降低近區(qū)故障對(duì)主變沖擊的研究與應(yīng)用

許文濤 劉文偉 杜向前 高孫來(lái)

摘要

線路保護(hù)測(cè)控裝置在實(shí)際工程應(yīng)用以來(lái)，雖然提高了供電可靠性，但與此同時(shí)也增加了一次設(shè)備受到?jīng)_擊的次數(shù)。對(duì)此，本文首先研究了主變近區(qū)故障的特點(diǎn)及其影響，然后對(duì)保護(hù)裝置的重合閘功能進(jìn)行了改進(jìn)，使其具備識(shí)別近區(qū)故障的能力，從而在必要時(shí)刻退運(yùn)，有效避免大故障電流對(duì)設(shè)備的二次沖擊。

【關(guān)鍵詞】線保裝置 重合閘功能 主變近區(qū)故障 二次沖擊

在電力工程實(shí)際運(yùn)行中，可知大部分輸電線路故障都為瞬時(shí)性的，在引發(fā)繼電保護(hù)動(dòng)作后，線路會(huì)迅速斷開，隨著電弧熄滅，外界物體隨之消失;永久性故障發(fā)生較少，但保護(hù)動(dòng)作后故障仍然存在。由于具有以上性質(zhì)，故廣泛采用自動(dòng)重合閘裝置，可使發(fā)生瞬時(shí)性故障的架空線路迅速投入運(yùn)行。但是，傳統(tǒng)自動(dòng)重合閘裝置對(duì)故障類型不具備判別能力，一旦自動(dòng)重合于永久性故障，尤其是主變近區(qū)故障，則會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成二次傷害，加重電力設(shè)備的損傷程度。

主變近區(qū)故障特點(diǎn)明顯，其會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，而隨著電氣主設(shè)備運(yùn)行年限的增加，承載能力逐漸變差，抗短路電流能力愈來(lái)愈弱，己然很難承受這種大短路電流的沖擊。因此，在發(fā)生主變近區(qū)故障后，應(yīng)當(dāng)避免重合閘裝置啟動(dòng)及動(dòng)作。

近年來(lái)，麗水地區(qū)雅溪變、舒洪變、張村變10kV線路所應(yīng)用的保護(hù)裝置的重合閘功能在提高供電可靠性的同時(shí)，也增加了對(duì)電網(wǎng)一次設(shè)備的沖擊，特別是近區(qū)故障危害嚴(yán)重。本文通過(guò)分析主變近區(qū)故障特性，對(duì)保護(hù)裝置重合閘功能進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠自動(dòng)識(shí)別出近區(qū)故障并及時(shí)退出，減少對(duì)電氣設(shè)備的沖擊。

1 主變近區(qū)故障特性分析

1.1 基本介紹

近區(qū)故障又稱作近區(qū)短路，本文主要研究的為主變近區(qū)故障，主要指的是變壓器的出線短路、內(nèi)部繞組間對(duì)地短路以及各相之間發(fā)生短接而直接導(dǎo)致的故障。其主要特點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)特大的短路電流，電流數(shù)值將會(huì)達(dá)到額定電流的10～25倍以上。

1.2 故障影響

故障所帶來(lái)的危害主要包括動(dòng)穩(wěn)定破壞和熱穩(wěn)定破壞。

動(dòng)穩(wěn)定破壞可分為初期的沖擊破壞和持續(xù)的振動(dòng)破壞。前者破壞過(guò)程與暫態(tài)分量的衰減有直接聯(lián)系，損害力度隨之衰減而逐漸消失;后者會(huì)一直伴隨著短路故障，且隨著時(shí)間延長(zhǎng)破壞性越大。由于近區(qū)故障短路電流很大，所以線圈所承受的電動(dòng)力是正常時(shí)的數(shù)十倍甚至更大，在其作用下主變繞組的幾何尺寸或形狀都會(huì)發(fā)生較大變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)立即發(fā)生事故。通過(guò)公式推倒，可得各導(dǎo)線軸向和輻向短路電動(dòng)力：

式中：B⁰為短路穩(wěn)態(tài)電流I_1d為對(duì)應(yīng)磁密;R為各導(dǎo)線的圓環(huán)半徑。

熱穩(wěn)定破壞會(huì)對(duì)變壓器的絕緣材料造成嚴(yán)重?fù)p壞，甚至使其擊穿或損毀，其故障過(guò)程的形成包括主變外部短路一內(nèi)部機(jī)械發(fā)生形變一絕緣損壞甚至擊穿。通過(guò)物體發(fā)熱冷卻方程可求得短路時(shí)線圈的最高溫度：

式中：θ⁰為線圈起始溫度;J為短路電流密度;t為持續(xù)時(shí)間。

綜上可知，流經(jīng)變壓器的短路電流大小是影響變壓器故障損壞程度的關(guān)鍵因素之一。由于近區(qū)故障產(chǎn)生的短路電流數(shù)值很大，故會(huì)對(duì)主變?cè)O(shè)備造成巨大沖擊。

2 線路保護(hù)測(cè)控裝置重合閘功能介紹

裝置采用三相重合閘，具備三相一次重合閘和二次重合閘功能，同時(shí)具有“閉鎖重合閘”開入功能。

2.1 充電及放電條件

充電條件為：斷路器合位，KKJ=1且無(wú)閉鎖重合閘信號(hào)。經(jīng)15s后即可完成充電。

放電條件較多，只要滿足任意一條即會(huì)閉鎖重合閘，詳細(xì)如下：

（1）X2：1閉鎖重合閘開入;

（2）X2：2彈簧未儲(chǔ)能開入;

（3）控制回路斷線;

（4）重合閘軟壓板退出;

（5）重合閘硬壓板退出（運(yùn)行參數(shù)KG1.8 設(shè)有硬壓板時(shí)）;

（6）手跳;

（7）低頻、低壓或過(guò)負(fù)荷跳閘之類永跳;

（8）斷路器處在跳位30s;

（9）跳閘失敗;

（10）重合閘失敗;

（11）重合閘動(dòng)作完成。

2.2 啟動(dòng)方式

自動(dòng)重合閘有兩種啟動(dòng)方式：斷路器控制開關(guān)位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)及保護(hù)啟動(dòng)。位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)指的是斷路器跳閘位置繼電器（TWJ）與合后位置繼電器（KKJ）不對(duì)應(yīng)。當(dāng)故障發(fā)生或斷路器偷跳時(shí)，TWJ置1，即分位狀態(tài)，而KKJ仍維持初始狀態(tài)不變，這就造成了位置不對(duì)應(yīng)，滿足相關(guān)條件時(shí)重合閘啟動(dòng)。保護(hù)啟動(dòng)則是指當(dāng)故障開關(guān)保護(hù)發(fā)出跳閘指令并且在判定線路無(wú)流后啟動(dòng)重合閘。綜上可知，傳統(tǒng)重合閘是否啟動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)電氣量變化無(wú)直接關(guān)系，即對(duì)故障沒(méi)有判別能力。

3 改進(jìn)重合閘功能

針對(duì)傳統(tǒng)重合閘在發(fā)生主變近區(qū)故障時(shí)“盲目”合閘的問(wèn)題，本文在重合閘放電環(huán)節(jié)增加一項(xiàng)判定近區(qū)故障大電流的條件，一旦保護(hù)裝置檢測(cè)到故障電流過(guò)大，則重合閘立即放電閉鎖。

通過(guò)對(duì)主變近區(qū)故障的分析，設(shè)定電流限值為I_m。當(dāng)故障電流I_f≥I_m時(shí)，表明發(fā)生了主變近區(qū)故障，則符合放電條件，重合閘放電閉鎖，簡(jiǎn)要流程如圖1所示，圖中只注明了新增添的判定條件。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

目前，改進(jìn)后的重合閘技術(shù)在麗水供電公司兩座110kV變電站共27條10kV線路中投入使用。試運(yùn)行以來(lái)，雁門變10kV和問(wèn)魚變10kV線路共出現(xiàn)17次近距離的線路永久性故障，經(jīng)過(guò)改進(jìn)技術(shù)判別后全部閉鎖重合閘，使得主變沒(méi)有再次承受近區(qū)短路故障的損害。改進(jìn)前后近距離故障時(shí)重合閘的數(shù)據(jù)對(duì)比可見表1所示。

5 結(jié)論

本文根據(jù)麗水供電公司在實(shí)際運(yùn)行中碰到的近區(qū)故障重合閘閉合會(huì)對(duì)變壓器造成二次沖擊問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，以近區(qū)故障產(chǎn)生的較大短路電流為判斷依據(jù)，對(duì)重合閘技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單改進(jìn)：無(wú)論是瞬時(shí)還是永久故障，只要是近區(qū)故障則閉鎖重合閘，使得主變有效地避免了二次沖擊的傷害。

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