一種基于變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)定值計(jì)算方法

鄭 進(jìn)

（山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西晉中 048000）

0 引言

煤層氣生產(chǎn)供電具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，供電線路長(zhǎng)，多跨越山區(qū)、林區(qū)等防火重點(diǎn)區(qū)域，且負(fù)荷對(duì)連續(xù)供電要求不高。因此在10 kV等級(jí)的供電線路保護(hù)裝置定值計(jì)算中，多以可靠、靈敏動(dòng)作為偏重，確保故障線路可迅速切除故障，由此也產(chǎn)生了保護(hù)動(dòng)作頻繁、停電范圍廣、恢復(fù)送電工作量大的問題。在煤層氣供用電系統(tǒng)維護(hù)中，不斷對(duì)不需線路停電的故障分析，優(yōu)化保護(hù)配置方案，減少停電次數(shù)、范圍和送電工作量成為煤層氣供電系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)分析的重要工作之一。

分析10 kV系統(tǒng)各類故障的原因，并針對(duì)性地提出整改措施，對(duì)提高10 kV系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低故障率有極重要的作用，對(duì)其他以10 kV供電系統(tǒng)為主要供電方式的各類企業(yè)定值配置具有參考意義。本文針對(duì)由變壓器內(nèi)部故障引起的線路跳閘故障進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果提出整改措施，在實(shí)際運(yùn)行中收到了明顯的效果。

1 故障回路技術(shù)參數(shù)

南二區(qū)自35 kV 藍(lán)焰35 kV 電站10 kV 南二區(qū)624 間隔出線，使用LGJ-95鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，線路長(zhǎng)度12.6 km，全線負(fù)載變壓器23臺(tái)，總負(fù)荷容量2480 kVA，負(fù)載最大變壓器315 kVA，最小變壓器80 kVA，每臺(tái)變壓器配RW-10型跌落式熔斷器。線路停電后影響范圍廣、設(shè)計(jì)重要負(fù)載多、故障查找難度大、恢復(fù)送電工作量大、對(duì)生產(chǎn)影響大。10 kV南二區(qū)開關(guān)定值單如表1所示。

表1 10 kV南二區(qū)開關(guān)定值單

2 故障經(jīng)過

2017年6月15日17時(shí)20分，35 kV 變電站10 kV 南二區(qū)線路在雷雨天氣情況下過流一段保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，分析動(dòng)作電流可能為雷電感應(yīng)放電造成的跳閘。20時(shí)，雷雨過后，對(duì)10 kV南二區(qū)線路試送，未成功。隨后對(duì)線路設(shè)備進(jìn)行全面巡檢，發(fā)現(xiàn)南二區(qū)37號(hào)變壓器噴油，疑似內(nèi)部故障，經(jīng)檢測(cè)確系該變壓器故障。切除該變壓器后送電成功。

3 故障參數(shù)及分析

故障數(shù)據(jù)記錄，2次均為過流一段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作值如表2所示。

表2 故障數(shù)據(jù)記錄

（1）變壓器短路電流計(jì)算

因?yàn)橄到y(tǒng)為單電源輻射式結(jié)構(gòu)，因此重點(diǎn)將系統(tǒng)線路變壓器結(jié)構(gòu)圖和等值電路表示為如圖1～2所示[1]。

圖1 系統(tǒng)接線圖

圖2 等效電路圖

采用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路電流計(jì)算。選基準(zhǔn)容量Sj=100 MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=10.5 kV，以主變?nèi)萘孔鳛橄到y(tǒng)容量SN=12500 kVA，假設(shè)斷路器為理想斷路器。則計(jì)算步驟如下：

系統(tǒng)電抗標(biāo)么值Xs*為：

架空線路及電纜電抗標(biāo)么值Xw1*為：

最大變壓器標(biāo)么值XT*為：

總阻抗X∑*為：

則最遠(yuǎn)端三相短路電流為：

轉(zhuǎn)換為保護(hù)裝置二次側(cè)電流I2：

式中：Sj為基準(zhǔn)容量；Uj為基準(zhǔn)電壓；Ij為基準(zhǔn)電流；Zj為基準(zhǔn)阻抗；X∑*為線路總阻抗。

（2）校驗(yàn)靈敏度系數(shù)

靈敏系數(shù)按最小運(yùn)行方式下線路始端兩相短路電流來校驗(yàn)[2]：

（3）故障電流、保護(hù)動(dòng)作電流裝置定值對(duì)比

由于本文采用實(shí)用公式進(jìn)行粗略計(jì)算，計(jì)算電流只能精確在6 A 左右，對(duì)比2 次保護(hù)動(dòng)作電流均在計(jì)算電流范圍內(nèi)。故由此推斷，故障原因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部短路故障引起[3]。

4 故障分析

經(jīng)過對(duì)比故障電流和變壓器內(nèi)部短路電流，不難得出故障原因?yàn)槔子晏鞖庖鸬母袘?yīng)過電壓，對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣薄弱點(diǎn)造成擊穿，形成短路故障。短路后因跌落保險(xiǎn)熔絲配置過大，未能及時(shí)熔斷，加之保護(hù)裝置動(dòng)作值過小導(dǎo)致南一區(qū)624回路跳閘[4]。總結(jié)跳閘原因如下。

（1）10 kV南二區(qū)開關(guān)過流一段保護(hù)定值設(shè)置過小，無法躲過線路最大變壓器內(nèi)部故障電流。

（2）變壓器跌落保險(xiǎn)熔絲配置過大，無法及時(shí)切除故障變壓器。對(duì)于全線負(fù)載23 臺(tái)變壓器的線路來說，變壓器內(nèi)部故障不應(yīng)該引起全線跳閘，因此可以判斷出原定值計(jì)算方案不符合線路運(yùn)行要求，為此需要對(duì)出線開關(guān)定值進(jìn)行調(diào)整。

5 定值優(yōu)化方案

原開關(guān)定值計(jì)算以系統(tǒng)最小運(yùn)行方式計(jì)算短路電流，得到的定值未考慮變壓器內(nèi)部短路對(duì)其造成的影響，不適用于現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行。原變壓器跌落保險(xiǎn)熔絲設(shè)定以短路速斷為原則配置，未考慮變壓器熔絲熔斷的時(shí)限性，不適用現(xiàn)有運(yùn)行方式[5]。

（1）對(duì)10 kV南二區(qū)開關(guān)定值重新計(jì)算，按照躲過系統(tǒng)所帶最大變壓器內(nèi)部短路故障電流作為過流一段保護(hù)定值。計(jì)算步驟同變壓器內(nèi)部短路電流，根據(jù)變壓器位置和線路長(zhǎng)度調(diào)整計(jì)算參數(shù)，得出計(jì)算結(jié)果如下：

轉(zhuǎn)換為保護(hù)裝置二次側(cè)電流I2：

式中：X∑

*為線路總阻抗。

處于安全的角度考慮，定值調(diào)整后可能不能迅速切除線路末端兩相短路故障，因此增加過流二段保護(hù)，確保保護(hù)配置安全合理，保護(hù)定值采用原過流一段定值，時(shí)限為0.05 s[6]。

（2）對(duì)熔絲按變壓器最大負(fù)荷1.1倍配置[7]。

（3）通過對(duì)定值的調(diào)整和跌落保險(xiǎn)熔絲的更換措施后，在2018年夏季成功切除故障變壓器2 臺(tái)，并且未引起整條線路10 kV開關(guān)動(dòng)作，大幅降低了故障影響范圍。原線路運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性大幅提高[8]。整定后的定值單如表3所示。

表3 整定后的定值單

6 結(jié)束語

在當(dāng)前10 kV系統(tǒng)保護(hù)定值以線路速動(dòng)性為主的整定原則下，部分線路設(shè)備故障將影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，通過引入新的保護(hù)定值計(jì)算方法，根據(jù)最大設(shè)備故障電流調(diào)整定值，同時(shí)將原定值作為設(shè)置短延時(shí)做后備保護(hù)，在實(shí)際應(yīng)用中大幅提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，取得了良好的效果。這種計(jì)算方法對(duì)企業(yè)10 kV供電系統(tǒng)定值優(yōu)化具有良好的實(shí)際效果，行業(yè)人員可參照計(jì)算設(shè)置。