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继电保护(hù)中易被忽视的安全问题

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来源:仪天成电力  时间:2017/12/07  阅读:

    1 线路中励磁涌流问题
    1.1 线路中励磁涌流对继电保护装置的影响
    励磁涌流是(shì)由于(yú)变压器空载投运时,铁芯中的磁通不能突变,出现非周期分量(liàng)磁通,使变压(yā)器铁芯饱和,励磁电流(liú)急剧增大而产生的。变(biàn)压器励(lì)磁涌(yǒng)流值,二次负荷(hé)测试仪(yí)提供电流互感器和电压互感器的二次负荷测(cè)量(liàng)。电压(yā)互感器在实(shí)际运行中,二次所接的测量仪器以(yǐ)及二次电缆间及其(qí)与地(dì)线间电容组成时总导纳。可以达(dá)到变压器额定电流的6~8倍,并且跟变压器(qì)的容量大小有关,变压器容量越小,励(lì)磁涌流倍数越大。励磁涌流存在(zài)很大的(de)非周期分量,并以一定时间系数衰减,衰减的时间常数(shù)同样与变压器容量(liàng)大小有关,容量越大,时间常数越(yuè)大,涌流存在时间越长(zhǎng)。10 kV线路装有大量的配(pèi)电变压器,在线路投入时,这(zhè)些配电变压器是挂在线(xiàn)路上,在合闸(zhá)瞬间,各变压器所产生的励磁涌(yǒng)流在线(xiàn)路上相互迭(dié)加、来回反射,产生了一个复杂的电磁暂态过程,在系(xì)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(diàn)流保护中的电流速断保护,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(zhì)整定值(zhí),使保护误动。这种情况在线路变压器个数少(shǎo)、容量小以(yǐ)及(jí)系统阻抗(kàng)大时并不突出,因(yīn)此容易被忽视,但当线路变压器(qì)个数(shù)及容量增大后,就可能出(chū)现。 
   1.2 防止涌流引(yǐn)起(qǐ)误动的方(fāng)法
    励(lì)磁涌流有一明显的特征,就是它含有大量的二次(cì)谐波,在主变压器主保护中就利用这个特性,来防止励磁涌流引起保护误动作,但如(rú)果用在10 kV线路保护,必须对保护装置进行改造,会大大增加装置的复杂性,因此实用性很差。励磁(cí)涌流的另一特征就是(shì)它(tā)的大小随时间而衰减(jiǎn),一开始涌流很大,一段(duàn)时间后涌流衰减为零,流过保护装置的电(diàn)流为线路负(fù)荷电流,利用涌流这个特点,在(zài)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(wù)动(dòng)作(zuò),这种(zhǒng)方法优点是(shì)不用改造保护装置(或只作简单改造),虽然会(huì)增加故障时间,但对(duì)于像10 kV这种(zhǒng)对系统稳定运行影响较小之处还是适用。为了保证可靠地躲过励磁涌流,保护装置中(zhōng)加速回路同样要加入延时。通过几年的摸(mō)索(suǒ),在10 kV线路电流(liú)速断保护及加速回路中加(jiā)入了0.15~0.2 s的时(shí)限,就近几年(nián)运行来看,运行安全(quán),并能很好的避免由于线路中励磁(cí)涌流造成保护装(zhuāng)置误动(dòng)作(zuò)。
    2 TA饱和问题 
    2.1 TA饱和对保护的影响(xiǎng)
    10 kV线路出口处短路电流一般都较(jiào)小,特别是农网中的变电所,往往远离电源,系(xì)统阻抗较大。对于同一线路,出口(kǒu)处短路电流大小(xiǎo)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(duàn)扩大(dà),10 kV系统短路电(diàn)流会随着变大,可以达到TA一次额定电流的几百倍,系统中原(yuán)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(duǎn)路电流中含大量非周期(qī)分(fèn)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 由母联断(duàn)路器或主变压(yā)器后备保护切除,不但延长(zhǎng)了故障时间,会使故障范围扩(kuò)大,影响供电(diàn)可靠性,而且严(yán)重威胁运行设备的安全。
    2.2 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(kàng)大(dà),在同样电流情况下,二次回路感应(yīng)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(shǐ)铁芯中磁(cí)通密度大,磁通(tōng)密度大(dà)到一定值时,TA就饱和(hé)。TA严重饱和时,一次电(diàn)流全部变(biàn)成励磁(cí)电流(liú),二次侧感应(yīng)电流(liú)为零,流过电流继电器的电流(liú)为零,保护装置就会拒动。避免TA饱和主要从两(liǎng)个方(fāng)面入手,一是(shì)在选择TA时,变比不能选得太小,要考虑线路短(duǎn)路时TA饱和问题,一般10 kV线路保护TA变比大于300/5。另一方面要尽量减少(shǎo)TA二次负(fù)载阻抗,尽量避免保护(hù)和计量共用TA,缩短(duǎn)TA二次电(diàn)缆长度及加大(dà)二次电(diàn)缆截面;对于综(zōng)合自动化变电所,10 kV线路尽可能选用保护、测(cè)控合一(yī)的产品,并在控制屏上就地安装,这(zhè)样能有效减小二(èr)次回路阻抗,防(fáng)止TA饱和。
    3 所用变(biàn)压器保护(hù)
    3.1 所用变压器保(bǎo)护存在(zài)的问题
    所用变压器是一比较特殊的设备,容量较小(xiǎo)但(dàn)可靠性要求非常高,而(ér)且安装(zhuāng)位置也很(hěn)特(tè)殊,一般就接在10 kV母线上,其高压侧(cè)短路电流等于系统短路电流,可达十几千(qiān)安,低压(yā)侧出口短路电流(liú)也较大。一直对所用变压器保护的(de)可靠性重视不足,这(zhè)将对所用变压器直至整个10 kV系统的安全运行(háng)造(zào)成很大的威胁。传统的(de)所用变压器保护(hù)使用熔断器保护,其安全可靠性还是比较高,但随(suí)着系统短路容量的增大,以及综合自动(dòng)化的要求提高,这种方式已(yǐ)逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电所,特别是综合(hé)自动化所,大多配置所用变压器(qì)开关柜,保护配置(zhì)也跟10 kV线路相似,而往往(wǎng)忽视(shì)了保护(hù)用的TA饱和问题。由于所用变压器容量小,一次额定电流很小,保护计量(liàng)共用TA,为确保计量的准确性,设计时TA很小,有的地方甚至选(xuǎn)择10/5。这样一来,当所(suǒ)用变压器故障时,TA将严重饱和,感应到二次回路电流几乎(hū)为零,使所用变压器保护装置拒动。如果是(shì)高压侧故(gù)障,短路电流足以使母联保护或主变压器后备保护动(dòng)作而断开(kāi)故障,如果(guǒ)是低压侧故障,短路电(diàn)流可能达不(bú)到母联(lián)保护或主变压器后备保护的启动值,使得故(gù)障无法及时切除,终烧毁所用变压器,严重影响变压器的安全运行。
    3.2 解决办法
    解决所用变压器保护拒动问题,应从合(hé)理配置保护入手,其TA的选择要考虑所用变压(yā)器故障时(shí)饱(bǎo)和问题,同时,计(jì)量用的TA一定(dìng)要跟保护用的TA分开,保护用的TA装在高压侧,以保证对所用变压器的保护,计量用TA装在所用变压器的低压侧,以(yǐ)提高计量精度。在(zài)定值整定方面,电流速(sù)断(duàn)保护可按所用变(biàn)压器低压出口短路进行整定,过负荷(hé)保护按所用变压器(qì)容量整定。
    4 配电变压器保(bǎo)护
    4.1 10 kV配电变压器保护存(cún)在的(de)问题
    10 kV配电(diàn)变压器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关(guān)加熔断器等。负荷开关投资省,但不能开断短路电流,很少采用;断路器技术性能好,但设备投资较高,使用复杂,广泛应用不现实;负荷开关加(jiā)熔断(duàn)器组合(hé)的保护配置方式,既可避免采用操作复杂、价格昂贵的断路器,弥补负荷开关(guān)不能开断短路电流的缺点,又可满足实际运行的需要,该配置可作为配电变压器的保护方式。但(dàn)对于容量比较大的配(pèi)电(diàn)变压器,配备有瓦斯继电(diàn)器,需要断路(lù)器可与瓦斯继电器相配合,才能对变压(yā)器进行有效的保护,必要时还应有零序保护,这些问题都是值得注意的问题。
    4.2 解决办法
    无论在10 kV环网供电单元,还是在终(zhōng)端用户高压配电单(dān)元中,采用负荷开关加高遮断(duàn)容量后备式(shì)限流熔断器组合的(de)保护配置(zhì),既可提供(gòng)额定负(fù)荷电流(liú),又可断开短路电流,并具(jù)备开(kāi)合空载(zǎi)变(biàn)压器的性能,能有效保护配电变压(yā)器。为此,推荐(jiàn)采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置(zhì),作为配(pèi)电变压器保(bǎo)护的保护方(fāng)式。标准GB 14285《继电保护和安全自动装置(zhì)技术规(guī)程》规定,选择配电(diàn)变压(yā)器的保护设(shè)备(bèi)时,当容量等于或大于800 kVA,应选用(yòng)带继电保护装(zhuāng)置(zhì)的断路器。对于这个规定(dìng),可以理解为基于以下两方面的需要。
    配电变压器容量达到800 kVA及以上时(shí),过(guò)去大多使用油浸变压器,并配备有瓦斯继电器,使用断路器可与瓦斯继电器相配合,从而对变压器进(jìn)行有(yǒu)效地保护。
    对(duì)于装置容量大于800 kVA的用户,因(yīn)种种原因引起单相接地故障导致零序保护动作,从而使(shǐ)断路器跳闸,分隔故障,不至于引起变电所的馈线断路器动作,影响其他用户的正常供电。 标准还(hái)明(míng)确规定(dìng),即使单台变压器(qì)未达到此容量,但如果用户的配电(diàn)变压(yā)器的总(zǒng)容量达到800 kVA时(shí),亦要符合此要求。
    5 线路保(bǎo)护
    5.1 10 kV配电线路保护中(zhōng)存在的问题
    无论是城市内配网线路,还是农村(cūn)配网线路,都(dōu)以10 kV电压等级为主,但是10 kV配电(diàn)线(xiàn)路结构特点是一致性差,如有的为用户专线,只带1~2个用户,类似于输电线路(lù);有的呈放射状,几十台变压器T接于同一条线路的各个分支上;有的线路短到几百米,有(yǒu)的线路长到几十千米;有的线路由35 kV变电所出线,有的线路由110 kV变电所出线(xiàn);有的(de)线路上的配电变压器容量很小(xiǎo),不过100 kVA,有的线(xiàn)路上却有几千千伏安的变压器。
    5.2 解决办法
    10 kV配电线路的保护,一般采用电流速断、过电流及三相一次重合闸构成。特殊线路结构或特殊负荷线路保护,不能满足(zú)要求时,可考虑增加其它保护,如保护Ⅱ段、电压闭锁等。进行整定计算的过程中,应该考虑特殊情况和常规情况,并进行灵敏度校验。对于10 kV配电线路,保(bǎo)护装置的配置虽然较简单,但由于线路的复杂性和负荷的多变性,常规和特殊情况下,保护定值计算(suàn)和保护装置的选(xuǎn)型还是值得重视的。根据诸城电网保护配置情况及运行经验,利用规(guī)范(fàn)的保护整定计算方法,各种情况均可计算,一(yī)般均可满足要求。
 

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