一起10 k V線路故障越級(jí)跳110 k V主變事件分析

劉培杰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源517000）

0 引言

目前，在低電壓等級(jí)系統(tǒng)，如35 k V、10 k V電網(wǎng)，線路保護(hù)一般設(shè)置三段式過流保護(hù)：不帶延時(shí)的瞬時(shí)速斷保護(hù)、帶短延時(shí)的限時(shí)速斷保護(hù)及定時(shí)限過流保護(hù)。過流保護(hù)一般為純過流保護(hù)，即故障電流達(dá)到整定定值保護(hù)動(dòng)作跳開故障開關(guān)，也有部分線路過流保護(hù)為提高動(dòng)作可靠性，投入了復(fù)壓閉鎖功能，可有效防止合閘瞬間配網(wǎng)變壓器的沖擊涌流引起的保護(hù)誤動(dòng)。

1 110 k V主變?cè)郊?jí)動(dòng)作分析

某110 k V變電站為單線單變接線，10 k V共有8回出線。某日，10 k V線路F2由于漂浮物造成短路接地，保護(hù)沒有動(dòng)作；110 k V主變高后備過流一段保護(hù)動(dòng)作，跳開兩側(cè)開關(guān)。

1.1 主變動(dòng)作分析

主變保護(hù)為許繼 WBH－821 A，相關(guān)定值設(shè)置如下：高后備過流一段1.03 A／1.25 s；低后備過流一段2.49 A／0.6 s，過流二段1.08 A／0.9 s。

（1）由低壓側(cè)錄波圖及向量圖（圖1）分析：故障開始30 ms后，三相電流波形均對(duì)稱，幅值比故障前增大，電壓幅值略為下降（正常相電壓為57.7 V，故障時(shí)降至45.8 V），負(fù)序電壓、零序電壓均接近0，可判斷為低壓側(cè)三相短路故障。

圖1 低壓側(cè)故障100 ms故障錄波圖及向量圖

（2）故障持續(xù)3 000 ms后發(fā)生變化。由向量圖（圖2）可見，A相電流約為B、C兩相電流之和，B、C兩相電流相位近似相同、幅值相近，與A相相位相反。故障由低壓側(cè)三相短路轉(zhuǎn)化為CA相經(jīng)過渡電阻短路。

圖2 低壓側(cè)故障3 000 ms后故障錄波圖

1.2 動(dòng)作電流分析

由主變錄波圖及動(dòng)作報(bào)告可知，高后備動(dòng)作電流如表1所示。

表1 主變高后備動(dòng)作電流值

主變高壓側(cè)變比為300／1，低壓側(cè)變比為3 000／1，低壓側(cè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，高壓側(cè)A相動(dòng)作電流1.05 A（一次值315 A），剛好達(dá)到過流一段保護(hù)動(dòng)作臨界值，同時(shí)主變低壓側(cè)負(fù)序電壓開放兩側(cè)過流保護(hù)，因此高后備保護(hù)動(dòng)作跳閘。經(jīng)相量分析計(jì)算，低壓側(cè)CA相間故障電流約為1 A（一次值2 990 A），沒有達(dá)到低后備過流二段動(dòng)作值1.08 A（一次值3 240 A），故低后備保護(hù)未動(dòng)作。

1.3 10 k V線路分析

10 k V線路保護(hù)為許繼 WBH－813 A，相關(guān)定值設(shè)置如下：過流一段1 880 A（一次值）／0 s；過流二段816 A（一次值）／0.3 s；低壓閉鎖值75 V，兩段過流均投入低壓閉鎖。

故障時(shí)，主變低后備電流達(dá)到近3 000 A，忽略負(fù)荷電流，其中大部分為10 k V線路短路提供的故障電流，已達(dá)線路過流一段動(dòng)作值，但由于線路是經(jīng)高阻接地，由表1可以看出，系統(tǒng)電壓并沒有明顯下降，仍大于低壓閉鎖值75 V。因此，10 k V線路保護(hù)沒有動(dòng)作。

2 10 k V復(fù)壓閉鎖功能投退要求

本次故障雖然是一次低概率事件，電壓閉鎖功能對(duì)提高保護(hù)可靠性的作用是肯定的，但同時(shí)增加了保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，是一把雙刃劍，考慮保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，一般要求退出。某些特殊情況需投入電壓閉鎖功能時(shí)，應(yīng)綜合考慮保護(hù)裝置功能、線路長度、負(fù)荷性質(zhì)等因素。

（1）保護(hù)裝置功能。目前主流的幾大保護(hù)廠家均配置了10 k V電壓閉鎖功能，但其采用的原理不盡相同。部分廠家配置低電壓元件、負(fù)序電壓元件或門組合復(fù)合電壓閉鎖功能，部分廠家只有低壓閉鎖功能（本文涉及保護(hù)正是此類）。對(duì)于系統(tǒng)高阻短路電壓下降不明顯的情況，復(fù)合電壓閉鎖功能在相間短路時(shí)可通過負(fù)序電壓開放保護(hù)，比起單獨(dú)的低壓閉鎖功能提高了反應(yīng)相間故障的靈敏度，可選擇投入。不建議投入只有低壓閉鎖的電壓閉鎖功能。

（2）線路長度。10 k V線路較長（超過30 k m）時(shí)，過流二段為按要求保證線路末端有足夠靈敏度，定值設(shè)置較小，往往會(huì)發(fā)生躲不過最大負(fù)荷電流的情況。此時(shí)電流可按躲最大負(fù)荷電流整定，投入復(fù)壓閉鎖功能，低壓值取0.7～0.8Un，負(fù)序電壓取0.06Un。

（3）負(fù)荷性質(zhì)。配網(wǎng)中帶有大容量配變時(shí)，10 k V線路合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的涌流，可能導(dǎo)致過流保護(hù)跳閘。這種情況不一定需投入復(fù)壓閉鎖功能，由于配變涌流衰減一般較快，可以通過調(diào)整10 k V線路過流動(dòng)作時(shí)間躲過合閘涌流，過流一段按0.2～0.3 s整定，過流二段按0.5～0.6 s整定，退出后加速段。部分負(fù)荷不穩(wěn)定、波動(dòng)較大的用戶，如鋼鐵廠等，可保留復(fù)壓閉鎖功能的投入。

3 110 k V主變過流保護(hù)可靠系數(shù)的優(yōu)化選取

主變高低壓側(cè)過流保護(hù)一般按躲負(fù)荷電流整定，IL＝Kk×Kzqd×Nct×Ie／Kf＝K×Ie，其中可靠系數(shù) K＝Kk×Kzqd×Nct／Kf，Kk＝1.2～1.3，Kzqd＝1.0～1.2，Kf＝0.95～1，Nct為 CT變比。由上式可得出，K一般取值范圍為1.2～1.64。本文涉及的主變高低后備都取相同系數(shù)，存在特殊故障高低壓側(cè)過流不完全匹配的情況。

低壓側(cè)相間CA短路時(shí)，故障電流Ik＝Ic＝－Ia，Ia＝Ia1＋在高壓側(cè)，由于正序電流滯后低壓側(cè)30°，負(fù)序電流超前低壓側(cè)30°。經(jīng)轉(zhuǎn)換后，高壓側(cè)A相電流正序、負(fù)序電流同相位，相電流方向相同，與A相相反，大小為。

由上面分析可知，主變低壓側(cè)兩相短路故障時(shí)，高壓側(cè)一相電流為低壓側(cè)故障電流的2／槡3倍，為防止故障臨界狀態(tài)低壓側(cè)故障越級(jí)到高壓側(cè)，可調(diào)整高低側(cè)后備保護(hù)可靠系數(shù)。原則如下：在規(guī)程允許范圍內(nèi)，保證高后備保護(hù)對(duì)10 k V母線有靈敏度的情況下，適當(dāng)降主變低后備過負(fù)荷能力，可靠系數(shù)Kl取1.2，高后備過流保護(hù)可靠系數(shù)Kh取1.44。

這種優(yōu)化方案適用于輕載變電站，按單臺(tái)變帶全站負(fù)荷考慮仍有裕度的情況。若為重載變電站或經(jīng)過10 k V備自投動(dòng)作后主變滿載或過載的情況，不建議做調(diào)整。

4 結(jié)語

10 k V線路的電壓閉鎖功能，雖然能減少保護(hù)誤動(dòng)的幾率，同時(shí)也增加了極端情況下拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，投退時(shí)需慎重考慮。主變高低后備保護(hù)可靠系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，可有效防止低壓側(cè)臨界故障越級(jí)至高壓側(cè)的情況，防止停電范圍擴(kuò)大，具有一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。