瞬时电流速断保护在线路保护中的问题

曲丽敏

摘要：在进行远距离送电时，瞬时电流速断保护经常面临配电变压器励磁涌流、TA饱和等不正确动作状态，为了确保线路正常运行，本文通过阐述励磁涌流、TA饱和对瞬时电流速断保护的影响，同时分析线路中励磁涌流问题、TA饱和问题，并提出相应的政策建议，进而为瞬时电流速断保护提供参考依据。

关键词：励磁涌流 TA饱和 瞬时电流速断保护

1 概述

1.1 励磁涌流对瞬时电流速断保护的影响

对于6-10KV配电线路，一般采用两段式电流保护。两段式保护的第一段瞬时电流速断保护为主保护段，第二段过流保护为后备保护段。当线路末段有多条出线或多台变压器时，瞬时电流速断保护按躲本线路末端母线故障的最大故障电流整定，即按照最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定的，由于考虑到保护区不小于线路全长的20%[1]。在这种情况下，需要取较小的动作电流值，尤其是系统阻抗较大（线路较长，配电变压器较多）时，其取值通常情况下会更小。因此，在产生配电变压器空投及外部故障时，对于恢复电压时的变压器励磁涌流产生的影响，在整定过程中没有进行全面的考虑，与瞬时电流速断保护定值相比，励磁涌流的起始值比较大，进一步造成10kV变电站的出线送不出，或者跳闸现象频繁出现在运行过程中。

1.2 TA饱和对瞬时电流速断保护的影响

近年来，随着经济的不断发展，为了满足市场用电需求，对城网、农网进行了相应的改造，进一步扩大了10kV系统的规模，在这种情况下，会进一步增加系统出口的短路电流。通过对现场的故障电流进行测试，其故障电流通常情况下可以达到TA一次额定电流的数百倍，原有的一些变比较小的TA在发生故障时经常出现严重饱和，进而在一定程度上导致故障电流不能正确反应。发生线路故障后，自身保护不动作的现象在一些出线中经常出现，进而出现母联断路器等越级跳闸的保护方式切除故障。

2 线路中励磁涌流问题

2.1 影响继电保护装置

励磁涌流[2]是变压器特有的电磁现象，并且励磁涌流是关于时间的多变量函数，通常情况下励磁涌流仅存于变压器的某一侧。变压器铁芯中的磁通在切除外部故障恢复电压时往往不能突变，进而造成非周期性分量磁通的出现，在一定程度上使得变压器铁心出现饱和，同时产生的励磁电流也在急剧增大。

通常情况下将大量的配电变压器安装在10kV放入线路上，当投入线路时，在线路上挂接配电变压器，在合闸瞬间，各变压器产生的励磁涌流会在线路上出现不同程度的叠加，并且在一定程度上产生复杂的电磁。在系统阻抗比较小的情况下，会出现较大的涌流，在这种情况下时间常数也较大。由于需要兼顾灵敏度，进一步导致二段式电流保护中的瞬时电流速断保护动作电流值较小。在这种情况下，与装置整定值相比，励磁涌流值可能比较大，进而出现误动保护。通过研究分析10kV线路的运行情况，其相关数据如表1所示：

表1 10kV线路的有关数据

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通过对表1的情况进行分析，当励磁涌流是配电变压器额定电流6倍的情况下，与瞬时电流速断保护定值相比，励磁涌流的值明显比较大，进而在一定程度上增加了现场瞬时电流速断保护动作的几率。对于这种情况，在线路变压器个数较少、容量较小，以及系统阻抗较大时不突出，进而出现被忽视的现象；反之，当增加线路配电变压器的个数，以及增加容量后，上述情况出现的几率会比较大。由于励磁涌流的影响而无法正常投入的情况，在实际工作中曾出现在变电所增容后10kV线路中。躲不过线路电容电流或电机的启动电流，这是现场技术人员总结出的线路不能投入或运行中瞬时电流速断保护经常动作的根本原因所在，但是，通过研究分析相关资料[3]，根据研究结果显示，电容电流值在系统固定的情况下基本保持不变；对于电机启动电流来说，通常情况下需要延时几秒，但是峰值较大的电机启动电流通过短暂的延时不能回避，并且过

电流保护定值在一定程度上已经通过自启动系数进行裕度[4]。

2.2 防止涌流引起误动的方法

含有大量的二次谐波，对于励磁涌流来说，通常情况下这也是一个明显的特征。通过分析研究可知，谐波中的二次谐波分量很大，例如以基波为百分之百计算，二次谐波通常情况下会占到50%-60%。为了防止励磁涌流引起保护误动作，将这一特性应用到变压器主保护中，设置相应的二次谐波特性。但是，在10kV线路保护中，如果应用二次谐波特性，需要改造保护装置。但是，对保护装置进行改造后，使得装置软件的复杂性会在一定程度上大大增加，其实用性进一步降低。随着时间的变化，涌流大小发生相应的衰减，这是励磁涌流的另一特征，一开始涌流峰值会很大。但是，小型变压器经过7-10个工频周波处理后，可以忽略衰减后的涌流。

3 TA饱和问题

3.1 影响电流速断保护

对于10kV线路来说，在其出口处，与其他线路相比，通常情况下短路电流相对比较小，在农网变电所中这种现象普遍存在着，系统阻抗因电源之间的距离比较远进而变得相对比较大。对于出口处的短路电流来说，在同一线路中，由于系统规模、运行方式具有一定的差异性，在这种情况下，其电流大小也会有所不同。在10kV的线路系统中，随着线路系统的规模不断增大，其出口短路电流也会在一定程度上有所增大，与TA一次额定电流相比，通常情况下出口处的短路电流值可以超出数百倍，系统中原有正常运行的TA在这种情况下可能出现饱和。

3.2 避免TA饱和的方法

从本质上来说，TA饱和就是TA铁心中磁通出现饱和，由于磁通密度与感应电动势符合正比关系，在这种情况下，当电流相同时，二次回路感应电动势随着TA二次负载阻抗的增大而增大，或者在负载阻抗相同时，感应电动势随着二次电流的增大而增大，铁心中磁通的密度在这两种情况下都会进一步增大。TA在铁心中磁通密度达到一定值时就会达到饱和。在TA严重饱和的情况下，一次电流会全部转变为励磁电流，二次侧感应电流此时为零，也就是说在这种情况下流过电流继电器的电流为零，这时保护装置就会拒动。

在线路中，为了防止TA发生饱和，通常情况下可以从以下两个角度采取措施：

①在选择TA的过程中，注意变比不能过小，同时需要全面考虑线路短路时TA的饱和问题，对于10kV线路来说，其保护TA变比最好超过300/5。

②采取措施减少TA二次负载阻抗，在一定程度上避免保护和计量共用TA，同时缩短TA二次电缆的长度，并且适当增加二次电缆的截面；对于综合自动化变电所来说，为了确保线路运行的安全性和稳定性，在线路保护方面，通常情况下需要选择保护、测控一体的产品，进一步对10kV线路进行保护，并将其安装在控制屏上。这时，二次回路阻抗在一定程度上可以大大减小，进而可以有效地避免TA饱和。

4 结束语

通过上述分析，在远距离线路保护应用中，励磁涌流以及保护TA在线路出口短路时容易饱和的问题在瞬时电流速断保护中普遍存在着，对于该问题，通常情况下，通过设定延时0.1-0.15s的方式进行处理；对于TA饱和问题，通过选缩短二次电缆长度，增加二次电缆截面的方式进行处理。实践表明：运行情况良好，基本满足了系统的安全性、可靠性。

参考文献：

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]刘从爱，徐中立.电力工程[M].北京：机械工业出版社，1992.

[3]何利民，尹全英，桂南生.电工手册[M].北京：中国建筑工业出版，1993.

[4]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994.