10kV配电线路保护误动原因分析

摘要：随着我国经济的快速发展，电力系统的建设规模不断扩大，电网结构越来越复杂，经常发生10kV出线过流保护误动的现象，对10kV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，既影响了工业生产及市民的生活用电，又给变电所运行人员带来很多麻烦，缩短了断路器的寿命。基于此本文对励磁涌流产生原理和特点展开了研究，并针对10kV线路保护存在的问题，提出了改进措施，以期给相关人员带来参考性的意见。 关键词：10kV配电线路；励磁涌流；保护误动

1、励磁涌流相关概述 1.1、励磁涌流特点

涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的6～8倍。 1.2、励磁涌流产生原理

变压器作为电能、磁能的转换装置，当变压器二次绕组开路时，一次绕组需要通过相应的励磁电流来建立主磁通，因此，励磁涌流是变压器特有的电磁现象。励磁电流和磁场的关系可以由变压器铁芯的磁化曲线特性来决定。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。

变压器空载合闸时，励磁电流迅速增大，铁芯也会迅速饱和。铁芯饱和后，磁路从空气中流通，磁导急剧减小，从而励磁电流急剧增加。并且衰减较慢，经过若干时间进入稳态。图1所示为与正弦电压接通的空载单相变压器。变压器有一个闭合的铁芯磁路，一般情况下电感是非线性的。电感线圈磁链Φ和电流的函数曲线中Φ=f(i)与磁感应强度B和磁场强度H的函数曲线B=f(H)的形式一致，可用变压器近似磁化曲线表示，如图2所示。

设变压器在t=0时刻空载合闸，加在变压器上的电压为：

此时回路电压方程式：，由于变压器绕组的电阻值很小，在接入正弦电压后，电压降远远大于R上的电压降，因此R上的电压降可以省略不计，所以上式可以表示为：，解微分方程，可得：，由于铁芯的磁通不能突变，可求得：。

考虑到成本和工艺，现代电力变压器的饱和磁通一般做成Φ=1.15～1.4。而变压器的运行电压一般不会超过额定电压的10%，相应的磁通Φ不会超过饱和磁通，所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会饱和的。但在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，由于的作用，就可能会大于Φs，从而造成变压器的饱和，若铁芯的剩磁Φr>0cosa>0，合闸经过半个周期(ωt=π)后，磁通Φ达到最大值。即

Φ=2cosaΦm+Φr，当α=0时，Φ最大，其最大值为2Φm+Φr，远大于饱和磁通Φs，

造成变压器严重饱和。此时磁通的波形如图3所示。

根据图2.4所示的变压器近似磁化曲线，铁芯不饱和时，磁化曲线的斜率很大，即励磁之路电感很大，励磁电流近似为零；铁芯饱和后，磁通从空气中流通，导致磁化曲线的斜率很小，励磁电感很小，大大增加，形成励磁涌流。励磁涌流的波形如图4所示。

从图4可以看出，波形为尖顶波，并且完全偏离时间轴的一侧，且是间断的。显然，饱和越严重，间断角越小。饱和的严重程度受剩磁大小，合闸角度影响。正向饱和时，正向剩磁越大，合闸角越小，饱和程度越严重，当合闸角为0度时，饱和最严重，间断角最小。同理，反向饱和时，反向剩磁越大，合闸角为180°时，饱和最严重，间断角最小。间断角θf是区别励磁涌流和故障电流的一个重要特征，其数值与变压器电压(稳态磁通)幅值、合闸角α以及铁芯剩磁Φt有关，在变压器空载投入时具有随机性。通常只关心各种情况下最小的间断角，在计算时可取Φs=1.15、Φm=1.1、a=0。则取最大剩磁。变压器的最大剩磁与许多因素有关，现场实测也比较困难，具体数值目前还有争议，较为保守地可取Φr=0.7，Φf=108º。励磁涌流除了有间断角的重要特征之外，谐波、非周期分量也是重要特征。励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量和谐波分量。由于励磁涌流是周期函数，可以展开成傅立叶级数，计算其谐波分量。 2、10kV线路保护存在的问题

在电网运行过程中，发生过多次10kV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。研究发现，随着电网电力负荷的快速增长，10kV线路挂接的小容量配电变压器数量剧增，合10kV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。10kV配电线路在长期运行的过程中出现设备故障是难免的。比如，由于线路损坏（导线破损、设备老化等原因）而减弱配电网的负荷能力。一些地区，长年来没有对线路和配电设备及时进行大修或改造，最终出现线路绝缘强度严重降低的情况。根据统计，多次跳闸故障分析，结果如表1，并对事故的可能原因进行了简要分析。

10kV线路一般采用三段式电流保护，为躲过励磁涌流，整定计算时，在与主变后备保护定值匹配的前提下，可适当调大电流速断保护定值。对10kV配电线路检修作业结束后恢复送电时，保护跳闸及线路发生故障重合不良时，采取的措施是拉开10kV线路分歧开关，线路送电后，分别送各分歧开关，通过合理分段和分配负荷，控制一次合闸送电容量，分级送电。 3、改进措施

防止这种误动的有效方法是在10kV出线保护中加装电压闭锁保护。可在不改变原有定值的基础上，区别故障电流和励磁涌流。励磁涌流含有大量的二次谐波，变压器的差动保护就是利用这个特性，设定二次谐波制动来防止励磁涌流引起保护误动作。若在10kV线路保护中，增加二次谐波制动闭锁保护功能，当配电线路故障时，无二次谐波产生，不闭锁保护，但当配电线路中产生励磁涌流时，迅速闭锁线路保护功能，可避免由于变压器励磁涌流引起的保护误动作。

总之，励磁涌流的产生对配电变压器安全运行的危害不大，但对10kV配电线路电流保护影响却很大，采取相应的措施将频繁引起电流保护误动，已成为继电

保护专业人员工作的重中之重。 参考文献：

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