配電網(wǎng)多分支電纜線路送電時(shí)跳閘原因分析

龍俊伍

國網(wǎng)湖南電力有限公司郴州供電分公司 湖南郴州 423000

電纜線路入地改造，不僅可以美化城市、整潔街道，而且可以減少故障停電概率，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和多供少損[1]。以10kV高螺線為例，大多數(shù)架空線路入地后均會增加數(shù)個(gè)電纜分支箱，且各分支線路也均為電纜線路，高螺線供電用戶均為城市居民用電，在實(shí)際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)高螺線瞬時(shí)故障跳閘后，進(jìn)行試送電時(shí)斷路器速斷保護(hù)動作跳閘，經(jīng)過線路巡視卻未發(fā)現(xiàn)短路故障點(diǎn)，而在切除部分支線后，就可送電正常。為此對此種線路進(jìn)行分析，得出10kV高螺線接電纜分支線路增加后，線路送電時(shí)各電纜線路形成的電容充電突變電流疊加在一起，超過速斷保護(hù)整定值，從而造成斷路器速斷保護(hù)動作跳閘[2]，本文就是從理論上論證造成多電纜分支的電纜線路跳閘后試送時(shí)仍速斷跳閘的原因，并提出行之有效的防范措施及解決辦法，以供參考。

1 10kV高螺線送電時(shí)電容電流計(jì)算

1.1 簡要接線

圖1 簡化線路模型

1.2 線路阻抗計(jì)算及電路簡化電路圖

圖2 簡化等值電路

1.3 設(shè)備參數(shù)

由上可知：各支路阻抗僅有電阻和容抗部分，電路可以簡化成簡單的RC電路，如圖3所示。

將三條支路簡化為一條支路：

由：

圖3 簡化RC電路圖

2 10kV高螺線送電速斷跳閘原因分析

由上可知：將10kV高螺線簡化為RC電路后，可以清楚的看出，在線路送電前，線路的電容沒有儲能，送電前的RC電路是零狀態(tài)，一旦線路送電，可將線路的RC電路看作零狀態(tài)響應(yīng)。根據(jù)換路定律，電容電壓不能突變（電容電流可以突變）。

零狀態(tài)響應(yīng)電容電壓方程為：

因此只要高螺線斷路器送電時(shí)，遇到系統(tǒng)電源的初始相角φ0≥1．5°，高螺線的電容充電電流就會大于600A，速斷保護(hù)就會動作跳閘。現(xiàn)實(shí)中斷路器合閘時(shí)，電源在一個(gè)周期內(nèi)相角小于1．5°的幾率幾乎為零，也就是說現(xiàn)實(shí)中任一時(shí)刻合閘送電，線路突變的電容電流均大于600A，亦即高螺線一送電就會速斷跳閘。

3 防范措施及解決辦法

從以上的分析計(jì)算，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，我們可以采取優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化用戶接入方式、優(yōu)化保護(hù)定值整定計(jì)算以及優(yōu)化線路送電方式等措施，有效避免配電網(wǎng)多分支電纜線路送電時(shí)引起速斷保護(hù)動作跳閘這一現(xiàn)象。

3.1 增加速斷保護(hù)動作延時(shí)

為了讓速斷保護(hù)動作整定值躲過突變電容電流的充電峰值，我們可以考慮為速斷保護(hù)增加一個(gè)動作延時(shí)，因?yàn)槿我缓祥l瞬間，就決定了φ0值，所以斷路器一合閘，就是一個(gè)固定值，因而將Us看作一個(gè)常數(shù)，則電容電壓方程：

其中Us為常數(shù)：

Im取決于合閘瞬間φ0值。

在零時(shí)刻，電容電流突變達(dá)到充電峰值，該值取決于電源合閘瞬間φ0值。按照指數(shù)變化規(guī)律，電容電流達(dá)到平穩(wěn)的狀態(tài)需要3τ-5τ的時(shí)間。若斷路器速斷保護(hù)的動作時(shí)間大于5τ，即可躲過突變電容電流的充電峰值而不引起跳閘。

因此在線路斷路器速斷保護(hù)加一個(gè)動作延時(shí)，為了整定方便取0．1s（在微機(jī)保護(hù)中可以實(shí)現(xiàn)）。可采取線路送電時(shí)，速斷保護(hù)增加0．1s延時(shí)，正常后退出的方法，即可躲過突變電容電流的充電峰值，從而達(dá)到線路送電時(shí)不引起速斷保護(hù)動作跳閘的目的[3]。

3.2 采取各分支線路分段送電

我們在分析時(shí)將各支路統(tǒng)一考慮，同樣我們可以采取拉開各分支線路，先送主線路，再一一送分支線路來分析，則電容充電電流均小于速斷保護(hù)整定值而不會引起斷路器跳閘（這里就不再列出計(jì)算過程），但是采取此種辦法有個(gè)弊端，首先高灣變?yōu)闊o人值班變電站，雖然站內(nèi)斷路器的分合閘可以進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控操作，但線路上的分支斷路器均不具備遙控功能，要切除或試送分支線路，需派人到線路上手動操作，需要付出較高的人工成本；其次，高螺線供電用戶均為城市居民生活和商業(yè)用電，跳閘后須盡快恢復(fù)正常供電，而采取此種辦法將導(dǎo)致供電用戶停電時(shí)間較長，影響用戶滿意度。

3.3 在線路上串接電感或電阻

根據(jù)環(huán)路定律，電感電流不能突變，當(dāng)線路上串接的電感達(dá)到一定值時(shí)，可將電容電流充電峰值限制在速斷保護(hù)整定值以內(nèi)。而串接電阻也可以起到減小電容電流充電峰值的作用，根據(jù)Im＝Us/R，當(dāng)R取得足夠大時(shí)，電容電流充電峰值將小于速斷保護(hù)整定值，但是串接電阻長期投入會大大增加線損，所以條件允許的話最好采取電阻自投方式，在斷路器合閘送電正常后自動退出。

3.4 線路中減少并聯(lián)電纜支路數(shù)量

經(jīng)理論分析，電纜并聯(lián)支路數(shù)越多，電容充電電流的峰值越大，當(dāng)電纜的并聯(lián)支路數(shù)減少到速斷保護(hù)整定值以內(nèi)，就可以避免線路無故障而斷路器跳閘的情況，這就需要電力規(guī)劃部門在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，充分論證線路架設(shè)的合理性和可行性，電力營銷部門在新用戶接入時(shí)充分考慮用戶的接入方式，盡量避免多電纜分支線路。城市在日新月異地飛速發(fā)展，新接用戶必然會越來越多，如何安排用戶接入、如何安排線路架設(shè)方式都是我們應(yīng)該考慮的問題，目的都是為了更好的為用戶提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠供電。

3.5 適當(dāng)增大速斷保護(hù)整定值

增大速斷保護(hù)整定值會縮小線路保護(hù)范圍，經(jīng)核算在保護(hù)范圍縮小的允許范圍內(nèi)增大速斷保護(hù)動作值，躲過線路電容電流充電峰值，從而避免線路無故障而斷路器跳閘的情況，這種方法不需要增加設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，是比較可取的方法。繼電保護(hù)整定人員在對新接入用戶的線路進(jìn)行保護(hù)定值核算時(shí)，可以從這方面考慮速斷保護(hù)定值的整定計(jì)算，即在不影響繼電保護(hù)靈敏性的前提下適當(dāng)增大速斷保護(hù)整定值，有效避免上述情況的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

在目前的實(shí)際情況中，配電網(wǎng)多分支電纜線路瞬時(shí)故障后試送電多采取分支線路分段送電的方法，按此方法有個(gè)不可避免的弊端，那就是線路上的分支斷路器均不具備遙控功能，要切除或試送分支線路，需派人到線路上手動操作，需要付出較高的人工成本，同時(shí)也導(dǎo)致供電用戶停電時(shí)間較長，影響用戶的滿意度，而其他方法受技術(shù)規(guī)范的約束和電網(wǎng)現(xiàn)狀的制約，綜上所述，建議在配電網(wǎng)電纜線路規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮第3．3及3．5方法的應(yīng)用。