1 线路中励磁涌流问题
1.1 线路中励磁涌流对(duì)继电保护装置的(de)影响
励磁涌流是由于变(biàn)压器空载(zǎi)投运时(shí),铁芯中的磁通不能突变(biàn),出现非周期分量磁通,使(shǐ)变压器铁芯饱和,励磁电(diàn)流急剧(jù)增大而产生的。变压器励磁涌流值,二次负荷测试仪提供电流(liú)互感器和电压互感器的二次负荷测量。电压互感器在(zài)实际运行(háng)中,二次所接的(de)测(cè)量仪器以及二(èr)次电(diàn)缆间及其与地线间电容组成时(shí)总导纳(nà)。可以(yǐ)达到变压器额定电流的6~8倍,并且跟变(biàn)压器的容量大小有关,变压器容量越小,励(lì)磁涌流倍数越大。励磁涌(yǒng)流存在很大的非周期分量,并以(yǐ)一定(dìng)时间系数衰减,衰减的时间常数同样与变压器容量大小有关,容量越大,时间常数(shù)越大(dà),涌流存在时间越长。10 kV线路装(zhuāng)有大量的配电变压器,在线路投入时,这些配电变压器是挂在线路上,在(zài)合闸瞬间,各变压器所产(chǎn)生的励磁(cí)涌流在线路上相互迭加、来回反射,产生了一个复杂的电磁暂态过程,在系统阻(zǔ)抗较小时,会出(chū)现较大的涌流,时(shí)间(jiān)常数也较大。二段式电(diàn)流保护中(zhōng)的(de)电流速断保护,由于要兼顾灵(líng)敏度,动作电流值往往取得较(jiào)小,特别在长线路(lù)或系统阻抗大时更明(míng)显。励磁涌流值可能会大于装置整定值,使保护误动。这种情况在(zài)线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗(kàng)大时并不突出,因此容易被忽视,但当线路变压器个数及容量增大后,就可能出现。
1.2 防止涌流引起(qǐ)误动的方法
励磁涌流有一明显的特征,就是它含有大量的二次谐波,在主变压器主(zhǔ)保护中就利用这个特性,来防止励磁涌(yǒng)流引起保(bǎo)护误(wù)动作(zuò),但如果用在10 kV线路保护,必须对保护装置进行改造,会大大增加装置的复(fù)杂性,因此实用性很差。励磁涌流的另一特征就是(shì)它的大小随时间而衰减,一开始涌流很大(dà),一段时(shí)间后涌流衰减为零,流过保护装置的电(diàn)流为(wéi)线路负荷电流,利用涌流这(zhè)个特点,在电流速断保护加入一短时间延时,就可以防止励磁(cí)涌(yǒng)流引起的误动作,这种方法优(yōu)点是不用改造保护装置(或(huò)只作简单改造),虽然会增加故障时间,但对于像10 kV这种对(duì)系统稳定运行影响(xiǎng)较小之处还是适用。为了保证可靠地躲(duǒ)过(guò)励(lì)磁涌流,保护装置中加速回路同样要加入延时。通过几年的(de)摸索,在(zài)10 kV线路电流速断保护及加速回(huí)路中加入了0.15~0.2 s的时限,就近几年运行来看,运(yùn)行安全,并能很好的(de)避免由于线路中励磁涌流(liú)造成保(bǎo)护装置误动作(zuò)。
2 TA饱和(hé)问题
2.1 TA饱和对保护的影响
10 kV线路出口处短路电流一(yī)般都较(jiào)小,特别是(shì)农网(wǎng)中的变电所,往(wǎng)往(wǎng)远离电源,系统阻抗较大。对于同一线路(lù),出口处短路电流大(dà)小会随着(zhe)系统规模及(jí)运(yùn)行方式不同而不同。随着系(xì)统规模的不断扩大,10 kV系统短路电流会随着变大(dà),可以达到TA一(yī)次额定电流的几百倍,系统中原有一(yī)些能正常运行的变(biàn)比(bǐ)小的TA就可(kě)能饱和;另一方面,短(duǎn)路故障是(shì)一个暂态过程,短路电流中含大量非周(zhōu)期分量,又进一步加速TA饱和。在10 kV线路短路时,由于TA饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零(líng),使保护装置拒动,故障 由母联断路器或(huò)主变压器后备保护切除,不但(dàn)延长(zhǎng)了故障时间,会使故(gù)障范围扩大,影(yǐng)响供电(diàn)可靠性,而且严重威胁运行设备的安全。
2.2 避免(miǎn)TA饱(bǎo)和的方(fāng)法
TA饱(bǎo)和,其实就是TA铁芯中磁(cí)通饱和,而磁通密度与感应电势成正比,因此,如果TA二次负载(zǎi)阻(zǔ)抗大,在同样电流情况下,二次回路感应电势(shì)就大,或在同样的(de)负载阻抗下,二次电流(liú)越大,感应电势(shì)就越大(dà),这(zhè)两种情况(kuàng)都会(huì)使铁芯中磁通密度大,磁通密度大到一定值时,TA就饱和。TA严重饱和时,一次电流全(quán)部变(biàn)成励磁电流,二次侧感应电流为零,流过电流继(jì)电器的电流为零,保护装置就会拒动。避免TA饱和主(zhǔ)要从两个(gè)方面入手(shǒu),一(yī)是在选择TA时,变比不能选(xuǎn)得(dé)太小,要考虑线路短路时TA饱和(hé)问题,一(yī)般10 kV线(xiàn)路保护TA变比大(dà)于(yú)300/5。另一方面要尽量减少(shǎo)TA二次负载阻抗,尽量(liàng)避免保护和计量共用TA,缩(suō)短TA二次电缆长度及(jí)加大二次电缆截面;对于综合自动化变电所,10 kV线路尽可能选用(yòng)保(bǎo)护、测控合一的产品,并在控制屏上就地安装,这(zhè)样能(néng)有效减(jiǎn)小二(èr)次回路阻抗,防止TA饱和。
3 所用变压器(qì)保护
3.1 所用(yòng)变压器保护存在的问题
所用变压器(qì)是一比较特殊的设备,容(róng)量较小但可靠性要求非常(cháng)高,而且安装位置也很特殊,一(yī)般就接在10 kV母线上,其(qí)高压侧短(duǎn)路电流等于系统短路电流,可达十几千安,低压侧出口短(duǎn)路电流也(yě)较大。一直对所(suǒ)用变压器保护(hù)的可(kě)靠性重视不足,这将对所用变(biàn)压器(qì)直至整个10 kV系统的安全运(yùn)行造成(chéng)很大的威胁。传统(tǒng)的(de)所用变压器保(bǎo)护使用熔断(duàn)器保护,其(qí)安全可靠性还是比较高,但随着系统短路容量的增(zēng)大,以及综合自动化的(de)要求提高(gāo),这(zhè)种方式已(yǐ)逐(zhú)渐满足不了要求。现在新(xīn)建(jiàn)或改造的变电(diàn)所,特别是综合自动化所,大多配置所(suǒ)用变压器开关(guān)柜,保护配(pèi)置也跟10 kV线路相似,而往(wǎng)往忽视了保护用的TA饱(bǎo)和问题。由于(yú)所用变压器容量小,一次额定电流很小,保护计量共用TA,为确保(bǎo)计量的(de)准确性,设计时TA很小,有的地方甚至选(xuǎn)择10/5。这样一来,当所(suǒ)用(yòng)变压器故障时,TA将严重饱和,感应到(dào)二次(cì)回路电流几乎为零(líng),使所用变压器保护装置(zhì)拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使母联保护(hù)或主变压器后备保护动作而断开故障,如果是低压侧故(gù)障,短路电(diàn)流可能达不到母联保护或主(zhǔ)变压器后备保护的启动值,使得故障无法及时切除,终烧毁所用变压器,严重影响变(biàn)压器的安全运(yùn)行。
3.2 解决办法
解(jiě)决所用变压器保护拒动问题,应(yīng)从合理配置(zhì)保护入手(shǒu),其TA的选择要考虑所用变压器故障时饱和问题,同时,计量用的TA一定要跟保护用的TA分开,保护用的TA装在高压侧(cè),以保证对所用变压器的保护,计量用(yòng)TA装(zhuāng)在所用变压器的(de)低压侧,以提高计量(liàng)精度。在定值整定方面,电流速断保护可按所用变压(yā)器低压(yā)出(chū)口短路(lù)进(jìn)行整定,过(guò)负荷保护(hù)按所用变压器容量整定。
4 配电变压(yā)器保护
4.1 10 kV配电变压器保护存在的问题
10 kV配电变压器的保护配置主要有断(duàn)路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等。负荷(hé)开关(guān)投(tóu)资省,但不(bú)能开断短路电流,很少采(cǎi)用;断路器技术性能好,但设备投资较高,使用复杂,广泛应用不现实;负荷开(kāi)关加熔断器组合的保护配置方式(shì),既可避免采用操作复杂、价格昂贵的断路器,弥补负荷开关不能开断(duàn)短路电流的缺点,又可满足实(shí)际运行的需要,该配置(zhì)可作为配电变压器的保护(hù)方式。但对于容量比较大的配电变压器(qì),配备有瓦斯继电器,需要断路器可与瓦斯继电器相配(pèi)合,才能(néng)对变压器进行有效的保护,必要(yào)时还应有零序保护,这些问题都是值得注意的问题(tí)。
4.2 解决办法
无论(lùn)在10 kV环网供(gòng)电单元,还是在终端用户高压配(pèi)电单元中,采用负荷开(kāi)关加高遮断容量后备式限(xiàn)流熔断器组合的保护配置,既可提供额定负荷电流,又可断(duàn)开短(duǎn)路电流,并具备开合空载变压器的性能,能有效保护配电(diàn)变压器。为此,推荐(jiàn)采用负荷开关加高遮断容量后(hòu)备式限流熔断器组合(hé)的配置,作为配电变(biàn)压器保护的保护(hù)方式。标准GB 14285《继电保护和安全自动(dòng)装置技术规程》规定,选(xuǎn)择配电变(biàn)压(yā)器的保护设备时,当容量等于或大于800 kVA,应选用带继电保护(hù)装置的(de)断路器。对于这个规定,可以理解为(wéi)基于以下两方(fāng)面的(de)需要。
配电变压(yā)器容量达到800 kVA及以上(shàng)时,过去(qù)大多使用油浸变压器,并配备有瓦斯继电器,使用断(duàn)路器可与瓦(wǎ)斯继(jì)电器相配(pèi)合,从而对变压器进行有(yǒu)效地保护。
对于装置容量大(dà)于800 kVA的(de)用户,因种种原因引起单相接地故障导致零序保护(hù)动作(zuò),从而使(shǐ)断路器跳闸(zhá),分隔故障,不至于(yú)引起变电所的馈线断路(lù)器动(dòng)作,影响其他用户的正常供电(diàn)。 标准(zhǔn)还明(míng)确规定,即使单台变压器未(wèi)达(dá)到(dào)此容量,但如果用户(hù)的配电变压器的总容量达到800 kVA时,亦要符合此要求。
5 线路保护
5.1 10 kV配电线(xiàn)路保护中存在的问题
无论是城市内配网(wǎng)线路,还(hái)是农村配网线路(lù),都以10 kV电压等级为主,但(dàn)是10 kV配电线路结构特点是一致性差,如有的为用户专线,只带1~2个用户,类(lèi)似于输电线路;有(yǒu)的呈放射状,几十台变压器T接于同一条线路的各个分支上;有的线(xiàn)路短到几百(bǎi)米,有的线路长到几十(shí)千米;有的线路由35 kV变电所出线,有的线路由110 kV变电所出线;有的线路(lù)上(shàng)的配电变压器容量(liàng)很(hěn)小,不过100 kVA,有的线路上(shàng)却(què)有几千千伏安的变压器。
5.2 解决办法
10 kV配电线路的保护,一般采用电流速断、过电流及(jí)三相一次重合闸构成。特殊线路结构(gòu)或特殊负(fù)荷线路保护,不能满(mǎn)足要求时,可考虑增加其它(tā)保护,如保护Ⅱ段、电压闭锁(suǒ)等。进行整定计算的过程中,应该考虑特殊情况和常规情况,并(bìng)进行灵敏度校验。对于(yú)10 kV配电(diàn)线路,保护装置的配置虽然较简单,但由于线路的复杂性和负荷的(de)多变性,常规和特殊情况下,保护(hù)定值计算(suàn)和(hé)保护装置的选型还是值得重视的。根据诸城电(diàn)网保护(hù)配置情况及运行经验,利用规范的保护(hù)整定计(jì)算方法,各种情况均可计算,一般(bān)均可满足要求。