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10kV线路保护整定计算问题及解决办法

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/7/3 14:29:18   

摘要:对10 kV线路继电保护的整定计算中存在的特殊问题,提出了解决的方法。
  关键词:10 kV线路;继电保护;整定计算
   10 kV配电线路结构复杂,有的是用户专线,只接一两个用户,类似于输电线路;有的呈放射状,几十台甚至上百台变压器T接于同一条线路的各个分支上;有的线路短到几十米,有的线路长到几十千米;有的线路上配电变压器容量很小,最大不超过100 kVA,有的线路上却达几千千伏安的变压器;有的线路上设有开关站或用户变电站,还有多座并网小水电站等。有的线路属于最末级保护。陕西省镇安电网中运行的35 kV变电站共有7座,主变压器10台,总容量45.65 MVA;35 kV线路8条,总长度135 km;10 kV线路36条,总长度1240 km;并网的小水电站41座(21条上网线路),总装机容量17020 kW。
   1 10 kV线路的具体问题
   对于输电线路而言,一般无T接负荷,至多T接一、两个集中负荷。因此,利用规范的保护整定计算方法,各种情况都能够计算,一般均满足要求。但对于10 kV配电线路,由于以上所述的特点,在设计、整定、运行中会碰到一些具体问题,整定计算时需做一些具体的、特殊的考虑,以满足保护的要求。
   2 保护整定应考虑系统运行方式
   按《城市电力网规划设计导则》,为了取得合理的经济效益,城网各级电压的短路容量应该从网络的设计、电压等级、变压器的容量、阻抗的选择、运行方式等方面进行控制,使各级电压下断路器的开断电流以及设备的动热稳定电流得到配合,该导则推荐10 kV短路电流I k≤16 kA。
   系统最大运行方式,流过保护装置短路电流最大的运行方式(由系统阻抗最小的电源供电)。
   系统最小运行方式,流过保护装置短路电流最小的运行方式(由系统阻抗最大的电源供电)。
   在无110 kV系统阻抗资料的情况时,由于3~35 kV系统容量与110 kV系统比较,相对较小,其各元件阻抗相对较大,则可近似认为110 kV系统容量为无穷大,对实际计算结果没有多大影响。
  选取基准容量Sjz = 100 MVA,10 kV基准电压Ujz = 10.5kV,10 kV基准电流Ijz = 5.5 kA,10 kV基准阻抗Zjz = 1.103Ω。
   3 整定计算方案
   10 kV配电线路的保护,一般采用瞬时电流速断(Ⅰ段)、定时限过电流(III段)及三相一次重合闸构成。特殊线路结构或特殊负荷线路保护,不能满足要求时,可考虑增加其它保护,如保护Ⅱ段、电流电压速断、电压闭锁过电流、电压闭锁方向过电流等。现针对一般保护配置进行分析。
   3.1 瞬时电流速断保护
   由于10 kV线路一般为多级保护的最末级,或最末级用户变电站保护的上一级保护。所以,在整定计算中,定值计算偏重灵敏性,对有用户变电站的线路,选择性靠重合闸来纠正。分为两种类型进行整定计算。
   放射状类型:按躲过本线路末端(主要考虑主干线)最大三相短路电流整定。时限整定为0 s(保护装置只有固有动作时间无人为延时)。
   专线类型:按躲过线路上配电变压器低压侧出口最大三相短路电流整定。时限整定为0 s(保护装置只有固有动作时间无人为延时)。
   特殊问题的解决如下
   当线路很短时,最小方式时无保护区;或下一级为重要的用户变电站时,可将速断保护改为限时电流速断保护。动作电流与下级电流速断保护配合(即取1.1倍的下级保护最大速断值),动作时限较下级电流速断大一个时间级差,此种情况在城区较常见,在新建变电站或改造变电站时,建议保护配置采用微机保护,这样改变保护方式就非常容易。在无法采用其它保护的情况下,可依靠重合闸来保证选择性。
   当线路较长且较规则,线路上用户较少,可采用躲过线路末端最大三相短路电流整定。此种情况一般能同时保证选择性与灵敏性,按放射状类型整定。
   对于多条线路重叠故障,引起主变压器断路器越级跳闸时,按常规,在继电保护整定计算中是不考虑重叠故障的,但可采用加装瞬时电流速断保护,一般可整定于0 s 动作,使线路故障在尽可能短的时限内切除;在上下级保护时限配合可能的情况下,适当调整10 kV线路过电流保护与主变压器过电流保护的时限级差,以使主变压器过电流保护有足够的返回时间。
   对于10 kV开关站进线保护,其速断保护按所有出现的最大一台变压器速断保护相配合(带延时)。
   双侧电源线路的方向电流速断保护定值,应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定;无方向的电流速断保护定值应按躲过本线路两侧母线最大三相短路电流整定。对双回线路,应以单回运行作为计算的运行方式;对环网线路,应以开环方式作为计算的运行方式。
   单侧电源线路的电流速断保护定值,按双侧电源线路的方向电流速断保护的方法整定。
   对于接入供电变压器的终端线路(含T接供电变压器或供电线路),如变压器装有差动保护,线路电流速断保护定值,允许按躲过变压器低压侧母线三相最大短路电流整定。如变压器以电流速断作为主保护,则线路电流速断保护应与变压器电流速断保护配合整定。
   灵敏度校验(保护性能分析) 。按最大运行方式下,线路最大保护范围不应小于线路全长的50%。按最小运行方式下,线路最小保护范围不应小于线路全长的15%~20%。瞬时电流速断保护虽能迅速切除短路故障,但不能保护线路全长。
   3.2 定时限过电流保护
   按躲过本线路最大负荷电流整定。时限整定为0.3s(微机保护),按阶梯型原则整定。
  特殊问题的解决如下。
   当线路较长,过电流保护灵敏度不够时(如20 km以上线路),可采用复压闭锁过流或低压闭锁过流保护,此时负序电压取0.06Ue(Ue为额定电压),低电压取0.6~0.7Ue,动作电流按正常最大负荷电流整定,只考虑可靠系数及返回系数。当保护无法改动时,应在该线路适当处加装柱上断路器或跌落式熔断器,作为后一段线路的主保护,其额定电流按后面一段线路的最大负荷电流选取。
   最终解决办法是调整网络结构,使10 kV线路供电半径符合规程要求。
   当过电流保护,灵敏度不够时(如变压器为5~10kVA或线路极长),由于每台变压器高压侧均有跌落式熔断器,因此可不予考虑。
   当过电流定值偏大,甚至大于瞬时电流速断定值时,而导致保护灵敏度不够时,可考虑保证1.5倍的灵敏度(近后备)整定。
  对于时限级差配合无法满足整定要求时,因10 kV线路保护处于系统多级保护的最末端,而上级后备保护动作时限限制在一定数值范围内,可能会出现时限逐级配合后无法满足要求时,对于只有一台主变压器的变电站,可采用主变压器高压侧过电流保护相同的动作时限,使主变压器10 kV断路器动作时间增加0.5 s,有利于该断路器与10kV线路保护的配合。与逐级配合整定相比,对用户的停电影响相同,在实际中也是允许的。
   对于上网小水电10 kV线路,应躲过小水电输送的最大三相短路电流,按双侧电源线路考虑,采用方向过电流保护。
   4 三相一次重合闸
   10 kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸,由于安装于末级保护上,所以不需要与其他保护配合。考虑的主要是重合闸的重合成功率,以使用户负荷尽量少影响。根据有关统计分析,架空线路的瞬时性故障次数,约占故障次数的70%左右,重合闸的成功率约50%~70%。
   因而重合闸对电力系统供电可靠性起了很大的作用。
  重合闸整定时间, 应等于线路对有足够灵敏系数的延时段保护的动作时间,加上故障点足够断电去游离时间和裕度时间,再减去断路器合闸固有时间。
   单侧电源线路的三相重合闸时间除应大于故障点断电去游离时间外,还应大于断路器及操作机构, 复归原状准备好再次动作的时间。单侧电源线路的三相一次重合闸动作时间不宜小于1 s。
  双侧电源线路的三相重合闸时间,除了考虑单侧电源线路重合闸的因素外,还应考虑线路两侧保护装置,以不同时间切除故障的可能性。对于多回线并列运行的双侧电源线路的三相一次重合闸,其无电压检定侧的动作时间不宜小于5 s。
   在10 kV配电线路中,多为照明负荷,供电可靠性要求较低,短时停电不会造成很大的损失。为了保证瞬时性故障能可靠消除,提高重合闸的重合成功率,可酌情延长重合闸动作时间,一般采用1.5 s的重合闸时间。
   10 kV配电线路继电保护的配置虽然简单,但由于线路的复杂性和负荷的多变性,在保护装置的选型上值得重视。根据镇安电网保护配置情况及运行经验,建议在新建变电站保护 配置中采用微机保护。微机保护在具备电流速断、过电流及重合闸的基础上,还应具备低压(或复压)闭锁、时限速断、带方向保护等功能,以适应线路及负荷变化对保护方式的不同要求。
   该整定计算方案经多年运行考验,符合选择性、灵敏性、速动性、可靠性“四性”原则,对于10 kV配电线路,动作时间小于0.5 s,保证了10 kV设备和线路的热稳定,同时选择性好,动作时间准确,未出现误动情况,保证了供电的可靠性。

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