配电所开关越级跳闸的原因及对策 摘要:针对我段某些配电所馈出线路短路故障时发生越级跳闸的现象,进行事例统计及原因 分析,并提出防止对策。 关键词:配电所;越级跳闸;原因;对策 1 前言 在我单位多年配电所运行实践中,我 们发现:当某些配电所馈出线路发生短路 故障时,有时本线路保护装置拒动,而上 一级的保护(如母联保护或进线保护)动 作,开关越级跳闸。经统计仅 3—8 月份就 发生 7 件,事例列举如表 1。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 表 1: 序号 跳闸日期 1 3月5日 2 3 月 14 日 3 6月8日 4 6 月 23 日 5 6 月 23 日 6 8 月 11 日 7 8 月 23 日 时间 13:15 18:13 16:00 14:50 16:49 21:25 19:10 开关越级跳闸事例表 配电所 进线开关动作情况 馈线开关动作情况 跳闸原因 岱岳配电 进线一 1571 过流 站馈 1573 未跳闸 站馈线路故障 大新配电 进线二 1532 失压 环东 1534 未跳闸 环东线路故障 朔州配电 进线一 1551 过流 站馈 1557 未跳闸 站馈线路故障 朔州配电 自闭调压器 1561 自闭一 1561 失压 自闭线路故障 开关过流跳闸 调压器越级跳闸 东站配电 进线二 1652 失压 贯通 1672 速断 贯通线路故障 东站配电 进线二 1652 失压 贯通 1672 速断 下雨贯通线路 瞬间故障 大新配电 进线一 1531 速断 环西 1533 未跳闸 环西线路故障 从表 1 列举的跳闸事例可以看出,所 列跳闸均为越级跳闸,不符合继电保护选 择性的要求。事故跳闸以后,我们组织继 保人员现场检验所有继电保护装置,装置 本身并没有发生任何问题。针对这个现象, 我们进行了调查研究与原因分析,发现有 两种规律:一是开关出口处或距配电所较 近的线路短路故障造成越级跳闸,二是各 级继电保护之间定值配合不当造成越级跳 闸。我们对造成越级跳闸的两种情况原因 进行了剖析,并提出了防止对策。 电流的幅值。同时,电流波形有严重失真 时,也会干扰和破坏保护装置的正常工作。 因此,电流互感器在线路短路过程中的响 应特性的优劣将直接影响保护装置的动作 情况。 2 配电所出口处线路故障时开关 越级跳闸 我段管内配电所接线方式均为单侧电 源供电,负荷为放射形(图 1),线路电流 保护以引入电流的辐值作为保护动作的判 断依据,其动作值直接反映了被保护线路 配电所电力线路保护装有电流速断 (或限时速断)保护和定时限过流保护, 它们的线圈电流均来自同一电流互感器的 二次回路(图 2)。下面分别分析一下过流 与速断两种保护拒动的原因。 短路电流加上暂态短路电流,总的励磁电 流将超过临界饱和值。此时的二次电流波 形严重失真。 我单位配电所线路继电保护使用的电 磁型电流继电器,是按 50Hz 电流设计的。 当继电器感受的电流波形发生畸变时,其 动作性能将发生变化,甚至出现触点抖动 引起拉弧现象,致使控制保护出口的时间 继电器不能可靠动作,因而过电流保护拒 绝动作。 综上所述,电流互感器出现波形严重 失真的二次电流,是配电所出口处或距配 电所较近处线路故障时电流速断保护和定 时限过流保护拒动的根本原因。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 2.1 电流速断保护拒动原因 配电所用 10KV 电流互感器一般有两 个线圈,两线圈变比相同,一个线圈用于 保护装置,另一个线圈用于计量装置。电 流互感器变比在设计时是按线路负荷电流 来选择的。在线路运行时,决定速断保护 动作的电流是线路短路电流。当配电所线 路出口处(图 2 中 D1 点)发生短路故障时, 短路电流往往很大(与配电母线短路电流 相近),在稳态短路电流情况下,如果一次 短路电流倍数超过电流互感器的 10%误差 曲线所确定的一次电流倍数,变化误差就 将大于 10%。而且,一次短路电流倍数越 大,误差就越大。对于灵敏度较低的电流 速断保护,就会拒绝动作。但是对于灵敏 度较高的定时限过流保护仍能可靠动作。 2.2 过电流保护拒动的原因 如果短路电流只有稳态值,定时限过 流保护是不应该拒动的。但实际上,在电 力系统发生短路故障时,从短路开始到稳 定状态的暂态过程中,短路电流中除了稳 态的周期分量外,还含有逐渐衰减的非周 期分量(又称直流分量)。由于非周期分量 对电流互感器的励磁,使其工作磁通骤增。 这样,电流互感器的一次侧电流就是稳态 3 各级继电保护之间定值配合不 当造成开关越级跳闸 各级继电保护之间定值配合不当主要 存在于大新配电与东站配电两个所(电力 系统示意图如图 3),两所情况不完全相 同,下面分别进行分析。 3.1 大新配电进线定值与平朔系统出线定值 配合不当问题 大新配电所进线定值由朔州供电局根 据其上下级保护配合与负荷情况进行核算 整定,1999 年大新站区增容改造后,供电 局对平朔变电所馈出线与大新配电所进线 开关保护定值进行了重新整定,各级保护 定值如表 2 所示: 表2 保护处所 平朔出线一 平朔出线二 大配进线一 大配进线二 大配母联 大新配电各级保护定值表 LH 变比 一次值 二次值 100/5 100/5 100/5 100/5 100/5 速断 360A 420A 240A 300A 过流 136A 220A 110A 180A 速断 23A 23A 15A 15A 过流 13A 13A 6.8A 6.8A 6.5A 时限 速断 0.5S 0.3S 0.3S 0.15S 过流 0.7S 0.5S 0.5S 0.3S 0.2S 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 观察表 2 中数据,平朔变电所出线一 速断时限 0.5 秒、过流时限 0.7 秒,大新 配电所进线一速断时限 0.3 秒、过流时限 0.5 秒;平朔出线二速断时限 0.3 秒、 过 流时限 0.5 秒,大新进线二速断时限 0.15 秒、过流时限 0.3 秒;大新母联过流时限 只有 0.2 秒。从以上数据可得出如下结论: (1)平朔供电系统出线与大新配电进 线保护时限级差只有 0.15~0.2 秒,而大 新配电母联与进线二之间过流保护时限级 差只有 0.1 秒。由于我们现在使用的 DS 型电磁式时间继电器误差较大,与 SN10 型开关配合达不到 0.1~0.2 秒级差要求 的精度。如此小的两级保护之间的时限级 差,再加上精度低、误差大的电磁式继电 器,就难以满足通过时限级差实现保护动 作选择性的要求。所以在短路电流较大的 情况下,频繁出现越级跳闸,即平朔变电 所出线开关电流保护先动作跳闸,大新配 电进线开关再失压跳闸,而不是按选择性 要求由大新配电进线开关电流保护动作跳 闸。 (2)从表 2 数据分析, 大新配电进 线一速断时限 0.3 秒、过流时限 0.5 秒; 进线二速断时限 0.15 秒、过流时限 0.3 秒;母联过流时限只有 0.2 秒。这样大新 配电馈线电流保护时限只能定为速断 0 秒、过流 0.1~0.15 秒,馈线与进线的保 护时限级差只有 0.15~0.2 秒。同时大新 配电所的馈出线线路都较短,环西线线路 长 4KM,环东线只有不足 2KM,这样在馈线 发生短路故障时,一是会出现前面所分析 的配电出口处线路短路开关拒动的情况, 二是由于电磁式时间继电器精度达不到保 护时限级差的要求而出现越级跳闸,甚至 越两级跳闸。 3.2 东站配电进线二定值与马城变电所电源 出线定值配合不当问题 我单位东站配电所电源二由马城变电 所馈出线引入,从前面表 1 中跳闸实例可 看出,东站配电所供的大同东站贯通线路 发生故障时,每次均发生越级跳闸,即马 城变电所电源出线开关先跳闸,然后东站 配电进线二 1652 开关与贯通 1672 开关再 失压跳闸。发生这个问题的主要原因是各 级保护之间定值配合不当造成。马城变电 所电源出线与东站配电所各级电流保护的 定值如表 3 所示: 表3 东站配电各级保护定值表 保护处所 LH 变比 一次值 二次值 马城变电出线 50/5 东站配电进线二 40/5 贯通馈出 15/5 速断 70A 170A 50A 过流 25A 42A 17A 速断 10A 30A 18A 过流 3.5A 7.5A 5.5A 时限 速断 0S 0.5S 0S 过流 0.5S 1S 0.5S 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 观察表 3 中数据,东站配电进线二 1652 开关电流保护动作值与时限(该所投 运时设计与施工整定值)均比马城变电所 电源出线开关动作值和时限高得多,这样 的保护定值与时限配合当然不能满足选择 性的要求。而东站配电贯通馈线 1672 开关 的电流保护动作值与马城电源出线开关电 流保护动作值相差不大,动作时限相同。 所以,在贯通线路发生短路故障时就很可 能是马城变电所电源出线开关先电流保护 动作跳闸,然后东站配电进线二与贯通开 关再失压跳闸;或是东站配电贯通开关与 马城变电所电源出线开关同时电流保护动 作跳闸,然后东站配电进线二开关再失压 跳闸,造成保护越两级动作的现象。 4 防止对策 针对以上故障现象及所分析的原因, 我们分别提出了对策,防止配电开关电流 保护拒动造成越级跳闸。 4.1 配电所出口处线路故障时开关越级跳闸 的对策 4.1.1 根据各配电所 10KV 母线的短 路容量,对保护用的电流互感器变比及 10%饱和倍数进行验算,尽量选用较大的变 比、较高的 10%饱和倍数值。对于负荷较 小的线路,使用大变比不利于计量和测量 时,增设小变比计量专用电流互感器。当 装设保护专用电流互感器时,应适当增大 变比,必要时可将该互感器的两个准确等 极相近的副线圈串联起来使用,以减小二 次的负担。 4.1.2 尽可能减小电流互感器二次 负载阻抗,选用功耗较低的静态电流继电 器。电流回路选用较大截面的电缆或连接 导线。对于继电保护装置安装在控制室内 的配电所,当控制室与高压开关柜(电流 互感器安装在高压开关柜内)较远时,会 使得二次阻抗变大,可将保护改装在高压 开关柜上。 4.1.3 采用快速动作的集成电路电 流继电器,并将电流速断保护出口的继电 器改为电流起动且有触点自保持功能的继 电器。 4.1.4 采用抗电流互感器饱和的集 成电路电流继电器。 4.2 各级继电保护之间定值配合不当造成越 级跳闸的对策 4.2.1 大新配电所进线开关保护定 值计算时,由于供电局已考虑到上下级之 间定值配合问题,已经不能改变系统电流 定值与时限的大小,只能从大新配电所本 所设备出发寻找对策。解决时限配合问题 的措施是改用 JS 型集成电路时间继电器。 该集成电路时间继电器具有延时范围长, 延时精度高的特点,其时限级差为 0.01S, 延时误差小于 0.015S,如此小的定值级差 与误差等级完全可以满足任意两级保护之 间时限级差,因而可以避免由于两级保护 之间的时限级差小而造成的越级跳闸。 4.2.2 对于东站配电与马城变电保 护配合的问题,根据东站配电实际负荷情 况,东站配电进线电流保护动作定值不能 往低调整,进线时限可调至速断 0.2 秒、 过流 0.5 秒,贯通馈线时限可调至速断 0 秒、过流 0.3 秒。同时与上级供电部门协 商,对马城变电所进行增容,将马城变电 所电源出线电流保护定值调至速断 36 安、 过流 10 安,时限调至速断 0.4 秒、过流 0.7 秒。各级保护之间 0.2 秒的时限级差 用 JS 型集成电路时间继电器实现。 4.2.3 将各配电所现有的 DL 型电磁 式电流继电器更换为 JL 型集成电路电流 继电器。该继电器整定值范围为 1~50A, 级差为 0.1A,在调整开关保护定值时可不 更换电流互感器即就能达到定值要求。JL 型集成电路电流继电器误差范围小,返回 系数达 0.9~0.97,具有动作速度快、精 度高、整定范围宽、返回系数高、定值计 算方便的特点,能够克服电磁式电流继电 器的缺点,实现保护动作可靠性的要求。 参考文献: [1]刘新东.配电线路出口短路时保护拒动 的原因及对策.电世界,1999.10 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM