励磁涌流引起的10 kV线路保护装置误动分析

张 健，张 军，张家玮（.国网洪洞供电公司，山西 洪洞 04600；.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 03000）

励磁涌流引起的10 kV线路保护装置误动分析

张 健1，张 军1，张家玮2
（1.国网洪洞供电公司，山西 洪洞 041600；2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

通过对励磁涌流引起10 kV线路保护装置误动的案例进行分析，对励磁涌流的原理、特点以及危害加以阐述，分析了其对10 kV线路保护装置的影响及10 kV线路保护装置过流定值整定的配合，并提出了防止励磁涌流引起10 kV线路保护误动的方法以及管理控制措施。

10 kV线路保护；励磁涌流；误动作；控制措施

0 引言

国网洪洞供电公司管辖范围内有6座110 kV、11座35 kV变电站，10 kV线路共有145条。通过调度控制中心反馈，近期有几条10 kV线路在恢复送电时，经常发生断路器合闸操作时，出现该线路保护装置发出“过流Ⅰ段电流保护动作”告警信号，断路器恢复送电失败等问题。

1 误动事故案例

1.1 事故简要描述

变电站内10kV线路带有80台总容量为0.9MVA的配电网络变压器，在线路恢复送电时发生以下问题：10 kV断路器合闸操作时，国电南瑞CAS231V线路保护过流Ⅰ段保护动作，跳开该断路器。巡线检查没有找出故障点，拉开分支开关和配电网络变压器跌落开关后，采用逐级送电的办法使线路正常供电。

1.2 线路保护装置过流保护原理

过电流保护作为相间的短路，二（三）相接地故障保护，每段保护由控制字独立投退，每一节都可以选择控制字保护复合电压锁定元件（低电压闭锁元件，负序电压闭锁元件）和功率方向锁定元件，每段电流保护值和动作时间限制可以单独调整。图1是CAS231V线路保护装置过流保护Ⅰ段的逻辑框图。

图1 CAS231V线路保护装置过流Ⅰ段逻辑框图

过流保护Ⅰ段动作判据共有4个。

a)当最小母线线电压Uφφmin小于低压闭锁定值ULBS时，开放电流保护。

b)当母线负序电压U2大于负序电压闭锁定值U2BS时，开放过电流保护。

c)当电流由母线流向线路时，开放电流保护，正方向动作方程为其中Ij、Uj为流入继电器的电流、电压；α为电流、电压相夹角。

d)最大相电流 Iφmax大于 Izd过流Ⅰ段电流定值。

1.3 事故原因分析

定值单显示，跳闸10 kV线路保护的过流Ⅰ段保护控制字置1，过流Ⅰ段保护定值为15 A（二次）、0 s；低压闭锁、负压闭锁和方向闭锁控制字置0，未投入。根据保护逻辑原理，过流Ⅰ段保护跳闸仅判最大相电流。查看CAS231V线路保护装置事件顺序记录SOE（sequence of event），其带负荷试送时故障相电流B相最大为25 A（二次），大于整定值，满足跳闸判据，保护装置动作正确。拉开分支开关和配电网络变压器跌落开关后，采用逐级送电至恢复全线负荷阶段，经观测CAS231V线路保护装置实时采样电流信息，最大相电流只有2 A（二次），跳闸判据不满足，保护装置未动作。说明在分别采用以上两种方式送电时，保护装置均正确响应，不存在问题。

通过查阅资料、图纸，该变电站建成于20世纪80年代末，当时设计规模能够满足地区供电要求，但近几年洪洞发展迅速，城乡建设日新月异，变电站出线上不断新装大量用户变压器，使电网参数发生改变。该线路主干线由总长4.3 km的LGJ-120导线组成，接带变压器80台，其中包括公用变压器15台、专用变压器65台。专用变压器中有50台为电井专用变压器，大部分专用变压器处于空载状态。据此分析，线路启动时，由于空载变压器过多，在合闸时刻，挂在线路上的各变压器产生的励磁涌流相互叠加，产生了一个复杂的暂态过程，当系统阻抗很小时，就会有较大励磁涌流，使过流Ⅰ段保护判据满足，从而造成断路器跳闸[1-3]。

2 励磁涌流的产生及特点

变压器稳态运行时，空载电流很小，大型变压器甚至不到1%的额定电流；但在空载合闸时，变压器突然接入电网，此瞬时可能有很大的冲击电流，也称之为励磁涌流。变压器产生的励磁涌流一般为额定电流的8～10倍。所以变压器在空载合闸时，会出现由于继电保护误动作导致合闸失败的情况[4]。

励磁涌流的特点有4个，一是含有大量的高次谐波，并且以二次谐波为主；二是含有很大成分的暂态分量，暂态分量会随时间衰减；三是和短路电流的波形不同，励磁涌流的波形之间会产生间断；四是同单个变压器产生的励磁涌流不一样，10 kV配电网络中的励磁涌流是所带各变压器产生的励磁涌流的叠加[5]。

3 励磁涌流对10 kV线路保护的影响及危害

10 kV线路的主保护一般是采用三段式电流保护，包括过流Ⅰ段电流保护、过流Ⅱ段电流保护和过流Ⅲ段电流保护。过流Ⅱ、Ⅲ段电流保护由于有0.3 s的延时，可以躲开线路上的励磁涌流；过流Ⅰ段电流保护虽然电流整定值较大，但由于延时为0 s，如果励磁涌流大于整定值就会造成过流保护误动作。

这种情况在线路所挂变压器个数少、容量小、系统阻抗大时并不突出，所以容易被忽略，但当线路与变压器的数量和容量增加后，就很有可能发生。当保护误动后，调度按规定会通知线路巡检人员检查线路，巡检人员经过详细检查、试验，确定线路无问题后，通过逐级送电的方法，才可以送电成功，极大地增加了巡检人员的工作量；同时，开关反复合闸充电、多次冲击，极易造成变压器、开关和互感器等一次设备的损坏，严重威胁电网设备的安全稳定运行[1-3]。

4 防止励磁涌流引起保护误动的方法

空载变压器的励磁涌流有一个明显的特征，那就是它包含有大量的二次谐波，主变压器保护就利用这一特征，设定了二次谐波制动来防止励磁涌流所引起的保护误动作，但如果用于10 kV线路保护，必须改造保护装置，这样的后果将大大提高保护装置的复杂性，因此实用性比较低[1-3]。另一个特点是它的大小会随着时间的推移而衰减，刚开始励磁涌流非常大，经过一段时间后，励磁涌流会衰减到零，可以利用这一特征，在送电时经调度许可后临时调整定值，在过流Ⅰ段保护中加入0.1～0.15 s的时限，这样就可以躲过较大的变压器励磁涌流，避免励磁涌流造成的保护装置误动作。采用这种方法的优点是不需要对保护装置进行改造，但同时会增加故障时间，对系统的稳定运行有一定的影响[1-3]。第三种方法是重新计算过流Ⅰ段保护定值，放大电流定值，在保证灵敏度的要求下，使整定值能够躲过线路产生的励磁涌流。这种方法可以保证线路在有故障的时候保护装置正确动作，但保护定值增大的同时灵敏度会大幅降低。第四种方法是电压判据，现在的10 kV线路继电保护装置都带有低电压闭锁元件。为躲过线路上所挂变压器的励磁涌流，可以用低电压元件闭锁住过流Ⅰ段电流保护，当低电压闭锁元件处于投入状态时，只有当母线的线电压数值均低于低电压闭锁电流的电压定值时，即Uφφmin小于低压闭锁定值，才开放过流Ⅰ段电流保护。

低电压闭锁元件的灵敏度不满足要求时，可以采用负序电压元件来闭锁电流保护，当负序电压闭锁元件处于投入状态时，只有当U2大于负序电压闭锁定值时，才开放相应的过流保护。这种方法既可以保证线路在有故障时保护装置正确动作，也可以防止励磁涌流造成的保护装置误动作。

综合考虑以上4种防治方法的优缺点，在实际运行中，通常采用第四种方法，及时向相关调度整定部门提出整定申请，提交保护装置、电流互感器、线路、负荷等参数，对保护定值进行重新整定，在过电流保护中增加电压判据，投入低电压闭锁元件和负序电压闭锁元件，只有电压判据满足的情况下，才开放电流保护，这样就能够躲过励磁涌流。

5 管理控制措施

通过对所辖变电（开闭）站所有10 kV线路历史运行数据的排查，找出了3条出现过此类误动情况且空载变压器较多的线路，向相关调度整定部门提出申请，在继电保护定值单中增加电压判据并调整定值。

加强线路参数管理，认真落实继电保护参数周报、月报的报送，当新设备投产或设备异动时，结合周、月检修计划将整定计算参数及时、准确地向相关调度整定部门进行报送，由其校核相关保护定值。对有可能出现较大励磁涌流的线路，在提交整定申请时要做好备注，防止再次出现此类误动情况。

加强配电网络规划、线路分段和合理分配负荷，防止类似问题。此外，加强选型管理，在开关设备的选择上，可以选择带消涌装置的设备。

6 结论

励磁涌流问题是由多种原因造成的，一是电力负荷的快速增长，连接在线路上的配电网络变压器容量大幅增加，并且很多都是大容量配电变压器；二是个别线路上所挂空载配电变压器居多。应根据电网和负荷变化情况，及时对变电站相关保护定值进行调整，在满足保护四性的基础上，尽可能躲过合闸励磁涌流。10 kV供电系统是电网的末端，直接服务于居民、企业用电，更应该重视日常工作中出现的一些细节问题，抓住工作中的疑点进行认真分析，保障其能安全、稳定、可靠地运行。

[1]徐安同．小电流接地选线装置在变电站中的应用 [J]．昆明冶金高等专科学校学报，2010，26(S1)：28-32.

[2]何兴宝．10 kV线路励磁涌流问题的探讨 [J]．中国新技术新产品，2012(24)：129-130.

[3]高佳颖．小电流接地系统无时限速断保护应用中常见问题及对策 [J]．企业导报，2012(05)：277-279.

[4]占金涛．电厂电气调试方法的改进及新方法的研究 [D]．浙江：浙江大学，2006：1-63.

[5]秦俊敏．10 kV配电网络中变压器励磁涌流分析控制 [J]．中国高新技术企业，2014(35)：107-109.

Analysis of 10 kV Line Protection Device Malfunction Caused by Inrush Current

ZHANG Jian1,ZHANG Jun1,ZHANG Jiawei2
（1.State Grid Hongtong Power Supply Company,Hongtong,Shanxi 041600,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Dispatching and Control Center, Taiyuan,Shanxi 030001,China）

The principle,characteristics and hazards of the inrush current are elaborated by analyzing a case of 10 kV line protection device malfunction caused by inrush current.The influence of inrush current on 10 kV line protection device and the over-current setting of 10 kV line protection device are analyzed.Methods and management control measures are proposed toprevent the malfunction of 10 kV line protection caused by inrush current.

10 kV line protection;inrush current;misoperation;control measures

TM774+.2

A

1671-0320（2017）03-0029-03

2016-11-04，

2017-04-09

张 健（1981），男，山西洪洞人，2010年毕业于太原电力高等专科学校发电厂与变电站专业，助理工程师，从事电力系统继电保护工作；

张 军（1969），男，山西洪洞人，2004年毕业于中共中央党校函授学院经济管理专业，工程师，从事电力系统生产运行管理工作；

张家玮（1982），男，山西忻州人，2009年毕业于太原理工大学电力系统及自动化专业，工程师，从事电力系统继电保护和调度设备监控管理工作。