10kV較小負(fù)荷出線配用電流互感器的分析
饋電線路所配用的電流互感器(以下簡稱TA),主要考慮到滿足繼電保護(hù)和計(jì)量準(zhǔn)確,選取額定變比時(shí),盡量使TA的額定一次電流接近實(shí)際*大負(fù)荷電流.但是,隨著城市街道紛紛將架空線路改為高壓電纜入地,電纜的電抗值較小且有分布電容,首末端短路相差不大.對(duì)于較小負(fù)荷的10 kV出線,特別是專線用戶所配用10 kV TA穩(wěn)定性校驗(yàn)一般很難滿足,如不采取措施,則會(huì)帶來嚴(yán)重后果.
1 饋線事故引起進(jìn)線斷路器爆炸
新安縣電業(yè)局江路線為（電壓等級(jí)110/10 kV）供給高速公路收費(fèi)站的一回電纜專線,電纜長度2.5 km,收費(fèi)站內(nèi)安裝250 kVA配變一臺(tái)（額定電流14.43 A）.為確保計(jì)量準(zhǔn)確度,使互感器額定一次電流和*大負(fù)荷電流相接近,選用TA為LAJ-10變比20/5,江路線供電系統(tǒng)見圖1.
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2002年8月,江路線饋線1.5 km處,因修路挖掘機(jī)將穿管直埋地下的95mm2交聯(lián)聚乙烯電纜挖斷,江路柜內(nèi)兩相TA爆炸弧光形成三相短路,使出線斷路器真空泡擊碎,同時(shí)造成主變10 kV低壓側(cè)跳閘.據(jù)查,江莊變電站送出的江路10 kV出線斷路器額定開斷電流20 kA,而TA額定短時(shí)熱穩(wěn)定電流It = 2.4 kA,額定動(dòng)穩(wěn)定電流Igf = 4.3 kA.
2 TA的電氣穩(wěn)定性分析
按圖1作出等值電路圖見圖2,現(xiàn)對(duì)故障時(shí)一次電流情況進(jìn)行計(jì)算,分析互感器的誤差特性和穩(wěn)定特性.
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2.1 電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算
經(jīng)折算得：110kV系統(tǒng)短路電抗為X1 = 0.0679；
1#變壓器短路電抗為X2 = 0.5529；
江路線短路點(diǎn)前短路電抗為X3= 0.3993；
計(jì)算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 1.0201.
三相短路時(shí)TA流經(jīng)次暫態(tài)短路電流周期分量有效值為：I" = 1 /X*∑×5.5 = 5.3917（kA）.短路沖擊電流瞬時(shí)值為：ich = 2.55I" = 2.55×5.3917 = 13.75（kA）.
2.2 穩(wěn)定性分析
TA短時(shí)熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式It2t≥Qt ,其中：t指熱穩(wěn)定時(shí)間；Qt短時(shí)電流熱效應(yīng),取Qt=I"2TK（TK為短時(shí)持續(xù)時(shí)間,取后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加相應(yīng)真空斷路器全分閘時(shí)間為0.8 s）.
對(duì)于江路線饋線TA,It2t = 5.76≤Qt= 23.3.可知所選TA熱穩(wěn)定電流較小,不能滿足要求.短路電流周期分量有效值是熱穩(wěn)定電流的2.25倍,短路電流產(chǎn)生很大的熱量和電動(dòng)力,使線圈絕緣損壞及匝間短路并造成斷線,從而在TA內(nèi)部產(chǎn)生弧光,導(dǎo)致高溫氣體沿著紙筒兩側(cè)噴出,造成三相弧光短路.
2.3 保護(hù)性能分析
由于TA本身的勵(lì)磁損耗和影響,使一次電流I1和二次電流I2在數(shù)值和相位上有較大差異.當(dāng)短路電流流過互感器時(shí),鐵心的磁通密度很高,由于鐵心材料的非線性、勵(lì)磁電流的波形畸變,二次電流非正弦波,產(chǎn)生很大的復(fù)合誤差.當(dāng)復(fù)合誤差超過10%時(shí),影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作.江路饋線TA保護(hù)繞組在額定輸出情況下,準(zhǔn)確級(jí)及準(zhǔn)確限值系數(shù)為10 P15.故障時(shí),短路電流達(dá)到額定一次電流的270倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其準(zhǔn)確限值系數(shù)15.分析此次事故復(fù)合誤差在10%區(qū)域以外,磁飽和使I2不能迅速增加,影響保護(hù)動(dòng)作,造成保護(hù)越級(jí).同時(shí),由于江路饋線TA三相弧光短路,接近母線處的三相短路瞬時(shí)值電流達(dá)22.6kA,如此大的短路電流使江路1出線斷路器爆炸,上側(cè)主變壓器低壓側(cè)斷路器速斷跳閘.
從以上分析可以看到,造成事故的根本原因是TA選擇過小,據(jù)有關(guān)資料要達(dá)到I" = 5.4 kA短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)Qt,至少應(yīng)選用75/5及以上的TA.若選取75/5及以上的TA,作為較小負(fù)荷專線用戶的關(guān)口計(jì)量點(diǎn),平時(shí)*大負(fù)荷達(dá)不到額定值的1/3,影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性.
3 防止事故的措施
3.1 出線串聯(lián)電抗器
本例按正常工作電壓UN=10 kV和*大可能工作電流Imax = 120 A,選NLK-10-200型電抗器來限制短路電流,電抗值由：Xl % = (Id / INbx - X*∑) INUd / (INUd) = 0.0638.
其中：Ud、Id為基準(zhǔn)電壓、電流；UN、IN為額定電壓、電流；INbx為限制到的短路電流.
在此選取Xl% = 6%,重新計(jì)算電抗器后短路電流：
X*∑ = 2.1915,
I0s = 2.3 kA,I0.5s = 2.99 kA,I1.1s = 2.9 kA,經(jīng)核算滿足動(dòng)熱穩(wěn)定要求.
電壓損失計(jì)算：△U % = 2.16% < 5%.
殘壓計(jì)算：△Ure% = 72% > 70%.
當(dāng)線路電抗器發(fā)生故障時(shí),電壓降主要產(chǎn)生在電抗器上,而且能在母線上維持剩余電壓大于70% UN,這對(duì)非故障相用戶極為有利,能提高供電可靠性.通過將接地故障電流限制在允許范圍內(nèi),保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及人身和設(shè)備的**,同時(shí)饋線電纜也不致因短路發(fā)熱而加大截面.從整體看比較合理和節(jié)省. 來源:www.tede.cn
3.2 裝設(shè)計(jì)量專用TA或計(jì)量箱
實(shí)踐證明,相對(duì)電力系統(tǒng)而言,變比200/5以下的普通型TA動(dòng)熱穩(wěn)定性一般很低.另一方面,正常負(fù)荷電流小于一次負(fù)荷電流30%（低負(fù)荷）運(yùn)行狀態(tài)時(shí),計(jì)量準(zhǔn)確度根本無法滿足規(guī)定要求.為了滿足準(zhǔn)確度和動(dòng)熱穩(wěn)定,考慮加裝計(jì)量專用TA,其動(dòng)熱穩(wěn)定電流較普通型有所提高.例如：20/5的專用TA熱穩(wěn)定電流5 kA,熱穩(wěn)定電流持續(xù)時(shí)間2s,動(dòng)穩(wěn)定電流12.5 kA,其值遠(yuǎn)大于普通型動(dòng)熱穩(wěn)定電流.在江路線饋線事故處理中,選用200/5的TA,作保護(hù)用可滿足故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作需求.加裝計(jì)量專用TA,選擇變比為20/5可滿足計(jì)量需求.
另外,由于專用計(jì)量箱內(nèi)附TV、TA的**度等級(jí)為0.2、0.5,誤差限值很小,在TA低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),可滿足0.2、0.5級(jí)準(zhǔn)確度要求.兩種等級(jí)計(jì)量專用互感器誤差限值詳見表1.
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由上表可知,TA動(dòng)熱穩(wěn)定不能滿足要求時(shí),可選用較大**帶S型的變比等級(jí),使動(dòng)熱穩(wěn)定性有所增加,比差、角差值有所減少,達(dá)到理想的效果.
3.3 裝設(shè)三次級(jí)雙變比TA
此種TA二次由相互獨(dú)立的計(jì)量繞組、監(jiān)控繞組、保護(hù)繞組構(gòu)成,并在繞組上設(shè)有中間抽頭來改變電流比的大小.特有的構(gòu)造在一定的范圍內(nèi)較好地解決了低變比計(jì)量、高變比保護(hù)的目的.同時(shí),由于是雙變比,公用的一次繞組導(dǎo)線截面按高電流比選取,對(duì)于低變比而言,電流密度存在很大裕度,從而提高了整體過載能力和動(dòng)熱穩(wěn)定性能.
總之,通過江路線饋線事故引起進(jìn)線斷路器爆炸,這起事故的分析,可以看到：隨著電網(wǎng)的發(fā)展,在較小負(fù)荷的10 kV出線,特別是專線配用的TA不能滿足穩(wěn)定性要求時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)過定量的計(jì)算選取串聯(lián)電抗器、裝設(shè)專用TA（計(jì)量箱）或三次級(jí)雙變比TA等措施,來滿足故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作和計(jì)量準(zhǔn)確性需要,達(dá)到**可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果.