基于两相电流差的中压电网母线微机保护方案研究

钱炳芸

(淮北职业技术学院机电工程系,安徽淮北 235000)

基于两相电流差的中压电网母线微机保护方案研究

钱炳芸

(淮北职业技术学院机电工程系,安徽淮北 235000)

我国中压供配电系统较少专门装设母线保护装置,常是依靠上一级保护来实现,由于延时切除故障往往造成十分严重的恶果。在此对小电流接地系统中特殊情况下的母线保护展开分析,对其基本理论基础和可行性进行充分论证,并在此基础上提出了实用性较强的基于两相电流差的中压母线综合保护方案。

中压系统;母线保护;差动保护

0 引言

纵观我国现行的中压供配电系统,由于人们对中压母线保护的认识不够以及受到经济水平的制约,较少专门装设中压母线保护,通常是依靠上一级保护来实现,却忽视了延时切除中压母线故障所造成的恶果,许多原本可以快速消除的故障被发展、扩大,造成配电装置烧毁、相邻开关柜受损等严重事故,使得供电长期不能恢复。

在比较各类中压母线保护思想并且充分考虑现有中低压系统运行及其电流互感器接线的实际情况下,本文提出了利用两相电流差的微机型母线综合保护,能够在不增加太多投资的前提下,充分利用现有条件对母线实施保护,并可对低压出线起到后备保护的作用。

1 常见的中压母线保护思想比较

母线是供配电系统中的一个重要的元件,近年来,对中压母线保护的关注程度日益提高,人们提出了许多保护思想,但迄今为止较为成熟、采用较多的是差动保护。

1.1 出线过流闭锁的母线保护

不论故障发生在母线内部或者外部,其作为启动元件的低压以及过流部分都会动作,而唯一能够导致母线动作的判据仅仅是出线保护是否启动,如果出线保护动作则意味着出线故障,此时闭锁母线保护。而如果出线不动作的话,也必须等到差动条件全部满足才动作。保护的可靠性及其灵敏度不是很高。

1.2 间接比较式母线保护

在被保护的母线的各条进出线上均装设一个过电流判别元件或方向过电流判别元件。过电流元件装设在负荷出线上,其动作电流按躲过最大负荷电流来整定;方向过电流元件装设在主电源进线和母线分段断路器处,其正方向指向被保护的母线,电流定值也按躲最大负荷电流来整定。当被保护母线发生故障时,各个电源进线上的方向过电流判别元件都会动作,各个出线上的过电流判别元件都不会动作。这种保护思想的优点是在直流回路进行逻辑比较,交流元件分散于相应的一次设备处,可以由其原有的三段式保护的第三段来兼任,也可为专设的交流判别元件。其缺点是整套装置分散在多处,维护不够方便,电源进线需要功率方向元件,构成比较复杂。

1.3 电流相位比较式母线保护

这是一种间接比较式的保护思想,它将接于被保护母线上所有设备的电流互感器二次侧的电流引入到保护中,以数值最大的电源进线电流为比相基准,对各进出线电流进行比相,相位一致时判为区内故障,不一致时判为区外故障。每条进出线处均装设一个按躲过最大负荷电流整定的电流判别元件,电流判别元件不动作时,该线路退出比相。

1.4 带制动特性的电流差动保护

带制动特性的电流差动保护的原理与间接比较式母线保护相似,不同之处是把其中的电流相位比较回路改成带制动特性的差动比较回路。为防止母线内部轻微故障时流出的负荷电流产生制动作用,也可以采取某线路电流小于最大负荷电流时将该电流从制动项中取消的措施。

2 微机型中低压母线综合保护方案的研究

2.1 母线保护的接线形式

2.1.1 现行中低压电网中电流保护接线方式

目前在许多中低压配电网保护装置中,起动继电器与电流互感器之间的连接方式,主要有两相两继电器式和两相一继电器式两种。接线方式如图1和图2所示:

图1接线形式适用于作相间短路保护和过负荷保护。采用此接线方法时,流过中性线的电流是A、C两相电流之和即为

图2接线形式可用作相间短路保护,而且由于少用了一个继电器,此时流过中性线的电流是A、C两相电流之差

图1 两相两继电器接线图

图2 两相一继电器接线图

在中低压供配电网中,大部分采用上述的两种接线方式,以此两种接线方式来分析实行微机母线保护的可能性。

2.1.2 改进的基于两相电流差的母线保护接线形式

因中低压电网有其特殊性,允许单相接地运行相当长的一段时间。在此情况下,电网中通常只在A、C两相装设电流互感器。鉴于此,我们就利用A、C两相电流的差值,对母线实行差动保护。首先要对两相两继电器接线方式进行改进。改接后的两相电流差母线保护接线如图3所示:

图3 改接的两相电流差的母线保护接线图

将C相(或者A相)的TA同名端反接,这样的话,流过中性线的电流就变成为I·a-I·c(或者为I·c-I·a)的形式,符合采用的两相电流差的条件,只要将中性线上的电流送入微机即可。

2.2 母线保护方案性能分析

2.2.1 正常运行或外部故障时

此时可把母线视为一个元件,或者仅仅相当于一段很短的传输线路,在这种情况下,差电流Id接近于0,而复式制动电流|Id-Ir|为 Ir,其值是比较大的,此时保护具有较强的制动特性,可见此时保护不会动作。

2.2.2 母线单相接地时

对于小电流接地系统而言,无论母线还是线路发生单相接地,都不作为故障来处理,因此,对于母线单相接地,保护应该可靠地不动作,这时由安装于母线处的零序电压互感器鉴别并发出告警信号等提示。

假设B相母线接地,构成保护的差电流 Id接近0,而复式制动电|Id-Ir|为 Ir,其值是,所以复式比率制动系数 Kr=Id/|Id-Ir|≈0,保护的动作值位于特性曲线D2的下方,保护不会动作。

假设母线A相或C相接地,保护的制动系数落在动作曲线D2的下方,保护有较强的制动作用,母线保护亦不会误动作。

2.2.3 母线三相短路及相间短路时

母线三相短路以及其它形式的相间短路时,流入母线和流出母线的电流有较大的差异,此时可视为 Id≈Ir,复合制动电流|Id-Ir|≈0保护无制动量,Kr约为无限大,远远高于整定的D2的大小,保护动作。

2.3 母线保护作为出线的后备保护分析

在实现母线保护功能的同时,还可将送入微机的各个出线电流与其存入的定值进行比较以作为各个出线的后备保护。

3 结语

基于两相电流差的中低压母线保护方案充分结合了我国中压母线运行现状,通过对其基本理论基础和可行性的论证,并认真分析比较具体的实验数据及仿真结果,证明此保护方案是实用可行的。

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责任编辑:张彩云

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1671-8275(2010)01-0058-02

2009-12-20

钱炳芸(1969-),女,安徽霍丘人,淮北职业技术学院讲师,硕士,工程师。研究方向:工业自动化领域的科研及教学。