Page 64 - 电力与能源2023年第二期

158 方雨康，等：基于 10 kV 架空线合闸励磁涌流衰减特性的前加速过流保护整定调整方案

路前加速动作、合闸失败的情况，不但给电网运行安
“
全造成威胁，而且严重影响“用户停电时间”用户停
电次数”等供电可靠性指标。
关于变压器励磁涌流的研究已经有近百年的
［6］
历史 ，但是研究成果多集中于输电网中大容量
的单台变压器，对励磁涌流的产生机理、特征、识
图 1 多配电变压器在线路开关合闸时的等效电路
别以及对差动保护的影响与抑制等作了深入的研
究与详尽的论述 ［7-16］ 。随着配电网的快速发展，对
供电可靠性的要求越来越高，配电网励磁涌流的
研究近十年来逐渐引起重视 ［2-5， 17-18］ 。文献［17］搭

建了更贴近实际配电网的多变压器励磁涌流分析
模型，并从理论上研究了多台配电变压器合闸引
起励磁涌流的概率分布规律。文献［2-5］和文献
［18］针对配电网励磁涌流引起线路保护误动作原
因展开分析，并提出了适用于抑制低负荷密度配
图 2 多配电变压器简化等效电路
电网励磁涌流影响的解决方案。
电压方程为
上海城市配电网负荷密度高、10 kV 馈线数
dψ s dψ T
U s = + R s i c + + R T i c （1）
量众多，对配电网励磁涌流特征展开深入研究，并 dt dt
从实际工程改造的角度提出简单易执行的解决方 式中 ψ s，ψ T——系统电感磁链和等效变压器铁
案，对于保护电网安全、提升供电可靠性是一项十 心磁链。
分重要且有实际应用价值的研究。 设系统总磁链为 ψ c，则回路磁链方程为
（2）
ψ c = ψ s + ψ T
1 10 kV 架空线合闸励磁涌流
如果不考虑铁心饱和，则 i c 和 ψ c 之间呈线性
城市配电网 10 kV 架空线路上，接有大量配 关系，可以表示为
电变压器。在线路开关合闸瞬间，多台配电变压 ψ c =( L s + L T ) i c （3）
器产生的励磁涌流会相会叠加，在线路开关处形 将式（2）和式（3）代入式（1）整理可得：
成幅值较大的合闸励磁涌流。图 1 为多配电变压 dψ c + R c ψ c = U m sin ( ωt + α ) （4）
dt
器在线路开关合闸时的等效电路，其中 U s 为系统 L c
式中 R c——R s 和 R T 之和；L c——L s 和 L T 之和。
电源电压，R s，L s 分别为系统折算至 10 kV 侧的等
式（4）为一个常系数微分方程，整理求解可得：
效电阻与电感，R T1，R T2，…，R Tn 分别为配电变压
-t/τ
ψ c ( t )=-ψ m cos ( ωt+ α )+( ψ r + ψ m cos α )e （5）
器 T 1，T 2，…，T n 的线圈电阻，L T1，L T2，…，L Tn 分别
式中 ψ m——变压器稳态磁链幅值；τ——衰减时间
为配电变压器 T 1，T 2，…，T n 的励磁电感，i c 为线路
L c L s + L T ；ψ m——等效变压器合闸前
开关 K 合闸电流。 常数， τ = =
R c R s + R T
为了便于分析，将多配电变压器等效为一台 的铁心剩磁，通常不超过 0.9 倍的额定磁链 ［14］ 。
变压器，多配电变压器在线路开关合闸时的简化 从式（5）可以看出，开关合闸最大磁链与变压

等效电路如图 2 所示，其中 R T，L T 分别为等效变压 器稳态磁链 ψ m、电压合闸角 α、铁心剩磁 ψ r 有关。
器的线圈电阻和励磁电感。 当 α=0°和 α=π 时，在合闸的一个周期内 ψ c 达到
设线路开关合闸时的电压合闸角为 α，电源 最大值，考虑铁心剩磁 ψ r，ψ c 在将超过 2ψ m。
电压 U s=U msin（ωt+α），线路开关合闸以后，回路 变压器近似磁化曲线如图 3 所示。