配電變壓器勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動分析

閔喜艷

（陜西省地方電力（集團）有限公司安康供電分公司，陜西 安康 725000）

1 兩起10 kV線路保護誤動事故分析

1.1 事故概況

2018年05月28日，10 kV 114上竹線檢修結束恢復供電時，114開關過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合不成功。

2018年11月，10 kV 118高速Ⅰ線出現(xiàn)多次不明原因的過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合不成功。

1.2 線路參數(shù)及保護配置

114上竹線和118高速Ⅰ線均為架空線，掛接配變數(shù)量多且總容量大。其中，114上竹線帶有農網負荷和高速路施工用電負荷，線徑小，線路長，且分支線多；118高速Ⅰ線為高速路專線，主線路短且負荷集中。

114上竹線和118高速Ⅰ線均配置兩段式電流保護，過流Ⅰ段定值按躲過本線路末端最大三相短路電流來整定，未考慮配電變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時產生的勵磁涌流[1]。10 kV線路有關數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，在2/3配變總容量下，勵磁涌流取6倍配變額定電流時，勵磁涌流值已明顯超過10 kV線路過流Ⅰ段的保護定值。114上竹線和118高速Ⅰ線過流Ⅰ段定值難以躲過線路配電變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時產生的勵磁涌流沖擊。

表1 10 kV線路參數(shù)

1.3 事故分析

1.3.1 事故報文信息

114上竹線保護動作報文：

18-05-28 16:23:52:190 Imax=17.39/696 A 過流Ⅰ段動作

118高速Ⅰ線保護動作報文：

18-11-03 10:35:11:519 Imax=27.23/2 178 A 過流Ⅰ段動作

1.3.2 事故原因分析

114上竹線和118高速Ⅰ線過流Ⅰ段保護動作跳閘后，配網運維人員對線路進行巡查，全線未見明顯異常，線路絕緣均在正常范圍內。對114上竹線和118高速Ⅰ線的保護裝置、開關及其機構進行全面檢查校驗后，均未發(fā)現(xiàn)問題。為保證供電可靠性，拉開114上竹線和118高速Ⅰ線的分段開關、大容量分支線開關后，采用分區(qū)、分批送電的方式，最終114上竹線和118高速Ⅰ線全線均送電成功且運行正常。

近年來，隨著該地區(qū)高速公路建設施工的增多，10 kV114上竹線和118高速Ⅰ線上掛接的配電變壓器的數(shù)量和總容量也隨之劇增，負荷也相對愈發(fā)密集。當配電變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時，各配變勵磁涌流的疊加效應逐步增強，再加上電動機的自啟動電流和負荷集中啟動所引起的過電流等，致使10 kV線路的過流Ⅰ段定值未能躲過以變壓器合閘勵磁涌流為主的冷啟動電流的沖擊，最終造成上述10 kV線路在檢修后送不出或者運行中不明原因跳閘等保護誤動事故的發(fā)生。

10 kV114上竹線和118高速Ⅰ線過流Ⅰ段保護動作跳閘后，重合閘動作不成功，原因也在于過流Ⅰ段保護定值躲不過勵磁涌流的沖擊。由于對勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動事故缺乏清晰的判斷和果斷的處理，導致耗費了大量人力、物力及財力，延誤了恢復供電時間。

2 勵磁涌流的產生原理及特點

變壓器正常運行時的勵磁阻抗很大，勵磁電流通常在額定電流的2%～5%。當變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時，在電壓上升的暫態(tài)過程中，暫態(tài)直流分量會導致變壓器鐵芯發(fā)生嚴重飽和，勵磁阻抗急劇下降從而產生很大的暫態(tài)勵磁電流，即為勵磁涌流[2]。勵磁涌流具有以下重要特點。

（1）勵磁涌流的幅值大小與變壓器合閘時的電壓瞬時值有關。當電壓瞬時值為零時，合閘勵磁涌流達到峰值。當合閘瞬間電壓為峰值時，在鐵芯中產生的強制磁通分量為零。磁通一開始就進入穩(wěn)態(tài)，沒有非周期分量產生，因此不會出現(xiàn)勵磁涌流。

（2）變壓器勵磁涌流峰值與額定電流的比值隨額定容量的減少而增大。當對配電網保護進行整定時，整條線路的勵磁涌流峰值可按照接入線路的配變總額定電流的6倍左右來確定。

（3）配電變壓器勵磁涌流的衰減時間常數(shù)一般在0.1～0.2 s內。在配電變壓器合閘0.1 s以內，勵磁涌流就能衰減到配電變壓器額定電流數(shù)值的10倍左右；在配電變壓器合閘0.2 s以內，就可衰減到額定電流值以下。

（4）負荷對勵磁涌流衰減速度有影響。二次負荷越大，回路電阻就越大，衰減速度也就越大。

（5）勵磁涌流中含有數(shù)值很大的高次諧波分量，主要是偶次諧波。

（6）勵磁涌流幅值受系統(tǒng)阻抗的限制，系統(tǒng)阻抗越大，勵磁涌流幅值就越小[3]。

3 解決措施

結合勵磁涌流的產生原理及主要特點，可采取以下措施來防止勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動作。

3.1 分區(qū)、分批啟動負荷

拉開10 kV線路分段開關及大容量分支線開關，先投入空線路，在合理分配投運負荷的基礎上，再分別送電各分段開關和分支開關。實際工程中，配電線路（或配電變壓器）長時間停電恢復送電時，采用分區(qū)、分批啟動負荷的措施，使線路上掛接的配電變壓器的數(shù)量和總容量相對有所減少，可避免整條線路同時送電產生大的沖擊電流，并確保負荷電流降至正常運行時的最大值。緊急情況下，分區(qū)、分批送電可快速恢復供電，但是人力投資相對過大。

相關部門應在10 kV配電網的規(guī)劃與建設管理過程中，持續(xù)優(yōu)化電網結構，并對10 kV配電線路進行合理分段，以確保負載均衡。

3.2 合理調整保護整定方案

對于10 kV大容量及長距離配電線路，若按常規(guī)電流保護進行整定，一旦勵磁涌流數(shù)值達到保護動作值，就可能導致10 kV配電線路保護誤動。為有效防止配電變壓器勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動作，可對保護整定方案做如下調整。

（1）在保證被保護線路出口三相短路的靈敏系數(shù)不小于1.0的前提下，過流Ⅰ段電流定值可按照躲過配電線路變壓器空載投入時的勵磁涌流值來整定。

在提高過流Ⅰ段電流定值的同時，線路的保護范圍會相應大幅縮短。同時，勵磁涌流幅值大小與合閘時電壓瞬時值有關，配變勵磁涌流疊加程度每次都不相同，難以準確核算配電線路空載合閘時的勵磁涌流值。若增大瞬時電流速斷保護的電流定值，可根據(jù)現(xiàn)場運行經驗或參考線路電流保護動作的電流值來對保護定值進行調整。

（2）適當增大電流速斷保護的動作時限。利用變壓器勵磁涌流的大小隨時間而衰減的特點，延長電流速斷保護的動作時間至0.1～0.2 s。雖然會增加故障時間，但能有效防止配電變壓器勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動。

（3）采用瞬時電流閉鎖電壓速斷保護，引入低電壓作為測量元件。線路發(fā)生短路故障時，母線電壓會顯著降低，而勵磁涌流產生時，母線電壓仍為系統(tǒng)正常電壓。以電壓元件作為邏輯判斷，可確保電流速斷保護僅在線路發(fā)生短路故障時才會動作跳閘，從而達到防止電流速斷保護誤動的目的。

為防止114上竹線和118高速Ⅰ線過流Ⅰ段保護誤動的再次發(fā)生，采用了瞬時電流閉鎖電壓速斷保護，引入了低電壓測量元件。分析近期運行情況發(fā)現(xiàn)，效果比較明顯，有效防止了勵磁涌流引起的線路保護誤動作。

4 結 論

隨著電網的不斷發(fā)展變化，10 kV配電線路掛接的配電變壓器的數(shù)量和總容量也不斷增加。10 kV配電線路保護定值整定過程中，應充分考慮配電變壓器勵磁涌流對10 kV配電線路電流保護的影響，防止發(fā)生配電變壓器勵磁涌流引起的10 kV線路保護誤動事故，以確保10 kV配電線路的安全可靠運行。