10 kV高压供电系统过流继电保护的智能化改造

吴立智,季小伟

(海峡之声广播电台厦门分台,福建厦门361024)

0 引 言

海峡之声广播电台厦门分台的高压供电系统采用的是两路10 kV电源供电(中性点不接地),二者分段联络,互为主备,可自动倒换。这样做的好处在于能够在一路外电停电后,另一路可迅速的投入使用,保证其它机器设备正常安全稳定运行。但同时这也对其高压二次控制回路中的过流继电保护系统,特别是速动性和灵敏性上提出了更高的要求,以避免因本站设备故障时,过流保护拒动而造成上一级设备的保护动作,同时影响到两路外电系统,造成停电事故的扩大化。

1 改造前的二次控制回路中的过流继电保护的技术优缺点

整个10 kV系统包括高压一次回路系统和二次控制回路系统,而起到控制和保护作用的主要是二次控制回路系统。

改造前主要由两个电流互感器2LHa、2LHc和两只过流继电器1LJ、2LJ(图1),再加上一些中间继电器、时间继电器以及防跳继电器TBJ和相关的辅助元器件共同构成高压二次控制回路(图2)。

图1 改造前过流继电保护回路简图

其中过流保护采用两相两继电器的反时限过流继电保护。反时限过流保护是指保护装置的动作时间与通过继电器的电流(或故障电流)大小成反比关系。本文中使用的是GL-21型反时限继电器(图3)。GL型反时限继电器的工作原理是复合式的,由公用一个线圈的感应式和电磁式的两个元件组成。当继电器的线圈通以交流电流时,则在铁芯的遮蔽与未遮蔽部分产生两个具有一定相位差的磁通。此磁通与其在圆盘中感应的涡流相互作用,在圆盘上产生转矩。在20%～40%的动作电流整定值下,圆盘开始旋转。此时由于扇齿与蜗杆没有咬合,故继电器不动作。当线圈但同时,这类继电器也有着很大的缺点,即动作时间整定比较复杂,继电器动作误差较大,当短路电流较小时,其动作时间可能相当长,延长了故障持续时间,并且GL型继电器在10倍整定动作电流下的动作时间最快也仅仅为0.5 s,因此在灵敏性和速动性上已经远远不如现在的智能式继电器构成过流继电保护装置。

图2 改造前二次控制回路简图

图3 GL-21型反时限过流继电器

2 智能化改造设备的选型

针对前面所述GL反时限过流继电器的缺点,有必要对高压二次回路的过流继电保护系统进行智能化改造,以达到消除隐患,保证设备安全稳定运行的要求。经过多方考察论证,选用了许继电器的PMF700L-B型配电线路保护测控仪(图4)组成的智能保护系统作为改造方案,主要是该产品在过流保护的灵敏性、速动性上较好,整定设置简单方便,符合改造要求,并且整机基于小型化中的电流增大至整定电流时,电磁力矩大于弹簧的反作用力矩,框架转动,使扇齿与蜗杆咬合,扇齿上升。此时继电器的动铁在扇齿顶杆的推动下,使导磁铁右边气隙减少,左边气隙增大,因而动铁被导磁铁吸合,使继电器触点动作。当继电器线圈中的电流为整定值时,感应元件的动作时限与电流的平方成反比。随着电流的增加,导磁体饱和,动作时限逐渐趋于定值。当线圈中的电流大到某一电流倍数时,电磁元件瞬时动作,因而继电器的动作时限具有有限反延时的特性。

采用反时限继电保护的优点在于所用继电器数量大为减少,一种GL型电流继电器就基本上能取代定时限过流保护的电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器等一系列继电。因此采用这类反时限继电保护电路投资少,接线简单,可同时实现电流速断保护,并且由于GL型继电器的触点容量大,所以可直接接通跳闸线圈,适合交流操作。设计理念,确保用户安装使用方便,便于老系统的改造。此外该设备还具有以下的优点:

图4 PMF700L-B型配电线路保护测控仪

(1)采用后插拔方式,加强型单元机箱按抗强振动、强干扰设计、便于安装在开关柜上运行;

(2)采用32位ARM 处理器,功耗低,内含大容量的RAM和Flash Memory;数据处理、逻辑运算和信息存储能力强,运行速度快,可靠性高;

(3)采用实时多任务操作系统,模块化编程;实时性好;

(4)按智能继电器设计思想设计,整定简单,使用方便;

(5)高精度A/D采样,测量精度高;

(6)可保存不少于80个最近发生的运行信息和故障信息记录,为运行优化和事故分析提供充分的数据信息;

(7)提供丰富的指示灯信号,采用中文图形液晶显示,操作简单,报文清晰易懂,人机接口友好;

(8)高标准电磁兼容性能,能在恶劣环境(如强电磁场,低温,潮湿,灰尘等)下可靠运行。

3 高压供电系统过流继电保护的智能化改造方案

图5、图6为对高压供电系统过流继电保护的智能化改造后的过流继电保护回路简图和二次控制回路简图。图7为PMF700L-B型配电线路保护测控仪的背板端子图。

图5 改造后过流继电保护回路简图

图6 改造后二次控制回路简图

图7 PMF700L-B型背板端子图

可以看出,采用此方案进行改造,方便简单,并不需要改动太多的线路,主要是用PMF700L-B型配电线路保护测控仪取代GL-21型反时限继电器的反时限过流保护功能。该设备反时限过流保护的原理框图如下(图8)。

图8 PMF700L-B型反时限过流保护原理框图

PMF700L-B型配电线路保护测控仪设有三种反时限,其反时限特性方程如下:

式中,I为故障电流;IP为整定电流;tp为时间整定常数;t为动作时间。

这三种反时限特性可以由控制字选择(0为一般反时限,1为非常反时限,2为极端反时限)。其过流动作时间可在 0～100 s范围内控制,延时误差在0～2 s范围内时不超过40 ms,各种保护动作精度小于±2.5%,能很好地满足改造的预设要求。

4 结束语

通过这次高压供电系统过流继电保护的智能化改造后,在设备实际运行的过程中,配电线路保护测控仪不误动、不拒动,出现保护动作后能够通过运行信息和故障信息记录找到原因,及时排除故障,保证其它机器设备能够正常的安全稳定运行。

[1]GL-20系列过流继电器使用手册[Z].1995.

[2]PMF700系列配电保护测控仪技术说明书[Z].2010.