在繼電保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用及操作中,存在著一些比較容易被忽視的問題,分析如下:
1、 線路中勵磁涌流問題
1.1 線路中勵磁涌流對繼電保護(hù)裝置的影響
勵磁涌流是由于變壓器空載投運(yùn)時,鐵芯中的磁通不能突變,出現(xiàn)非周期分量磁通,使變壓器鐵芯飽和,勵磁電流急劇增大而產(chǎn)生的。變壓器勵磁涌流最*值,可以達(dá)到變壓器額定電流的6~8倍,并且跟變壓器的容量大小有關(guān),變壓器容量越小,勵磁涌流倍數(shù)越大。勵磁涌流存在很大的非周期分量,并以一定時間系數(shù)衰減,衰減的時間常數(shù)同樣與變壓器容量大小有關(guān),容量越大,時間常數(shù)越大,涌流存在時間越長。10kV線路裝有大量的配電變壓器,在線路投入時,這些配電變壓器是掛在線路上,在合閘瞬間,各變壓器所產(chǎn)生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射,產(chǎn)生了一個復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程,在系統(tǒng)阻抗較小時,會出現(xiàn)較大的涌流,時間常數(shù)也較大。二段式電流保護(hù)中的電流速斷保護(hù),由于要兼顧靈敏度,動作電流值往往取得較小,特別在長線路或系統(tǒng)阻抗大時更明顯。勵磁涌流值可能會大于裝置整定值,使保護(hù)誤動。這種情況在線路變壓器個數(shù)少、容量小以及系統(tǒng)阻抗大時并不突出,因此容易被忽視,但當(dāng)線路變壓器個數(shù)及容量增大后,就可能出現(xiàn)。貴陽市北供電局就曾經(jīng)在變電所增容后出現(xiàn)10kV線路由于涌流而無法正常投入的問題。
1.2 防止涌流引起誤動的方法
勵磁涌流有一明顯的特征,就是它含有大量的二次諧波,在主變壓器主保護(hù)中就利用這個特性,來防止勵磁涌流引起保護(hù)誤動作,但如果用在10kV線路保護(hù),必須對保護(hù)裝置進(jìn)行改造,會大大增加裝置的復(fù)雜性,因此實(shí)用性很差。勵磁涌流的另一特征就是它的大小隨時間而衰減,一開始涌流很大,一段時間后涌流衰減為零,流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流,利用涌流這個特點(diǎn),在電流速斷保護(hù)加入一短時間延時,就可以防止勵磁涌流引起的誤動作,這種方法*點(diǎn)是不用改造保護(hù)裝置(或只作簡單改造),雖然會增加故障時間,但對于像10kV這種對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響較小之處還是適用。為了保證可靠地躲過勵磁涌流,保護(hù)裝置中加速回路同樣要加入延時。通過幾年的摸索,在10kV線路電流速斷保護(hù)及加速回路中加入了0.15~0.2s的時限,就近幾年運(yùn)行來看,運(yùn)行安全,并能很好的避免由于線路中勵磁涌流造成保護(hù)裝置誤動作。
2、 TA飽和問題
2.1、 TA飽和對保護(hù)的影響
10kV線路出口處短路電流一般都較小,特別是農(nóng)網(wǎng)中的變電所,往往遠(yuǎn)離電源,系統(tǒng)阻抗較大。對于同一線路,出口處短路電流大小會隨著系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)行方式不同而不同。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,10kV系統(tǒng)短路電流會隨著變大,可以達(dá)到TA一次額定電流的幾百倍,系統(tǒng)中原有一些能正常運(yùn)行的變比小的TA就可能飽和;另一方面,短路故障是一個暫態(tài)過程,短路電流中含大量非周期分量,又進(jìn)一步加速TA飽和。在10kV線路短路時,由于TA飽和,感應(yīng)到二次側(cè)的電流會很小或接近于零,使保護(hù)裝置拒動,故障由母聯(lián)斷路器或主變壓器后備保護(hù)切除,不但延長了故障時間,會使故障范圍擴(kuò)大,影響供電可靠性,而且嚴(yán)重威脅運(yùn)行設(shè)備的安全。
2.2 避免TA飽和的方法
TA飽和,其實(shí)就是TA鐵芯中磁通飽和,而磁通密度與感應(yīng)電勢成正比,因此,如果TA二次負(fù)載阻抗大,在同樣電流情況下,二次回路感應(yīng)電勢就大,或在同樣的負(fù)載阻抗下,二次電流越大,感應(yīng)電勢就越大,這兩種情況都會使鐵芯中磁通密度大,磁通密度大到一定值時,TA就飽和。TA嚴(yán)重飽和時,一次電流全部變成勵磁電流,二次側(cè)感應(yīng)電流為零,流過電流繼電器的電流為零,保護(hù)裝置就會拒動。避免TA飽和主要從兩個方面入手,一是在選擇TA時,變比不能選得太小,要考慮線路短路時TA飽和問題,一般10kV線路保護(hù)TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負(fù)載阻抗,盡量避免保護(hù)和計(jì)量共用TA,縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面;對于綜合自動化變電所,10kV線路盡可能選用保護(hù)、測控合一的產(chǎn)品,并在控制屏上就地安裝,這樣能有效減小二次回路阻抗,防止TA飽和。
3、 所用變壓器保護(hù)
3.1、 所用變壓器保護(hù)存在的問題
所用變壓器是一比較特殊的設(shè)備,容量較小但可靠性要求非常高,而且安裝位置也很特殊,一般就接在10kV母線上,其高壓側(cè)短路電流等于系統(tǒng)短路電流,可達(dá)十幾千安,低壓側(cè)出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護(hù)的可靠性重視不足,這將對所用變壓器直至整個10kV系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器保護(hù)使用熔斷器保護(hù),其安全可靠性還是比較高,但隨著系統(tǒng)短路容量的增大,以及綜合自動化的要求提高,這種方式已逐漸滿足不了要求?,F(xiàn)在新建或改造的變電所,特別是綜合自動化所,大多配置所用變壓器開關(guān)柜,保護(hù)配置也跟10kV線路相似,而往往忽視了保護(hù)用的TA飽和問題。由于所用變壓器容量小,一次額定電流很小,保護(hù)計(jì)量共用TA,為確保計(jì)量的準(zhǔn)確性,設(shè)計(jì)時TA很小,有的地方甚至選擇10/5。這樣一來,當(dāng)所用變壓器故障時,TA將嚴(yán)重飽和,感應(yīng)到二次回路電流幾乎為零,使所用變壓器保護(hù)裝置拒動。如果是高壓側(cè)故障,短路電流足以使母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)動作而斷開故障,如果是低壓側(cè)故障,短路電流可能達(dá)不到母聯(lián)保護(hù)或主變壓器后備保護(hù)的啟動值,使得故障無法及時切除,最終燒毀所用變壓器,嚴(yán)重影響變壓器的安全運(yùn)行。
3.2 解決辦法
解決所用變壓器保護(hù)拒動問題,應(yīng)從合理配置保護(hù)入手,其TA的選擇要考慮所用變壓器故障時飽和問題,同時,計(jì)量用的TA一定要跟保護(hù)用的TA分開,保護(hù)用的TA裝在高壓側(cè),以保證對所用變壓器的保護(hù),計(jì)量用TA裝在所用變壓器的低壓側(cè),以提高計(jì)量精度。在定值整定方面,電流速斷保護(hù)可按所用變壓器低壓出口短路進(jìn)行整定,過負(fù)荷保護(hù)按所用變壓器容量整定。
4、 配電變壓器保護(hù)
4.1、 10kV配電變壓器保護(hù)存在的問題
10kV配電變壓器的保護(hù)配置主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器等。負(fù)荷開關(guān)投資省,但不能開斷短路電流,很少采用;斷路器技術(shù)性能好,但設(shè)備投資較高,使用復(fù)雜,廣泛應(yīng)用不現(xiàn)實(shí);負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式,既可避免采用操作復(fù)雜、價格昂貴的斷路器,彌補(bǔ)負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點(diǎn),又可滿足實(shí)際運(yùn)行的需要,該配置可作為配電變壓器的保護(hù)方式。但對于容量比較大的配電變壓器,配備有瓦斯繼電器,需要斷路器可與瓦斯繼電器相配合,才能對變壓器進(jìn)行有效的保護(hù),必要時還應(yīng)有零序保護(hù),這些問題都是值得注意的問題。
4.2 解決辦法
無論在10kV環(huán)網(wǎng)供電單元,還是在終端用戶高壓配電單元中,采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護(hù)配置,既可提供額定負(fù)荷電流,又可斷開短路電流,并具備開合空載變壓器的性能,能有效保護(hù)配變壓器。為此,推薦采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的配置,作為配電變壓器保護(hù)的保護(hù)方式。標(biāo)準(zhǔn)GB14285《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,選擇配電變壓器的保護(hù)設(shè)備時,當(dāng)容量等于或大于800kVA,應(yīng)選用帶繼電保護(hù)裝置的斷路器。對于這個規(guī)定,可以理解為基于以下兩方面的需要。
配電變壓器容量達(dá)到800kVA及以上時,過去大多使用油浸變壓器,并配備有瓦斯繼電器,使用斷路器可與瓦斯繼電器相配合,從而對變壓器進(jìn)行有效地保護(hù)。
對于裝置容量大于800kVA的用戶,因種種原因引起單相接地故障導(dǎo)致零序保護(hù)動作,從而使斷路器跳閘,分隔故障,不至于引起變電所的饋線斷路器動作,影響其他用戶的正常供電。標(biāo)準(zhǔn)還明確規(guī)定,即使單臺變壓器未達(dá)到此容量,但如果用戶的配電變壓器的總?cè)萘窟_(dá)到800kVA時,亦要符合此要求。
5 線路保護(hù)
5.1 10kV配電線路保護(hù)中存在的問題
無論是城市內(nèi)配網(wǎng)線路,還是農(nóng)村配網(wǎng)線路,都以10kV電壓等級為主,但是10kV配電線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一致性差,如有的為用戶專線,只帶1~2個用戶,類似于輸電線路;有的呈放射狀,幾十臺變壓器T接于同一條線路的各個分支上;有的線路短到幾百米,有的線路長到幾十千米;有的線路由35kV變電所出線,有的線路由110kV變電所出線;有的線路上的配電變壓器容量很小,*大不過100kVA,有的線路上卻有幾千千伏安的變壓器。
5.2 解決辦法
10kV配電線路的保護(hù),一般采用電流速斷、過電流及三相一次重合閘構(gòu)成。特殊線路結(jié)構(gòu)或特殊負(fù)荷線路保護(hù),不能滿足要求時,可考慮增加其它保護(hù),如保護(hù)Ⅱ段、電壓閉鎖等。進(jìn)行整定計(jì)算的過程中,應(yīng)該考慮特殊情況和常規(guī)情況,并進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。對于10kV配電線路,保護(hù)裝置的配置雖然較簡單,但由于線路的復(fù)雜性和負(fù)荷的多變性,常規(guī)和特殊情況下,保護(hù)定值計(jì)算和保護(hù)裝置的選型還是值得重視的。根據(jù)諸城電網(wǎng)保護(hù)配置情況及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),利用規(guī)范的保護(hù)整定計(jì)算方法,各種情況均可計(jì)算,一般均可滿足要求。
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