高阻抗差動(dòng)保護(hù)一次通流法研究

許中華

摘 要：母差保護(hù)是主保護(hù)。當(dāng)廠用電10kV系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，母差保護(hù)能夠以非?？斓乃俣惹谐收?，防止電源繼續(xù)給故障點(diǎn)提供故障電流。高阻抗型母差保護(hù)因其較好的抗飽和性能而得以被應(yīng)用。文章重點(diǎn)介紹在進(jìn)行某核電廠高阻抗母差保護(hù)調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出解決方案。

關(guān)鍵詞：差動(dòng)保護(hù)；高阻抗；核電廠

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）10-0117-02

Abstract： Bus differential protection is the main protection. When a short circuit fault occurs in a 10kV system， the busbar differential protection can remove the fault at a very fast speed and prevent the power supply from continuing to provide fault current to the fault point. High impedance busbar differential protection has been applied because of its good saturation resistance. This paper focuses on the problems found in the commissioning of high impedance busbar differential protection in a nuclear power plant， and puts forward solutions to the problems.

Keywords： differential protection； high impedance； nuclear power plant

1 概述

母線差動(dòng)保護(hù)分高阻抗母差保護(hù)、中阻抗母差保護(hù)、

低阻抗母差保護(hù)。低阻抗母差保護(hù)是電流型保護(hù)，高阻抗保護(hù)是電壓型保護(hù)。

高阻抗母差保護(hù)是在差動(dòng)回路中串接以阻抗值很大（幾KΩ）的電壓繼電器而構(gòu)成的。其特點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，選擇性好，動(dòng)作快，不受TA飽和的影響。其缺點(diǎn)是要求各TA的型號(hào)、變比完全相同，TA特性及二次負(fù)載也要相同。由于差回路的阻抗很高，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，TA二次將出現(xiàn)很高的電壓，因此要求TA二次電纜及其他部件的絕緣水平要高。

本文通過(guò)對(duì)某核電廠10.5kV高阻抗母差保護(hù)的調(diào)試介紹，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用新方法進(jìn)行高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)的校驗(yàn)，給后續(xù)進(jìn)行類(lèi)似高阻抗母差保護(hù)調(diào)試提供新的思路。

2 高阻抗母差保護(hù)實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，母線上所有進(jìn)線間隔及負(fù)荷間隔均配置相同特性的保護(hù)用CT，所有差動(dòng)保護(hù)用CT有相同的變比及其它參數(shù)，所有CT同名端（圖中*號(hào)的地方為同名端）引出方向均相同，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)電流大，差動(dòng)電流經(jīng)過(guò)2kΩ串聯(lián)電阻后，在87元件上產(chǎn)生高電壓，當(dāng)電壓超過(guò)整定值時(shí)，通過(guò)跳86繼電器，讓86線圈立即閉合，讓差動(dòng)電流形成一個(gè)閉合的回路，此時(shí)差動(dòng)電流不再經(jīng)過(guò)87元件，避免87元件長(zhǎng)時(shí)間承受較高電壓。圖1中壓敏電阻的作用是當(dāng)回路中的電壓超過(guò)一定值時(shí)，通過(guò)MOV釋放掉回

路中的能量，避免損壞87元件（87元件能夠承受最長(zhǎng)4個(gè)周波，即80ms的故障電壓）。

MOV特性見(jiàn)圖2。

3 高阻抗母差保護(hù)調(diào)試

3.1 調(diào)試定值

該核電廠母差保護(hù)采用的是分相元件87A、87B、87C，動(dòng)作于該段母線上所有斷路器負(fù)荷。設(shè)計(jì)給出的定值是504V，也即母差元件87上的任意一相電壓高于該定值時(shí)，母線上所有斷路器跳閘。

3.2 極性確認(rèn)

為了保證所有CT的極性一致，我們?cè)谠囼?yàn)前確認(rèn)了

每一段母線上CT的安裝方向，以及二次側(cè)的接線，按照?qǐng)D3中所示同名端接線方式，理論上保證了差動(dòng)回路的正確性。通過(guò)干電池確定極性的方式，也再次驗(yàn)證了回路接線的正確性。

為了最終實(shí)際驗(yàn)證差動(dòng)回路及裝置的正確性、完整性，通過(guò)實(shí)際在一次側(cè)通流的形式檢查。在圖3中，將所有回路斷路器搖入工作位置（對(duì)于有閉鎖的斷路器，進(jìn)行臨時(shí)解鎖）。以52-1斷路器的A1、B1為基準(zhǔn)，依次短接A2、B2直至An、Bn，通過(guò)大電流發(fā)生器從A1、B1施加100A電流，所有CT變比均為3000/1，正常情況時(shí)，流入的電流與流出的電流大小相等、方向相反，差流為0，差動(dòng)保護(hù)裝置上不會(huì)呈現(xiàn)差動(dòng)電壓。當(dāng)其中某個(gè)回路的極性錯(cuò)誤時(shí)，單個(gè)CT二次側(cè)電流100/3000=0.033A，由于極性錯(cuò)誤，此時(shí)差動(dòng)電流是二次電流的兩倍（大小相等、方向相同），即

0.066A。該電流會(huì)在87元件上呈現(xiàn)出一個(gè)0.066*2000=132V電壓。因此，可以通過(guò)讀取母差保護(hù)裝置差動(dòng)元件電壓的方法確定二次回路的正確性。對(duì)A1、C1到An、Cn做同樣檢查即可。

3.3 保護(hù)裝置校驗(yàn)

由于電壓定值較高（504V），直接往裝置上加504V電壓，現(xiàn)場(chǎng)基本找不到能夠施加如此高電壓的保護(hù)校驗(yàn)裝置（即使有些裝置能產(chǎn)生如此高電壓，電源品質(zhì)也很難達(dá)到要求），因此考慮從一次側(cè)施加電流，在二次側(cè)產(chǎn)生電壓的方式校驗(yàn)。504V定值對(duì)應(yīng)二次側(cè)電流504/2000=0.252A，需要的容量為U2/R=504*504/2000=127W， 一次側(cè)需施加電流為0.252*3000=756A，對(duì)于同時(shí)滿足容量及電流要求的

大電流發(fā)生器，比較難找。因此在考慮極性正確的情況下，將圖3其中一側(cè)基準(zhǔn)極性調(diào)換（s1、s2端子互換）。

對(duì)換基準(zhǔn)極性后，所需的一次電流減少了一半，這樣僅僅需要756/2=378A。試驗(yàn)設(shè)備所需容量也對(duì)應(yīng)減少了1/4，即127/4=31.75VA，這樣基本滿足了通過(guò)大電流發(fā)生器加量的需要。

由于此方案采用兩相一起施加電流的方式，為了區(qū)分究竟是哪一相保護(hù)動(dòng)作，在調(diào)試時(shí)，需要禁止非相關(guān)相保護(hù)元件。比如：當(dāng)在A、B施加電流時(shí)，為了驗(yàn)證A相保護(hù)，需在SEL587Z保護(hù)中禁止B相87保護(hù)元件。

通過(guò)大電流發(fā)生器施加電流的方式，保護(hù)裝置OUT3口（差動(dòng)保護(hù)出口）在4.908周波動(dòng)作，此時(shí)的保護(hù)動(dòng)作值為506.725V，差動(dòng)電流值為（506.725/2000）*3000=760A，通過(guò)改變基準(zhǔn)接線的方式只需760/2=390A，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備滿足要求。

4 試驗(yàn)方案進(jìn)一步優(yōu)化

盡管現(xiàn)場(chǎng)使用的大電流發(fā)生器CB832能夠產(chǎn)生500A的額定電流，但是由于在做相間短接線及施加電流接線處的接觸電阻較大，以及回路中母排的回路電阻的作用，導(dǎo)致大電流發(fā)生器的帶載能力有限，實(shí)際施加電流時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備有較大的抖動(dòng)，為了防止設(shè)備損壞，我們對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

我們將A1、B1改變基準(zhǔn)極性后，將A1、B1的電流回路并聯(lián)到了一起，同樣將A2、B2電流也并到一起，這樣，在要達(dá)到504V電壓的情況下，進(jìn)一步將需要施加的電流減小了一半，試驗(yàn)設(shè)備的容量也變成了原來(lái)的1/16，減少了由于試驗(yàn)設(shè)備過(guò)載可能造成試驗(yàn)設(shè)備損壞的可能。此時(shí)僅僅需要在一次側(cè)施加378/2=189A電流即可，試驗(yàn)設(shè)備的容量也僅僅需要16VA即可。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，改變接線方式后，該方法可行，且試驗(yàn)設(shè)備也沒(méi)有再發(fā)生在加量過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)由于其抗飽和性能好，有其較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用的也比較廣泛。但在整定電壓較高的情況下，其相應(yīng)的調(diào)試方法比較少見(jiàn)，本文通過(guò)對(duì)某核電廠高阻抗母差保護(hù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，在調(diào)試設(shè)備不能滿足調(diào)試要求的情況下，提出解決方法，并進(jìn)一步優(yōu)化方案，給后續(xù)人員在進(jìn)行類(lèi)似情況的保護(hù)調(diào)試時(shí)，提供了一種解決問(wèn)題的思路，有良好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]SEL587Z裝置說(shuō)明書(shū)[Z].SEL.