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繼電保護中常見的5個問題

編輯部 | 2012/2/15 9:50:55

1 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。變壓器勵磁涌流最大值,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,武漢智能星電氣有限公司在合閘瞬間,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。貴陽市北供電局就曾經在變電所增容后出現10 kV線路由于涌流而無法正常投入的問題單相繼保測試儀
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,會大大增加繼電保護測試儀裝置的復雜性,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,這種方法最大優點是不用改造保護裝置(或只作簡單改造),武漢智能星電氣有限公司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。
2 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微機繼電保護測試儀倍,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,武漢智能星電氣有限公司要考慮線路短路時TA飽和問題,一般10 kV線路保護TA變比最好大于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。
3 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?,F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,最終燒毀所用變壓器,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,武漢智能星電氣有限公司計量用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。
4 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。
配電變壓器容量氧化鋅避雷器測試達到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。
5 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;武漢智能星電氣有限公司有的呈放射狀,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,最大不過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,武漢智能星電氣有限公司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,一般均可滿足要求直流電阻測試儀
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