陳泰霖

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001）

0 引言

過(guò)往越級(jí)跳閘課題的研究主要集中于同一電壓等級(jí)不同線路分段分?jǐn)帱c(diǎn)的越級(jí)跳閘問(wèn)題，如10kV 一級(jí)斷路器未動(dòng)作導(dǎo)致二級(jí)斷路器跳閘、0.4kV 配電系統(tǒng)分支線路開(kāi)關(guān)未動(dòng)作導(dǎo)致進(jìn)線總開(kāi)關(guān)跳閘等，但是隨著10kV 配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備的廣泛使用，為了確?？煽啃?，對(duì)10kV 配網(wǎng)繼電保護(hù)器的選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求越來(lái)越高，若不對(duì)相應(yīng)的0.4kV 低壓配網(wǎng)的繼電保護(hù)器進(jìn)行配合整定[1]，極容易造成跨電壓等級(jí)的越級(jí)跳閘事件，直接影響供電穩(wěn)定性。結(jié)合10kV 配網(wǎng)線路發(fā)生的跨電壓等級(jí)越級(jí)跳閘事件，分析事件發(fā)生的可能原因，并提出改進(jìn)措施和方案，從而提高配網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 事件經(jīng)過(guò)

2021 年3 月17 日，B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)P04 配電柜4#開(kāi)關(guān)所帶低壓出線電纜發(fā)生相間短路故障（如圖1），但是P04 配電柜4#開(kāi)關(guān)的塑殼斷路器未動(dòng)作，低壓配電柜進(jìn)線總開(kāi)關(guān)的智能斷路器也未動(dòng)作，B 小區(qū)10kV 中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜變壓器單元熔斷器未熔斷（如圖2），B 小區(qū)10kV 中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜的上一級(jí)A 大廈的10kV 中壓斷路器G04 開(kāi)關(guān)分界斷路器動(dòng)作，從而造成此次越級(jí)跳閘事件。

圖1 說(shuō)明：B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)共有1 臺(tái)變壓器（B 小區(qū)配電變壓器），四組GCK 型低壓柜，分別為P01 計(jì)量進(jìn)線柜、P02 無(wú)功補(bǔ)償柜、P03 饋線柜和P04 饋線柜，共有1 個(gè)進(jìn)線總開(kāi)關(guān)和8 個(gè)饋線分開(kāi)關(guān)（分別為P03 饋線柜的1#-4#開(kāi)關(guān)、P04 饋線柜的1#-4#開(kāi)關(guān)），共有7 組低壓出線，分別為P03 饋線柜的2#、3#、4#開(kāi)關(guān)后的低壓出線（1#開(kāi)關(guān)為備用開(kāi)關(guān)無(wú)出線）和P04 饋線柜的1#-4#開(kāi)關(guān)后的低壓出線。

圖1 0.4kV 配網(wǎng)線路圖

圖2 說(shuō)明：B 小區(qū)綜合房的上一級(jí)開(kāi)關(guān)為A 大廈公用綜合房1#公用柜的G04 開(kāi)關(guān)，A 大廈公用綜合房?jī)?nèi)有兩組10kV 斷路器柜，分別為1#公用柜和2#公用柜，其中1#公用柜有5 單元柜（G01 為電壓互感器單元，G02、G05 為線路負(fù)荷開(kāi)關(guān)單元，G03、G04 為斷路器單元），2#公用柜有5單元柜（G01 為電壓互感器單元，G02、G03 為線路負(fù)荷開(kāi)關(guān)單元，G04、G05 為斷路器單元），B 小區(qū)有一組2 單元斷路器柜，1 號(hào)開(kāi)關(guān)為線路負(fù)荷開(kāi)關(guān)單元，2 號(hào)開(kāi)關(guān)為斷路器單元。

圖2 10kV 配網(wǎng)線路圖

2 事故設(shè)備信息

發(fā)生低壓側(cè)故障導(dǎo)致中壓側(cè)斷路器動(dòng)作的越級(jí)跳閘事件后，采集相關(guān)節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 各節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)詳細(xì)參數(shù)

3 事故原因分析

3.1 B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)P04配電柜4#開(kāi)關(guān)未動(dòng)作原因分析

0.4kV 低壓出線電纜發(fā)生相間短路故障時(shí)，中壓側(cè)斷路器過(guò)流Ⅰ段跳閘時(shí)記錄的故障電流為1.44A。根據(jù)互感器變比和高低壓側(cè)變比換算至低壓側(cè)電流如下。1.44×（600/5）×（10/0.4）=4320A

B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)P04 配電柜4#開(kāi)關(guān)塑殼斷路器短路長(zhǎng)延時(shí)整定值630A，按照該類型斷路器反時(shí)限曲線特性（如表2），動(dòng)作時(shí)間為10.2s，不到動(dòng)作時(shí)間未動(dòng)作，具體計(jì)算過(guò)程如下。由I2t=（2Ir）2tsd得，4320×4320×t=（2×630）2×120，因此t=10.2s。

表2 塑殼斷路器過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)整定特性

式中：I為瞬時(shí)電流值，t為實(shí)際動(dòng)作時(shí)間，Ir為長(zhǎng)延時(shí)整定值，tsd為達(dá)到2 倍長(zhǎng)延時(shí)整定值時(shí)的動(dòng)作時(shí)間。

短路瞬時(shí)整定值為10 倍Ir，即6300A，不到動(dòng)作值未動(dòng)作；短路短延時(shí)整定值為5 倍Ir，即3150A，由于4320/3150=1.37，所以低于1.5Isd（如表3），按照該類型斷路器反時(shí)限曲線特性，考慮正向誤差最大值時(shí)，動(dòng)作時(shí)間為0.31s，動(dòng)作時(shí)間仍稍大于A 大廈的10kV 中壓斷路器G04 開(kāi)關(guān)分界斷路器動(dòng)作時(shí)間，因此未動(dòng)作，具體計(jì)算過(guò)程如下：

表3 塑殼斷路器短路短延時(shí)整定特性

由I2t=（1.5Isd）2tsd得，4320×4320×t=（5×630）2×（0.2+0.06），因此t=0.31s。

3.2 B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)低壓配電柜進(jìn)線總開(kāi)關(guān)未動(dòng)作原因分析

B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)低壓配電柜進(jìn)線總開(kāi)關(guān)的智能斷路器長(zhǎng)延時(shí)整定值2500A，故障電流4320/2000=2.16，即為2.16Ir，按照該類型斷路器反時(shí)限曲線特性（如表4），動(dòng)作時(shí)間為231.5s，不到動(dòng)作時(shí)間未動(dòng)作，具體計(jì)算過(guò)程如下。由I2t=（1.5Ir）2Tr得，4320×4320×t=（1.5×2000）2×480，因此t=231.5s。

表4 智能斷路器過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)整定特性

短路短延時(shí)整定值為6 倍Ir，即12000A，不到動(dòng)作值未動(dòng)作，表5 為智能斷路器短路短延時(shí)整定特性；短路瞬時(shí)整定值為為10 倍Ir，即20000A，不到動(dòng)作值未動(dòng)作。

表5 智能斷路器短路短延時(shí)整定特性

3.3 B 小區(qū)10kV 中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜變壓器單元熔斷器未動(dòng)作原因分析

B 小區(qū)10kV 中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜變壓器單元熔斷器熔斷電流為200A，故障電流高低壓側(cè)變比換算如下。

4560/（10/0.4）=182.4A

由于182.4A<200A，所以熔斷器未熔斷。B 小區(qū)變壓器容量為1250A，按照熔斷器約定動(dòng)作電流配置原則應(yīng)為1.6In，即熔斷器熔斷電流計(jì)算如下。

1.6×（1.44×1250）/（10/0.4）=115.2A

所以應(yīng)配置熔斷器的熔斷電流應(yīng)為125A，因此該負(fù)荷開(kāi)關(guān)變壓器單元熔斷器配置容量偏大。

3.4 A 大廈的10kV 中壓斷路器G04開(kāi)關(guān)分界斷路器動(dòng)作原因分析

A 大廈的10kV 中壓斷路器G04 開(kāi)關(guān)分界斷路器過(guò)流II段保護(hù)定值1.16A、0.3s，小于1.52A，跳閘時(shí)間0.557s，因此是正確動(dòng)作。A 大廈的10kV 中壓斷路器G04 開(kāi)關(guān)分界斷路器過(guò)流保護(hù)整定值計(jì)算如下。

IzdⅡ=Kk×Kzqd×In/Kf=1.3×1.5×（1.44×1250）/（10/0.4）=140.4A

式中：IzdⅡ?yàn)閿嗦菲鞫蝹?cè)過(guò)流整定值；Kk為可靠系數(shù)，一般取1.2～1.3；Kzqd為自啟動(dòng)系數(shù)，考慮綜合負(fù)載，取1.5～2.5；Kf為分支系數(shù)，不存在多電源同時(shí)供電于同一臺(tái)變壓器的情況時(shí)，可取1；In為斷路器額定電流值。

二次側(cè)整定值為1.16A，換算到一次側(cè)即為139.2A，所以斷路器的整定值是合理的。

4 防止跨越電壓等級(jí)的越級(jí)跳閘事故的措施

防止跨越電壓等級(jí)的越級(jí)跳閘事故的措施如下：1）設(shè)計(jì)臨近配電變壓器的10kV 供電線路時(shí)，應(yīng)充分考慮線路出口側(cè)短路熱穩(wěn)定性要求。若線路導(dǎo)線截面過(guò)小，不允許延時(shí)切除故障時(shí)，應(yīng)迅速切除故障。2）各分段斷路器配合的時(shí)間差應(yīng)綜合考慮開(kāi)關(guān)跳閘分?jǐn)鄷r(shí)間、整套系統(tǒng)各段保護(hù)動(dòng)作返回時(shí)間、時(shí)間繼電器存在的動(dòng)作誤差等因素。對(duì)不同分段斷路器采取不同級(jí)差值，如永磁機(jī)構(gòu)分段斷路器級(jí)差一般不小于0.1s，彈操機(jī)構(gòu)分段斷路器級(jí)差一般不小于0.15s。3）對(duì)負(fù)荷電流與線路末端短路電流數(shù)值接近的10kV 供電線路，過(guò)電流保護(hù)的電流定值按躲開(kāi)負(fù)荷電流整定，但在靈敏系數(shù)不足的地方應(yīng)加裝合適的熔斷器。4）0.4kV 進(jìn)線開(kāi)關(guān)斷路器、母聯(lián)斷路器應(yīng)配置至少帶有長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)保護(hù)功能的電子脫扣器；出線開(kāi)關(guān)宜配置至少帶有長(zhǎng)延時(shí)、瞬時(shí)保護(hù)功能的電子脫扣器。5）電子脫扣器長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)功能一般應(yīng)為將允通能量（Pt）定為常數(shù)的反時(shí)限曲線；短延時(shí)保護(hù)一般為定時(shí)限。6）一般情況下，電子脫扣器自身具備的失壓脫扣、零序等其他保護(hù)功能應(yīng)停用。7）斷路器不應(yīng)越級(jí)跳閘。如果故障發(fā)生在分路斷路器出線電纜方，饋線斷路器應(yīng)動(dòng)作，不影響進(jìn)線和母聯(lián)斷路器。8）0.4kV 進(jìn)線斷路器－母聯(lián)斷路器間具有選擇性。如果1 臺(tái)變壓器停止運(yùn)行，低壓側(cè)靠母聯(lián)斷路器進(jìn)行供電時(shí)，如果母聯(lián)斷路器以下有故障，應(yīng)該母聯(lián)斷路器動(dòng)作，而進(jìn)線斷路器不能誤動(dòng)作。9）電路故障時(shí)斷路器不應(yīng)拒動(dòng)。變壓器或出線電纜故障時(shí)，防止整定電流過(guò)大造成斷路器不動(dòng)作，導(dǎo)致設(shè)備燒毀。10）應(yīng)校核并保證0.4kV 進(jìn)線斷路器定值與10kV 配電變壓器高壓側(cè)繼電保護(hù)定值之間的配合關(guān)系[2]，必要時(shí)可適當(dāng)提高變壓器高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)的整定值，以確保低壓設(shè)備故障時(shí)，高壓側(cè)繼電保護(hù)設(shè)備不越級(jí)跳閘。當(dāng)變壓器高壓側(cè)為熔斷器時(shí)，高壓側(cè)熔斷器的電流-時(shí)間曲線必須位于低壓側(cè)斷路器電流-時(shí)間曲線的右上側(cè)且高壓側(cè)熔斷器電流定值系數(shù)不小于低壓側(cè)斷路器的1.35 倍，高壓側(cè)熔斷器時(shí)間定值系數(shù)不小于低壓側(cè)斷路器的2 倍（如圖3）。

圖3 說(shuō)明：橫軸表示斷路器或熔斷器的整定電流值，其中A段表示同一時(shí)間點(diǎn)低壓側(cè)斷路器的電流值，B段表示同一時(shí)間點(diǎn)變壓器高壓側(cè)熔斷器的電流值；縱軸表示斷路器或熔斷器的整定時(shí)間值，其中C段表示同一電流值低壓側(cè)斷路器的動(dòng)作時(shí)間，D段表示同一電流值變壓器高壓側(cè)熔斷器的動(dòng)作時(shí)間。

圖3 變壓器高壓側(cè)熔斷器與低壓側(cè)斷路器之間的保護(hù)選擇性

5 整定方案

5.1 B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)低壓配電柜進(jìn)線斷路器

長(zhǎng)延時(shí)：變壓器過(guò)載保護(hù)，Ir為高于變壓器低壓（0.4kV）側(cè)額定電流值的最小可整定值，tr整定為6×Ir時(shí)24s 跳閘。短路短延時(shí)：Isd=4×Ir，tsd= 0.4s。短路瞬時(shí)：提供變壓器低壓出口處金屬性短路保護(hù)。Ii=6×In，20ms～50ms。

5.2 B 小區(qū)0.4kV 配電系統(tǒng)P04配電柜4#開(kāi)關(guān)塑殼斷路器

長(zhǎng)延時(shí)：出線過(guò)載保護(hù)，Ir=In；按反時(shí)限曲線動(dòng)作。1.05Ir，2h 內(nèi)不動(dòng)作；1.3Ir，1h 內(nèi)動(dòng)作；2Ir：Tr=120s。

短路短延時(shí)：Isd=4×Ir，tsd整定為定時(shí)限0.1s。當(dāng)Isd≤I<1.5Isd時(shí)，則反時(shí)限整定時(shí)間tsd對(duì)應(yīng)1.5Isd；當(dāng)I≥1.5Isd時(shí)，則按定時(shí)限動(dòng)作。

短路瞬時(shí)：Ii=10×In，20ms～50ms。

5.3 B 小區(qū)10kV 中壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜變壓器單元熔斷器

配置熔斷器的熔斷電流應(yīng)為125A。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)該事件進(jìn)行詳細(xì)分析后，明確了造成10kV 及以下配網(wǎng)跨電壓等級(jí)越級(jí)跳閘的多種原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，針對(duì)事件中各節(jié)點(diǎn)的斷路器、熔斷器等開(kāi)關(guān)給出具體整定值設(shè)置的方法且該方法具有一定通用性，在一定程度上為10kV 及以下配網(wǎng)運(yùn)行人員調(diào)試線路各節(jié)點(diǎn)斷路器、熔斷器整定值提供了有力的經(jīng)驗(yàn)論證，從而為10kV 及以下配網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，有利于提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。