10kV較小負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和計量準確,選取額定變比時,盡量使TA的額定一次電流接近實際*大負荷電流.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.對于較小負荷的10 kV出線,特別是專線用戶所配用10 kV TA穩(wěn)定性校驗一般很難滿足,如不采取措施,則會帶來嚴重后果.
1 饋線事故引起進線斷路器爆炸
新安縣電業(yè)局江路線為（電壓等級110/10 kV）供給高速公路收費站的一回電纜專線,電纜長度2.5 km,收費站內安裝250 kVA配變一臺（額定電流14.43 A）.為確保計量準確度,使互感器額定一次電流和*大負荷電流相接近,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,因修路挖掘機將穿管直埋地下的95mm2交聯(lián)聚乙烯電纜挖斷,江路柜內兩相TA爆炸弧光形成三相短路,使出線斷路器真空泡擊碎,同時造成主變10 kV低壓側跳閘.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額定短時熱穩(wěn)定電流It = 2.4 kA,額定動穩(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)對故障時一次電流情況進行計算,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；
江路線短路點前短路電抗為X3= 0.3993；
計算電抗X*∑= X1 + X2 + X3 = 1.0201.
三相短路時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）.短路沖擊電流瞬時值為：ich = 2.55I" = 2.55×5.3917 = 13.75（kA）.
2.2 穩(wěn)定性分析
TA短時熱穩(wěn)定校驗公式It2t≥Qt ,其中：t指熱穩(wěn)定時間；Qt短時電流熱效應,取Qt=I"2TK（TK為短時持續(xù)時間,取后備保護動作時間加相應真空斷路器全分閘時間為0.8 s）.
對于江路線饋線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,短路電流產生很大的熱量和電動力,使線圈絕緣損壞及匝間短路并造成斷線,從而在TA內部產生弧光,導致高溫氣體沿著紙筒兩側噴出,造成三相弧光短路.
2.3 保護性能分析
由于TA本身的勵磁損耗和影響,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.當短路電流流過互感器時,鐵心的磁通密度很高,由于鐵心材料的非線性、勵磁電流的波形畸變,二次電流非正弦波,產生很大的復合誤差.當復合誤差超過10%時,影響繼電保護的正確動作.江路饋線TA保護繞組在額定輸出情況下,準確級及準確限值系數(shù)為10 P15.故障時,短路電流達到額定一次電流的270倍,遠遠大于其準確限值系數(shù)15.分析此次事故復合誤差在10%區(qū)域以外,磁飽和使I2不能迅速增加,影響保護動作,造成保護越級.同時,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值電流達22.6kA,如此大的短路電流使江路1出線斷路器爆炸,上側主變壓器低壓側斷路器速斷跳閘.
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)有關資料要達到I" = 5.4 kA短路電流產生的熱效應Qt,至少應選用75/5及以上的TA.若選取75/5及以上的TA,作為較小負荷專線用戶的關口計量點,平時*大負荷達不到額定值的1/3,影響到計量的準確性.
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)核算滿足動熱穩(wěn)定要求.
電壓損失計算：△U % = 2.16% < 5%.
殘壓計算：△Ure% = 72% > 70%.
當線路電抗器發(fā)生故障時,電壓降主要產生在電抗器上,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,保證系統(tǒng)的可靠運行及人身和設備的**,同時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 裝設計量專用TA或計量箱
實踐證明,相對電力系統(tǒng)而言,變比200/5以下的普通型TA動熱穩(wěn)定性一般很低.另一方面,正常負荷電流小于一次負荷電流30%（低負荷）運行狀態(tài)時,計量準確度根本無法滿足規(guī)定要求.為了滿足準確度和動熱穩(wěn)定,考慮加裝計量專用TA,其動熱穩(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)時間2s,動穩(wěn)定電流12.5 kA,其值遠大于普通型動熱穩(wěn)定電流.在江路線饋線事故處理中,選用200/5的TA,作保護用可滿足故障時保護動作需求.加裝計量專用TA,選擇變比為20/5可滿足計量需求.
另外,由于專用計量箱內附TV、TA的**度等級為0.2、0.5,誤差限值很小,在TA低負荷運行時,可滿足0.2、0.5級準確度要求.兩種等級計量專用互感器誤差限值詳見表1.
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由上表可知,TA動熱穩(wěn)定不能滿足要求時,可選用較大**帶S型的變比等級,使動熱穩(wěn)定性有所增加,比差、角差值有所減少,達到理想的效果.
3.3 裝設三次級雙變比TA
此種TA二次由相互獨立的計量繞組、監(jiān)控繞組、保護繞組構成,并在繞組上設有中間抽頭來改變電流比的大小.特有的構造在一定的范圍內較好地解決了低變比計量、高變比保護的目的.同時,由于是雙變比,公用的一次繞組導線截面按高電流比選取,對于低變比而言,電流密度存在很大裕度,從而提高了整體過載能力和動熱穩(wěn)定性能.
總之,通過江路線饋線事故引起進線斷路器爆炸,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,可根據(jù)實際情況經(jīng)過定量的計算選取串聯(lián)電抗器、裝設專用TA（計量箱）或三次級雙變比TA等措施,來滿足故障時保護動作和計量準確性需要,達到**可靠、經(jīng)濟運行的效果.