論述變電站各級開關保護定值的合理設置

夏劍峰　錢亮亮

（國網上海浦東供電公司，上?！?01300）

論述變電站各級開關保護定值的合理設置

夏劍峰錢亮亮

（國網上海浦東供電公司，上海201300）

在變電站的實際運營中，線路柱開關的保護定值沒有經過嚴格計算就設置，10千伏的饋線開關同樣沒有透徹分析，而直接遵循階梯式的保護原則，加之10千伏線路裝接配變容量的持續上升，線路合閘后產生較大的勵磁涌流，極易致使各級開關頻頻出現毫無征兆的跳閘情況。本文結合某次實際故障，對各級開關保護定值的設置進行詳細的分析。

饋線開關線路開關保護配合

變電站中各級開關保護定值的不合理設置，出現意外跳閘的情況屢見不鮮。本文以某變電站出現的實際故障為例，通過對故障過程的初步分析，分析與探究如何通過對各級開關保護定值的合理設置，來降低發生跳閘的可能性。

1　故障概述

某變電站的10千伏乙線超過過流Ⅰ段的保護值，必須重新合閘，線路電流值是0，由此次線路故障引起了3個開關出現跳閘情況，乙線的533開關、主干線開關（下文簡稱開關A）和支線開關（下文簡稱開關B），具體如圖1所示。

開關B的跳閘是在10千伏乙線的末端，說明故障是發生在開關B的后段，但卻連同其上的兩級開關同樣出現跳閘情況，以此透露出該線路上的各級開關保護定值并沒有合理進行設置。

2　故障初步分析

根據故障發生前原有線路開關的保護定值與時間設限，對故障的發生進行分析：

2.1線路保護定值

變電站中的柱上開關時間設限為0.04至1秒之間，經過Ⅰ段保護的動作設限是0秒，因此，可以簡單推理出線路柱上開關的零時限速斷保護和10千伏饋線經過Ⅰ段和Ⅱ段之間的時間關系：過流Ⅱ段的時限大于線路開關的時限，線路開關的時限大于過流Ⅰ段的時限，其中，過流Ⅱ段的時限約為0.6秒，線路開關的時限約為0.06秒，過流Ⅰ段的時限約為0秒，出現故障時，開關A、開關B和開關533同一時間有故障短路電流出現，且都符合保護動作的開啟電流值。根據這三個開關各自的選擇性與階梯性，開關B是在線路的最末端，保護定值是400安培，需要第一個進行動作切除故障，開關533和開關A則不需要進行任何措施，可是開關B的固有動作時間是0.06秒，開關533的動作時間是0秒，開關B和開關533的整體時間設限為0秒，所以兩者都會因故障電流而開啟保護動作，開關533立刻出現跳閘、開關B則緊隨其后，在0.06秒之后出現跳閘。

開關533跳閘后1秒，饋線重合閘啟動，開關533自動合閘，電源只能送至開關533和開關B之前的線路段。合閘之后由變壓器產生的勵磁涌流增加到原有變壓器額定容量的6到8倍，勵磁涌流在線路上不斷的增加，致使勵磁涌流值超出原有設定，極有可能觸發誤動作。

2.2勵磁涌流值的計算

根據10千伏的線路設計，線路Ⅰ段上共裝接14臺配變，總容量可達7070千伏安，依據2/3的配變總容量，勵磁涌流取額定電流的6倍值，那么重合閘時，勵磁電流值約為1635安培。利用變壓器衰減勵磁涌流額計算方式和勵磁涌流、間斷角與時間的計算公式，來推算勵磁涌流隨時間的變化過程。

第k個周期的勵磁涌流值kI的計算公式為：

勵磁涌流衰減速度十分緩慢，因此可以認為其第一個周期并未衰減，繼而利用變壓器衰減勵磁涌流的計算方式推算出各周期的間斷角，計算結果為第一個周期的間斷角為121度，第五個周期的間斷角為217度，第十個周期的間斷角為262度。進一步推算出開關533和開關B之前線路在各個周期的勵磁涌流值，計算結果為第五個周期與第十個周期的勵磁涌流值分別為750安和375安。通過計算結果可知，勵磁涌流值在第五個周波達到750安，超過開關A設定的600安，由此以來，開關A由于過大的勵磁電流而出現跳閘，但開關A在第十個周期的勵磁電流已經降到375安，未達到開關A的動作啟動電流值。

3　各級開關配合問題

由于線路柱開關的固有動作有自身特性，一旦線路末端發生短路故障時，饋線開關與線路開關極有可能同時跳閘，通過變壓器來觀察勵磁電流與時間之間的關聯，計算各周波勵磁涌流在線路合閘后的幅度值，繼而審視線路動作時限與開關定值的設置是否科學，因此，對各方面進行綜合考量后，才可適當調整變電站饋線開關與線路開關的保護定值，確保保護具備選擇性與階梯性，最大限度降低線路故障帶來的損失與傷害。

圖1　線路故障時各級開關定值設置

3.1線路開關分段

當下的配網普遍采用ZW8-12型真空斷路器來作為分支或分段的開關，而該真空斷路器保護用TA變比一般使用600/5、400/5和200/5這三種。根據不同線路的長度，線路進行分段過程中安裝1至3臺開關，主干線分成2至4段，通過發揮保護的選擇性，依據階梯原則來設置動作值。需注意，不可設置過多線路開關的保護梯級，動作值接近易使保護越級，產生誤操作，無法保證可以實現保護的選擇性要求。

3.2主干線路開關設置

針對主干線路上的開關定值原則，建議TA變比最好設置為400/5與600/5，動作時限在0.6至1秒之間，這樣可在合閘瞬間，躲過其勵磁涌流。

3.3線路末端開關設置

圖2考慮階梯式保護和勵磁涌流影響后的開關保護定

的二測電流會相應增大，所產生的電磁力變大，動作更為快速，所以，建議依據所裝接配變的容量與數量，線路最末端的分支線路的TA變比最好采用400/5和200/5，動作時限設定為0秒，便于線路末端出現短路故障時及時切斷。

3.4饋線開關與線路開關的配合

線路裝接配變容量處于較大的狀態下，合閘時的勵磁涌流值會相應增大，可能還會超過Ⅰ段的保護動作值，導致保護誤操作。五個周波過后，定量計算結果得出，勵磁涌流已經減小到最大勵磁涌流值的0.5倍左右，所以饋線過流Ⅰ段的保護時限多設置0.1至0.15秒，可有效避免勵磁涌流過大引起的誤操作。如圖2所示。

4　結語

綜上所述，設置變電站的線路開關與饋線開關的保護定值除了遵循階梯式原則意外，最大限度減小線路故障的發生，還應該對線路的分段數量、線路的裝接配變容量進行綜合考量，繼而對保護定值進行科學的設定，使各級開關保護充分發揮其可靠性、選擇性和靈敏性，降低發生跳閘情況的頻率，減少線路故障對整體供電系統的傷害。

［1］110kV線路旁帶操作時旁母斷路器跳閘原因分析［J］.電力安全技術，2010，12（9）：32-33.

［2］陳衛東.10KV線路跳閘的原因及降低跳閘率的對策［J］.電子世界，2013，（20）：71-71.