摘要：针对某 110 k V 智能变电站 10 k V 线路保护误动事件，通过检查保护装置、二次回路并分析现场录波文件后，确定误动原因为保护交流电流采样异常，采样异常的原因为交流插件未插紧而产生浮空电压，最后提出了相应的防范措施。
关键词：智能变电站；线路保护；误动；交流采样；插件；浮空电压
引言
目前，智能电网在我国正处于大规模建设阶段，一大批融合了新技术的智能二次设备相继投入电网运行，二次设备质量的参差不齐影响了继电保护的可靠动作。对 10 k V 供电系统提出的要求越来越高、越来越严格，然而出现的各种故障也呈上升趋势，对社会经济发展和人们生活质量产生了一定的影响。对于10 k V配电线路来说，在线路恢复送电合线路开关时，基于配变励磁涌流产生原理及特点，综合现有抑制配电线路励磁涌流和提高配网可靠性的措施，提出利用10kv配电线路保护配合抑制励磁涌流的控制策略，达到预期效果，具有很好地推广应用价值。
电力系统继电保护及自动装置，主要依据电力系统中的电压、电流的变化进行相应的变化，在设计工作的前期，为了尽量能的提高逻辑编辑运算结果的准确性，并没有更多的考虑涌流的问题。但在电力系统运行过程中，发现励磁涌流对其稳定运行产生了很大的影响，特别是在 10 k V 线路开关合闸过程，客户进线开关带失压脱扣功能，故障后配变的负荷被甩，配变空载运行，而线路瞬间合闸时产生的励磁涌流超过了10kv线路的保护定值，进而造成了线路保护误动作。如果不采取措施解决变压器磁力涌流的问题，将会导致继电保护装置错误动作，而直接影响保护装置运行的稳定性，进而影响电能的输送，甚至威胁整个电力系统的安全稳定运行。
1励磁涌流产生原理及特点
1.1 励磁涌流产生原理
电力变压器是电能、磁能转换装置。在变压器二次绕组开路的情况下，即空载运行，一次绕组中要流过一定的励磁电流I0来建立主磁通，励磁电流和磁场的关系是由变压器铁芯的磁化曲线的非线性特性决定。变压器在空载稳定运行状态下，由于建立了稳定的主磁通，不会使铁芯中的磁通密度达到饱和状态，励磁电流值很小，一般达到变压器额定电流的 2% ～ 10%。但是一旦因某些原因使磁通密度增大到饱和状态，励磁电流就会剧增，铁芯越达到饱和状态，磁场需要的励磁电流也就越大。
以单相变压器为例，说明其空投时励磁涌流产生的原理。若考虑与电源回路电阻、变压器绕组电阻和漏电感有关的时间常数 T 的影响，则磁通 Φ 为Φ = － Φ m cos （ω t + α）+ Φ m cos α e －t T + Φ s（1）由式（1）可以看出，在空投时冲击变压器的瞬间，铁芯中的磁通由三部分组成：第一部分为磁通的强迫分量；第二部分为磁通的自由分量，随时间而衰减，第三部分为合闸前铁芯的剩磁通［2］。
假设开关在最不利的情况下合闸，即电压U过零的时候，φ1将达到幅值φ m，暂态分量 －φ1，也出现最大值－φ m，并随时间常数T逐步衰减，经过半个周波后，φ1将达到负的最大值－φ m，这时，两个磁通的叠加将接近－2φm，这将引起铁芯高度磁饱和，励磁电流迅速增加，产生励磁涌流。此时励磁电流将达到正常空载运行时电流的 50 ～ 80倍，根据一般变压器正常空载励磁电流为额定电流的 10% 进行计算，得出在最不利状况下合闸时，空载合闸励磁涌流瞬时值将达到额定电流的 5 ～ 8倍，若再考虑合闸瞬间剩磁的影响，励磁电流将达到更高值。如果再考虑合闸瞬间的剩磁影响，励磁电流会更大。以上是分析单相变压器最不利空载合闸情况，在三相变压器中由于三相电压彼此相差120°，因此合闸时总会有一相的合闸状态处于或接近上面分析的最不利状态，因此总有一相出现最大的励磁涌流。
由于回路电阻Ｒ的存在，合闸时励磁电流将随时间常数T逐渐衰减，最后恢复到正常的电流水平，一般小容量变压器衰减速度比较快，大约在几个周波后就将达到稳定状态，而大容量的变压器衰减速度相对比较慢，可以延续几秒甚至更长。
对于三相变压器而言，由于三相电压彼此相差120°，合闸时总有一相处于或接近于电压瞬时值零时空投单相变压器时产生的不利状态，因此，总有一相电压产生最大的励磁涌流。
1.2 励磁涌流特点
a． 峰值大，当变压器空载投入时，可达到额定电流的 5 ～ 8 倍，而相对于容量较小的配电变压器，倍数则更大。
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b． 包含很大的非周期分量，使励磁涌流波形偏于时间轴一侧。
c． 包含大量高次谐波分量，主要以二次谐波为主。
d． 是衰减的，衰减时间与变压器绕组时间常数T 及合闸回路有关，励磁涌流由峰值衰减到0.25 ～ 0.5倍额定电流，经历时间为0.5 ～ 0.75 s，随后衰减变慢。
e． 与单台大容量变压器不同，10 k V 配电线路的励磁涌流是线路上挂接的几十台小容量配电变压器所产生的励磁涌流的叠加［3］。
1.3 励磁涌流影响因素
当电压过零时刻投入变压器时，将产生最严重的磁饱和现象，此时变压器励磁涌流最大值可达变压器额定电流的5 ～ 8倍，其中包含大量的非周期分量和高次谐波分量，并以一定时间系数衰减［4 － 5］。研究得出，励磁涌流的大小和衰减时间跟变压器铁芯磁通大小、铁芯材料和性质、变压器设计的工作磁密，变压器结构和容量大小等有关。大容量变压器产生励磁涌流倍数小，但励磁涌流时间常数大，存在时间长，有时要经过数秒甚至几分钟才能衰减到正常值。小容量变压器空投时励磁涌流与其额定电流之比越大，即励磁涌流倍数越大。
2 10 k V 线路保护存在的问题
在电网运行过程中，发生过多次10 k V 配电线路在停电或跳闸后恢复送电时，过流保护动作跳闸，自动重合闸不成功，手动试送过流保护又动作跳闸，经过全线路检查未发现任何问题，找不到故障点［6］。研究发现，随着电网电力负荷的快速增长，10 k V 线路挂接的小容量配电变压器数量剧增，合 10 k V 线路开关瞬间，各配电变压器产生的励磁涌流相互叠加，再加上电动机自启动电流等原因，造成线路保护动作跳闸而无法送电。
10 k V线路一般采用三段式电流保护，即Ⅰ段瞬时电流速断保护、Ⅱ段限时电流速断保护、Ⅲ段过电流保护。作为配电线路的主保护，要求电流速断保护具有足够的灵敏度，无法完全按照躲过励磁涌流校验，因此，Ⅰ段瞬时电流速断保护动作电流往往取值较小。当 10 k V 线路长、分支线路多、挂接配电变压器多时，励磁涌流峰值很大，由于Ⅰ段瞬时电流速断保护动作时限为 0 s，合闸后，励磁涌流起始值可能大于Ⅰ段瞬时电流速断保护装置定值，出现电流速断保护误动［7］。
结 语
励磁涌流问题是由多个原因引起的，一是电力负荷快速增长，线路所挂配变容量剧增，并均为大容量配变；二是线路电气距离短，负荷集中，主线路全长不到4km，加强了各变压器励磁涌流的迭加效应；三是开关没有采取消涌措施。这条线路发现的问题，值得其它类似线路参考和借鉴。
因此，加强配网规划管理，对线路进行合理分段和分配负荷，防范类似问题出现。另外，加强对开关等设备的选型管理，选择带消涌装置的设备也是一种防范和应对此类问题的方法和有效措施。还有，应根据电网和负荷变化情况，及时对变电站出口开关和柱上开关保护定值进行调整，同时在保护定值整定原则上，特别是电流三段定值的整定原则，在满足切除故障灵敏性和可靠性的基础上，要尽可能考虑躲过合闸励磁涌流的影响，对单电源10k V馈线，可以按照最小方式下线路末端最小短路电流可靠启动原则整定。
参考文献：
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论文作者:薛永红,韩长伟,杨红涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：励磁论文; 变压器论文; 电流论文; 线路论文; 容量论文; 分量论文; 动作论文; 《电力设备》2017年第11期论文;