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服務支持
繼電保護中易被忽視的安全問題
時間：2022-01-20
中試控股技術博士為您解答：線路中勵磁涌流問題
1.1 線路中勵磁涌流對繼電保護裝置的影響
勵磁涌流是由于變壓器空載投運時，鐵芯中的磁通不能突變，出現非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵磁電流急劇增大而產生的。變壓器勵磁涌流值，二次負荷測試儀提供電流互感器和電壓互感器的二次負荷測量。電壓互感器在實際運行中，二次所接的測量儀器以及二次電纜間及其與地線間電容組成時總導納。可以達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，變壓器容量越小，勵磁涌流倍數越大。勵磁涌流存在很大的非周期分量，并以一定時間系數衰減，衰減的時間常數同樣與變壓器容量大小有關，容量越大，時間常數越大，涌流存在時間越長。10 kV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，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護，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，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數少、容量小以及系統阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數及容量增大后，就可能出現。
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，在主變壓器主保護中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護誤動作，但如果用在10 kV線路保護，必須對保護裝置進行改造，會大大增加裝置的復雜性，因此實用性很差。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，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這種方法優點是不用改造保護裝置(或只作簡單改造)，雖然會增加故障時間，但對于像10 kV這種對系統穩定運行影響較小之處還是適用。為了保證可靠地躲過勵磁涌流，保護裝置中加速回路同樣要加入延時。通過幾年的摸索，在10 kV線路電流速斷保護及加速回路中加入了0.15～0.2 s的時限，就近幾年運行來看，運行安全，并能很好的避免由于線路中勵磁涌流造成保護裝置誤動作。
10 kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網中的變電所，往往遠離電源，系統阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統規模及運行方式不同而不同。隨著系統規模的不斷擴大，10 kV系統短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個暫態過程，短路電流中含大量非周期分量，又進一步加速TA飽和。在10 kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，故障 由母聯斷路器或主變壓器后備保護切除，不但延長了故障時間，會使故障范圍擴大，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。
2.2 避免TA飽和的方法
TA飽和，其實就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應電勢成正比，因此，如果TA二次負載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應電勢就大，或在同樣的負載阻抗下，二次電流越大，感應電勢就越大，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嚴重飽和時，一次電流全部變成勵磁電流，二次側感應電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護裝置就會拒動。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10 kV線路保護TA變比大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用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，10 kV線路盡可能選用保護、測控合一的產品，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。
中試控股技術博士為您解答：所用變壓器保護
3.1 所用變壓器保護存在的問題
所用變壓器是一比較特殊的設備，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10 kV母線上，其高壓側短路電流等于系統短路電流，可達十幾千安，低壓側出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護的可靠性重視不足，這將對所用變壓器直至整個10 kV系統的安全運行造成很大的威脅。傳統的所用變壓器保護使用熔斷器保護，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統短路容量的增大，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。現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柜，保護配置也跟10 kV線路相似，而往往忽視了保護用的TA飽和問題。由于所用變壓器容量小，一次額定電流很小，保護計量共用TA，為確保計量的準確性，設計時TA很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當所用變壓器故障時，TA將嚴重飽和，感應到二次回路電流幾乎為零，使所用變壓器保護裝置拒動。如果是高壓側故障，短路電流足以使母聯保護或主變壓器后備保護動作而斷開故障，如果是低壓側故障，短路電流可能達不到母聯保護或主變壓器后備保護的啟動值，使得故障無法及時切除，終燒毀所用變壓器，嚴重影響變壓器的安全運行。
3.2 解決辦法
解決所用變壓器保護拒動問題，應從合理配置保護入手，其TA的選擇要考慮所用變壓器故障時飽和問題，同時，計量用的TA一定要跟保護用的TA分開，保護用的TA裝在高壓側，以保證對所用變壓器的保護，計量用TA裝在所用變壓器的低壓側，以提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護可按所用變壓器低壓出口短路進行整定，過負荷保護按所用變壓器容量整定。
10 kV配電變壓器的保護配置主要有斷路器、負荷開關或負荷開關加熔斷器等。負荷開關投資省，但不能開斷短路電流，很少采用；斷路器技術性能好，但設備投資較高，使用復雜，廣泛應用不現實；負荷開關加熔斷器組合的保護配置方式，既可避免采用操作復雜、價格昂貴的斷路器，彌補負荷開關不能開斷短路電流的缺點，又可滿足實際運行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護方式。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，才能對變壓器進行有效的保護，必要時還應有零序保護，這些問題都是值得注意的問題。
4.2 解決辦法
無論在10 kV環網供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護配置，既可提供額定負荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器。為此，推薦采用負荷開關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的保護方式。標準GB 14285《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，選擇配電變壓器的保護設備時，當容量等于或大于800 kVA，應選用帶繼電保護裝置的斷路器。對于這個規定，可以理解為基于以下兩方面的需要。
配電變壓器容量達到800 kVA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，從而對變壓器進行有效地保護。
對于裝置容量大于800 kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導致零序保護動作，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。 標準還明確規定，即使單臺變壓器未達到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總容量達到800 kVA時，亦要符合此要求。
中試控股技術博士為您解答：線路保護
5.1 10 kV配電線路保護中存在的問題
無論是城市內配網線路，還是農村配網線路，都以10 kV電壓等級為主，但是10 kV配電線路結構特點是一致性差，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35 kV變電所出線，有的線路由110 kV變電所出線；有的線路上的配電變壓器容量很小，不過100 kVA，有的線路上卻有幾千千伏安的變壓器。
5.2 解決辦法
10 kV配電線路的保護，一般采用電流速斷、過電流及三相一次重合閘構成。特殊線路結構或特殊負荷線路保護，不能滿足要求時，可考慮增加其它保護，如保護Ⅱ段、電壓閉鎖等。進行整定計算的過程中，應該考慮特殊情況和常規情況，并進行靈敏度校驗。對于10 kV配電線路，保護裝置的配置雖然較簡單，但由于線路的復雜性和負荷的多變性，常規和特殊情況下，保護定值計算和保護裝置的選型還是值得重視的。根據諸城電網保護配置情況及運行經驗，利用規范的保護整定計算方法，各種情況均可計算，一般均可滿足要求。
1.1 線路中勵磁涌流對繼電保護裝置的影響
勵磁涌流是由于變壓器空載投運時，鐵芯中的磁通不能突變，出現非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵磁電流急劇增大而產生的。變壓器勵磁涌流值，二次負荷測試儀提供電流互感器和電壓互感器的二次負荷測量。電壓互感器在實際運行中，二次所接的測量儀器以及二次電纜間及其與地線間電容組成時總導納。可以達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，變壓器容量越小，勵磁涌流倍數越大。勵磁涌流存在很大的非周期分量，并以一定時間系數衰減，衰減的時間常數同樣與變壓器容量大小有關，容量越大，時間常數越大，涌流存在時間越長。10 kV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，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護，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，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數少、容量小以及系統阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數及容量增大后，就可能出現。
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，在主變壓器主保護中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護誤動作，但如果用在10 kV線路保護，必須對保護裝置進行改造，會大大增加裝置的復雜性，因此實用性很差。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，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這種方法優點是不用改造保護裝置(或只作簡單改造)，雖然會增加故障時間，但對于像10 kV這種對系統穩定運行影響較小之處還是適用。為了保證可靠地躲過勵磁涌流，保護裝置中加速回路同樣要加入延時。通過幾年的摸索，在10 kV線路電流速斷保護及加速回路中加入了0.15～0.2 s的時限，就近幾年運行來看，運行安全，并能很好的避免由于線路中勵磁涌流造成保護裝置誤動作。
中試控股技術博士為您解答：TA飽和問題
2.1 TA飽和對保護的影響10 kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網中的變電所，往往遠離電源，系統阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統規模及運行方式不同而不同。隨著系統規模的不斷擴大，10 kV系統短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路故障是一個暫態過程，短路電流中含大量非周期分量，又進一步加速TA飽和。在10 kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，故障 由母聯斷路器或主變壓器后備保護切除，不但延長了故障時間，會使故障范圍擴大，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。
2.2 避免TA飽和的方法
TA飽和，其實就是TA鐵芯中磁通飽和，而磁通密度與感應電勢成正比，因此，如果TA二次負載阻抗大，在同樣電流情況下，二次回路感應電勢就大，或在同樣的負載阻抗下，二次電流越大，感應電勢就越大，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嚴重飽和時，一次電流全部變成勵磁電流，二次側感應電流為零，流過電流繼電器的電流為零，保護裝置就會拒動。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10 kV線路保護TA變比大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用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，10 kV線路盡可能選用保護、測控合一的產品，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。
中試控股技術博士為您解答：所用變壓器保護
3.1 所用變壓器保護存在的問題
所用變壓器是一比較特殊的設備，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10 kV母線上，其高壓側短路電流等于系統短路電流，可達十幾千安，低壓側出口短路電流也較大。一直對所用變壓器保護的可靠性重視不足，這將對所用變壓器直至整個10 kV系統的安全運行造成很大的威脅。傳統的所用變壓器保護使用熔斷器保護，其安全可靠性還是比較高，但隨著系統短路容量的增大，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。現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柜，保護配置也跟10 kV線路相似，而往往忽視了保護用的TA飽和問題。由于所用變壓器容量小，一次額定電流很小，保護計量共用TA，為確保計量的準確性，設計時TA很小，有的地方甚至選擇10/5。這樣一來，當所用變壓器故障時，TA將嚴重飽和，感應到二次回路電流幾乎為零，使所用變壓器保護裝置拒動。如果是高壓側故障，短路電流足以使母聯保護或主變壓器后備保護動作而斷開故障，如果是低壓側故障，短路電流可能達不到母聯保護或主變壓器后備保護的啟動值，使得故障無法及時切除，終燒毀所用變壓器，嚴重影響變壓器的安全運行。
3.2 解決辦法
解決所用變壓器保護拒動問題，應從合理配置保護入手，其TA的選擇要考慮所用變壓器故障時飽和問題，同時，計量用的TA一定要跟保護用的TA分開，保護用的TA裝在高壓側，以保證對所用變壓器的保護，計量用TA裝在所用變壓器的低壓側，以提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護可按所用變壓器低壓出口短路進行整定，過負荷保護按所用變壓器容量整定。
中試控股技術博士為您解答： 配電變壓器保護
4.1 10 kV配電變壓器保護存在的問題10 kV配電變壓器的保護配置主要有斷路器、負荷開關或負荷開關加熔斷器等。負荷開關投資省，但不能開斷短路電流，很少采用；斷路器技術性能好，但設備投資較高，使用復雜，廣泛應用不現實；負荷開關加熔斷器組合的保護配置方式，既可避免采用操作復雜、價格昂貴的斷路器，彌補負荷開關不能開斷短路電流的缺點，又可滿足實際運行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護方式。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，才能對變壓器進行有效的保護，必要時還應有零序保護，這些問題都是值得注意的問題。
4.2 解決辦法
無論在10 kV環網供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護配置，既可提供額定負荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器。為此，推薦采用負荷開關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的保護方式。標準GB 14285《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定，選擇配電變壓器的保護設備時，當容量等于或大于800 kVA，應選用帶繼電保護裝置的斷路器。對于這個規定，可以理解為基于以下兩方面的需要。
配電變壓器容量達到800 kVA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，從而對變壓器進行有效地保護。
對于裝置容量大于800 kVA的用戶，因種種原因引起單相接地故障導致零序保護動作，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。 標準還明確規定，即使單臺變壓器未達到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總容量達到800 kVA時，亦要符合此要求。
中試控股技術博士為您解答：線路保護
5.1 10 kV配電線路保護中存在的問題
無論是城市內配網線路，還是農村配網線路，都以10 kV電壓等級為主，但是10 kV配電線路結構特點是一致性差，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35 kV變電所出線，有的線路由110 kV變電所出線；有的線路上的配電變壓器容量很小，不過100 kVA，有的線路上卻有幾千千伏安的變壓器。
5.2 解決辦法
10 kV配電線路的保護，一般采用電流速斷、過電流及三相一次重合閘構成。特殊線路結構或特殊負荷線路保護，不能滿足要求時，可考慮增加其它保護，如保護Ⅱ段、電壓閉鎖等。進行整定計算的過程中，應該考慮特殊情況和常規情況，并進行靈敏度校驗。對于10 kV配電線路，保護裝置的配置雖然較簡單，但由于線路的復雜性和負荷的多變性，常規和特殊情況下，保護定值計算和保護裝置的選型還是值得重視的。根據諸城電網保護配置情況及運行經驗，利用規范的保護整定計算方法，各種情況均可計算，一般均可滿足要求。
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