10kV配电线路保护的整定计算存在的问题

10kV配电线路保护的整定计算存在的问题

第30卷第3期湘潭师范学院学报(自然科学版)Vol.30No.3　　　　　　　　　　　　　2008年9月JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Sep.2008

10kV配电线路保护的

整定计算存在的问题

李志宇

(大理供电有限公司,云南大理671000)①

摘　要:,10kV线路上,。对10kV配电线路保护整定计算方法、常见问题、探讨。

关键词:;调试中可能忽视的问题

中图分类号:T文献标识码:A　　　文章编号:1671-0231(2008)03-0048-05

1　10kV配电线路的特点

对于县级供电公司来说,主要的管辖范围是市内配网线路,以10kV电压等级为主,但是10kV配电线路结构特点是一致性差,如有的为用户专线,只接带一、二个用户,类似于输电线路;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,有的线路长到几十千米;有的线路由35kV变电所出线,有的线路由110kV变电所出线;有的线路上的配电变压器很小,最大不过100kVA,有的线路上却有几千kVA的变压器;有的线路属于最末级保护,有的线路上设有开关站或有用户变电所等。2　问题的提出

对于输电线路(35kV及以上),由于其比较规范,一般无T接负荷,至多有一、二个集中负荷的T接点。因此,利用规范的保护整定计算方法,各种情况均可一一计算,一般均可满足要求。对于配电线路,由于以上所述的特点,整定计算时需做一些具体的特殊的考虑,以满足保护“四性”的要求。

3　常规10kV线路整定计算方案

我国的10kV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,不能满足要求时,可考虑增加其它保护(如:保护Ⅱ段、电压闭锁等)。下面的讨论,是针对一般保护配置而言的。

3.1　电流速断保护

由于10kV线路一般为保护的最末级,或最末级用户变电所保护的上一级保护。所以,在整定计算中,定值计算偏重灵敏性,对有用户变电所的线路,选择性靠重合闸来保证。在以下两种计算结果中选较①收稿日期:2008-03-26

作者简介:李志宇(1976-),男,云南大理人,助理工程师,研究方向:变电站综合自动化。

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10kV配电线路保护的整定计算存在的问题

大值作为速断整定值。

(1)按躲过线路上配电变压器二次侧最大短路电流整定。实际计算时,可按距保护安装处较近的线路最大变压器低压侧故障整定。

Idzl=Kk×Id2max

式中:Idzl为速断一次值;Kk为可靠系数,取1.5;Id2max为线路上最大配变二次侧最大短路电流(2)当保护安装处变电所主变过流保护为一般过流保护时(复合电压闭锁过流、低压闭锁过流除外),线路速断定值与主变过流定值相配合。

Ik=Kn×(Igl-Ie)

式中:Idzl为速断一次值;Kn为主变电压比,对于35/10降压变压器为3.33;Igl为变电所中各主变的最小过流值(一次值);Ie为相应主变的额定电流一次值。

(3)特殊线路的处理:

1)线路很短,最小方式时无保护区;。动作电流与下级保护速断配合(即取1.1),差(此种情况在城区较常见,,这样改变保护方式就很容易了),可靠重合闸来保证选择性。

2),不能与主变过流配合。

3)当线路较长且较规则,线路上用户较少,可采用躲过线路末端最大短路电流整定,可靠系数取1.3～

1.5。此种情况一般能同时保证选择性与灵敏性。

4)当速断定值较小或与负荷电流相差不大时,应校验速断定值躲过励磁涌流的能力,且必须躲过励磁涌流。

(4)灵敏度校验。在最小运行方式下,线路保护范围不小于线路长度的15%整定。允许速断保护线路全长。

Idmim(15%)/Idzl≥1

式中Idmim(15%)为线路15%处的最小短路电流;Idzl为速断整定值。

3.2　过电流保护

按下列两种情况整定,取较大值。

(1)按躲过线路最大负荷电流整定。随着调度自动化水平的提高,精确掌握每条线路的最大负荷电流成为可能,也变得方便。此方法应考虑负荷的自启动系数、保护可靠系数及继电器的返回系数。为了计算方便,将此三项合并为综合系数KZ。

即:KZ=KK×Izp/Kf

式中:KZ为综合系数;KK为可靠系数,取1.1～1.2;Izp为负荷自启动系数,取1～3;Kf为返回系数,取0.85。

微机保护可根据其提供的技术参数选择。而过流定值按下式选择:

Idzl=KZ×Ifhmax

式中Idzl为过流一次值;Kz为综合系数,取1.7～5,负荷电流较小或线路有启动电流较大的负荷(如大电动机)时,取较大系数,反之取较小系数;Ifhmax为线路最大负荷电流,具体计算时,可利用自动化设备采集最大负荷电流。

(2)按躲过线路上配变的励磁涌流整定。变压器的励磁涌流一般为额定电流的4～6倍。变压器容量大时,涌流也大。由于重合闸装置的后加速特性(10kV线路一般采用后加速),如果过流值不躲过励磁涌流,将使线路送电时或重合闸重合时无法成功。因此,重合闸线路,需躲过励磁涌流。由于配电线路负荷

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的分散性,决定了线路总励磁涌流将小于同容量的单台变压器的励磁涌流。因此,在实际整定计算中,励磁涌流系数可适当降低。

Idzl=KK×Kcl×Sez/(×Ue)

式中Idzl为过流一次值;Kcl为线路励磁涌流系数,取1～5,线路变压器总容量较少或配变较大时,取较大值;Sez为线路配变总容量;Ue为线路额定电压,此处为10kV。

(3)特殊情况的处理:

1)线路较短,配变总容量较少时,因为满足灵敏度要求不成问题,Kz或Klc应选较大的系数。2)当线路较长,过流近后备灵敏度不够时(如15km以上线路),可采用复压闭锁过流或低压闭锁过流保护,此时负序电压取0.06Ue,低电压取0.6～0.7Ue,动作电流按正常最大负荷电流整定,只考虑可靠系数及返回系数。当保护无法改动时,应在线路中段加装跌落式熔断器,最终解决办法是网络调整,使10kV线路长度满足规程要求。

3)当远后备灵敏度不够时(如配变为5～10kVA,),器,因此可不予考虑。

4),可考虑将过流定值降低,而将重合闸后加速退出(,0.3s,此段时限也是允许的)。

(4)近后备按最小运行方式下线路末端故障,灵敏度大于等于1.5;远后备灵敏度可选择线路最末端的较小配变二次侧故障,接最小方式校验,灵敏度大于或等于1.2。

Km1=Idmin1/Idzl≥1.25

Km2=Idmin2/Idzl≥1.2

式中Idmin1为线路末端最小短路电流;Idmin2为线路末端较小配变二次侧最小短路电流;Idzl为过流整定值。

4　重合闸

10kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸,由于安装于末级保护上,所以不需要与其他保护配合。重合闸所考虑的主要为重合闸的重合成功率及缩短重合停电时间,以使用户负荷尽量少受影响。

重合闸的成功率主要决定于电弧熄灭时间、外力造成故障时的短路物体滞空时间(如:树木等)。电弧熄灭时间一般小于0.5s,但短路物体滞空时间往往较长。因此,对重合闸重合的连续性,重合闸时间采用0.8～1.5s;农村线路,负荷多为照明及不长期运行的小型电动机等负荷,供电可靠性要求较低,短时停电不会造成很大的损失。为保证重合闸的成功率,一般采用2.0s的重合闸时间。实践证明,将重合闸时间由0.8s延长到2.0s,将使重合闸成功率由40%以下提高到60%左右。

5　10kV保护整定中容易被忽视的问题及对策

5.1　线路中励磁涌流问题

5.1.1　线路中励磁涌流对继电保护装置的影响

励磁涌流是变压器所特有的,是由于空投变压器时,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,励磁电流急剧增大而产生的。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大小有关,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,并以一定时间系数衰减,衰减的时间常数同样与变压器容量大小有关,容量越大,时间常数越大,涌流存在时间越长。50

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10kV线路装有大量的配电变压器,在线路投入时,这些配电变压器是挂在线路上,在合闸瞬间,各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射,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整定值,使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以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。我公司就曾经在变电所增容后出现10kV线路由于涌流而无法正常投入的问题。

5.1.2　防止涌流引起误动的方法

励磁涌流有一明显的特征,就是它含有大量的二次谐波,在主变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,但如果用在10kV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。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减,,一段时间后涌流衰减为零,流过保护装置的电流为线路负荷电流,,时,就可以防止励磁涌流引起的误动作,),虽然会增加故障时间,但对于像10。为了保证可靠的躲过励磁涌流,,在10kV线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15,,运行安全,并能很好的避免由于线路中励磁涌流造成保护装置误动作。

5.2　TA饱和问题

5.2.1　TA饱和对保护的影响

10kV线路出口处短路电流一般都较小,特别是农网中的变电所,它们往往远离电源,系统阻抗较大。对于同一线路,出口处短路电流大小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扩大,10kV系统短路电流会随着变大,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,短路电流中含大量非周期分量,又进一步加速TA饱和。在10kV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,故障要由母联断路器或主变后备保护来切除,不但延长了故障时间,使故障范围扩大,影响供电可靠性,而且严重威胁运行设备的安全。

5.2.2　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二次负载阻抗大,在同样电流情况下,二次回路感应电势就大,或在同样的负载阻抗下,二次电流越大,感应电势就越大,这两种情况都会使铁芯中磁通密度大,磁通密度大到一定值时,TA就饱和。TA严重饱和时,一次电流全部变成励磁电流,二次侧感应电流为零,流过电流继电器的电流为零,保护装置就会拒动。

避免TA饱和主要从两个方面入手,一是在选择TA时,变比不能选得太小,要考虑线路短路时TA饱和问题,一般10kV线路保护TA变比最好大于300/5。另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗,尽量避免保护和计量共用TA,缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面;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TA饱和。

5.3　所用变保护

5.3.1　所用变保护存在的问题

所用变是一比较特殊的设备,容量较小但可靠性要求非常高,而且安装位置也很特殊,一般就接在10kV母线上,其高压侧短路电流等于系统短路电流,可达十几kA,低压侧出口短路电流也较大。人们一直对所用变保护的可靠性重视不足,这将对所用变直至整个10kV系统的安全运行造成很大的威胁。

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传统的所用变保护使用熔断器保护,其安全可靠性还是比较高,但随着系统短路容量的增大以及综合自动化的要求,这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电所,特别是综合自动化所,大多配置所用变开关柜,保护配置也跟10kV线路相似,而人们往往忽视了保护用的TA饱和问题。由于所用变容量小,一次额定电流很小,同时往往保护计量共用TA,为确保计量的准确性,设计时TA变比会显得很小,有的地方甚至选择10/5。这样一来,当所用变故障时,TA将严重饱和,感应到二次回路电流几乎为零,使所用变保护装置拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使母联保护或主变后备保护动作而断开故障,如果是低压侧故障,短路电流可能达不到母联保护或主变后备保护的启动值,使得故障无法及时切除,最终烧毁所用变,严重影响变电所的安全运行。

5.3.2　解决办法

解决所用变保护拒动问题,应从合理配置保护入手,其TA的选择要考虑所用变故障时饱和问题,同时,计量用的TA一定要跟保护用的TA分开,保护用的TA

装在高压侧,以保证对所用变的保护,计量用TA装在所用变的低压侧,以提高计量精度。,行整定,过负荷保护按所用变容量整定。

6　10kV,但由于线路的复杂性和负荷的多变性,保护装置的选型还是值得重视的。根据各地电网保护配置情况及运行经验,建议在新建变电所中应采用保护配置全面的微机保护。微机保护在具备电流速断、过电流及重合闸的基础上,还应具备低压(或复压)闭锁、时限速断等功能,以适应线路及负荷变化对保护方式的不同要求。

现阶段县级供电公司只有35kV变电所管辖权,一般新建的35kV变电所保护装置都采用微机保护装置,微机保护装置在到达现场后,投运前应经过细致的调试,否则可能出现保护定值与保护装置不匹配的现象。

10kV配网线路继电保护整定计算对于10kV配网来说至关重要,其准确性对供电可靠性、主网的安全起着重要的作用,因此在保护定值的整定计算过程,需要考虑的因素很多,容易忽视的问题也很多,到最终在装置上验证正常确性,在实际工作中都应该考虑进去,才能有效的避免工作的失误,更好的保证安全生产。

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