任銳煥，袁 輝，鄧 飛，石建超

(國網(wǎng)上海市電力公司嘉定供電公司，上海 201800)

配電網(wǎng)是連接變電與用戶的中間環(huán)節(jié)，開關(guān)站是配電網(wǎng)的重要供能設(shè)施[1]，負(fù)責(zé)將10 kV及以上電壓等級的電能通過配電站或者環(huán)網(wǎng)柜等供給用戶。開關(guān)站內(nèi)主要設(shè)備為封閉式開關(guān)柜，其內(nèi)設(shè)備主要有斷路器、隔離開關(guān)、繼電保護裝置、電流互感器、接地開關(guān)等。電流互感器的飽和特性曲線對保護裝置能否精準(zhǔn)動作起著至關(guān)重要的作用，而保護裝置的正常運行與正確動作與否則與用戶的安全可靠用電緊密相關(guān)。

1 線路整定參數(shù)

陳寶開關(guān)站上級電源是一座110 kV變電站，主要有110 kV和10 kV 2個電壓等級，該站饋線科3陳寶乙向下級陳寶開關(guān)站供電，經(jīng)10 kV架空線路接入陳寶開關(guān)站，科3陳寶乙線路保護配置參數(shù)見表1，陳寶開關(guān)站10 kV出線陳2頂甄食品線路保護配置參數(shù)見表2。

表1 科3陳寶乙線路整定值

表2 陳2頂甄食品線路整定值

2 電流互感器特性分析

線路保護電流互感器簡稱流變，是將一次大電流轉(zhuǎn)換為二次小電流供保護裝置采集、計算的重要手段，在投入運行前應(yīng)進行絕緣耐壓試驗和伏安特性試驗等。

電流互感器應(yīng)按線路二次負(fù)載大小及系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大短路電流進行10%誤差校驗，在短路電流最大時電流互感器的變比誤差應(yīng)在10%內(nèi)，且二次回路的最大允許阻抗ZYmax應(yīng)大于該回路的實際二次負(fù)載阻抗ZL[2]。電流互感器等值電路和參數(shù)如圖1所示，R2為繞組內(nèi)阻；Z2為繞組漏抗。電流互感器的內(nèi)部電動勢見式(1)，允許的總負(fù)載見式(2)，允許的二次負(fù)載見式(3)。

圖1 電流互感器等值電路和參數(shù)

E0=U0-I0Z2

(1)

Z2+ZY=E0/9I0

(2)

Z2=(E0/9I0)-ZY

(3)

3 保護動作分析與研究

3.1 故障經(jīng)過

2021年3月15日，華東地區(qū)某110 kV變電站出線科3陳寶乙前加速動作跳閘，重合閘重合成功，而后過流反時限動作跳閘，幾乎同時下級站陳寶開關(guān)站出線陳2頂甄食品反時限動作跳閘，2.5 s后分段開關(guān)合閘，自切成功。

3.2 保護動作分析

故障發(fā)生后，工區(qū)繼電保護工作人員通過調(diào)閱陳寶開關(guān)站陳2頂甄食品線路開關(guān)柜現(xiàn)場安裝的ABB廠家生產(chǎn)的SPAA341C2保護裝置動作記錄發(fā)現(xiàn)，陳2頂甄食品線路故障電流約為4200 A，而科3陳寶乙前加速動作電流約為3000 A，重合閘成功后過流保護再次動作，此時故障電流在5000 A左右。

現(xiàn)場工作人員使用儀器對該SPAA341C2保護裝置進行校驗，結(jié)果表明，保護裝置動作性能良好，排除裝置故障導(dǎo)致保護誤動的可能。工作人員根據(jù)式(4)過流反時限動作特性(常規(guī)反時限)[3]計算出短路電流在5000 A時，陳2頂甄食品過流反時限動作時間為0.2478 s，科3陳寶乙的反時限動作時間為0.6671 s。而陳寶開關(guān)站陳2頂甄食品現(xiàn)場故障電流為4200 A，經(jīng)計算過流動作時間應(yīng)為0.2649 s。上下級保護裝置滿足0.3 s的要求，故整定計算無誤。

陳寶開關(guān)站發(fā)生線路短路故障后，由于短路電流過大，上級站科3陳寶乙后備保護優(yōu)先動作，前加速跳閘，重合閘重合于永久性故障，過流反時限再次動作跳開開關(guān)，同時陳2頂甄食品過流反時限動作跳開故障線路開關(guān)，故障點被隔離。陳寶開關(guān)站一路進線失電，2.5 s后分段開關(guān)合閘，自切成功。但是，陳2頂甄食品不應(yīng)在上級站過流反時限動作同時發(fā)生跳閘，不滿足速斷性的要求，初步判斷是短路電流過大，陳2頂甄食品倉位電流互感器鐵芯飽和，不滿足流變10%的誤差要求，導(dǎo)致保護裝置采樣電流值畸變偏小造成開關(guān)延時跳閘。

3.3 試驗數(shù)據(jù)研究

陳寶開關(guān)站陳2頂甄食品線路開關(guān)柜安裝的電流互感器型號為LZZBJ9-12b2，變比為200/5，容量為15 VA，繼電保護工作人員使用AD213Z全自動伏安試驗儀對備用倉位的同型號同變比同容量的電流互感器進行試驗，試驗數(shù)據(jù)見表3，使用保珈瑪SVERKER750單相繼電保護測試儀對保護A、B、C三相回路分別通入5 A的試驗電流，用萬用表測量儀器端口輸出電壓，相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表3 陳5備用流變伏安特性試驗數(shù)據(jù)

表4 電流互感器二次負(fù)載阻抗

由表4中的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算處理后可得電流互感器的二次負(fù)載為0.073 Ω。用萬用表測量流變二次側(cè)A、B、C三相內(nèi)阻皆為0.2 Ω(不含萬用表內(nèi)阻)，根據(jù)式(5)可得，電流互感器繞組漏抗Z2為0.6 Ω(根據(jù)流變型號，本次計算系數(shù)取3)。

Z2=(1～3)R2

(5)

將表3、表4中的數(shù)據(jù)進行分析處理后，得到電流互感器在不同短路電流倍數(shù)下的二次允許負(fù)載，詳見表5。再根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)擬合得到10%誤差時，ZYmax與不同短路電流倍數(shù)m的函數(shù)曲線，即ZYmax=f(m)，見圖2。不同短路電流倍數(shù)時，根據(jù)圖2可以查出不同的最大允許負(fù)載阻抗。

表5 電流互感器10%誤差曲線的測量與計算

圖2 電流互感器10%誤差曲線

當(dāng)短路負(fù)荷電流為5000 A時，其二次負(fù)載為0.073 Ω，大于電流互感器的最大允許負(fù)載阻抗為0.029 Ω，故電流互感器呈現(xiàn)為飽和狀態(tài)，導(dǎo)致保護裝置延時動作。

4 結(jié)論

陳寶開關(guān)站發(fā)生永久性故障，上級站前加速保護動作跳閘后，重合閘裝置動作，使線路重合于故障，短路電流變大，導(dǎo)致陳寶開關(guān)站陳2頂甄食品倉位流變飽和，保護裝置無法快速準(zhǔn)確切除故障回路，而與上級站過流反時限同時動作。陳寶開關(guān)站失去一路進線后，另一路進線通過分段開關(guān)給整站供電。

電流互感器鐵芯飽和，將會引起互感器二次側(cè)電流發(fā)生畸變[4]，從而使二次側(cè)電流無法準(zhǔn)確反映一次側(cè)電流的信息，導(dǎo)致繼電保護裝置無法快速準(zhǔn)確動作，切除故障回路，可能導(dǎo)致陳2頂甄食品線路開關(guān)無法跳閘，陳寶開關(guān)站自切合于故障母線造成半個站失電，擴大事故范圍。

電網(wǎng)運行應(yīng)堅決杜絕此類安全隱患，采取相應(yīng)措施防止電流互感器飽和[5]，主要方法有以下幾種：限制一次側(cè)短路電流的大小；增大電流互感器的變比；減小互感器二次側(cè)負(fù)載；采用鐵芯開氣隙的電流互感器。

各供電公司可根據(jù)實際需求，采取相應(yīng)措施，防止電流互感器飽和導(dǎo)致的故障范圍擴大。