探究中低压线路速断保护躲涌流改进措施

探究中低压线路速断保护躲涌流改进措施

闫晓松

(国网山东省电力公司烟台供电公司山东烟台264000)

摘要：本文针对配有大量配电变压器的配电网中涌流引起线路速断保护误动的问题，进行了仿真研究，分析了中低压线路单端量保护中涌流特性和中低压线路故障特征。借鉴变压器差动保护涌流识别技术，设计了中低压线路速断保护。

关键词：中低压线路；速断保护；躲涌流；改进

当前在配电网电力系统中中低压线路装有大量的配电变压器，在线路手合或重合的合闸瞬间，各配电变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程。当线路上配电变压器个数、容量增加到一定程度后，励磁涌流就会很大，时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护，由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取得较小，特别在长线路或系统阻抗较小时更明显。这种情况下励磁涌流值可能会大于电流速断保护整定值，使保护误动。

1中低压线路保护涌流识别技术现状

中低压线路装有大量的配电变压器，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的涌流，时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护，由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取的较小，特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值，使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出，并不严重，但当线路变压器个数及容量增加后，励磁涌流就会较大，引起误动作。

无论是国内还是国外，针对中低压线路的励磁涌流综合开放判据都没有成熟的案例，主要由于以往中低压线路励磁涌流特征不明显，对保护影响不大，因而需要从零开始，进行大量的实际数据搜集和仿真模拟，总结具有代表性和全面性的综合判据，准确应用于保护。

涌流识别技术分析:间断角原理需要较高的A/D采样率y，实际应用还不具备条件。小波变换方法还只是停留在理论研究阶段，实际应用还不具备条件。虚拟三次谐波制动原理不是一个完整的涌流识别技术，用也只有初始半周时间内可用。对于线路涌流只有单侧量值，没有明确启动特征的过流保护，无法应用。磁通特性原理和等值电路原理及基于瞬时励磁电感的识别方法适用于特定变压器，对于带有多台配电变压器的线路涌流不合适。近年新提出的改进主成份分析法和双曲S变换法，算法都过于复杂。有功无功相对大小法，则要求启动判据的准确。二次谐波制动原理简单明了，有多年的运行经验，值得进一步仿真研究。波形比较原理兼含二次谐波和间断角原理，比二次谐波制动多反映了一些偶次谐波分量，又比间断角容易实现，值得进一步仿真研究。

2中低压线路涌流仿真

2.1线路模型

仿真工具提供了三种线路数学模型，分别是集中参数II型模型和基于贝瑞龙行波方法的分布参数模型和频率决定分布参数模型。集中参数II型模型是一种基于三相RLC参数相同的对称线路的近似线路模型。在频域分析中，兀模型能够比较精确，但在时域分析中，特别是线路仿真，兀模型的精确度就会大受影响，因此它一般只作为短传输线路的仿真模型。Bergeron模型是一种基于行波原理的常频率模型，它能精确的模拟基频稳态时输电线路的阻抗，但在模拟暂态过程或谐波严重时的阻抗时，将不准确。该模型常用于潮流的计算、一般保护的设计等。频率决定参数模型能反映线路的频率响应，因此它对暂态过程和谐波严重时的线路有更好的仿真。

工程上线路只有5}7km，为短线路，可以采用集中参数II型模型。

架空线路为:导线型号为LGJ-240(钢芯30导线半径10.8mm，钢芯40导线半径10.83mm，钢芯55导线半径11.15mm，取钢芯40导线半径10.83mm。直流电阻(200C)0.1181S2/km)，如图2所示，采用10kV-Z1杆型架空线路，档距为80m，弧垂0.488m。架空线路的参数用Matlab中powerlineparam工具计算。

2.2配电变压器挨型

查得10kV配电变压器铭牌给定参数如表1所示。根据表1中的变压器铭牌给定参数，求得变压器一、二次绕组各自的标么值及折算到高压侧的励磁支路参数的标么值，如表2所示。考虑变压器铁心磁路的饱和特性，采用三点拟合铁心磁化曲线，选取参数标么值如表3所示。

2.3系统电源模型

依据泰州供电公司城北线10kV母线等值阻抗为0.4左右，选择系统电源模型参数为:电压10.5kV，等值电抗0.441S2，阻抗角取65°。

3线路涌流、故障电流特征及各涌流识别技术仿真

3.1空载合闸涌流

手合或重合线路，线路上所连接的空载配电变压器是在线路断路器断开时统一断电的，它们的各相的剩磁特性基本统一，而线路手合或重合，各配电变压器的合闸角是统一的，线路的涌流是多台变压器的涌流之和，与单台变压器的涌流特征相类似。同时电压量变化不大，录波及相关分析示例如图4-8图所示。

根据仿真分析，可知空载合闸时二次谐波制动原理和波形比较判别相或后可以可靠闭锁保护。低电压开放判别不会误开放。

3.2故障电流

故障电流一般除去含有一定量的衰减直流分量外波形为正弦波。对于近端故障同时线电压出现低电压现象。

一次AB相相间故障的录波及相关真分析，可知单纯故障时二次谐波制动

原理和波形比较判别相或后仅在故障开始的20ms内闭锁保护，考虑到运算处理数据窗的要求，不会对保护性能产生影响。对于远端故障或系统电源容量大系统阻抗小时，低电压开放判别不会开放。

3.3重合于故障时故障电流与涌流并存

重合于两相故障时故障电流与涌流分相并存，当重合于三相故障时只出现故障电流。根据仿真分析，可知重合于故障时故障与涌流并存时二次谐波制动原理和波形比较判别相或后可以只闭锁非故障相，故障相则不会闭锁。对于远端故障或系统电源容量大系统阻抗小时，低电压开放判别不会开放。

3.4涌流识别方案选取

综合考虑到空载合闸及重合于故障等情况既能保证涌流的可靠闭锁又而保证故障情况下快速动作，线路涌流识别方案采用二次谐波闭锁和波形比较判别或闭锁，分相闭锁，同时采取低电压开放判据，即某相二次谐波闭锁条件满足或波形比较判别闭锁条件满足则闭锁该相速断保护，若三个线电压中最小的线电压低于低电压门槛则认为出现故障情况，此时直接开放速断保护。

根据仿真实验及试运行经验，二次谐波制动系数Kz可整定为0.15，不对称度K可整定为0.4，因本发明保护中低电压元件主要是针对空投时涌流与故障的区分，不必考虑电网中电动机的启动影响，只需躲开手合或重合线路空投配电变压器时电压来整定，故低电压门槛值可取65V。

结语：

本原理方案只需在原线路速断保护上作软件修改，不改变线路保护的定值设定，可以在不降低线路速断保护的灵敏性条件下，在线路手合或重合时保证线路速断保护的可靠性，并兼顾线路速断保护的快速性，具有很强的实用价值。

参考文献：

[1]季学军，李哲，姜玉磊，等.问断角原理微机变压器差动保护的研究与开发[[J].江苏电机工程，2008,27(6):5-7.

[2]孙何洪.基于小波理论的变压器励磁涌流与和应涌流识别的应用研究[D].广州:广东工业大学，2008.