10kV配电线路保护误动原因分析 张轩

10kV配电线路保护误动原因分析张轩

发表时间：2017-11-16T19:10:18.340Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：张轩[导读] 摘要:在对10kV配电线路恢复送电过程中，经常发生由配电变压器励磁涌流引起的配电线路电流保护误动事故，结合励磁涌流的产生原理和特点，分析了10kV配电线路存在的问题，提出防止励磁涌流引起线路保护误动的改进方案，为10kV配电线路正常运行提供保障。

（国网江苏省电力公司射阳县供电公司江苏省盐城市 224300）摘要:在对10kV配电线路恢复送电过程中，经常发生由配电变压器励磁涌流引起的配电线路电流保护误动事故，结合励磁涌流的产生原理和特点，分析了10kV配电线路存在的问题，提出防止励磁涌流引起线路保护误动的改进方案，为10kV配电线路正常运行提供保障。

关键词:10kV配电线路；励磁涌流；保护误动 1励磁涌流产生原理及特点变压器的励磁电流IL仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反映到差动回路中不能被平衡，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，其影响较小。但当变压器空载投入或变压器外部故障切除后电压恢复时，由于变压器铁芯中的磁通不能突变，进而出现一个非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，产生数值很大的励磁电流，称为励磁涌流。此时急剧增大的励磁涌流将成为差流，幅值很大，不采取措施将造成差动保护误动。

1.1励磁涌流产生原理

变压器作为电能、磁能的转换装置，当变压器二次绕组开路时，一次绕组需要通过相应的励磁电流来建立主磁通，因此，励磁涌流是变压器特有的电磁现象。励磁电流和磁场的关系可以由变压器铁芯的磁化曲线特性来决定。变压器在空载稳定运行状态下，由于建立了稳定的主磁通，不会使铁芯中的磁通密度达到饱和状态，励磁电流值很小，一般达到变压器额定电流的2%～10%。但是一旦因某些原因使磁通密度增大到饱和状态，励磁电流就会剧增，铁芯越达到饱和状态，磁场需要的励磁电流也就越大。

1.2励磁涌流特点 a．峰值大，当变压器空载投入时，可达到额定电流的5～8倍，而相对于容量较小的配电变压器，倍数则更大。 b．包含很大的非周期分量，使励磁涌流波形偏于时间轴一侧。 c．包含大量高次谐波分量，主要以二次谐波为主。 d．是衰减的，衰减时间与变压器绕组时间常数T及合闸回路有关，励磁涌流由峰值衰减到0.25～0.5倍额定电流，经历时间为0.5～0.75s，随后衰减变慢。 e．与单台大容量变压器不同，10kV配电线路的励磁涌流是线路上挂接的几十台小容量配电变压器所产生的励磁涌流的叠加。

1.3励磁涌流影响因素

当电压过零时刻投入变压器时，将产生最严重的磁饱和现象，此时变压器励磁涌流最大值可达变压器额定电流的5～8倍，其中包含大量的非周期分量和高次谐波分量，并以一定时间系数衰减。

研究得出，励磁涌流的大小和衰减时间跟变压器铁芯磁通大小、铁芯材料和性质、变压器设计的工作磁密，变压器结构和容量大小等有关。大容量变压器产生励磁涌流倍数小，但励磁涌流时间常数大，存在时间长，有时要经过数秒甚至几分钟才能衰减到正常值。小容量变压器空投时励磁涌流与其额定电流之比越大，即励磁涌流倍数越大。 210kV线路保护存在的问题电力系统继电保护及自动装置主要是依据电力系统中电流、电压的变化作出相应动作，在设计前期，为尽可能提高逻辑运算结果的准确性，并没有过多地考虑涌流问题。但在电力系统运行过程中，发现励磁涌流对其稳定运行产生了很大的影响，特别是在10kV线路开关合闸过程，出现多起线路保护误动作事故。如果不采取措施解决变压器励磁涌流问题，将导致继电保护装置误动作，直接影响继电保护装置运行的稳定性，进而影响电能的输送，甚至威胁整个电力系统的安全稳定运行。

在电网运行过程中，发生过多次10kV配电线路在停电或跳闸后恢复送电时，过流保护动作跳闸，自动重合闸不成功，手动试送过流保护又动作跳闸，经过全线路检查未发现任何问题，找不到故障点。研究发现，随着电网电力负荷的快速增长，10kV线路挂接的小容量配电变压器数量剧增，合10kV线路开关瞬间，各配电变压器产生的励磁涌流相互叠加，再加上电动机自启动电流等原因，造成线路保护动作跳闸而无法送电。 10kV线路一般采用三段式电流保护，即Ⅰ段瞬时电流速断保护、Ⅱ段限时电流速断保护、Ⅲ段过电流保护。作为配电线路的主保护，要求电流速断保护具有足够的灵敏度，无法完全按照躲过励磁涌流校验，因此，Ⅰ段瞬时电流速断保护动作电流往往取值较小。当10kV线路长、分支线路多、挂接配电变压器多时，励磁涌流峰值很大，由于Ⅰ段瞬时电流速断保护动作时限为0s，合闸后，励磁涌流起始值可能大于Ⅰ段瞬时电流速断保护装置定值，出现电流速断保护误动。

为躲过励磁涌流，整定计算时，在与主变后备保护定值匹配的前提下，可适当调大电流速断保护定值。研究表明，励磁涌流的大小将随时间增加而衰减，开始涌流很大，一段时间后涌流衰减为零，一般经过7～10个工频周波后，涌流即可衰减到可忽略的范围。当涌流衰减到零时，线路中的电流值接近线路的负荷电流，流过保护装置的电流为线路负荷电流。为防止励磁涌流引起保护误动作，可通过提高Ⅰ段电流速断保护装置定值、延长动作时间来躲励磁涌流，通常在Ⅰ段瞬时电流速断保护回路加入0.15～0.2s延时。

该方法的最大优点是不用大范围改造保护装置，只做简单修改定值，可有效避免电流速断保护误动。但存在如下问题:Ⅰ段电流速断保护装置定值加大，影响灵敏度;延长动作时间，缩短保护范围，增加故障切除时间，在线路出口故障时将对变压器及10kV线路设备产生巨大危害。

对10kV配电线路检修作业结束后恢复送电时，保护跳闸及线路发生故障重合不良时，采取的措施是拉开10kV线路分歧开关，线路送电后，分别送各分歧开关，通过合理分段和分配负荷，控制一次合闸送电容量，分级送电，使Ⅰ段瞬时电流速断保护躲过励磁涌流的冲击。但在实际操作过程中，拉分歧开关分别送电，需要大量作业人员相互配合，浪费人力且不安全。 3改进方案

3.1改进方案1

随着电网建设的不断扩大，10kV配电系统所带负载不断增加，故障时短路电流也随之变大，当线路出口处发生短路时，短路电流很大，使变压器二次侧受到大电流冲击，因此，需要设置特殊段定值来闭锁重合闸。当线路出口故障时，短路电流可达到TA一次额定电流的几十倍，此时要闭锁重合闸，防止重合闸动作再次合于故障，使变压器受大电流冲击而烧损。

3.2改进方案2

在变电站线路出口附近发生故障，断路器失灵时，要由变压器后备保护来切出故障，变压器后备保护整定时间为2.2s。由于线路出口附近发生故障短路电流很大，故障切出时间长(2.2s)，将导致变压器及一次设备烧毁等事故，因此，需在10kV线路保护加装出口故障断路器失灵判别功能，并与变压器后备保护相结合构成线路出口故障失灵保护。线路出口故障断路器失灵的特点是出口跳闸后，短路电流大，且不消失，根据该特点，在线路保护中加装用于判断出口故障的特殊段定值和保护动作出口构成与的关系，当二者同时自动缩短变压器后备保护动作时间时，直接跳主变压器，可有效防止线路出口故障时，断路器失灵切出故障时间长所产生的危害。

3.3改进方案3

在10kV线路保护增加二次谐波制动闭锁保护功能，可在不改变原有定值的基础上，区别故障电流和励磁涌流。励磁涌流含有大量的二次谐波，变压器的差动保护就是利用这个特性，设定二次谐波制动来防止励磁涌流引起保护误动作。若在10kV线路保护中，增加二次谐波制动闭锁保护功能，当配电线路故障时，无二次谐波产生，不闭锁保护，但当配电线路中产生励磁涌流时，迅速闭锁线路保护功能，可避免由于变压器励磁涌流引起的保护误动作。

4结束语

10kV供电系统是电力系统的重要组成部分，其能否安全稳定运行，关系到电能的正常输送及整个电力系统的稳定可靠。如何解决10kV线路中出现的各种故障，减少事故的发生，确保电网安全运行，已成为继电保护专业人员工作的重中之重。励磁涌流的产生对配电变压器安全运行的危害不大，但对10kV配电线路电流保护影响却很大，若不采取相应的措施将频繁引起电流保护误动。根据10kV配电系统的特点和实际运行需要，结合励磁涌流的产生原理和特点，提出防止励磁涌流引起线路保护误动的改进方案，为10kV配电系统正常运行提供保障。

参考文献：

[1]王旭辉.10kV配电线路故障原因分析及对策[J].科技展望,2015,08:110.

[2]苏杰锋.某变电站10kV线路保护误动后试验及分析[J].科技广场,2015,05:81-83.

[3]蒋道乾.10kV配网线路保护整定存在的问题分析及优化对策[J].机电信息,2015,27:3-4.