論述變電站各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的合理設(shè)置

夏劍峰　錢亮亮

（國(guó)網(wǎng)上海浦東供電公司，上?！?01300）

論述變電站各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的合理設(shè)置

夏劍峰錢亮亮

（國(guó)網(wǎng)上海浦東供電公司，上海201300）

在變電站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，線路柱開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算就設(shè)置，10千伏的饋線開(kāi)關(guān)同樣沒(méi)有透徹分析，而直接遵循階梯式的保護(hù)原則，加之10千伏線路裝接配變?nèi)萘康某掷m(xù)上升，線路合閘后產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，極易致使各級(jí)開(kāi)關(guān)頻頻出現(xiàn)毫無(wú)征兆的跳閘情況。本文結(jié)合某次實(shí)際故障，對(duì)各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)的分析。

饋線開(kāi)關(guān)線路開(kāi)關(guān)保護(hù)配合

變電站中各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的不合理設(shè)置，出現(xiàn)意外跳閘的情況屢見(jiàn)不鮮。本文以某變電站出現(xiàn)的實(shí)際故障為例，通過(guò)對(duì)故障過(guò)程的初步分析，分析與探究如何通過(guò)對(duì)各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值的合理設(shè)置，來(lái)降低發(fā)生跳閘的可能性。

1　故障概述

某變電站的10千伏乙線超過(guò)過(guò)流Ⅰ段的保護(hù)值，必須重新合閘，線路電流值是0，由此次線路故障引起了3個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)跳閘情況，乙線的533開(kāi)關(guān)、主干線開(kāi)關(guān)（下文簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)A）和支線開(kāi)關(guān)（下文簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)B），具體如圖1所示。

開(kāi)關(guān)B的跳閘是在10千伏乙線的末端，說(shuō)明故障是發(fā)生在開(kāi)關(guān)B的后段，但卻連同其上的兩級(jí)開(kāi)關(guān)同樣出現(xiàn)跳閘情況，以此透露出該線路上的各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)定值并沒(méi)有合理進(jìn)行設(shè)置。

2　故障初步分析

根據(jù)故障發(fā)生前原有線路開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值與時(shí)間設(shè)限，對(duì)故障的發(fā)生進(jìn)行分析：

2.1線路保護(hù)定值

變電站中的柱上開(kāi)關(guān)時(shí)間設(shè)限為0.04至1秒之間，經(jīng)過(guò)Ⅰ段保護(hù)的動(dòng)作設(shè)限是0秒，因此，可以簡(jiǎn)單推理出線路柱上開(kāi)關(guān)的零時(shí)限速斷保護(hù)和10千伏饋線經(jīng)過(guò)Ⅰ段和Ⅱ段之間的時(shí)間關(guān)系：過(guò)流Ⅱ段的時(shí)限大于線路開(kāi)關(guān)的時(shí)限，線路開(kāi)關(guān)的時(shí)限大于過(guò)流Ⅰ段的時(shí)限，其中，過(guò)流Ⅱ段的時(shí)限約為0.6秒，線路開(kāi)關(guān)的時(shí)限約為0.06秒，過(guò)流Ⅰ段的時(shí)限約為0秒，出現(xiàn)故障時(shí)，開(kāi)關(guān)A、開(kāi)關(guān)B和開(kāi)關(guān)533同一時(shí)間有故障短路電流出現(xiàn)，且都符合保護(hù)動(dòng)作的開(kāi)啟電流值。根據(jù)這三個(gè)開(kāi)關(guān)各自的選擇性與階梯性，開(kāi)關(guān)B是在線路的最末端，保護(hù)定值是400安培，需要第一個(gè)進(jìn)行動(dòng)作切除故障，開(kāi)關(guān)533和開(kāi)關(guān)A則不需要進(jìn)行任何措施，可是開(kāi)關(guān)B的固有動(dòng)作時(shí)間是0.06秒，開(kāi)關(guān)533的動(dòng)作時(shí)間是0秒，開(kāi)關(guān)B和開(kāi)關(guān)533的整體時(shí)間設(shè)限為0秒，所以兩者都會(huì)因故障電流而開(kāi)啟保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)533立刻出現(xiàn)跳閘、開(kāi)關(guān)B則緊隨其后，在0.06秒之后出現(xiàn)跳閘。

開(kāi)關(guān)533跳閘后1秒，饋線重合閘啟動(dòng)，開(kāi)關(guān)533自動(dòng)合閘，電源只能送至開(kāi)關(guān)533和開(kāi)關(guān)B之前的線路段。合閘之后由變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流增加到原有變壓器額定容量的6到8倍，勵(lì)磁涌流在線路上不斷的增加，致使勵(lì)磁涌流值超出原有設(shè)定，極有可能觸發(fā)誤動(dòng)作。

2.2勵(lì)磁涌流值的計(jì)算

根據(jù)10千伏的線路設(shè)計(jì)，線路Ⅰ段上共裝接14臺(tái)配變，總?cè)萘靠蛇_(dá)7070千伏安，依據(jù)2/3的配變總?cè)萘?，?lì)磁涌流取額定電流的6倍值，那么重合閘時(shí)，勵(lì)磁電流值約為1635安培。利用變壓器衰減勵(lì)磁涌流額計(jì)算方式和勵(lì)磁涌流、間斷角與時(shí)間的計(jì)算公式，來(lái)推算勵(lì)磁涌流隨時(shí)間的變化過(guò)程。

第k個(gè)周期的勵(lì)磁涌流值kI的計(jì)算公式為：

勵(lì)磁涌流衰減速度十分緩慢，因此可以認(rèn)為其第一個(gè)周期并未衰減，繼而利用變壓器衰減勵(lì)磁涌流的計(jì)算方式推算出各周期的間斷角，計(jì)算結(jié)果為第一個(gè)周期的間斷角為121度，第五個(gè)周期的間斷角為217度，第十個(gè)周期的間斷角為262度。進(jìn)一步推算出開(kāi)關(guān)533和開(kāi)關(guān)B之前線路在各個(gè)周期的勵(lì)磁涌流值，計(jì)算結(jié)果為第五個(gè)周期與第十個(gè)周期的勵(lì)磁涌流值分別為750安和375安。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，勵(lì)磁涌流值在第五個(gè)周波達(dá)到750安，超過(guò)開(kāi)關(guān)A設(shè)定的600安，由此以來(lái)，開(kāi)關(guān)A由于過(guò)大的勵(lì)磁電流而出現(xiàn)跳閘，但開(kāi)關(guān)A在第十個(gè)周期的勵(lì)磁電流已經(jīng)降到375安，未達(dá)到開(kāi)關(guān)A的動(dòng)作啟動(dòng)電流值。

3　各級(jí)開(kāi)關(guān)配合問(wèn)題

由于線路柱開(kāi)關(guān)的固有動(dòng)作有自身特性，一旦線路末端發(fā)生短路故障時(shí)，饋線開(kāi)關(guān)與線路開(kāi)關(guān)極有可能同時(shí)跳閘，通過(guò)變壓器來(lái)觀察勵(lì)磁電流與時(shí)間之間的關(guān)聯(lián)，計(jì)算各周波勵(lì)磁涌流在線路合閘后的幅度值，繼而審視線路動(dòng)作時(shí)限與開(kāi)關(guān)定值的設(shè)置是否科學(xué)，因此，對(duì)各方面進(jìn)行綜合考量后，才可適當(dāng)調(diào)整變電站饋線開(kāi)關(guān)與線路開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值，確保保護(hù)具備選擇性與階梯性，最大限度降低線路故障帶來(lái)的損失與傷害。

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

3.1線路開(kāi)關(guān)分段

當(dāng)下的配網(wǎng)普遍采用ZW8-12型真空斷路器來(lái)作為分支或分段的開(kāi)關(guān)，而該真空斷路器保護(hù)用TA變比一般使用600/5、400/5和200/5這三種。根據(jù)不同線路的長(zhǎng)度，線路進(jìn)行分段過(guò)程中安裝1至3臺(tái)開(kāi)關(guān)，主干線分成2至4段，通過(guò)發(fā)揮保護(hù)的選擇性，依據(jù)階梯原則來(lái)設(shè)置動(dòng)作值。需注意，不可設(shè)置過(guò)多線路開(kāi)關(guān)的保護(hù)梯級(jí)，動(dòng)作值接近易使保護(hù)越級(jí)，產(chǎn)生誤操作，無(wú)法保證可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性要求。

3.2主干線路開(kāi)關(guān)設(shè)置

針對(duì)主干線路上的開(kāi)關(guān)定值原則，建議TA變比最好設(shè)置為400/5與600/5，動(dòng)作時(shí)限在0.6至1秒之間，這樣可在合閘瞬間，躲過(guò)其勵(lì)磁涌流。

3.3線路末端開(kāi)關(guān)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

的二測(cè)電流會(huì)相應(yīng)增大，所產(chǎn)生的電磁力變大，動(dòng)作更為快速，所以，建議依據(jù)所裝接配變的容量與數(shù)量，線路最末端的分支線路的TA變比最好采用400/5和200/5，動(dòng)作時(shí)限設(shè)定為0秒，便于線路末端出現(xiàn)短路故障時(shí)及時(shí)切斷。

3.4饋線開(kāi)關(guān)與線路開(kāi)關(guān)的配合

線路裝接配變?nèi)萘刻幱谳^大的狀態(tài)下，合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流值會(huì)相應(yīng)增大，可能還會(huì)超過(guò)Ⅰ段的保護(hù)動(dòng)作值，導(dǎo)致保護(hù)誤操作。五個(gè)周波過(guò)后，定量計(jì)算結(jié)果得出，勵(lì)磁涌流已經(jīng)減小到最大勵(lì)磁涌流值的0.5倍左右，所以饋線過(guò)流Ⅰ段的保護(hù)時(shí)限多設(shè)置0.1至0.15秒，可有效避免勵(lì)磁涌流過(guò)大引起的誤操作。如圖2所示。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，設(shè)置變電站的線路開(kāi)關(guān)與饋線開(kāi)關(guān)的保護(hù)定值除了遵循階梯式原則意外，最大限度減小線路故障的發(fā)生，還應(yīng)該對(duì)線路的分段數(shù)量、線路的裝接配變?nèi)萘窟M(jìn)行綜合考量，繼而對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，使各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)充分發(fā)揮其可靠性、選擇性和靈敏性，降低發(fā)生跳閘情況的頻率，減少線路故障對(duì)整體供電系統(tǒng)的傷害。

［1］110kV線路旁帶操作時(shí)旁母斷路器跳閘原因分析［J］.電力安全技術(shù)，2010，12（9）：32-33.

［2］陳衛(wèi)東.10KV線路跳閘的原因及降低跳閘率的對(duì)策［J］.電子世界，2013，（20）：71-71.