论述变电站各级开关保护定值的合理设置

【摘要】在变电站的实际运营中，线路柱开关的保护定值没有经过严格计算就设置，10千伏的馈线开关同样没有透彻分析，而直接遵循阶梯式的保护原则，加之10千伏线路装接配变容量的持续上升，线路合闸后产生较大的励磁涌流，极易致使各级开关频频出现毫无征兆的跳闸情况。本文结合某次实际故障，对各级开关保护定值的设置进行详细的分析。

【关键词】馈线开关线路开关保护配合

变电站中各级开关保护定值的不合理设置，出现意外跳闸的情况屡见不鲜。本文以某变电站出现的实际故障为例，通过对故障过程的初步分析，分析与探究如何通过对各级开关保护定值的合理设置，来降低发生跳闸的可能性。

1故障概述

某变电站的10千伏乙线超过过流ⅰ段的保护值，必须重新合闸，线路电流值是0，由此次线路故障引起了3个开关出现跳闸情况，乙线的533开关、主干线开关（下文简称开关a）和支线开关（下文简称开关b），具体如图1所示。

图1 线路故障时各级开关定值设置

开关b的跳闸是在10千伏乙线的末端，说明故障是发生在开关b的后段，但却连同其上的两级开关同样出现跳闸情况，以此透露出该线路上的各级开关保护定值并没有合理进行设置。

2故障初步分析

根据故障发生前原有线路开关的保护定值与时间设限，对故障的发生进行分析：

2.1线路保护定值

变电站中的柱上开关时间设限为0.04至1秒之间，经过ⅰ段保护的动作设限是0秒，因此，可以简单推理出线路柱上开关的零时限速断保护和10千伏馈线经过ⅰ段和ⅱ段之间的时间关系：过流ⅱ段的时限大于线路开关的时限，线路开关的时限大于过流ⅰ段的时限，其中，过流ⅱ段的时限约为0.6秒，线路开关的时限约为0.06秒，过流ⅰ段的时限约为0秒，出现故障时，开关a、开关b和开关533同一时间有故障短路电流出现，且都符合保护动作的开启电流值。根据这三个开关各自的选择性与阶梯性，开关b是在线路的最末端，保护定值是400安培，需要第一个进行动作切除故障，开关533和开关a则不需要进行任何措施，可是开关b的固有动作时间是0.06秒，开关533的动作时间是0秒，开关b和开关533的整体时间设限为0秒，所以两者都会因故障电流而开启保护动作，开关533立刻出现跳闸、开关b 则紧随其后，在0.06秒之后出现跳闸。

开关533跳闸后1秒，馈线重合闸启动，开关533自动合闸，电源只能送至开关533和开关b之前的线路段。合闸之后由变压器产生的励磁涌流增加到原有变压器额定容量的6到8倍，励磁涌流在线路上不断的增加，致使励磁涌流值超出原有设定，极有可能触发误动作。

2.2励磁涌流值的计算

根据10千伏的线路设计，线路ⅰ段上共装接14台配变，总容量可达7070千伏安，依据2/3的配变总容量，励磁涌流取额定电流的6倍值，那么重合闸时，励磁电流值约为1635安培。利用变压器衰减励磁涌流额计算方式和励磁涌流、间断角与时间的计算公式，来推算励磁涌流随时间的变化过程。

第k个周期的励磁涌流值的计算公式为，其中是指第一个周期的励磁涌流值。

励磁涌流衰减速度十分缓慢，因此可以认为其第一个周期并未衰减，继而利用变压器衰减励磁涌流的计算方式推算出各周期的间断角，计算结果为第一个周期的间断角为121度，第五个周期的间断角为217度，第十个周期的间断角为262度。进一步推算出开关533和开关b之前线路在各个周期的励磁涌流值，计算结果为第五个周期与第十个周期的励磁涌流值分别为750安和375安。通过计算结果可知，励磁涌流值在第五个周波达到750安，超过开

关a设定的600安，由此以来，开关a由于过大的励磁电流而出现跳闸，但开关a在第十个周期的励磁电流已经降到375安，未达到开关a的动作启动电流值。

3各级开关配合问题

由于线路柱开关的固有动作有自身特性，一旦线路末端发生短路故障时，馈线开关与线路开关极有可能同时跳闸，通过变压器来观察励磁电流与时间之间的关联，计算各周波励磁涌流在线路合闸后的幅度值，继而审视线路动作时限与开关定值的设置是否科学，因此，对各方面进行综合考量后，才可适当调整变电站馈线开关与线路开关的保护定值，确保保护具备选择性与阶梯性，最大限度降低线路故障带来的损失与伤害。

3.1线路开关分段

3.2主干线路开关设置

针对主干线路上的开关定值原则，建议ta变比最好设置为400/5与600/5，动作时限在0.6至1秒之间，这样可在合闸瞬间，躲过其励磁涌流。

3.3线路末端开关设置

针对线路末端的开关定值原则，当选择的ta变比越小时，ta的二测电流会相应增大，所产生的电磁力变大，动作更为快速，所以，建议依据所装接配变的容量与数量，线路最末端的分支线路的ta变比最好采用400/5和200/5，动作时限设定为0秒，便于线路末端出现短路故障时及时切断。

3.4馈线开关与线路开关的配合

线路装接配变容量处于较大的状态下，合闸时的励磁涌流值会相应增大，可能还会超过ⅰ段的保护动作值，导致保护误操作。五个周波过后，定量计算结果得出，励磁涌流已经减小到最大励磁涌流值的0.5倍左右，所以馈线过流ⅰ段的保护时限多设置0.1至0.15秒，可有效避免励磁涌流过大引起的误操作。如图2所示。

图2 考虑阶梯式保护和励磁涌流影响后的开关保护定

4结语

综上所述，设置变电站的线路开关与馈线开关的保护定值除了遵循阶梯式原则意外，最大限度减小线路故障的发生，还应该对线路的分段数量、线路的装接配变容量进行综合考量，继而对保护定值进行科学的设定，使各级开关保护充分发挥其可靠性、选择性和灵敏性，降低发生跳闸情况的频率，减少线路故障对整体供电系统的伤害。