崔本濤，姬廣波（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泗水縣供電公司，山東濟(jì)寧273200）

10kV饋線開(kāi)關(guān)與分界開(kāi)關(guān)保護(hù)配合應(yīng)注意的要點(diǎn)淺析

崔本濤，姬廣波（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泗水縣供電公司，山東濟(jì)寧273200）

10kV饋線開(kāi)關(guān)與分界開(kāi)關(guān)在保護(hù)整定值上的合理分配，可以在一定程度上擺脫線路故障，把問(wèn)題的范圍降低到非常小的范圍內(nèi)。本文以作者實(shí)際工作中某110kV××變電站10kV楓崎乙線故障實(shí)例進(jìn)行分析，以期把10kV饋線開(kāi)關(guān)與分界開(kāi)關(guān)保護(hù)配合應(yīng)注意的要點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行闡述明白。

饋線；分界開(kāi)關(guān)；保護(hù)配合

前言

在變電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，由于對(duì)10kV饋線開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)設(shè)備了解不到位，常常因?yàn)樵诒Ｗo(hù)定值計(jì)算和設(shè)定上存在偏差，以往主要采用的是階梯式保護(hù)計(jì)算的準(zhǔn)則。另外，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行中的小問(wèn)題缺乏考慮，比如當(dāng)10kV饋線線路的配電容量增加過(guò)快時(shí)，在開(kāi)關(guān)閉合閘的時(shí)候，勵(lì)磁涌流變得非常大，就影響到變電站各級(jí)開(kāi)關(guān)常常發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象。所以，如何合理安排10kV饋線開(kāi)關(guān)和分界開(kāi)關(guān)的定值，是一項(xiàng)對(duì)線路運(yùn)行工作非常重要的一件事情。在生活實(shí)踐中，因?yàn)楦鱾€(gè)級(jí)別開(kāi)關(guān)保護(hù)定值時(shí)安排不公平，就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)級(jí)別的跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)。本文就現(xiàn)實(shí)生活中一次多個(gè)級(jí)別開(kāi)關(guān)跳閘的10kV線路故障，以此學(xué)習(xí)應(yīng)該怎樣設(shè)定各級(jí)開(kāi)關(guān)的定值。

變壓器勵(lì)磁涌流非常容易導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。長(zhǎng)時(shí)間看來(lái)，對(duì)勵(lì)磁涌流所做的研究大都集中在涌流特征的鑒別上。但是事實(shí)上，因?yàn)閯?lì)磁涌流幅值比較大，同時(shí)衰減也比較慢，這就對(duì)變壓器以及系統(tǒng)其他設(shè)備的后備保護(hù)帶來(lái)很大的不利影響，如在現(xiàn)場(chǎng)就已經(jīng)引起多次零序電流保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)。所以如果要提高這些保護(hù)在勵(lì)磁涌流下的性能，那就需要把握住勵(lì)磁涌流的變化規(guī)律以及科學(xué)的計(jì)算方法。

現(xiàn)在有關(guān)文獻(xiàn)中關(guān)于勵(lì)磁涌流計(jì)算方法都只針對(duì)無(wú)損變壓器，還沒(méi)有真正考慮到涌流的衰減作用。有文獻(xiàn)指出因?yàn)樽儔浩骱拖到y(tǒng)電阻的真實(shí)存在導(dǎo)致變壓器偏磁減少是勵(lì)磁涌流衰減的原因，現(xiàn)在雖然定性地得到了勵(lì)磁涌流的衰減機(jī)理，但沒(méi)有提出定量的計(jì)算方法[1]。

1 故障簡(jiǎn)述

2012年7月，l10kV××站10kV楓崎乙線過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作重新合閘事件成功，設(shè)置的線路電流保護(hù)值為0A。這一次線路損壞共出現(xiàn)3個(gè)開(kāi)關(guān)跳閘現(xiàn)象：10kV楓崎乙線533開(kāi)關(guān)、主干線#1塔1T1開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱A）和溝塹支線1T1開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱B），如圖1所示。

圖1 線路故障時(shí)各級(jí)開(kāi)關(guān)定值設(shè)置

圖2 考慮階梯式保護(hù)和勵(lì)磁涌流影響后的開(kāi)關(guān)保護(hù)定值

現(xiàn)在分析故障產(chǎn)生的原因：故障造成了10kV楓崎乙線末端的B開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳閘，說(shuō)明故障發(fā)生在B開(kāi)關(guān)后段，但是卻引起上面2級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，表明各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的設(shè)置是不合理的。

2 故障過(guò)程初步分析

然后從各級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)置保護(hù)定值和時(shí)限分配角度著手，進(jìn)行大致闡述故障的產(chǎn)生過(guò)程。

2.1 10kV楓崎乙線電流保護(hù)定值

如表1中數(shù)據(jù)顯示，由于柱上開(kāi)關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間約0.04～1s左右，變電站過(guò)流Ⅰ段保護(hù)的整定動(dòng)作時(shí)限是0s。所以，線路柱上的開(kāi)關(guān)的零時(shí)限速斷保護(hù)與變電站10kV饋線過(guò)流Ⅰ段、過(guò)流Ⅱ段保護(hù)的時(shí)限有如表1所示的聯(lián)系。

表1 10kV楓崎乙線電流保護(hù)定值

過(guò)流Ⅰ段（0S）＜線路開(kāi)關(guān)（0.06S）＜過(guò)流Ⅱ段（0，6S）。通常在發(fā)生故障瞬間，開(kāi)關(guān)533、開(kāi)關(guān)A、開(kāi)關(guān)B同一時(shí)間流過(guò)故障短路電流，而且都到達(dá)保護(hù)動(dòng)作的啟動(dòng)電流。如果遵循這三個(gè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)階梯性和選擇性，開(kāi)關(guān)B安裝在線路的最末端，保護(hù)定值為400A（0S），應(yīng)首先切除故障，開(kāi)關(guān)A及開(kāi)關(guān)533不動(dòng)作。但由于開(kāi)關(guān)533和開(kāi)關(guān)B整定時(shí)限都是0S，開(kāi)關(guān)B的本身動(dòng)作時(shí)間為0.06s，533開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間是0s，因此，開(kāi)關(guān)533和開(kāi)關(guān)B都遭受故障電流觸發(fā)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)533瞬時(shí)動(dòng)作跳閘，開(kāi)關(guān)B在0.06s后啟動(dòng)動(dòng)作跳閘，此時(shí)開(kāi)關(guān)A不動(dòng)作。

開(kāi)關(guān)533瞬時(shí)動(dòng)作（過(guò)流Ⅰ段）后1s，饋線重新合閘進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)533合閘，電源送至開(kāi)關(guān)533至開(kāi)關(guān)B之前的線路（即線段Ⅰ）。合閘的一瞬間，變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流可達(dá)變壓器額定容量的6～8倍，因?yàn)閯?lì)磁涌流在線路上的迭加，促使線路上的勵(lì)磁涌流值達(dá)到一定水平，容易產(chǎn)生保護(hù)的誤動(dòng)作。

2.2 勵(lì)磁涌流幅值的計(jì)算方法

線段Ⅰ上共裝接配變14臺(tái)，它的總?cè)萘窟_(dá)到7075kVA，按照2/3的配變總?cè)萘?，?lì)磁涌流在取配變額定電流6倍的情況下，重新合閘時(shí)的勵(lì)磁電流值可達(dá)1523A。因此接下來(lái)采用變壓器衰減勵(lì)磁涌流的常用計(jì)算方法即勵(lì)磁涌流的幅值和間斷角隨著時(shí)間變化的算法公式，以此來(lái)分析勵(lì)磁涌流幅值隨時(shí)間改變的變化關(guān)系。

第k個(gè)周期勵(lì)磁涌流幅值IK的大致計(jì)算公式為[2]：IK≈|（1+ cos（θj.k/2））/（1+cos（θj.0/2））|×I0

式中k=1，2，…；I0為第1個(gè)周期的涌流幅值，θj.k為間斷角。

因?yàn)橥ǔＧ闆r下勵(lì)磁涌流衰減的比較慢，可大致知道在第1個(gè)周期內(nèi)基本沒(méi)有衰減。采用勵(lì)磁電流的一般計(jì)算方法，可以大致推出每一個(gè)工頻周期下的間斷角：其中第一個(gè)間斷角為121.86°，第五個(gè)周期間斷角是217.01°，也可以得出第十個(gè)工頻周期的間斷角是262.48°。所以，可以算出每一個(gè)工頻周期饋線開(kāi)關(guān)到533開(kāi)關(guān)至開(kāi)關(guān)B的勵(lì)磁涌流幅度值：得出第五、第十個(gè)的幅值大約為751A和375A。

在對(duì)勵(lì)磁電流通過(guò)時(shí)間衰退的計(jì)算中，在重合閘后的第五個(gè)周波0.1s，勵(lì)磁涌流甚至達(dá)到751A，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)開(kāi)關(guān)A的定值600A/0.1s。所以，開(kāi)關(guān)A會(huì)由于勵(lì)磁涌流過(guò)大而出現(xiàn)跳閘。而達(dá)到第十個(gè)周波0.2s時(shí)，勵(lì)磁涌流減低到了375A，這就低于開(kāi)關(guān)A的啟動(dòng)電波。

3 各級(jí)開(kāi)關(guān)配合問(wèn)題

10kV線路的故障容易造成多個(gè)級(jí)別開(kāi)關(guān)跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)，其中因?yàn)榫€路開(kāi)關(guān)本身的動(dòng)作特性，所以在線路上，末端出現(xiàn)短路損壞時(shí)就會(huì)出現(xiàn)饋線開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)的同一時(shí)間跳閘現(xiàn)象。變壓勵(lì)磁電流和時(shí)間存在一定的關(guān)系，通過(guò)它就大致能算出線路閉合閘后每個(gè)周波的勵(lì)磁涌流幅值，就能定量的討論線路開(kāi)關(guān)定值和動(dòng)作時(shí)限安排是否正常。所以，饋線開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)，在保護(hù)定值的設(shè)定上，應(yīng)該考慮配合好多問(wèn)題的因素，讓保護(hù)有很好的階梯性及選擇性，那么故障就能控制在非常小的范圍內(nèi)。

3.1 線路開(kāi)關(guān)的分段原則

現(xiàn)如今市場(chǎng)上對(duì)于配網(wǎng)一般使用ZW8-12型的真空斷路器作為分段或者分支開(kāi)關(guān)。ZW8-12型真空斷路器包含3種，200/5、400/5和600/5。把線路進(jìn)行分段處理時(shí)，要依據(jù)線路的長(zhǎng)短安裝大概一到三臺(tái)開(kāi)關(guān)。另外也要把主干線路分為二至四段，這樣有利于對(duì)保護(hù)進(jìn)行選擇性，動(dòng)作值也要依據(jù)梯度原則進(jìn)行配置。同時(shí)也要注意到線路上對(duì)于開(kāi)關(guān)的保護(hù)不應(yīng)該設(shè)置太多，反而會(huì)達(dá)到反效果，不能達(dá)到要求。

3.2 線路最末端線路開(kāi)關(guān)定值設(shè)置原則

在開(kāi)關(guān)通過(guò)一樣大小的短路電流時(shí)，選用TA的變比會(huì)越小，TA的二次側(cè)電流越大，因此所產(chǎn)生的的電磁力越大，動(dòng)作更加迅速。所以，要依據(jù)所裝接的配變的數(shù)量及容量，來(lái)在最末端分支線路運(yùn)用200/5或者400/5的TA變比，還要把動(dòng)作實(shí)現(xiàn)設(shè)置為0s。以此來(lái)快速消除因短路故障發(fā)生的損壞。

3.3 主干線開(kāi)關(guān)定值設(shè)置原則

在生活實(shí)踐中，TA變比最好設(shè)置為400/5及600/5，把動(dòng)作時(shí)限設(shè)置為0.5～1.1s，這就避免了閉合閘的瞬間強(qiáng)大的勵(lì)磁涌流。

3.4 饋線開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)的配合問(wèn)題

在線路安裝接通的配電器容量較大時(shí)，會(huì)在閉合閘的瞬間產(chǎn)生較大的勵(lì)磁電流，而且有可能達(dá)到Ⅰ段規(guī)定的動(dòng)作值，從而引發(fā)保護(hù)的錯(cuò)誤動(dòng)作。通過(guò)五個(gè)周波時(shí)后，經(jīng)過(guò)定量計(jì)算，勵(lì)磁電流會(huì)有所減小，最大是勵(lì)磁電流值的0.45倍，所以，應(yīng)該在饋線過(guò)流Ⅰ段添加0.1～0.15的時(shí)限保護(hù)，以此避免誤操作出現(xiàn)。

通過(guò)重新調(diào)整，二者的配合，現(xiàn)以10kV楓崎乙線作為參考。

4 結(jié)語(yǔ)

變電站饋線開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的設(shè)置非常重要，應(yīng)該采用階梯式的原則，把故障降低到最小程度。另外也要綜合思考線路上配變本身的容量，線路分段的數(shù)量，還要合理設(shè)置保護(hù)定值。只有如此，各級(jí)開(kāi)關(guān)的保護(hù)的作用即靈敏性、選擇性和可靠性才能凸顯出來(lái)，才能有效避免各類故障，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

[1]馬寶明.變壓器勵(lì)磁涌流及其對(duì)充電保護(hù)定值影響的仿真分析.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015（5）.

[2]黃川就.變電站10kV饋線開(kāi)關(guān)與線路開(kāi)關(guān)的保護(hù)配合問(wèn)題.運(yùn)行維護(hù)，2013.

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2095-2066（2016）35-0066-02

2016-12-3