新型全線速動(dòng)兩段式電流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

王鋅桐， 王曉波， 張銀奎， 楊春玲

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051)

在35kV及以下電壓級(jí)電網(wǎng)中,廣泛使用由無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)過(guò)電流保護(hù)構(gòu)成的三段式電流保護(hù)作為相間短路保護(hù)。三段式電流保護(hù)具有簡(jiǎn)單、可靠,并且在一般情況下能夠滿(mǎn)足快速切除故障的要求的優(yōu)點(diǎn),但是,三段式電流保護(hù)也具有直接受電網(wǎng)接線方式以及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響的缺點(diǎn),使得它不能滿(mǎn)足靈敏性的要求。

1 傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)裝置的缺點(diǎn)

(1)

圖1 傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)動(dòng)作特性分析

2 全線速動(dòng)兩段式電流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

如果當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí),可以明確發(fā)生故障的位置是在本段線路還是在下一段線路上,那么我們完全可以只設(shè)置將三段式電流保護(hù)簡(jiǎn)化為兩段式電流保護(hù)。其中,電流I段保護(hù)保護(hù)本段的全長(zhǎng),無(wú)延時(shí)動(dòng)作,作為本段的主保護(hù);電流II段保護(hù)保護(hù)范圍為本段的全長(zhǎng),延時(shí)Δt時(shí)間動(dòng)作,作為本段的后備保護(hù)。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了如下裝置系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)保護(hù)功能,具體如圖2所示,部件① 為圖像處理終端,所有弧光攝像頭方向均指向線路末端,用來(lái)采集短路時(shí)的弧光,并圖像處理終端的構(gòu)成如圖3所示,分別為圖像采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微處理器和5G無(wú)線接收/發(fā)送模塊。微機(jī)型線路保護(hù)裝置的構(gòu)成如圖4所示,裝置中除了常規(guī)線路保護(hù)裝置所需要的部分以外,另外增加了無(wú)線接收模塊,用來(lái)接收從圖像處理終端傳送過(guò)來(lái)的無(wú)線數(shù)字信號(hào)。

圖2 全線速動(dòng)兩段式電流保護(hù)裝置構(gòu)成

圖3 圖像處理終端硬件結(jié)構(gòu)

圖4 全線速動(dòng)型微機(jī)線路保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)

裝置的工作原理和方法如圖2所示,假設(shè)短路故障發(fā)生在BC段線路的K2點(diǎn),按照繼電保護(hù)的選擇性,應(yīng)該由斷路器QF2跳開(kāi)切除故障,由于K2靠近AB段末端,如果按照傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)的方案,很有可能會(huì)被誤認(rèn)為是在線路AB段中的K1發(fā)生故障,引起斷路器QF1跳閘,使得停電范圍擴(kuò)大。全線速動(dòng)的兩段式電流保護(hù)裝置系統(tǒng)按照下面的方式工作:當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生短路故障后,微機(jī)型線路保護(hù)裝置通過(guò)所采集的電流可以判斷出現(xiàn)在線路AB或者線路BC上發(fā)生了短路故障,但是具體是在AB段還是BC段發(fā)生短路故障是不得而知的;此時(shí)微機(jī)型線路保護(hù)裝置中的“無(wú)線發(fā)送模塊”發(fā)出無(wú)線信號(hào),召喚AB線路和BC線路上所安裝的圖像處理終端工作,圖像處理終端中的“弧光攝像頭”進(jìn)行拍攝,轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后通過(guò)無(wú)線通訊模塊傳送給微機(jī)型線路保護(hù)裝置,很明顯,圖像處理終端1m所采集的弧光光強(qiáng)最強(qiáng)、圖像處理終端1所采集的弧光光強(qiáng)其次、圖像處理終端2所采集的弧光光強(qiáng)再次、圖像處理終端n所采集的弧光光強(qiáng)最弱、其他圖像處理終端采集不到弧光信號(hào),微機(jī)型線路保護(hù)裝置接收到這些光強(qiáng)數(shù)字信號(hào)以后,通過(guò)分析判斷,可以確定出是在圖像處理終端1m和圖像處理終端(1m-1)之間的部分發(fā)生了短路故障,也就是在線路BC段發(fā)生了短路故障,微機(jī)型線路保護(hù)裝置發(fā)生跳閘命令,讓斷路器QF2跳閘切除故障。這樣,電流I段保護(hù)就可以保護(hù)本段的全長(zhǎng)了,而且,無(wú)線信號(hào)的傳送速度非?？?對(duì)于繼電保護(hù)的速動(dòng)性幾乎沒(méi)有影響,保證了該保護(hù)可以在0.1S以?xún)?nèi)切除故障。對(duì)于電流II段保護(hù),只需要將定值整定為保護(hù)本段的全長(zhǎng),延時(shí)整定為Δt即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)的靈敏性或保護(hù)范圍往往不能滿(mǎn)足保護(hù)的要求,而換作其他繼電保護(hù)如光纖保護(hù),又會(huì)出現(xiàn)成本增加、保護(hù)原理復(fù)雜、可靠性降低等缺點(diǎn),使用全線速動(dòng)的兩段式電流保護(hù)裝置,既可以做到線路在發(fā)生相間短路故障時(shí)全線速動(dòng),同時(shí)也不會(huì)降低繼電保護(hù)的可靠性,非常具有實(shí)用價(jià)值。