基于兩相電流差的中壓電網(wǎng)母線微機(jī)保護(hù)方案研究

錢炳蕓

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,安徽淮北 235000)

基于兩相電流差的中壓電網(wǎng)母線微機(jī)保護(hù)方案研究

錢炳蕓

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,安徽淮北 235000)

我國(guó)中壓供配電系統(tǒng)較少專門裝設(shè)母線保護(hù)裝置,常是依靠上一級(jí)保護(hù)來實(shí)現(xiàn),由于延時(shí)切除故障往往造成十分嚴(yán)重的惡果。在此對(duì)小電流接地系統(tǒng)中特殊情況下的母線保護(hù)展開分析,對(duì)其基本理論基礎(chǔ)和可行性進(jìn)行充分論證,并在此基礎(chǔ)上提出了實(shí)用性較強(qiáng)的基于兩相電流差的中壓母線綜合保護(hù)方案。

中壓系統(tǒng);母線保護(hù);差動(dòng)保護(hù)

0 引言

縱觀我國(guó)現(xiàn)行的中壓供配電系統(tǒng),由于人們對(duì)中壓母線保護(hù)的認(rèn)識(shí)不夠以及受到經(jīng)濟(jì)水平的制約,較少專門裝設(shè)中壓母線保護(hù),通常是依靠上一級(jí)保護(hù)來實(shí)現(xiàn),卻忽視了延時(shí)切除中壓母線故障所造成的惡果,許多原本可以快速消除的故障被發(fā)展、擴(kuò)大,造成配電裝置燒毀、相鄰開關(guān)柜受損等嚴(yán)重事故,使得供電長(zhǎng)期不能恢復(fù)。

在比較各類中壓母線保護(hù)思想并且充分考慮現(xiàn)有中低壓系統(tǒng)運(yùn)行及其電流互感器接線的實(shí)際情況下,本文提出了利用兩相電流差的微機(jī)型母線綜合保護(hù),能夠在不增加太多投資的前提下,充分利用現(xiàn)有條件對(duì)母線實(shí)施保護(hù),并可對(duì)低壓出線起到后備保護(hù)的作用。

1 常見的中壓母線保護(hù)思想比較

母線是供配電系統(tǒng)中的一個(gè)重要的元件,近年來,對(duì)中壓母線保護(hù)的關(guān)注程度日益提高,人們提出了許多保護(hù)思想,但迄今為止較為成熟、采用較多的是差動(dòng)保護(hù)。

1.1 出線過流閉鎖的母線保護(hù)

不論故障發(fā)生在母線內(nèi)部或者外部,其作為啟動(dòng)元件的低壓以及過流部分都會(huì)動(dòng)作,而唯一能夠?qū)е履妇€動(dòng)作的判據(jù)僅僅是出線保護(hù)是否啟動(dòng),如果出線保護(hù)動(dòng)作則意味著出線故障,此時(shí)閉鎖母線保護(hù)。而如果出線不動(dòng)作的話,也必須等到差動(dòng)條件全部滿足才動(dòng)作。保護(hù)的可靠性及其靈敏度不是很高。

1.2 間接比較式母線保護(hù)

在被保護(hù)的母線的各條進(jìn)出線上均裝設(shè)一個(gè)過電流判別元件或方向過電流判別元件。過電流元件裝設(shè)在負(fù)荷出線上,其動(dòng)作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定;方向過電流元件裝設(shè)在主電源進(jìn)線和母線分段斷路器處,其正方向指向被保護(hù)的母線,電流定值也按躲最大負(fù)荷電流來整定。當(dāng)被保護(hù)母線發(fā)生故障時(shí),各個(gè)電源進(jìn)線上的方向過電流判別元件都會(huì)動(dòng)作,各個(gè)出線上的過電流判別元件都不會(huì)動(dòng)作。這種保護(hù)思想的優(yōu)點(diǎn)是在直流回路進(jìn)行邏輯比較,交流元件分散于相應(yīng)的一次設(shè)備處,可以由其原有的三段式保護(hù)的第三段來兼任,也可為專設(shè)的交流判別元件。其缺點(diǎn)是整套裝置分散在多處,維護(hù)不夠方便,電源進(jìn)線需要功率方向元件,構(gòu)成比較復(fù)雜。

1.3 電流相位比較式母線保護(hù)

這是一種間接比較式的保護(hù)思想,它將接于被保護(hù)母線上所有設(shè)備的電流互感器二次側(cè)的電流引入到保護(hù)中,以數(shù)值最大的電源進(jìn)線電流為比相基準(zhǔn),對(duì)各進(jìn)出線電流進(jìn)行比相,相位一致時(shí)判為區(qū)內(nèi)故障,不一致時(shí)判為區(qū)外故障。每條進(jìn)出線處均裝設(shè)一個(gè)按躲過最大負(fù)荷電流整定的電流判別元件,電流判別元件不動(dòng)作時(shí),該線路退出比相。

1.4 帶制動(dòng)特性的電流差動(dòng)保護(hù)

帶制動(dòng)特性的電流差動(dòng)保護(hù)的原理與間接比較式母線保護(hù)相似,不同之處是把其中的電流相位比較回路改成帶制動(dòng)特性的差動(dòng)比較回路。為防止母線內(nèi)部輕微故障時(shí)流出的負(fù)荷電流產(chǎn)生制動(dòng)作用,也可以采取某線路電流小于最大負(fù)荷電流時(shí)將該電流從制動(dòng)項(xiàng)中取消的措施。

2 微機(jī)型中低壓母線綜合保護(hù)方案的研究

2.1 母線保護(hù)的接線形式

2.1.1 現(xiàn)行中低壓電網(wǎng)中電流保護(hù)接線方式

目前在許多中低壓配電網(wǎng)保護(hù)裝置中,起動(dòng)繼電器與電流互感器之間的連接方式,主要有兩相兩繼電器式和兩相一繼電器式兩種。接線方式如圖1和圖2所示:

圖1接線形式適用于作相間短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。采用此接線方法時(shí),流過中性線的電流是A、C兩相電流之和即為

圖2接線形式可用作相間短路保護(hù),而且由于少用了一個(gè)繼電器,此時(shí)流過中性線的電流是A、C兩相電流之差

圖1 兩相兩繼電器接線圖

圖2 兩相一繼電器接線圖

在中低壓供配電網(wǎng)中,大部分采用上述的兩種接線方式,以此兩種接線方式來分析實(shí)行微機(jī)母線保護(hù)的可能性。

2.1.2 改進(jìn)的基于兩相電流差的母線保護(hù)接線形式

因中低壓電網(wǎng)有其特殊性,允許單相接地運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。在此情況下,電網(wǎng)中通常只在A、C兩相裝設(shè)電流互感器。鑒于此,我們就利用A、C兩相電流的差值,對(duì)母線實(shí)行差動(dòng)保護(hù)。首先要對(duì)兩相兩繼電器接線方式進(jìn)行改進(jìn)。改接后的兩相電流差母線保護(hù)接線如圖3所示:

圖3 改接的兩相電流差的母線保護(hù)接線圖

將C相(或者A相)的TA同名端反接,這樣的話,流過中性線的電流就變成為I·a-I·c(或者為I·c-I·a)的形式,符合采用的兩相電流差的條件,只要將中性線上的電流送入微機(jī)即可。

2.2 母線保護(hù)方案性能分析

2.2.1 正常運(yùn)行或外部故障時(shí)

此時(shí)可把母線視為一個(gè)元件,或者僅僅相當(dāng)于一段很短的傳輸線路,在這種情況下,差電流Id接近于0,而復(fù)式制動(dòng)電流|Id-Ir|為 Ir,其值是比較大的,此時(shí)保護(hù)具有較強(qiáng)的制動(dòng)特性,可見此時(shí)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

2.2.2 母線單相接地時(shí)

對(duì)于小電流接地系統(tǒng)而言,無論母線還是線路發(fā)生單相接地,都不作為故障來處理,因此,對(duì)于母線單相接地,保護(hù)應(yīng)該可靠地不動(dòng)作,這時(shí)由安裝于母線處的零序電壓互感器鑒別并發(fā)出告警信號(hào)等提示。

假設(shè)B相母線接地,構(gòu)成保護(hù)的差電流 Id接近0,而復(fù)式制動(dòng)電|Id-Ir|為 Ir,其值是,所以復(fù)式比率制動(dòng)系數(shù) Kr=Id/|Id-Ir|≈0,保護(hù)的動(dòng)作值位于特性曲線D2的下方,保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

假設(shè)母線A相或C相接地,保護(hù)的制動(dòng)系數(shù)落在動(dòng)作曲線D2的下方,保護(hù)有較強(qiáng)的制動(dòng)作用,母線保護(hù)亦不會(huì)誤動(dòng)作。

2.2.3 母線三相短路及相間短路時(shí)

母線三相短路以及其它形式的相間短路時(shí),流入母線和流出母線的電流有較大的差異,此時(shí)可視為 Id≈Ir,復(fù)合制動(dòng)電流|Id-Ir|≈0保護(hù)無制動(dòng)量,Kr約為無限大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于整定的D2的大小,保護(hù)動(dòng)作。

2.3 母線保護(hù)作為出線的后備保護(hù)分析

在實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)功能的同時(shí),還可將送入微機(jī)的各個(gè)出線電流與其存入的定值進(jìn)行比較以作為各個(gè)出線的后備保護(hù)。

3 結(jié)語

基于兩相電流差的中低壓母線保護(hù)方案充分結(jié)合了我國(guó)中壓母線運(yùn)行現(xiàn)狀,通過對(duì)其基本理論基礎(chǔ)和可行性的論證,并認(rèn)真分析比較具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及仿真結(jié)果,證明此保護(hù)方案是實(shí)用可行的。

[1] 劉介才.工廠供電[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[2] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.3～110KV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程DL/T 584-95[M].北京:中國(guó)電力出版社,1996.

[3] 李潤(rùn)先.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.

[4] 楊新民,楊雋琳.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.

[5] 羅珊珊,賀家李,王榮琴.母線保護(hù)中電流互感器飽和檢測(cè)新判據(jù)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),1996(3): 29-34.

責(zé)任編輯:張彩云

TM7

A

1671-8275(2010)01-0058-02

2009-12-20

錢炳蕓(1969-),女,安徽霍丘人,淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,碩士,工程師。研究方向:工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的科研及教學(xué)。