分析電網運行保護中的方向性問題

蔡德科

（新疆有色金屬工業集團稀有金屬有限責任公司富蘊836300）

分析電網運行保護中的方向性問題

蔡德科

（新疆有色金屬工業集團稀有金屬有限責任公司富蘊836300）

電網運行中，特別是在多電源的電網運行中，電網的各種保護數據對于不同的保護對象在比較中往往產生一定的沖突，因此各點的保護需要引進方向性元件以便處理種種由于多電源而引起的誤動事件。

電網多電源方向性誤動

1 多電源網中方向性問題的提出

對于雙側電源電網（圖1）

圖1

E1、E2分別為電源側，當它們在電網中單獨供電時，會出現下面的情況:

⑴E1單獨供電：由保護1、3、5起線路保護作用；⑵E2單獨供電：由保護6、4、2起線路保護作用；但是當電網中電源側不是單獨時，常規的保護，還能不能進行有效的保護而使電網正常運轉。下面舉例說明：

當E1、E2同時供電，A、B、C、D為母線，1、2、3、4、5、6為各斷路器，同時也是電流保護所處的位置。

假設d1點短路，如果是單電源E1那么1號位置保護啟動。如果E2單獨供電需要2號位置保護啟動，從而達到保護B母線的目的。但當電網中E1，E2同時存在時，d1點短路最好的情況是1號位置，2號位置保護啟動。但是往往由于2號位置與3號位置的保護定值差不多大小，而使得3號位置勿動。通過以下的計算理論上可以避免此種情況。

d1點短路時，要求：2動作，3不動。

d1點短路時，雖然此時可能滿足選擇性要求（3不誤動）：2動作，3不動。

但若出現d2點短路，根據以上的計算可以看出，此前設定的保護定值可以導致2號斷路器誤動。從而提出了保護中的方向性原則。

規定保護正方向：保護安裝處母線→被保護線路（設備）。

分析可知：被保護線路正方向短路時保護不會出現誤動，但在反方向短路時，由對側電源供給的短路電流可能造成該保護誤動作。此時的功率方向：線路→母線。

為防止保護誤動作,增設功率方向閉鎖元件GJ (裝于可能誤動的保護上)，短路點位于：

┌正方向（母線→線路）：GJ動作啟動保護

└反方向（線路→母線）：GJ不動閉鎖保護

增設GJ后,雙側電源網可以按單側電源網的3段電流保護進行配合。

2 功率方向元件GJ工作原理

方向元件GJ中加入電壓U˙J、電流I˙J：

當U˙J與I˙J相位差在相位平面上的某個范圍時，方向元件動作；

當U˙J與I˙J相位差在相位平面上的另一個范圍時，方向元件不動作。

GJ動作邊界一般設計為一條直線（半個平面為動作區，另半個平面為非動作區），且動作邊界可根據故障類型及接線方式任意調整（圖2）。

圖2

GJ動作條件：－90°＜ΦJ-Φlm＜90°（銳角型）。

ΦJ＝U˙J∧I˙J，即U˙J超前I˙J的角度。

Φlm：GJ的最靈敏角，由用戶設定的值，調整?lm→調GJ的動作邊界。

當U˙J超前I˙J的角度ΦJ＝Φlm時，I˙J垂直于動作邊界，位于動作范圍的正中央，GJ動作最靈敏。

當線路正向出口附近故障時U˙J→0，GJ拒作，出現電壓死區（由于故障時電流I˙J較大，不存在電流死區）。

3 相間短路方向電流保護中GJ的接線方式

90°接線方式：

A相GJA：I˙J＝I˙A,U˙J＝U˙BC

B相GJB:I˙J＝I˙B,U˙J＝U˙CA

C相GJC:I˙J＝I˙C,U˙J＝U˙AB

分析可知：

(1)在線路正方向各種相間故障情況下，故障相GJ的ΦJ是在以-90°+Φd為中心左右偏離不超過30°的范圍內。反方向各種相間故障情況下故障相GJ的ΦJ與正方向故障情況相反，即故障相GJ的ΦJ是在以90°＋Φd為中心左右偏離不超過30°的范圍內。Φd為線路正序阻抗角(圖3)。

圖3

(2)對三相短路存在死區（保護安裝處正向出口附近），但對各種兩相短路不存在死區（U˙J中包含非故障相電壓，其值較大，大于正常相電壓）。

(3)若已知線路阻抗角Φd，為降低死區，應盡量使Φlm→-(90°-Φd)。（微機保護一般在內部固定取Φlm=-30°或取Φlm=-45°）。

(4)為了消除方向元件的死區，可采用記憶作用。由于針對相間短路，故障前電壓U˙J[0]與故障后電壓U˙J的相位一致，故用故障前的電壓U˙J[0]（其值較大）與故障后的電流I˙J比較相位來判別方向。（有些要求不高的低壓線路允許方向電流保護存在死區，死區內故障由遠后備來保護）。

4 結論

在實際操作中，可能會遇到各種各樣的問題，而不像簡單的雙電源，在考慮不同的線路時需要借助的方式方法也不僅僅如此。但是大體上，方向性元件在當今的線路保護中應用還是比較廣泛的，也希望大家在相互的探討中能彼此進步，使我們在工作中能更加得心應手。

收稿：2014-01-24