小电流接地系统无时限速断保护应用中问题及对策

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小电流接地系统无时限速断保护应用中问题及对策

时间:2014-03-13 09:10来源: 作者:鄂电电力点击: *** 次

　摘　要　分析了在小电流接地系统中常见的送电过程及故障情况下无时限速断保护所遇到的不正常动作状态；躲不过配变励磁涌流、TA饱和问题，通过理论分析提出了相应的解决办法。
1　引言1．1　励磁涌流对无时限电流速断保护的影响　　
小电流接地系统无时限电流速断保护作为小电流接地系统的有效辅助保护是按照最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定的，由于考虑到灵敏度大于1．2〔1〕，因此动作电流值往往取得较小，特别在线路较长，配变较多时，即系统阻抗较大时，其值取得更小。因此在整定时没有考虑到配变投入时的励磁涌流对无时限电流速断保护的影响。亦即励磁涌流的起始值远超过无时限速断保护定值，造成一些变电站的10 kV出线在检修后送不出或运行过程中频繁跳闸的情况发生。
1．2　TA饱和对无时限电流速断保护的影响　　
近年来，随着10 kV系统的规模不断扩大，其系统出口短路电流亦随着变大，根据现场的测试情况，最大时可达TA一次额定电流的几百倍，造成原有的一些变比较小的TA在故障时严重饱和，不能正确反应一次侧故障电流，从而使得小电流接地系统的一些出线在线路故障后，自身保护不动作，而靠母联断路器或主变后备保护来切除故障。
2　线路中励磁涌流问题
2．1　线路中励磁涌流对继电保护装置的影响　　
励磁涌流〔2〕是变压器所特有的电磁现象，是时间的多变量函数，仅存在于变压器某一侧，在空投变压器或外部故障切除后电压恢复时，变压器铁芯中的磁通不能突变，出现非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，励磁电流急剧增大而产生的。变压器励磁涌流最大值可以达到变压器额定电流的6～8倍，并且跟变压器的容量大小有关，变压器容量越小，励磁涌流倍数越大。励磁涌流存在很大的非周期分量，并以一定时间常数衰减，衰减的时间常数同样与变压器容量大小有关，容量越大，时间常数越大，涌流存在时间越长。
　　通常10 kV线路上装有大量的配电变压器，在线路投入时，这些配电变压器是挂接在线路上，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。二段式电流保护中的无时限电流速断保护由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取得较小，特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值，使保护误动。现就我公司几条10 kV线路的情况进行举要，其有关数据详见表1。
　　表1情况说明在2／3配变总容量，励磁涌流取得配变额定电流的6倍的情况下，励磁涌流的值已明显超出无时限速断保护定值，从而说明现场无时限速断保护频繁动作的可能性是较大的。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出，因此容易被忽视，但当线路配电变压器个数及容量增大后，就可能出现。我公司曾经发生过变电所增容后10 kV线路由于励磁涌流的影响而无法正常投入的情况。
　　现场技术人员曾经认为这些线路不能投入或运行中无时限速断保护经常动作的原因是因为躲不过线路电容电流和电机的启动电流，但查阅相关资料〔3〕表明，电容电流在系统固定的情况下，其值是基本不变；电机启动电流一般延时几秒，亦即通过短暂延时是躲不过较大峰值的电机启动电流，而且过电流保护定值已通过自启动系数进行了裕度〔4〕。因此，无论是对无时限速断保护还是过电流保护，这种认为均应予排除。
2．2　防止涌流引起误动的方法　　
励磁涌流有一明显的特征，就是它含有大量的二次谐波，在变压器主保护中就利用这个特性，设置了二次谐波特性来防止励磁涌流引起保护误动作，但如果应用在10 kV线路保护，必须对保护装置进行改造，会大大增加装置软件的复杂性，因此实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减，一开始涌流峰值很大，对于小型变压器，经过7～10个工频周波后涌流几乎衰减为零，流过保护装置的电流为线路负荷电流，利用涌流这个特点，在电流速断保护加入一短时间延时，就可以防止励磁涌流引起的误动作，这种方法最大优点是不用改造保护装置，虽然会增加故障时间，但对于象10 kV这些对系统稳定运行影响较小的地方还是适用。为了保证可靠的躲过励磁涌流，保护装置中的加速回路同样要加入延时。我公司通过几年的摸索，在10 kV线路无时限电流速断保护及加速回路中加入了0．1～0．15 s的时限，就近几年运行来看，运行安全可靠，并能很好的避免由于线路中励磁涌流造成保护装置误动作。
3　TA饱和问题
3．1　TA饱和对电流速断保护的影响　　
10 kV线路出口处短路电流一般都较小，特别是农网中的变电所，它们往往远离电源，系统阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小会随着系统规模及运行方式不同而不同。随着系统规模的不断扩大，10 kV系统出口短路电流会随着增大，可以达到TA一次额定电流的几百倍，系统中原有一些能正常运行的变比小的TA就可能饱和；另一方面，短路故障是一个暂态过程，短路电流中含有大量非周分量，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，使保护装置拒动，故障要由母联断路器或主变后备保护来切除，这样，不但延长了故障时间，使故障范围扩大，影响供电可靠性，而且严重威胁运行设备的安全。
3．2　避免TA饱和的方法　　
TA饱和其实就是TA铁芯中磁通饱和，而磁通密度与感应电势成正比，因此，如果TA二次负载阻抗大，在同样电流情况下，二次回路感应电势就大，或在同样的负载阻抗下，二次电流越大，感应电势就越大，这两种情况都会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，一次电流全部变成励磁电流，二次侧感应电流为零，流过电流继电器的电流为零，保护装置就会拒动。
　　避免TA饱和主要从两个方面入手，一是在选择TA时，变比不能选得太小，要考虑线路短路时TA饱和问题，一般10 kV线路保护TA变比最好大于300／5。另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗，尽量避免保护和计量共用TA，缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面；对于综合自动化变电所，10 kV线路尽可能选用保护测控合一的产品，并在控制屏上就地安装，这样能有效减小二次回路阻抗，防止TA饱和。
4　结　语　　　　
通过分析小电流接地系统无时限电流速断保护在应用中存在的躲不过励磁涌流以及保护TA在线路出口短路时容易饱和的问题。对无时限电流速断保护躲不过励磁涌流的问题采取设定延时0．1～0．15s；对于TA饱和问题，采取了选取较大变比，缩短二次电缆长度，增粗二次电缆面积，保护就地安装在开关厂等措施。实践证明：运行情况良好，基本满足了小电流接地系统的安全性，可靠性和经济性。