基于故障電流閉鎖原理的重合閘研制

向為，李娥英

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲410082；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

基于故障電流閉鎖原理的重合閘研制

Development of auto-reclosing based on faults current shutting

向為1，李娥英2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲410082；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

文中提出一種基于變壓器承受短路能力的故障電流閉鎖重合閘啟動方式，在兼顧供電可靠性的情況下，依據(jù)故障電流幅值閉鎖重合閘，減少大故障電流對變壓器的沖擊次數(shù)，降低損壞幾率。

繼電保護；自動重合閘；故障電流閉鎖；變壓器；承受短路能力

運行中的電力系統(tǒng)會不可避免的發(fā)生短路故障，其短路電流勢必對流經(jīng)的設備產(chǎn)生影響，例如對變壓器的損傷主要體現(xiàn)在熱穩(wěn)與動穩(wěn)方面，在突發(fā)短路情況下，繞組中會產(chǎn)生溫升和巨大的短路力，如變壓器抗短路能力不滿足要求，可能導致繞組絕緣及結構件受損，影響變壓器的絕緣性能，并且通過積累效應，嚴重情況下可能導致繞組移位、導線折斷、匝間短路使繞組燒毀。某公司統(tǒng)計2003—2007年110 kV及以上電壓等級主變壓器損壞原因，外部低壓側短路是誘發(fā)變壓器事故的主要原因，特別是近區(qū)短路事故占損壞事故總臺次的45%，外部短路事故占 20%〔1〕。根據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗，線路故障次數(shù)遠大于變壓器及母線故障，特別是10 kV線路，基數(shù)龐大，建設、運行、維護條件較高電壓等級線路有明顯差距，設備年跳閘率以及跳閘次數(shù)亦大幅高于高電壓等級線路。因此，針對變壓器10 kV饋線，通過故障電流幅值閉鎖重合閘減少短路次數(shù)是降低變壓器短路電流沖擊的有效辦法。

1 自動重合閘現(xiàn)狀

自動重合閘裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置。據(jù)統(tǒng)計，線路故障80%～90%以上為瞬時性故障，在繼電保護切除故障電流后，故障點去游離，電弧熄滅，絕緣強度恢復，故障自行消除，重合后系統(tǒng)恢復正常，據(jù)統(tǒng)計重合閘的成功率在80%以上，因此線路通過重合閘恢復供電，對提高供電可靠性具有顯著效果〔2〕，但是針對10 kV饋線，如若重合于永久性故障，特別是近區(qū)故障，則變壓器又一次經(jīng)受大故障電流沖擊，將加重設備損傷程度。目前自動重合閘裝置均按繼電保護技術規(guī)程要求，采用 “保護啟動和/或斷路器控制狀態(tài)與位置不對應啟動”〔3〕方式，重合閘只反映線路保護有無動作 (除斷路器偷跳)，而與故障嚴重程度即故障電流幅值無關。

2 基于故障電流閉鎖原理的重合閘

2.1 裝置原理

重合閘裝置采取與線路保護集成的形式，在重合閘保護功能中加入故障電流判據(jù)，在線路故障期間，保護裝置全過程 (包括保護動作之后，故障電流消失之前)檢測故障電流大小，并與閉鎖重合閘故障電流定值進行比較，如最大故障電流大于重合閘閉鎖電流整定值，閉鎖重合閘，如最大故障電流小于重合閘閉鎖電流整定值，不閉鎖重合閘，保障供電的可靠性。其保護裝置記錄最大故障電流，取自保護啟動后一直到斷路器切除故障后電流為零的整個期間電流的最大值。保護流程見圖1。

圖1 SAl－31-2保護及自動重合閘流程圖

2.2 整定方法

1)以變壓器出線2 km為近區(qū)短路整定

根據(jù)統(tǒng)計，外部低壓側短路是誘發(fā)變壓器事故的主要原因，特別是近區(qū)短路事故，一般認為出線2 km為近區(qū)短路，超過2 km短路，故障電流大幅下降，《國家電網(wǎng)公司十八項重大反事故措施 (修訂版)》提出:“為防止出口及近區(qū)短路，變壓器35 kV及以下低壓母線應考慮絕緣化；10 kV的線路、變電站出口2 km內宜考慮采用絕緣導線”〔4〕，即以變電站出口2 km短路電流值作為閉鎖重合閘故障電流值:

以某站變電站1號變壓器單獨運行為例，在1 km發(fā)生短路，故障電流下降30%，如表1所示。

表1 單臺變壓器運行短路電流計算

結合以上算例，以變電站出口2 km短路電流值作為閉鎖重合閘故障電流值，即可較大幅度減少主變二次沖擊故障電流幅值，有效減少主變損傷。

表2 2臺變壓器運行短路電流計算

2)以變壓器可承受短路電流幅值整定

采用出線2 km短路電流作為重合閘閉鎖值，比較粗略，可能造成不能有效保護變壓器，也可能造成不必要的浪費，一般應根據(jù)變壓器可承受短路電流考慮，“將變壓器短路電流限制在其能承受短路電流的70%以下，對變壓器影響較小”〔4〕，考慮主變負荷電流影響，可靠系數(shù)Δt可取0.9，

式中 ITd為變壓器可承受短路電流，可按照文獻〔5〕的方法進行試驗驗證，理論評估，或者通過廠家獲取。

考慮2臺變壓器并列運行方式，故障電流分布為，IT1＝ IT2ZT2/ZT1，IT2＝ IT1ZT1/ZT2， 其中 ZT1，ZT2為相應變壓器阻抗。

則按照1號變壓器承受短路電流:

按照2號變壓器承受短路電流:

從保變壓器角度出發(fā)，按照承受短路電流能力最弱主變進行取值:

3 現(xiàn)場試驗

線路保護投入故障電流閉鎖重合閘功能進行相關功能校驗，分別進行不閉鎖定值校驗、閉鎖定值校驗、保護動作后故障電流檢測校驗、20 ms故障電流不閉鎖重合閘校驗、25 ms故障電流閉鎖重合閘校驗，試驗情況見表3。

表3 線路保護及自動重合閘裝置現(xiàn)場試驗

試驗結果及分析:采用故障電流閉鎖重合閘動作邏輯正確，在閉鎖電流持續(xù)時間達到25 ms的情況下，保護裝置可在故障全程檢查短路電流，判斷是否對重合閘功能進行閉鎖，減少重合于近區(qū)故障次數(shù)，降低主設備損壞幾率。

4 結論

減少變壓器損壞事故最根本的途徑是提高變壓器本身質量，提高抗短路能力，減少變壓器近區(qū)短路的幾率，針對抗短路能力不滿足要求的變壓器在一定時期內仍然存在情況下，文中提出的基于變壓器可承受故障電流閉鎖重合閘方式和整定方法具有一定的實用意義。

〔1〕葉會生.湖南電網(wǎng)110 kV及以上變壓器損壞原因分析及對策研究結題報告 〔R〕.長沙:國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，2012.

〔2〕國家電力調度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓教材〔M〕.北京:中國電力出版社，2009:310.

〔3〕中國國家標準化管理委員會.GB 14285.5—2006繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程 〔S〕.北京:中國標準出版社，2006.

〔4〕國家電網(wǎng)公司運維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施 (修訂版)輔導教材 〔M〕.北京:中國電力出版社，2012:104.

〔5〕中國國家標準化管理委員會.GB 1094.5—2008電力變壓器第5部分承受短路的能力 〔S〕.北京:中國標準出版社，2008.

TM762.26

B

1008-0198(2015)05-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.009

向為(1978)，男，湖南常德人，工程師，碩士，長期從事電力系統(tǒng)繼電保護工作。

2015-03-19 改回日期:2015-04-22