10kv氧化鋅避雷器測(cè)試儀

本文分析了電力系統(tǒng)城區(qū)配電網(wǎng)10KV饋線保護(hù)的特點(diǎn)和形式，通過(guò)對(duì)某些大城市10KV饋線保護(hù)的調(diào)研，總結(jié)了城市配電網(wǎng)直供區(qū)10KV饋線可行性保護(hù)方案，并理論分析了配電網(wǎng)保護(hù)對(duì)變壓器的影響和勵(lì)磁涌流對(duì)保護(hù)裝置重合閘的影響。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量的不斷擴(kuò)大，10KV配網(wǎng)的規(guī)模也日益擴(kuò)大，對(duì)供電可靠性也提出更高的要求。城市10KV配電網(wǎng)的特點(diǎn)是：配電網(wǎng)絡(luò)的距離短（多為2~3公里，較長(zhǎng)者5公里），負(fù)載密集，故而每條主干線上都或多或少地T接著用戶變壓器，且其運(yùn)行情況受系統(tǒng)、負(fù)荷大小、天氣、周邊環(huán)境及施工質(zhì)量等因素的影響，其故障原因比較復(fù)雜，這些因素給保護(hù)的整定帶來(lái)了較大的困難。

同時(shí)，保護(hù)的配合存在一定的靈活性，一個(gè)整定方案會(huì)因?yàn)檎ㄅ浜戏椒ǖ牟煌?，就有不同的保護(hù)效果，因此在保護(hù)上還存在整定配合的技巧。由于很多電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員在選擇保護(hù)方案時(shí)對(duì)是否影響到變壓器的性能存在顧慮，很多情況下還遇到勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的重合閘失敗問(wèn)題。所以，要獲得一個(gè)最佳的整定方案，既需要靈活掌握保護(hù)裝置的整定技巧，又要考慮繼電保護(hù)的配置與選型，還要考慮電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。

10KV配電網(wǎng)保護(hù)整訂的相關(guān)原則

在理論上，Ⅰ段電流速斷保護(hù)如下整定：為滿足選擇性，應(yīng)按最大運(yùn)行方式下躲過(guò)末端短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流來(lái)整定。在計(jì)算短路電流時(shí)，對(duì)于線路的阻抗，按規(guī)程規(guī)定：66KV及以下的架空線路和電纜，當(dāng)電阻與電抗之比R/X>0.3時(shí)，宜采用阻抗值Z＝(X2+R2)1/2，并假定旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)序阻抗等于正序電抗，x2=x1。

如果能按這樣整定，則在用戶變壓器內(nèi)部故障時(shí)，10KV饋線保護(hù)就不可能動(dòng)作。另外，如遇如下情況，允許適當(dāng)犧牲部分選擇性：接入供電變壓器的終端線路無(wú)論是一臺(tái)或多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行（包括多處T接的供電變壓器或供電線路），都允許線路側(cè)的速動(dòng)段保護(hù)按躲開變壓器其他側(cè)母線故障整定。必要時(shí)，線路速動(dòng)段保護(hù)可經(jīng)一小段延時(shí)。

幾種保護(hù)方案

根據(jù)我們對(duì)具有代表性的十個(gè)大、中、小城市的調(diào)研情況，結(jié)合配電網(wǎng)的具體特點(diǎn)，通過(guò)綜合分析，提煉出了10KV饋線保護(hù)的幾種可行性方案，主要有兩類，即二段式電流保護(hù)和三段式電流保護(hù)，其中二段式電流保護(hù)以“速斷＋過(guò)流”進(jìn)行配置，這種保護(hù)靈活多樣，連同三段式電流保護(hù)，概括如下：

第一類：二段式電流保護(hù)，即Ⅰ段為電流速斷保護(hù)，Ⅱ段為過(guò)流保護(hù)，其配置和整定方法遵從三段式電流保護(hù)的基本原理〔2〕，具體的實(shí)現(xiàn)方法有下面幾種：

①電流速斷動(dòng)作值的整定是按躲過(guò)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下T接在線路上容量最大的一臺(tái)變壓器低壓側(cè)短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流來(lái)整定（不考慮電阻影響），定值一般在1500～2000A左右，動(dòng)作時(shí)限為0s；過(guò)流保護(hù)是按躲過(guò)最大負(fù)荷電流來(lái)整定，動(dòng)作時(shí)限一般為0.5s。

②電流速斷動(dòng)作值按最大運(yùn)行方式下躲過(guò)末端短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流來(lái)整定，其值約在5KA左右，保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0s；過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作值按躲過(guò)負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限取1s。

這種保護(hù)范圍可能延伸到T接的變壓器高壓側(cè)，與①的動(dòng)作的定值比起來(lái)，范圍小很多。這種保護(hù)有時(shí)配合重合閘前加速投入，因此T接變壓器高壓側(cè)短路10KV出線開關(guān)一般不會(huì)誤動(dòng)作，且能滿足越級(jí)跳閘次數(shù)不超過(guò)3次/（100km·1年）的要求。

③電流速斷動(dòng)作值的整定同①，也在1.5~2.0KA左右，速斷適當(dāng)延時(shí)0.2~0.6s；過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作值仍舊按躲過(guò)負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限取1～1.5s。

第二類：10KV出線采用三段式電流保護(hù)：

Ⅰ段：電流速斷保護(hù)：按最大方式下能保護(hù)線路的85%左右來(lái)整定。定值大約在4~6KA左右，但這個(gè)定值比末端實(shí)際短路電流小，時(shí)限為0s。

Ⅱ段：按小方式下末端短路有足夠靈敏度整定（Klm=1.5），動(dòng)作時(shí)限為0.5s。

Ⅲ段：躲過(guò)最大負(fù)荷電流，動(dòng)作時(shí)限為1s。

這種保護(hù)方案也能滿足越級(jí)跳閘次數(shù)不超過(guò)3次/（100km·1年）的要求。

幾種方案的應(yīng)用及比較分析

在二段式的①中，由于10KV出線開關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限僅為0.5s，而小容量變壓器多采用熔絲保護(hù)，熔絲保護(hù)具有反時(shí)限特性，因此這種保護(hù)存在越級(jí)跳閘的可能性〔4，5，6〕。從資料統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看，發(fā)生此類故障占有相當(dāng)大的比例。比如：2003年2月至11月份止，福州市發(fā)生10KV饋線速斷開關(guān)動(dòng)作越級(jí)跳閘有131次，其中用戶原因造成跳閘事故的有42次，占總數(shù)的32.1％。

在二段式保護(hù)的①、②及第二類的三段式電流保護(hù)速斷時(shí)限均為0 s，但動(dòng)作值相差兩倍多，即①的保護(hù)范圍較長(zhǎng)，所以①誤動(dòng)作的幾率要高一些。

二段式保護(hù)的①和③比較，動(dòng)作值相當(dāng)，但時(shí)限相差0.2～0.3s。這就要考慮到出線若發(fā)生近端故障，是否會(huì)對(duì)變壓器產(chǎn)生損傷。③較①1延長(zhǎng)0.2～0.3s，因此方式③對(duì)變壓器的沖擊會(huì)大一些。

一個(gè)配電網(wǎng)要采用什么樣的保護(hù)，不能生搬硬套各個(gè)具體方案，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的建設(shè)以實(shí)際用戶需求為前提，所以配電網(wǎng)的保護(hù)要根據(jù)具體的配電網(wǎng)實(shí)際情況，結(jié)合理論分析，靈活運(yùn)用。

一般情況下，如果線路較短、負(fù)荷集中的線路，可以考慮采用二段式保護(hù)的①；但如果線路長(zhǎng)且負(fù)載較大，T接用戶較多，再采用二段式保護(hù)的①就容易引起出線開關(guān)的誤動(dòng)作。

這時(shí)可以考慮投入速斷延時(shí)加過(guò)流保護(hù)，例如采用二段式的③，如晉江市10KV配電網(wǎng)線路長(zhǎng)、負(fù)荷較集中且容量大，采用的就是這種保護(hù)方式〔3〕；也可以將長(zhǎng)線路分段，每段采用速斷延時(shí)加過(guò)流保護(hù)，其中各段的速斷保護(hù)允許有一小的時(shí)限級(jí)差進(jìn)行配合，如泉州的10KV保護(hù)就是這種應(yīng)用的典型；再如，若10KV配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)形式開環(huán)運(yùn)行，可以考慮采用二段式保護(hù)的②，并結(jié)合重合閘前加速，如杭州的10KV配網(wǎng)保護(hù)采用的就是這種方式。

從實(shí)際運(yùn)行實(shí)際情況來(lái)看，這些保護(hù)方案是滿足供電可靠性的。當(dāng)然，三段式電流保護(hù)也是較為可靠的一種保護(hù)方式，有些有條件的地區(qū)已經(jīng)將其投入運(yùn)行。從10KV配網(wǎng)供電可靠性的要求上看，靈活使用二段式電流保護(hù)，完全可以滿足要求，因此，二段式電流保護(hù)是應(yīng)用最普遍的饋線保護(hù)方式。

保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)限對(duì)變壓器的影響

運(yùn)行人員在選擇保護(hù)方案時(shí)，對(duì)速斷的延時(shí)是否影響到變壓器的性能存在顧慮。變壓器承受短路的動(dòng)穩(wěn)定能力，主要取決于變壓器設(shè)計(jì)與制造水平。電力系統(tǒng)中故障切除的總時(shí)間=保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間+斷路器跳閘時(shí)間（包括滅弧）。快速保護(hù)要0.02s固有動(dòng)作時(shí)間，快速斷路器開斷時(shí)間要0.05~0.06s，也就是說(shuō)盡管保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間是0s，而實(shí)際切除故障最快也要0.07~0.08s。

如果是中、慢速斷路器則開斷時(shí)間大于0.1s [3]，則切除故障的總時(shí)間要0.12 s。由此可見，在繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)把斷路器跳開后，變壓器繞組早已承受了最大電動(dòng)力的沖擊了。因此，速斷保護(hù)的整定時(shí)限不會(huì)影響到變壓器的性能。

勵(lì)磁涌流對(duì)保護(hù)的影響

在供配電網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)空載合閘或重合閘失敗情況。這主要是因?yàn)榭蛰d合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生了勵(lì)磁涌流。

當(dāng)變壓器空載投入或外部故障切除電壓恢復(fù)時(shí)，由于鐵芯中的磁鏈不能突變，將出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流，稱之為涌流。對(duì)于中小型變壓器而言，勵(lì)磁涌流峰值可達(dá)額定電流的8倍并迅速衰減，一般經(jīng)0.5～1s后其值就小于0.25～0.5倍的額定電流。對(duì)于大型變壓器，衰減相當(dāng)慢，例如50MVA以上的變壓器，勵(lì)磁涌流衰減到其最大峰值的50％時(shí)的時(shí)間達(dá)幾秒至幾十秒。

T接在10KV饋線上的變壓器屬中小型，空載合閘或重合閘時(shí)，其勵(lì)磁涌流峰值可能大于保護(hù)的定值，保護(hù)會(huì)把涌流判斷成故障電流，保護(hù)動(dòng)作會(huì)又一次把開關(guān)跳開，所以，空載合閘時(shí)就有可能合不上，通常要重合幾次才能成功，特別是線路投入重合閘后加速保護(hù)后更容易遇到這種情況。

勵(lì)磁涌流是電力系統(tǒng)中的一種暫態(tài)現(xiàn)象，根據(jù)它衰減速度快的特點(diǎn)，可采用重合閘后加速延長(zhǎng)0.2s的方法來(lái)解決。而對(duì)于空載合閘，只要速斷保護(hù)有0.2～0.6s的延時(shí)，可以躲過(guò)勵(lì)磁涌流的峰值；若速斷保護(hù)采用0s，則因動(dòng)作值較大而能躲過(guò)涌流的峰值。一般地，二段式電流保護(hù)的的②和三段式電流保護(hù)不會(huì)出現(xiàn)這種情況。

結(jié)束語(yǔ)

總之，任何一種保護(hù)裝置的性能都是有限的或者說(shuō)任何一種保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)的適應(yīng)能力都是有限的。以上總結(jié)的整定方案只是對(duì)T接用戶較多的線路的一個(gè)一般上的整定、配置框架，在具體實(shí)施過(guò)程中要根據(jù)變電站主變后備保護(hù)方能在時(shí)限上進(jìn)行協(xié)調(diào)，并根據(jù)具體的接線情況分類、分別對(duì)待。文中的分析和方法可以為電力系統(tǒng)運(yùn)行人員提供便捷而實(shí)用的參考和借鑒。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“配電網(wǎng)直供區(qū)10KV饋線保護(hù)”，作者為劉慶珍、侯秀玉、莊麗蓉、蔡金錠。）

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