瞬時電流速斷保護在線路保護中的問題

曲麗敏

摘要：在進行遠距離送電時，瞬時電流速斷保護經(jīng)常面臨配電變壓器勵磁涌流、TA飽和等不正確動作狀態(tài)，為了確保線路正常運行，本文通過闡述勵磁涌流、TA飽和對瞬時電流速斷保護的影響，同時分析線路中勵磁涌流問題、TA飽和問題，并提出相應(yīng)的政策建議，進而為瞬時電流速斷保護提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：勵磁涌流 TA飽和 瞬時電流速斷保護

1 概述

1.1 勵磁涌流對瞬時電流速斷保護的影響

對于6-10KV配電線路，一般采用兩段式電流保護。兩段式保護的第一段瞬時電流速斷保護為主保護段，第二段過流保護為后備保護段。當(dāng)線路末段有多條出線或多臺變壓器時，瞬時電流速斷保護按躲本線路末端母線故障的最大故障電流整定，即按照最大運行方式下線路末端三相短路電流來整定的，由于考慮到保護區(qū)不小于線路全長的20%[1]。在這種情況下，需要取較小的動作電流值，尤其是系統(tǒng)阻抗較大（線路較長，配電變壓器較多）時，其取值通常情況下會更小。因此，在產(chǎn)生配電變壓器空投及外部故障時，對于恢復(fù)電壓時的變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的影響，在整定過程中沒有進行全面的考慮，與瞬時電流速斷保護定值相比，勵磁涌流的起始值比較大，進一步造成10kV變電站的出線送不出，或者跳閘現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)在運行過程中。

1.2 TA飽和對瞬時電流速斷保護的影響

近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，為了滿足市場用電需求，對城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)進行了相應(yīng)的改造，進一步擴大了10kV系統(tǒng)的規(guī)模，在這種情況下，會進一步增加系統(tǒng)出口的短路電流。通過對現(xiàn)場的故障電流進行測試，其故障電流通常情況下可以達到TA一次額定電流的數(shù)百倍，原有的一些變比較小的TA在發(fā)生故障時經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重飽和，進而在一定程度上導(dǎo)致故障電流不能正確反應(yīng)。發(fā)生線路故障后，自身保護不動作的現(xiàn)象在一些出線中經(jīng)常出現(xiàn)，進而出現(xiàn)母聯(lián)斷路器等越級跳閘的保護方式切除故障。

2 線路中勵磁涌流問題

2.1 影響繼電保護裝置

勵磁涌流[2]是變壓器特有的電磁現(xiàn)象，并且勵磁涌流是關(guān)于時間的多變量函數(shù)，通常情況下勵磁涌流僅存于變壓器的某一側(cè)。變壓器鐵芯中的磁通在切除外部故障恢復(fù)電壓時往往不能突變，進而造成非周期性分量磁通的出現(xiàn)，在一定程度上使得變壓器鐵心出現(xiàn)飽和，同時產(chǎn)生的勵磁電流也在急劇增大。

通常情況下將大量的配電變壓器安裝在10kV放入線路上，當(dāng)投入線路時，在線路上掛接配電變壓器，在合閘瞬間，各變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流會在線路上出現(xiàn)不同程度的疊加，并且在一定程度上產(chǎn)生復(fù)雜的電磁。在系統(tǒng)阻抗比較小的情況下，會出現(xiàn)較大的涌流，在這種情況下時間常數(shù)也較大。由于需要兼顧靈敏度，進一步導(dǎo)致二段式電流保護中的瞬時電流速斷保護動作電流值較小。在這種情況下，與裝置整定值相比，勵磁涌流值可能比較大，進而出現(xiàn)誤動保護。通過研究分析10kV線路的運行情況，其相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 10kV線路的有關(guān)數(shù)據(jù)

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通過對表1的情況進行分析，當(dāng)勵磁涌流是配電變壓器額定電流6倍的情況下，與瞬時電流速斷保護定值相比，勵磁涌流的值明顯比較大，進而在一定程度上增加了現(xiàn)場瞬時電流速斷保護動作的幾率。對于這種情況，在線路變壓器個數(shù)較少、容量較小，以及系統(tǒng)阻抗較大時不突出，進而出現(xiàn)被忽視的現(xiàn)象；反之，當(dāng)增加線路配電變壓器的個數(shù)，以及增加容量后，上述情況出現(xiàn)的幾率會比較大。由于勵磁涌流的影響而無法正常投入的情況，在實際工作中曾出現(xiàn)在變電所增容后10kV線路中。躲不過線路電容電流或電機的啟動電流，這是現(xiàn)場技術(shù)人員總結(jié)出的線路不能投入或運行中瞬時電流速斷保護經(jīng)常動作的根本原因所在，但是，通過研究分析相關(guān)資料[3]，根據(jù)研究結(jié)果顯示，電容電流值在系統(tǒng)固定的情況下基本保持不變；對于電機啟動電流來說，通常情況下需要延時幾秒，但是峰值較大的電機啟動電流通過短暫的延時不能回避，并且過

電流保護定值在一定程度上已經(jīng)通過自啟動系數(shù)進行裕度[4]。

2.2 防止涌流引起誤動的方法

含有大量的二次諧波，對于勵磁涌流來說，通常情況下這也是一個明顯的特征。通過分析研究可知，諧波中的二次諧波分量很大，例如以基波為百分之百計算，二次諧波通常情況下會占到50%-60%。為了防止勵磁涌流引起保護誤動作，將這一特性應(yīng)用到變壓器主保護中，設(shè)置相應(yīng)的二次諧波特性。但是，在10kV線路保護中，如果應(yīng)用二次諧波特性，需要改造保護裝置。但是，對保護裝置進行改造后，使得裝置軟件的復(fù)雜性會在一定程度上大大增加，其實用性進一步降低。隨著時間的變化，涌流大小發(fā)生相應(yīng)的衰減，這是勵磁涌流的另一特征，一開始涌流峰值會很大。但是，小型變壓器經(jīng)過7-10個工頻周波處理后，可以忽略衰減后的涌流。

3 TA飽和問題

3.1 影響電流速斷保護

對于10kV線路來說，在其出口處，與其他線路相比，通常情況下短路電流相對比較小，在農(nóng)網(wǎng)變電所中這種現(xiàn)象普遍存在著，系統(tǒng)阻抗因電源之間的距離比較遠進而變得相對比較大。對于出口處的短路電流來說，在同一線路中，由于系統(tǒng)規(guī)模、運行方式具有一定的差異性，在這種情況下，其電流大小也會有所不同。在10kV的線路系統(tǒng)中，隨著線路系統(tǒng)的規(guī)模不斷增大，其出口短路電流也會在一定程度上有所增大，與TA一次額定電流相比，通常情況下出口處的短路電流值可以超出數(shù)百倍，系統(tǒng)中原有正常運行的TA在這種情況下可能出現(xiàn)飽和。

3.2 避免TA飽和的方法

從本質(zhì)上來說，TA飽和就是TA鐵心中磁通出現(xiàn)飽和，由于磁通密度與感應(yīng)電動勢符合正比關(guān)系，在這種情況下，當(dāng)電流相同時，二次回路感應(yīng)電動勢隨著TA二次負(fù)載阻抗的增大而增大，或者在負(fù)載阻抗相同時，感應(yīng)電動勢隨著二次電流的增大而增大，鐵心中磁通的密度在這兩種情況下都會進一步增大。TA在鐵心中磁通密度達到一定值時就會達到飽和。在TA嚴(yán)重飽和的情況下，一次電流會全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯畲烹娏?，二次?cè)感應(yīng)電流此時為零，也就是說在這種情況下流過電流繼電器的電流為零，這時保護裝置就會拒動。

在線路中，為了防止TA發(fā)生飽和，通常情況下可以從以下兩個角度采取措施：

①在選擇TA的過程中，注意變比不能過小，同時需要全面考慮線路短路時TA的飽和問題，對于10kV線路來說，其保護TA變比最好超過300/5。

②采取措施減少TA二次負(fù)載阻抗，在一定程度上避免保護和計量共用TA，同時縮短TA二次電纜的長度，并且適當(dāng)增加二次電纜的截面；對于綜合自動化變電所來說，為了確保線路運行的安全性和穩(wěn)定性，在線路保護方面，通常情況下需要選擇保護、測控一體的產(chǎn)品，進一步對10kV線路進行保護，并將其安裝在控制屏上。這時，二次回路阻抗在一定程度上可以大大減小，進而可以有效地避免TA飽和。

4 結(jié)束語

通過上述分析，在遠距離線路保護應(yīng)用中，勵磁涌流以及保護TA在線路出口短路時容易飽和的問題在瞬時電流速斷保護中普遍存在著，對于該問題，通常情況下，通過設(shè)定延時0.1-0.15s的方式進行處理；對于TA飽和問題，通過選縮短二次電纜長度，增加二次電纜截面的方式進行處理。實踐表明：運行情況良好，基本滿足了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

參考文獻：

[1]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護規(guī)定匯編[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]劉從愛，徐中立.電力工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

[3]何利民，尹全英，桂南生.電工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版，1993.

[4]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，1994.