方向过电流保护装置在高压系统中的实际应用与研究

中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司研究院 杨光

0 引言

在如今这个时代，电可以说是最重要的能源，也可以说整个的日常生活就是由电网所连接起来的。但电也是危险的，不稳定的，如果应用不好就可能引发一系列的灾难与事故。尤其是在高压系统中，如果稍有不甚，就会造成难以挽回的事故。所以对电的保护也是重中之重。电力系统的保护是多种多样的，彼此之间需要紧密配合，以解决精密设备在运行过程中可能发生的多种故障和不正常的运行状态。既要避免发生误动作造成生产事故，又要防止不动作使故障扩大化甚至变成事故。

1 装置简介

MiCOM P127是全数字式一体化方向过电流保护装置，具有强大的控制及数据收集功能、数据获取以及故障、事件记录与故障录波等，通过RS485通讯口，可在配备了MiCOM S1专用软件的PC机上查看、确认以及更改保护装置的整定值。

2 保护原理及设定方法

2.1 三相过电流保护

每个相间过流保护都应有独立的保护段，构成三段式保护阶梯特性。每段可设定方向（正向或反向）或者不带方向。所有保护段都应设有定时限延时特性，以避免误动作。第一段和第二段可以整定成反时限（IDMT）特性曲线中的任意一条。前两段相过电流保护动作是基于基波电流，第三段的相过电流保护可选择动作于RMS实时有效值电流。

IDMT曲线公式及系数：IEC曲线

IEEE曲线

其中：t= 动作时间，T=IEC（曲线时间倍数整定），K=常数，I=测量电流值，IS=电流门槛整定值，L =ANSI/IEEE常数（若采用IEC曲线为零），TD=IEEE曲线的时间刻度整定值，α = 常数。

曲线标准K常数α常数L常数标准反时限IEC 01.14 0.02 0非常反时限IEC 13.5 1 0极端反时限IEC 80 2 0长时反时限UK 120 1 0标准反时限IEEE 0.0515 0.02 0.114非常反时限IEEE 19.61 2 0.491极端反时限IEEE 28.2 2 0.1217反时限US（C08）5.95 2 0.18短时反时限US（C02）0.023940.020.01694短时反时限UK0.050.040整流保护RECT459005.60

RI反时限公式：

其中，K=RI曲线系数，在0.1～10之间（步长0.05）， IS=电流门槛整定值。

IDMT段有一个可整定的复位计时器，用来和继电器进行分级配合，来减少自动重合闸的死区和给间歇故障留下清除时间。

由于故障电流可能从几个方向流经保护装置所在的位置，为了让过电流保护能够正确动作，那么就必须增加方向判据。过电流保护的方向判断必须有合适的参考量做为极化信号，而系统电压的角度在故障情况下仍然可以保持相对不变，通常可以采用系统电压来做极化量。

2.2 热过负荷保护

由于电阻的存在，电流通过载体必然产生热量，根据公式Q=I2RT可知电流越大产生的热量越多。热过负荷检测可设定为适应电缆和干式变压器保护所要求的单时间常数特性。

其中，t=跳闸时间（当超过过负荷电流I）；t= 被保护设备的过热和冷却时间常数；I=最大相电流；IFLC=满负荷时额定电流；k=常数1.05（允许连续运行到小于1.05 IFLC)；IP=过负荷前的稳态负荷电流。

跳闸时间的计算公式：

其中，tTrip=跳闸时间，Te=被保护元件的热时间常数，Ix=热过负荷，等于lep/kIθ>，lep= 和最大相电流的有效值等价的电流值，Iθ>=由国际标准或制造厂给出的满负荷时额定电流值，K=和热状态公式有关的因子，θ=最初的热状态，如果初始热状态等于30%，则θ2=0.3，θTrip=跳闸时的热状态，如果跳闸时的热状态整定为100%，则θTrip= 1。

2.3 负序过电流保护

在对传统的相间过电流保护进行整定时，过电流元件的定值一定要大于最大的负荷电流，但是这会限制元件的灵敏度。大多数的保护方案都是采用接地故障元件动作于零序电流来提高接地故障的灵敏度。不过仍然有一些故障不能被这些保护方案检测到。

所有不平衡的故障状态都会产生一定幅值的负序电流。所以，相间负序过电流保护可以动作于相间故障和接地故障。对相间负序过电流进行保护能够提高相间经电阻短路的灵敏度。但在一些情况下，由于电力系统的接线方式并不一样，也可能检测不到零序电流，比如位于星-三角变压器的三角侧的接地故障保护就不能检测到星形侧的接地故障。但是无论发生什么故障，在变压器的两侧都会出现负序电流。所以，应用相间负序过电流保护可以做为延时后备保护。比如说在采用熔丝保护的旋转电机中，熔丝的熔断就会产生大量的负序电流。这对电机来说是非常危险的状态，因为两倍频率的负序电流产生的热量很大。这种情况下可采用相间负序过电流保护做为专用的有效的电机后备保护。所以如果系统中出现负序电流，就要有报警信号，提醒运行人员检查出现不平衡的问题。

3 结束语

本文通过辽阳石化研究院新上的淤浆法项目的10kV高压柜上的MiCOM P127方向过流保护装置，对三种过流保护的原理及应用进行阐述，其中一些公式中的常数是由厂家及院内工程师经实际调试得出，有很大的指导意义。

[1]杨光,王杰,杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]贺家李,宋从矩 编.电力系统继电保护原理[M].北京:水利电力出版社,1994.

[3]（美）安德森(P,M,Anderson).电力系统保护[M].北京:中国电力出版社, 2009.