基于電流突變量的自適應過電流保護新原理探究

王春華

（國網(wǎng)山東省電力公司商河縣供電公司 山東濟南 251600）

引言

依據(jù)問題發(fā)生后只中斷問題支路這一準則，以往配電網(wǎng)保護一般選用三段式的電流保護措施，整定過電流時則根據(jù)其避開的最大負荷電流進行，通常會因為自驅(qū)動電流大，在比較長的線路尾端出現(xiàn)短路問題，靈敏性無法滿足有關(guān)需求，保護裝備不能正常運行，大大降低電網(wǎng)的可靠性和安全性。相關(guān)人員一定要對此予以高度重視，同時研究出科學合理的解決對策。

1 電網(wǎng)運行中負荷自啟動對過電流保護的影響

以某一配電網(wǎng)為例（如圖1所示），若K位置出現(xiàn)問題，保護2主保護馬上驅(qū)動，去除故障，求備用保護是保護3，在問題解決后要穩(wěn)定返回。

圖1 輻射型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 負荷電流變化特征圖示

在此配電網(wǎng)里，以上保護的整定匹配關(guān)系還要充分結(jié)合以下幾方面考慮：

（1）保護裝備的誤動。若線路的外在問題點K被去除之后，B（母線）所銜接的負荷自驅(qū)動，增加3位置的負荷電流，有很大幾率會引發(fā)保護3出現(xiàn)誤動情況。因此，運算過電流保護整定的具體數(shù)值時，要結(jié)合電感性負荷自驅(qū)動的干擾考慮，提升備用保護的穩(wěn)定性，但這也會減少電流保護的敏感性。

（2）保護裝備的拒動。結(jié)合負荷自驅(qū)動所造成的干擾考慮，在整定過電流保護時要添加自驅(qū)動系數(shù)，造成最終的整定數(shù)值偏大，但在最小運作形式下線路2尾端出現(xiàn)故障問題時，基本上可斷定為短路電流值過低導致保護2敏感度下滑，從而引發(fā)拒動問題[1]。

2 電流圖變量的自適應過電流保護新原理的研究

2.1 自適應過電流保護整定

在以往的電網(wǎng)繼電保護整定工作時，對于過電流保護中整定指數(shù)值為不變數(shù)值，進行自啟動系數(shù)和重負荷數(shù)據(jù)分析時，可能造成整定值過大，不能實現(xiàn)設(shè)備工作靈敏度。整定人員設(shè)計出一種新型對過電流保護的工作原理，保證保護動作時可以躲過負荷最大電流，外部進行故障去除后，對負荷自啟動進行識別過程，發(fā)生負荷自啟動工作時，結(jié)合前期對自啟動數(shù)據(jù)和負荷電流整定值實施調(diào)整，確定保護裝置工作的合法性。對于三段時自適應保護設(shè)施，前兩段保護過程中，由于整定值設(shè)置較高，自啟動電流不會對其造成影響，可使用普通工作形式進行設(shè)定，日常工作時，第三段過電流保護值的設(shè)置按照躲過負荷電流整定值進行，不考慮其他因素，所以整定值設(shè)置比較低，設(shè)備靈敏性增加。將外部故障去除后，負荷自啟動，第三段過電保護進行工作時要對以往負荷自啟動系數(shù)進行分析，計算出新的整定值，負荷自啟動完成后，再使用平時的整定值，進行數(shù)值的保護要在設(shè)備工作穩(wěn)定基礎(chǔ)上，增強過電流保護靈敏度。

2.2 外部事故去除后負荷自啟動的識別方式

電力正常工作中，配電網(wǎng)中故障中的保護動作去除以后，由另外的保護電流對故障前的負荷電流，突變成故障電流，再由故障電流，突變成自啟動電流，這一系列的過程中，突變成自啟動電流中的數(shù)值小于突變成故障電流的數(shù)值以后，仍然比發(fā)生故障前的負荷電流大，這么一來，可以確定發(fā)生故障后仍可進行自啟動電流，實驗人員可將這個特點作為判定負荷自啟動的依據(jù)，如圖2。

實際工作過程中，根據(jù)下面兩點進行判斷：判斷一，當t1時間段發(fā)生問題的時候，工作電流出現(xiàn)第一次突變，公式為：ΔI1=|It1-It1-T|，其中ΔI1為第一次電流突變值，It1-T為在t1-T時間段電流數(shù)值，It1是t1時間段電流數(shù)值，是工作頻周期。主要判斷公式為ΔI1＞Id1，其中，Id1為臨界限值，最后整定Id1=（0.2-0.3）IN。其中IN指標準負荷電流值。判斷二，一段時間后，故障被去除，電流由故障電流突變成自啟動電流，電流突變量公式為：ΔI2=|It1+t-It1-T|，其中ΔI2為后期電流突變值，It1-T指t1+T時候的電流值，主要辨別公式為 ΔI2＞Id2，Id2指臨界限值，最后整定為 Id2≥（0.3-0.5）IL，IL指事故前負荷電流，并且第一次電流突變的量值和后期突變量值工作滿足公式ΔI1＞＞ΔI2。當保護裝置連續(xù)經(jīng)過兩次數(shù)據(jù)的突變，電流的突變量同時符合上述公式判斷時，就可確定外部故障去除后可產(chǎn)生負荷自啟動情況。

2.3 自適應過電流保護動作原則

當經(jīng)過檢測線路產(chǎn)生外側(cè)故障的時候，電流在事故發(fā)生前和事故去除后出現(xiàn)兩次突變，并且和事故發(fā)生前負荷電流比較，出現(xiàn)不同特點，結(jié)合上述判斷，可以確定負荷自啟動方式過程：①當電網(wǎng)正常工作，保護裝置對工作電流采取數(shù)據(jù)，自適應過電流保護使用負荷電流計算，使用整定值最低值。②當工作設(shè)備發(fā)生線路短路時，保護裝置檢出電流突變量位置，對故障部分進行分析和切除，自適應過電流保護判別設(shè)備，剛出現(xiàn)電流突變是否滿足判斷一，如果電流突變數(shù)據(jù)量滿足判斷一，并且電路中電流可以達到整定值最低點，就可使用自適應過電流保護行為，預測行為到達時限后，后備保護切斷電路。③電流突變數(shù)據(jù)量符合判斷一時，就能檢測到后期發(fā)生的電流突變，對事故進行排除后，再診斷是否符合判斷二，并確定外部事故去除后的負荷自啟動過程，保護設(shè)備進行負荷電流數(shù)據(jù)的實時采集，并計算整定值最低值。所以，正常工作時，保護設(shè)施使用整定值最低值，提升過電流維護的靈敏性，外側(cè)事故去除過程中，保護設(shè)施使用整定值最高值，這么做可以提升系統(tǒng)安全性，避免再次發(fā)生故障。

3 實驗驗證

3.1 常規(guī)運作整定值

常規(guī)運作過程中，此自適應過電流保護，按照負荷電流運算且選用一些數(shù)值較小的整定值，此數(shù)值不再負荷自驅(qū)動系數(shù)范圍內(nèi)。而且線路負荷電流較低時，需要提供40～55%的額定負荷數(shù)值，根據(jù)固定的公式展開運算。

建設(shè)的仿真模型，要選用總負荷時15/10/12MVA的系統(tǒng)，利用此三種運作模式（等同于80%、60%、70%的額定運作模式）下，保護線路過電流時要根據(jù)以往整定措施與上文自適應整定形式并調(diào)整最后數(shù)值，同時對此兩種方式展開仿真檢驗。經(jīng)過比較靈敏性和整定數(shù)值，傳統(tǒng)方法整定數(shù)值較大，靈敏性低，E母線中的最小運作形式出現(xiàn)問題，保護4是此線路最近的主要備用，Ksen.4不足1.6（靈敏度），保護3是周圍線路的最遠備用，無法符合Ksen.3大于等于1.3的要求，還會引發(fā)拒動現(xiàn)象，因此不能達到靈敏度的需求。但本文介紹的過電流保護原理，整定值較小，提升了保護行為的靈敏度，還是E母線中的最小運作形式下的故障問題，保護3/4依次是此線路附近線路最遠的備用與最近的備用，其靈敏度基本能符合Ksen.3大于等于1.3；Ksen.4大于1.6的保護需求，大大提升了過電流保護的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 負荷自驅(qū)動環(huán)節(jié)整定值

一旦線路外界出現(xiàn)K1點問題，其保護5行為去除問題之后，在3中運作形式下，線路DE與CD經(jīng)過負荷驅(qū)動電流，能通過其算出保護3/4的自驅(qū)動進程與常規(guī)運作形式整定值。可發(fā)現(xiàn)，本文所說的自適應是一個過電流保護，常規(guī)運作時調(diào)節(jié)的低值整定值，能提升保護可靠性，然而卻不能避開線路負荷自驅(qū)動電流，此措施在鑒別出現(xiàn)自驅(qū)動時，短期內(nèi)使用高值整定值，以防保護裝備出現(xiàn)誤動情況，從而提升保護裝備的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

在外界出現(xiàn)問題故障并順利取出以后，若使用的保護原理可以精準的判斷出負荷自驅(qū)動過程，短期能使用自適應較高的整定值，則能有效防止保護誤動，確保了保護的穩(wěn)定性。在下級、本級線路出現(xiàn)問題時，備用或者遠備用保護動作是自適應過電流時，此保護由于利用較低整定值而具備良好的靈敏度，針對運作形式繁雜且波動明顯的分布式電源銜接配電網(wǎng)，能有效提升其可靠性。