10kV配电系统的几个问题

1 10kV配电系统继电保护问题

1.1 励磁涌流对变电所10kY线路保护的影响

电流速断保护作为10kV配电线路的主要保护, 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, 因此动作电流值往往取得较小, 特别是在线路较长, 配电变压器较多时, 即系统阻抗较大时, 动作电流取值会更小。因此在整定时没有考虑到配电变压器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, 造成一些变电所的10kV出线在检修后恢复送电时, 开关合上即保护动作跳闸或运行过程中频繁跳闸的情况发生。励磁涌流是在投空载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, 造成励磁电流急剧增大。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有关, 容量越大, 时间常数越大, 涌流存在时间越长。

通常在10kV线路上装有大量的配电变压器, 在合闸瞬间, 各配电变压器所产生的励磁涌流在线路上相互叠加, 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, 动作电流值往往也取得较小, 此时励磁涌流值可能会大于装置整定值, 使保护误动。这种情况在变压器个数少、容量小及系统阻抗大时并不突出, 因此容易被忽视, 但当线路变压器个数及容量增大后, 就可能出现。

1.2 电流互感器饱和对变、配电所保护的影响

随着系统规模的不断扩大, 10kV系统短路电流会随着变大, 当变、配电所出口处发生短路时, 短路电流往往很大, 甚至可以达到电流互感器一次侧额定电流的几百倍。在稳态短路情况下, 一次短路电流倍数越大, 电流互感器变比的误差也越大, 使灵敏度低的电流速断保护就可能拒绝动作。在10kV线路短路时, 由于电流互感器饱和, 感应到二次侧的电流会很小或接近于零, 造成定时限过流保护装置拒动。若是在变电所10kV出线故障则要靠母联断路器或主变压器后备保护来切除, 延长了故障时间, 使故障范围扩大;而若是在配电所的出线过流保护拒动造成配电所进线保护动作, 则将使整个配电所全停。

1.3 继电保护定值配合不当造成越级跳闸

在变电所10kV出线采用的是微机保护, 一般动作时间整定:速断为0s、过流为0.5s, 其速断保护出口时间一般为40ms。在10kV配电所配置的都是常规电磁式继电保护, 进线保护的动作时间整定:速断为0s、过流为0.1s;出线保护的动作时间整定:速断为0s、过流为0.05s。由于速断保护没有时间阶梯, 变电所出线与配电所进线、出线速断保护都是0s, 配电所进出线过流保护之间时限差只有0.05s, 当配电所距离变电所较近、输电线路阻抗小、同时负荷电流较大时, 配电所一旦发生内部故障, 可能造成进线保护继电器来不及动作, 而变电所出线微机保护速断已经瞬时动作切除故障, 造成越级跳闸。配电所内采用的是常规继电器保护, 由于本身时限配合不当, 加之继电器动作误差相对要大一些, 有的达不到0.05s级差要求的精度, 就难以实现通过时间级差来保证选择性的要求。配电所出线故障时, 极易发生进线保护速断和过流都会越级跳闸。

1.4 开关保护设备选择配合不当造成越级跳闸

近年来广泛采用了在负荷密集区建立开关站, 通过开关站对台区配电变压器和用户配电所供电, 即采用变电所一开关站一配电变压器 (配电所) 的供电方式。在未实现自动化的开关站内广泛采用负荷开关及负荷开关与熔断器组合电器作为开关保护设备。一般情况下对开关站进线柜采用负荷开关作为平时分合操作和切断负荷电流之用, 不设保护;对直接带配电变压器的出线柜选用负荷开关与熔断器组合电器;对带配电所的出线柜则选用负荷开关。然而, 由于开关站对带配电所的出线柜错选为负荷开关与熔断器组合电器, 造成配电所出线故障时, 开关站越级跳闸, 扩大了停电面积。

2 改进的措施

2.1 防止涌流引起误动的方法

励磁涌流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, 涌流几乎衰减为可以忽略的范围。利用涌流这个特点, 对电流速断保护加入一段时间延时, 就可以防止励磁涌流引起的误动作。这种方法最大的优点是不用改造保护装置, 虽然会增加故障时间, 但对于如10kV这些对系统稳定运行影响较小的地方还是适用的。为了保证可靠地躲过励磁涌流, 保护装置中加速回路同样要加入延时。一般可在10kV线路无时限电流速断保护及加速回路中加入0.1s~0.15s的时限。就近几年运行情况来看, 能很好地避免由于线路中励磁涌流造成的保护装置误动作。

2.2 避免电流互感器饱和的方法

避免电流互感器饱和主要从两个方面人手。

(1) 电流互感器的变比不能选得太小要考虑线路短路时电流互感器饱和问题, 一般10kV线路保护的电流互感器变比最好大于300/5; (2) 要尽量减少电流互感器二次负载阻抗, 尽量避免保护和计量共用电流互感器, 缩短电流互感器二次侧电缆长度及加大二次侧电缆截面;对于综合自动化变电所, 10kV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, 防止电流互感器饱和。

2.3 对开关设备继电保护时限配合问题的改进

(1) 将配电所内继电器改进为采用JSL集成电路型定时限过流继电器代替原来的电磁式继电器。该集成电路继电器把过流继电器和时间继电器合成一个, 具有精度高, 动作时间快, 误差小的优点, 其时限级差为0.01s。可以满足任意两级保护之间时限级差, 因而完全可以避免由于两级保护之间时限级差小而造成的越级跳闸。 (2) 调整配电所进线速断保护时间, 改成速断0.05s, 过流0.1s, 同时将变电所瞬时速断改成0.2s的延时速断保护。

2.4 对开关保护设备选择配合的改进

(1) 取消开关站至配电所的出线柜的保护, 选用负荷开关。这样就不会出现越级跳闸的情况, 配电所以上部分出现故障时, 由变电所10kV出线保护动作切除。 (2) 对于1250kVA以下的配电变压器, 配电所内变压器出线柜选用负荷开关与熔断器组合电器作为变压器的开关和保护设备。短路电流保护试验证明, 当变压器发生内部故障时, 为使不因此发展为变压器爆炸事故, 宜在20ms内切除短路电流, 限流熔断器可在10ms内切除短路电流;若使用断路器来保护, 其开断时间一般不少于60ms, 故负荷开关与熔断器组合电器保护性能更优。而且与断路器相比, 同样容量的负荷开关与熔断器组合电器价格仅为断路器的几分之一。 (3) 配电所进线保护的电源直接取自开关站的出线柜, 而且大多是采用专供的电缆线路, 配电所的母线和进线故障都可由开关站出线柜的保护来切除。因此, 配电所进线柜只需装设负荷开关即可。 (4) 带高压配电室的开关站出线柜必须选用断路器加继电保护方式。

摘要：结合实例就配电系统继电保护中普遍存在的几个问题进行阐述, 供读者参考。

关键词：配电,系统,问题