基于故障电流闭锁原理的重合闸研制

向为，李娥英

(1.国网湖南省电力公司株洲供电分公司，湖南株洲410082；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

基于故障电流闭锁原理的重合闸研制

Development of auto-reclosing based on faults current shutting

向为1，李娥英2

(1.国网湖南省电力公司株洲供电分公司，湖南株洲410082；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

文中提出一种基于变压器承受短路能力的故障电流闭锁重合闸启动方式，在兼顾供电可靠性的情况下，依据故障电流幅值闭锁重合闸，减少大故障电流对变压器的冲击次数，降低损坏几率。

继电保护；自动重合闸；故障电流闭锁；变压器；承受短路能力

运行中的电力系统会不可避免的发生短路故障，其短路电流势必对流经的设备产生影响，例如对变压器的损伤主要体现在热稳与动稳方面，在突发短路情况下，绕组中会产生温升和巨大的短路力，如变压器抗短路能力不满足要求，可能导致绕组绝缘及结构件受损，影响变压器的绝缘性能，并且通过积累效应，严重情况下可能导致绕组移位、导线折断、匝间短路使绕组烧毁。某公司统计2003—2007年110 kV及以上电压等级主变压器损坏原因，外部低压侧短路是诱发变压器事故的主要原因，特别是近区短路事故占损坏事故总台次的45%，外部短路事故占 20%〔1〕。根据电网运行经验，线路故障次数远大于变压器及母线故障，特别是10 kV线路，基数庞大，建设、运行、维护条件较高电压等级线路有明显差距，设备年跳闸率以及跳闸次数亦大幅高于高电压等级线路。因此，针对变压器10 kV馈线，通过故障电流幅值闭锁重合闸减少短路次数是降低变压器短路电流冲击的有效办法。

1 自动重合闸现状

自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。据统计，线路故障80%～90%以上为瞬时性故障，在继电保护切除故障电流后，故障点去游离，电弧熄灭，绝缘强度恢复，故障自行消除，重合后系统恢复正常，据统计重合闸的成功率在80%以上，因此线路通过重合闸恢复供电，对提高供电可靠性具有显著效果〔2〕，但是针对10 kV馈线，如若重合于永久性故障，特别是近区故障，则变压器又一次经受大故障电流冲击，将加重设备损伤程度。目前自动重合闸装置均按继电保护技术规程要求，采用 “保护启动和/或断路器控制状态与位置不对应启动”〔3〕方式，重合闸只反映线路保护有无动作 (除断路器偷跳)，而与故障严重程度即故障电流幅值无关。

2 基于故障电流闭锁原理的重合闸

2.1 装置原理

重合闸装置采取与线路保护集成的形式，在重合闸保护功能中加入故障电流判据，在线路故障期间，保护装置全过程 (包括保护动作之后，故障电流消失之前)检测故障电流大小，并与闭锁重合闸故障电流定值进行比较，如最大故障电流大于重合闸闭锁电流整定值，闭锁重合闸，如最大故障电流小于重合闸闭锁电流整定值，不闭锁重合闸，保障供电的可靠性。其保护装置记录最大故障电流，取自保护启动后一直到断路器切除故障后电流为零的整个期间电流的最大值。保护流程见图1。

图1 SAl－31-2保护及自动重合闸流程图

2.2 整定方法

1)以变压器出线2 km为近区短路整定

根据统计，外部低压侧短路是诱发变压器事故的主要原因，特别是近区短路事故，一般认为出线2 km为近区短路，超过2 km短路，故障电流大幅下降，《国家电网公司十八项重大反事故措施 (修订版)》提出:“为防止出口及近区短路，变压器35 kV及以下低压母线应考虑绝缘化；10 kV的线路、变电站出口2 km内宜考虑采用绝缘导线”〔4〕，即以变电站出口2 km短路电流值作为闭锁重合闸故障电流值:

以某站变电站1号变压器单独运行为例，在1 km发生短路，故障电流下降30%，如表1所示。

表1 单台变压器运行短路电流计算

结合以上算例，以变电站出口2 km短路电流值作为闭锁重合闸故障电流值，即可较大幅度减少主变二次冲击故障电流幅值，有效减少主变损伤。

表2 2台变压器运行短路电流计算

2)以变压器可承受短路电流幅值整定

采用出线2 km短路电流作为重合闸闭锁值，比较粗略，可能造成不能有效保护变压器，也可能造成不必要的浪费，一般应根据变压器可承受短路电流考虑，“将变压器短路电流限制在其能承受短路电流的70%以下，对变压器影响较小”〔4〕，考虑主变负荷电流影响，可靠系数Δt可取0.9，

式中 ITd为变压器可承受短路电流，可按照文献〔5〕的方法进行试验验证，理论评估，或者通过厂家获取。

考虑2台变压器并列运行方式，故障电流分布为，IT1＝ IT2ZT2/ZT1，IT2＝ IT1ZT1/ZT2， 其中 ZT1，ZT2为相应变压器阻抗。

则按照1号变压器承受短路电流:

按照2号变压器承受短路电流:

从保变压器角度出发，按照承受短路电流能力最弱主变进行取值:

3 现场试验

线路保护投入故障电流闭锁重合闸功能进行相关功能校验，分别进行不闭锁定值校验、闭锁定值校验、保护动作后故障电流检测校验、20 ms故障电流不闭锁重合闸校验、25 ms故障电流闭锁重合闸校验，试验情况见表3。

表3 线路保护及自动重合闸装置现场试验

试验结果及分析:采用故障电流闭锁重合闸动作逻辑正确，在闭锁电流持续时间达到25 ms的情况下，保护装置可在故障全程检查短路电流，判断是否对重合闸功能进行闭锁，减少重合于近区故障次数，降低主设备损坏几率。

4 结论

减少变压器损坏事故最根本的途径是提高变压器本身质量，提高抗短路能力，减少变压器近区短路的几率，针对抗短路能力不满足要求的变压器在一定时期内仍然存在情况下，文中提出的基于变压器可承受故障电流闭锁重合闸方式和整定方法具有一定的实用意义。

〔1〕叶会生.湖南电网110 kV及以上变压器损坏原因分析及对策研究结题报告 〔R〕.长沙:国网湖南省电力公司电力科学研究院，2012.

〔2〕国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材〔M〕.北京:中国电力出版社，2009:310.

〔3〕中国国家标准化管理委员会.GB 14285.5—2006继电保护和安全自动装置技术规程 〔S〕.北京:中国标准出版社，2006.

〔4〕国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施 (修订版)辅导教材 〔M〕.北京:中国电力出版社，2012:104.

〔5〕中国国家标准化管理委员会.GB 1094.5—2008电力变压器第5部分承受短路的能力 〔S〕.北京:中国标准出版社，2008.

TM762.26

B

1008-0198(2015)05-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.009

向为(1978)，男，湖南常德人，工程师，硕士，长期从事电力系统继电保护工作。

2015-03-19 改回日期:2015-04-22