配电变压器励磁涌流引起的10 kV线路保护误动分析

闵喜艳

（陕西省地方电力（集团）有限公司安康供电分公司，陕西 安康 725000）

1 两起10 kV线路保护误动事故分析

1.1 事故概况

2018年05月28日，10 kV 114上竹线检修结束恢复供电时，114开关过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合不成功。

2018年11月，10 kV 118高速Ⅰ线出现多次不明原因的过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合不成功。

1.2 线路参数及保护配置

114上竹线和118高速Ⅰ线均为架空线，挂接配变数量多且总容量大。其中，114上竹线带有农网负荷和高速路施工用电负荷，线径小，线路长，且分支线多；118高速Ⅰ线为高速路专线，主线路短且负荷集中。

114上竹线和118高速Ⅰ线均配置两段式电流保护，过流Ⅰ段定值按躲过本线路末端最大三相短路电流来整定，未考虑配电变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时产生的励磁涌流[1]。10 kV线路有关数据如表1所示。

由表1可知，在2/3配变总容量下，励磁涌流取6倍配变额定电流时，励磁涌流值已明显超过10 kV线路过流Ⅰ段的保护定值。114上竹线和118高速Ⅰ线过流Ⅰ段定值难以躲过线路配电变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时产生的励磁涌流冲击。

表1 10 kV线路参数

1.3 事故分析

1.3.1 事故报文信息

114上竹线保护动作报文：

18-05-28 16:23:52:190 Imax=17.39/696 A 过流Ⅰ段动作

118高速Ⅰ线保护动作报文：

18-11-03 10:35:11:519 Imax=27.23/2 178 A 过流Ⅰ段动作

1.3.2 事故原因分析

114上竹线和118高速Ⅰ线过流Ⅰ段保护动作跳闸后，配网运维人员对线路进行巡查，全线未见明显异常，线路绝缘均在正常范围内。对114上竹线和118高速Ⅰ线的保护装置、开关及其机构进行全面检查校验后，均未发现问题。为保证供电可靠性，拉开114上竹线和118高速Ⅰ线的分段开关、大容量分支线开关后，采用分区、分批送电的方式，最终114上竹线和118高速Ⅰ线全线均送电成功且运行正常。

近年来，随着该地区高速公路建设施工的增多，10 kV114上竹线和118高速Ⅰ线上挂接的配电变压器的数量和总容量也随之剧增，负荷也相对愈发密集。当配电变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，各配变励磁涌流的叠加效应逐步增强，再加上电动机的自启动电流和负荷集中启动所引起的过电流等，致使10 kV线路的过流Ⅰ段定值未能躲过以变压器合闸励磁涌流为主的冷启动电流的冲击，最终造成上述10 kV线路在检修后送不出或者运行中不明原因跳闸等保护误动事故的发生。

10 kV114上竹线和118高速Ⅰ线过流Ⅰ段保护动作跳闸后，重合闸动作不成功，原因也在于过流Ⅰ段保护定值躲不过励磁涌流的冲击。由于对励磁涌流引起的10 kV线路保护误动事故缺乏清晰的判断和果断的处理，导致耗费了大量人力、物力及财力，延误了恢复供电时间。

2 励磁涌流的产生原理及特点

变压器正常运行时的励磁阻抗很大，励磁电流通常在额定电流的2%～5%。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，在电压上升的暂态过程中，暂态直流分量会导致变压器铁芯发生严重饱和，励磁阻抗急剧下降从而产生很大的暂态励磁电流，即为励磁涌流[2]。励磁涌流具有以下重要特点。

（1）励磁涌流的幅值大小与变压器合闸时的电压瞬时值有关。当电压瞬时值为零时，合闸励磁涌流达到峰值。当合闸瞬间电压为峰值时，在铁芯中产生的强制磁通分量为零。磁通一开始就进入稳态，没有非周期分量产生，因此不会出现励磁涌流。

（2）变压器励磁涌流峰值与额定电流的比值随额定容量的减少而增大。当对配电网保护进行整定时，整条线路的励磁涌流峰值可按照接入线路的配变总额定电流的6倍左右来确定。

（3）配电变压器励磁涌流的衰减时间常数一般在0.1～0.2 s内。在配电变压器合闸0.1 s以内，励磁涌流就能衰减到配电变压器额定电流数值的10倍左右；在配电变压器合闸0.2 s以内，就可衰减到额定电流值以下。

（4）负荷对励磁涌流衰减速度有影响。二次负荷越大，回路电阻就越大，衰减速度也就越大。

（5）励磁涌流中含有数值很大的高次谐波分量，主要是偶次谐波。

（6）励磁涌流幅值受系统阻抗的限制，系统阻抗越大，励磁涌流幅值就越小[3]。

3 解决措施

结合励磁涌流的产生原理及主要特点，可采取以下措施来防止励磁涌流引起的10 kV线路保护误动作。

3.1 分区、分批启动负荷

拉开10 kV线路分段开关及大容量分支线开关，先投入空线路，在合理分配投运负荷的基础上，再分别送电各分段开关和分支开关。实际工程中，配电线路（或配电变压器）长时间停电恢复送电时，采用分区、分批启动负荷的措施，使线路上挂接的配电变压器的数量和总容量相对有所减少，可避免整条线路同时送电产生大的冲击电流，并确保负荷电流降至正常运行时的最大值。紧急情况下，分区、分批送电可快速恢复供电，但是人力投资相对过大。

相关部门应在10 kV配电网的规划与建设管理过程中，持续优化电网结构，并对10 kV配电线路进行合理分段，以确保负载均衡。

3.2 合理调整保护整定方案

对于10 kV大容量及长距离配电线路，若按常规电流保护进行整定，一旦励磁涌流数值达到保护动作值，就可能导致10 kV配电线路保护误动。为有效防止配电变压器励磁涌流引起的10 kV线路保护误动作，可对保护整定方案做如下调整。

（1）在保证被保护线路出口三相短路的灵敏系数不小于1.0的前提下，过流Ⅰ段电流定值可按照躲过配电线路变压器空载投入时的励磁涌流值来整定。

在提高过流Ⅰ段电流定值的同时，线路的保护范围会相应大幅缩短。同时，励磁涌流幅值大小与合闸时电压瞬时值有关，配变励磁涌流叠加程度每次都不相同，难以准确核算配电线路空载合闸时的励磁涌流值。若增大瞬时电流速断保护的电流定值，可根据现场运行经验或参考线路电流保护动作的电流值来对保护定值进行调整。

（2）适当增大电流速断保护的动作时限。利用变压器励磁涌流的大小随时间而衰减的特点，延长电流速断保护的动作时间至0.1～0.2 s。虽然会增加故障时间，但能有效防止配电变压器励磁涌流引起的10 kV线路保护误动。

（3）采用瞬时电流闭锁电压速断保护，引入低电压作为测量元件。线路发生短路故障时，母线电压会显著降低，而励磁涌流产生时，母线电压仍为系统正常电压。以电压元件作为逻辑判断，可确保电流速断保护仅在线路发生短路故障时才会动作跳闸，从而达到防止电流速断保护误动的目的。

为防止114上竹线和118高速Ⅰ线过流Ⅰ段保护误动的再次发生，采用了瞬时电流闭锁电压速断保护，引入了低电压测量元件。分析近期运行情况发现，效果比较明显，有效防止了励磁涌流引起的线路保护误动作。

4 结 论

随着电网的不断发展变化，10 kV配电线路挂接的配电变压器的数量和总容量也不断增加。10 kV配电线路保护定值整定过程中，应充分考虑配电变压器励磁涌流对10 kV配电线路电流保护的影响，防止发生配电变压器励磁涌流引起的10 kV线路保护误动事故，以确保10 kV配电线路的安全可靠运行。