自身故障,還是外力破壞故障,均通過柱上真空開關(guān)的速斷、過流保護(hù)動作,減小停電范圍,控制10 kV線路跳閘率。在引發(fā)保護(hù)跳閘的各種故障中,多次出現(xiàn)保護(hù)
越級跳閘。以廣東省惠州市配電網(wǎng)系統(tǒng)為例,2009年1~12月,惠州供電公司10 k V配網(wǎng)線路共跳閘222次,其中主干線分段開關(guān)跳閘65次,分支線路分支開關(guān)跳閘38次,而變電站10 kV出線跳閘119次,占總跳閘次數(shù)的54%。保護(hù)越級跳閘擴(kuò)大了故障范圍,增加了線路停電時間,也增大了事故處理的工作量。導(dǎo)致保護(hù)越級跳閘的原因如下。
1.1 保護(hù)整定原因
由于城市配電網(wǎng)10 kV出線的距離一般都不長這加大了上下級保護(hù)的配合難度,如圖1所示。
圖1 10 kV配電網(wǎng)故障示意圖
圖1 中,當(dāng)10 kV 分支線路k1 或k2 處發(fā)生短路故障時,開關(guān)1 和開關(guān)2 處所測量的電流值相差不大,因此無法通過設(shè)置不同的動作電流定值,來實現(xiàn)上下級保護(hù)的配合。目前除了極少部分10 kV 線路采用全線速動保護(hù)( 縱差保護(hù))外,大部分10 kV線路采用兩段定時限保護(hù):主保護(hù)為速斷保護(hù),延時整定為0 s ;后備保護(hù)為過流保護(hù),延時由實際情況來設(shè)置。當(dāng)分支線路發(fā)生短路故障時的故障電流不大時,可以通過設(shè)置了時間差的后備保護(hù)實現(xiàn)配合。而當(dāng)配電網(wǎng)線路較短、阻抗較小時,發(fā)生短路故障后會產(chǎn)生較大故障電流,使其滿足速斷保護(hù)的動作條件。例如:惠州電網(wǎng)10 kV 配網(wǎng)線路保護(hù)共動作222 次,其中速斷動作194 次,過流動作28次。對于這些較嚴(yán)重的短路故障,上下級保護(hù)無法進(jìn)行配合,從而造成越級跳閘。
1.2 開關(guān)性能原因
不同類型的開關(guān),其性能存在差異。例如:普通的柱上真空開關(guān),因為采用彈操機(jī)構(gòu),其動作時間與變電站10 kV出線斷路器動作時間基本相同;永磁真空開關(guān),因為采用永磁機(jī)構(gòu),整組動作時間(保護(hù)動作時間與分閘時間)小于或等于30 ms,小于變電站10 kV出線斷路器動作時間,柱上真空開關(guān)典型性能參數(shù)見表1。
表1 柱上真空開關(guān)典型性能參數(shù)
項目普通柱上真空開關(guān)永磁柱上真空開關(guān)
規(guī)格型號ZW32-12/630ZW45-12/630
分閘時間/ms≤65≤30
額定開斷電流/kA2020
即使同為采用永磁機(jī)構(gòu)的柱上真空開關(guān),如果品牌不同,性能也有所不同。A B B、庫柏等公司的永磁柱上開關(guān),可以輕松達(dá)到整組動作時間小于或等于30 ms。而某些價格低廉的永磁柱上真空開關(guān),因為制造工藝和選用元器件的原因,分閘速度與采用彈操機(jī)構(gòu)的柱上真空開關(guān)相當(dāng),甚至更長,根本不能達(dá)到快速分?jǐn)嗟哪康摹?/p>
2 快速分?jǐn)嚅_關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)
10 kV線路能夠?qū)崿F(xiàn)速斷、過流保護(hù)的一次開關(guān)設(shè)備主要是柱上真空開關(guān)和跌落式熔斷器。一次開關(guān)設(shè)備按照全分?jǐn)鄷r間,可以分為一般開關(guān)和快速分?jǐn)嚅_關(guān)??焖俜?jǐn)嚅_關(guān)是指具備瞬時動作能力,整組動作時間小于或等于30 ms的一次開關(guān)設(shè)備。
2.1 柱上真空開關(guān)
柱上真空開關(guān)是10 kV配電網(wǎng)的重要設(shè)備,擔(dān)負(fù)著線路分段和聯(lián)絡(luò)等任務(wù)。柱上真空開關(guān)按照操作機(jī)構(gòu),可以分為彈操機(jī)構(gòu)和永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器,通過彈操機(jī)構(gòu)或永磁機(jī)構(gòu)的動作,實現(xiàn)真空斷路器的分、合閘。永磁機(jī)構(gòu)斷路器與彈簧機(jī)構(gòu)斷路器相比,采用了一種全新的工作原理和結(jié)構(gòu),將永久磁鐵應(yīng)用于操動機(jī)構(gòu)中,使真空斷路器的分、合閘動作和保持通過永久磁鐵實現(xiàn),它克服傳統(tǒng)彈簧機(jī)構(gòu)運(yùn)動部件多、鎖扣裝置復(fù)雜的不足,能夠控制分閘動作時間,達(dá)到分閘整組動作時間小于或等于30 ms。國內(nèi)某廠家的Z W45-12/630永磁柱上真空開關(guān)的整組動作時間為18.01 ms。
2.2 跌落式熔斷器
跌落式熔斷器是10 kV線路分支線和配電變壓器最常用的一種熔斷式開關(guān),作為保護(hù)和進(jìn)行設(shè)備投、切操作之用。它安裝在10 kV配電線路分支線上,可縮小停電范圍;安裝在配電變壓器上,可以作為配電變壓器的主保護(hù),切除變壓器或低壓側(cè)故障。所以,在10 kV配電線路和配電變壓器中得到了普及。
國內(nèi)現(xiàn)在應(yīng)用的跌落式熔斷器具有一定的裝置性缺陷,主要體現(xiàn)在4個方面:(1)熔絲的時間電流特性較差,需要較大的短路電流才能熔斷熔絲;(2)產(chǎn)品工藝粗糙,上觸頭彈簧彈性不足,熔管合閘困難,造成觸頭接觸不良而產(chǎn)生火花過熱;(3)熔管轉(zhuǎn)動軸粗糙不靈活,造成熔體熔斷后熔管不能迅速跌落,不能及時將電弧切斷、熄滅;(4)熔管尺寸與熔斷器固定接觸部分尺寸匹配不合適,極易松動,在運(yùn)行中一旦遇到外力作用、振動或者大風(fēng)天氣,便會自行誤動而跌落。
目前,ABB、庫柏、SC等公司的快熔跌落式熔斷器較好地解決了這些問題。它們的熔絲能夠提供全范圍的故障保護(hù),熔絲中的熔體由低熔點(diǎn)的合金經(jīng)精密加工而成,從最小的熔化電流到最大開斷電流,均能按照準(zhǔn)確的時間電流特性,提供可靠的過載和短路保護(hù)。同時,熔絲自帶輔助滅弧管,能夠在熔化時,保護(hù)熔絲架不被電弧破壞。上觸頭接觸簧片組使用不銹鋼彈簧支撐和鍍銀接觸,增大上觸頭壓力,減小接觸電阻,提高電接觸的可靠性。熔管轉(zhuǎn)動軸使用增強(qiáng)連接套和掛軸的鉸鏈連接設(shè)計,保證在戶外惡劣環(huán)境下操作自如。當(dāng)配電變壓器為500 kVA時,選用50 A的K型熔絲,短路電流2 200 A時,10 ms內(nèi)熔斷;短路電流1 500 A時,30 ms內(nèi)熔斷;短路電流680 A時,100 ms內(nèi)熔斷。
3 快速分?jǐn)嚅_關(guān)控制10 kV線路跳閘率的工作思考
為了縮小停電范圍,提高10 kV線路的供電可靠性,減少變電站10 kV饋線柜斷路器跳閘的次數(shù),在對10 kV線路設(shè)備自身故障和外力破壞故障進(jìn)行防范的同時,尤其要考慮如何避免保護(hù)越級跳閘的事故。
保護(hù)越級跳閘主要是保護(hù)整定和開關(guān)性能的原因,保護(hù)整定要根據(jù)10 kV 線路結(jié)構(gòu)和負(fù)荷情況,及時進(jìn)行調(diào)整。而合理選用具備快速分?jǐn)嘈阅艿拈_關(guān),能夠有效地解決保護(hù)越級跳閘的事故,控制10 kV 線路的跳閘率,縮小停電范圍,提高10 kV 線路的供電可靠性,具體方案如下:
(1) 合理選用柱上永磁真空開關(guān)。在10 kV 線路的主干線和每個分支線路采用柱上永磁真空開關(guān),當(dāng)發(fā)生速斷、過流故障時,柱上永磁真空開關(guān)可在30 ms 內(nèi)切斷故障電流,先于變電站10 kV 出線斷路器動作,可以在一定程度上與變電站10 kV 出線斷路器進(jìn)行時間配合。同時,對于容量在630 kVA 及以上的專變用戶,為明確責(zé)任和減少對其他用戶的影響,要求在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)上配置整組動作時間小于或等于30 ms 的柱上永磁真空開關(guān),實現(xiàn)用戶快速分?jǐn)嚅_關(guān)和10 kV 線路干線、支線開關(guān)的進(jìn)一步配合,避免因為用戶設(shè)備原因,造成變電站10 kV 出線斷路器跳閘。
(2)合理選用快熔跌落式熔斷器。在10 kV線路的所有公用變壓器的高壓側(cè),統(tǒng)一安裝快熔跌落式熔斷器,選用時間電流特性良好的熔絲,實現(xiàn)反時限過流或過負(fù)荷保護(hù),確保在變壓器故障或低壓側(cè)故障時,及時切除故障點(diǎn),避免變電站10 kV出線斷路器動作。對于容量在630 kVA以下的專變用戶,要求在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)上配置快熔跌落式熔斷器,實現(xiàn)用戶快速分?jǐn)嚅_關(guān)和10 kV線路干線、支線開關(guān)的進(jìn)一步配合,避免因為用戶設(shè)備原因,造成變電站10 kV出線斷路器跳閘。
4 結(jié)語
提高配網(wǎng)系統(tǒng)供電可靠性,應(yīng)根據(jù)實際情況,既要考慮技術(shù)上的必要性和可靠性,又要考慮經(jīng)濟(jì)上的可行性和實用性,使其達(dá)到合理水平。本文所提出的基于快速分?jǐn)嚅_關(guān)的控制10 kV線路跳閘率的方法,可以有效降低10 kV線路的跳閘率,提高配電網(wǎng)的供電可靠性。各供電單位可根據(jù)其自身城市配電網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)、供電對象的重要性以及運(yùn)行經(jīng)驗,因地制宜地改造10 kV配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)。
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