基于兩相電流差的中壓電網母線微機保護方案研究

錢炳蕓

(淮北職業技術學院機電工程系,安徽淮北 235000)

基于兩相電流差的中壓電網母線微機保護方案研究

錢炳蕓

(淮北職業技術學院機電工程系,安徽淮北 235000)

我國中壓供配電系統較少專門裝設母線保護裝置,常是依靠上一級保護來實現,由于延時切除故障往往造成十分嚴重的惡果。在此對小電流接地系統中特殊情況下的母線保護展開分析,對其基本理論基礎和可行性進行充分論證,并在此基礎上提出了實用性較強的基于兩相電流差的中壓母線綜合保護方案。

中壓系統;母線保護;差動保護

0 引言

縱觀我國現行的中壓供配電系統,由于人們對中壓母線保護的認識不夠以及受到經濟水平的制約,較少專門裝設中壓母線保護,通常是依靠上一級保護來實現,卻忽視了延時切除中壓母線故障所造成的惡果,許多原本可以快速消除的故障被發展、擴大,造成配電裝置燒毀、相鄰開關柜受損等嚴重事故,使得供電長期不能恢復。

在比較各類中壓母線保護思想并且充分考慮現有中低壓系統運行及其電流互感器接線的實際情況下,本文提出了利用兩相電流差的微機型母線綜合保護,能夠在不增加太多投資的前提下,充分利用現有條件對母線實施保護,并可對低壓出線起到后備保護的作用。

1 常見的中壓母線保護思想比較

母線是供配電系統中的一個重要的元件,近年來,對中壓母線保護的關注程度日益提高,人們提出了許多保護思想,但迄今為止較為成熟、采用較多的是差動保護。

1.1 出線過流閉鎖的母線保護

不論故障發生在母線內部或者外部,其作為啟動元件的低壓以及過流部分都會動作,而唯一能夠導致母線動作的判據僅僅是出線保護是否啟動,如果出線保護動作則意味著出線故障,此時閉鎖母線保護。而如果出線不動作的話,也必須等到差動條件全部滿足才動作。保護的可靠性及其靈敏度不是很高。

1.2 間接比較式母線保護

在被保護的母線的各條進出線上均裝設一個過電流判別元件或方向過電流判別元件。過電流元件裝設在負荷出線上,其動作電流按躲過最大負荷電流來整定;方向過電流元件裝設在主電源進線和母線分段斷路器處,其正方向指向被保護的母線,電流定值也按躲最大負荷電流來整定。當被保護母線發生故障時,各個電源進線上的方向過電流判別元件都會動作,各個出線上的過電流判別元件都不會動作。這種保護思想的優點是在直流回路進行邏輯比較,交流元件分散于相應的一次設備處,可以由其原有的三段式保護的第三段來兼任,也可為專設的交流判別元件。其缺點是整套裝置分散在多處,維護不夠方便,電源進線需要功率方向元件,構成比較復雜。

1.3 電流相位比較式母線保護

這是一種間接比較式的保護思想,它將接于被保護母線上所有設備的電流互感器二次側的電流引入到保護中,以數值最大的電源進線電流為比相基準,對各進出線電流進行比相,相位一致時判為區內故障,不一致時判為區外故障。每條進出線處均裝設一個按躲過最大負荷電流整定的電流判別元件,電流判別元件不動作時,該線路退出比相。

1.4 帶制動特性的電流差動保護

帶制動特性的電流差動保護的原理與間接比較式母線保護相似,不同之處是把其中的電流相位比較回路改成帶制動特性的差動比較回路。為防止母線內部輕微故障時流出的負荷電流產生制動作用,也可以采取某線路電流小于最大負荷電流時將該電流從制動項中取消的措施。

2 微機型中低壓母線綜合保護方案的研究

2.1 母線保護的接線形式

2.1.1 現行中低壓電網中電流保護接線方式

目前在許多中低壓配電網保護裝置中,起動繼電器與電流互感器之間的連接方式,主要有兩相兩繼電器式和兩相一繼電器式兩種。接線方式如圖1和圖2所示:

圖1接線形式適用于作相間短路保護和過負荷保護。采用此接線方法時,流過中性線的電流是A、C兩相電流之和即為

圖2接線形式可用作相間短路保護,而且由于少用了一個繼電器,此時流過中性線的電流是A、C兩相電流之差

圖1 兩相兩繼電器接線圖

圖2 兩相一繼電器接線圖

在中低壓供配電網中,大部分采用上述的兩種接線方式,以此兩種接線方式來分析實行微機母線保護的可能性。

2.1.2 改進的基于兩相電流差的母線保護接線形式

因中低壓電網有其特殊性,允許單相接地運行相當長的一段時間。在此情況下,電網中通常只在A、C兩相裝設電流互感器。鑒于此,我們就利用A、C兩相電流的差值,對母線實行差動保護。首先要對兩相兩繼電器接線方式進行改進。改接后的兩相電流差母線保護接線如圖3所示:

圖3 改接的兩相電流差的母線保護接線圖

將C相(或者A相)的TA同名端反接,這樣的話,流過中性線的電流就變成為I·a-I·c(或者為I·c-I·a)的形式,符合采用的兩相電流差的條件,只要將中性線上的電流送入微機即可。

2.2 母線保護方案性能分析

2.2.1 正常運行或外部故障時

此時可把母線視為一個元件,或者僅僅相當于一段很短的傳輸線路,在這種情況下,差電流Id接近于0,而復式制動電流|Id-Ir|為 Ir,其值是比較大的,此時保護具有較強的制動特性,可見此時保護不會動作。

2.2.2 母線單相接地時

對于小電流接地系統而言,無論母線還是線路發生單相接地,都不作為故障來處理,因此,對于母線單相接地,保護應該可靠地不動作,這時由安裝于母線處的零序電壓互感器鑒別并發出告警信號等提示。

假設B相母線接地,構成保護的差電流 Id接近0,而復式制動電|Id-Ir|為 Ir,其值是,所以復式比率制動系數 Kr=Id/|Id-Ir|≈0,保護的動作值位于特性曲線D2的下方,保護不會動作。

假設母線A相或C相接地,保護的制動系數落在動作曲線D2的下方,保護有較強的制動作用,母線保護亦不會誤動作。

2.2.3 母線三相短路及相間短路時

母線三相短路以及其它形式的相間短路時,流入母線和流出母線的電流有較大的差異,此時可視為 Id≈Ir,復合制動電流|Id-Ir|≈0保護無制動量,Kr約為無限大,遠遠高于整定的D2的大小,保護動作。

2.3 母線保護作為出線的后備保護分析

在實現母線保護功能的同時,還可將送入微機的各個出線電流與其存入的定值進行比較以作為各個出線的后備保護。

3 結語

基于兩相電流差的中低壓母線保護方案充分結合了我國中壓母線運行現狀,通過對其基本理論基礎和可行性的論證,并認真分析比較具體的實驗數據及仿真結果,證明此保護方案是實用可行的。

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責任編輯:張彩云

TM7

A

1671-8275(2010)01-0058-02

2009-12-20

錢炳蕓(1969-),女,安徽霍丘人,淮北職業技術學院講師,碩士,工程師。研究方向:工業自動化領域的科研及教學。