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继电保护中存在的问题及解决方案

来源:admin ??发布时间:2018-08-16 06:30


继电保护中存在的问题及解决方案

继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。
1 线路中励磁涌流问题(Emerson)
1.1 线路中励磁涌流对继电保护装置的影响
励磁涌流是由于发生器空载投运时,铁芯中的磁通不能突变,出现非周期分量磁通,使发生器铁芯饱和,励磁电流急剧增大而产生的。发生器励磁涌流最大值,二次负荷测试仪提供电流互感器和电压互感器的二次负荷测量。电压互感器在实际运行中,二次所接的测量仪器以及二次电缆(Cable)间及其与地线间电容组成时总导纳。可以达到发生器额定电流的6~8倍,并且跟发生器的容量大小有关,发生器容量越小,励磁涌流倍数越大。励磁涌流存在很大的非周期分量,并以一定时间系数衰减,衰减的时间常数同样与发生器容量大小有关,容量越大,时间常数越大,涌流存在时间越长。10 kV线路装有大量的配电发生器,在线路投入时,这些配电发生器是挂在线路上,在合闸瞬间,各发生器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射,产生了一个复杂的电磁暂态过程,在系统阻抗较小时,会出现较大的涌流,时间常数也较大。二段式电流保护中的电流速断保护,由于要兼顾灵敏度,动作电流值往往取得较小,特别在长线路或系统阻抗大时更明显。励磁涌流值可能会大于装置整定值,使保护误动。这种情况在线路发生器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出,因此容易被忽视,但当线路发生器个数及容量增大后,就可能出现。
1.2 防止涌流引起误动的方法
励磁涌流有一明显的特征,就是它含有大量的二次谐波,在主发生器主保护中就利用这个特性,来防止励磁涌流引起保护误动作,但如果用在10 kV线路保护,必须对保护装置进行改造,会大大增加装置的复杂性,因此实用性很差。励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减,一开始涌流很大,一段时间后涌流衰减为零,流过保护装置的电流(Electron flow)为线路负荷电流,利用涌流这个特点,在电流速断保护加入一短时间延时,就可以防止励磁涌流引起的误动作,这种方法最大优点是不用改造保护装置(或只作简单改造),虽然会增加故障时间,但对于像10 kV这种对系统(system)稳定运行影响较小之处还是适用。为了保证可靠地躲过励磁涌流,保护装置中加速回路同样要加入延时。通过(tōng guò)几年的摸索,在10 kV线路电流速断保护及加速回路中加入了0.15~0.2 s的时限,就近几年运行来看,运行安全,并能很好的避免由于线路中励磁涌流造成保护装置误动作。
2 TA饱和(saturation)问题
2.1 TA饱和对保护的影响(influence)
10 kV线路出口处短路电流一般都较小,特别是农网中的变电所,往往远离电源,系统阻抗较大。对于同一线路,出口处短路电流大小会随着系统规模及运行方式方法不同而不同。随着系统规模的不断扩大,10 kV系统短路电流会随着变大,可以达到TA一次额定电流的几百倍,系统中原有一些能正常运行的变比小的TA就可能饱和;另一方面,短路故障是一个暂态过程,短路电流中含大量非周期分量,又进一步加速TA饱和。在10 kV线路短路时,由于TA饱和,感应到二次侧的电流会很小或接近于零,使保护装置拒动,故障 由母联断路器或主发生器后备保护切除,不但延长了故障时间,会使故障范围(fàn wéi)扩大,影响供电可靠性,而且严重威胁运行设备的安全。
2.2 避免TA饱和的方法
TA饱和,其实就是TA铁芯中磁通饱和,而磁通密度与感应电势成正比,因此,如果TA二次负载(load)阻抗大,在同样电流情况下,二次回路感应电势就大,或在同样的负载阻抗下,二次电流越大,感应电势就越大,这两种情况都会使铁芯中磁通密度大,磁通密度大到一定值时,TA就饱和。TA严重饱和时,一次电流全部变成励磁电流,二次侧感应电流为零,流过电流继电器的电流为零,保护装置就会拒动。避免TA饱和主要从两个方面入手,一是在选择TA时,变比不能选得太小,要考虑线路短路时TA饱和问题(Emerson),一般10 kV线路保护TA变比最好大于300/5。另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗,尽量避免保护和计量共用TA,缩短TA二次电缆(Cable)长度及加大二次电缆截面;对于综合自动化变电所,10 kV线路尽可能选用保护、测控合一的产品,并在控制屏上就地安装,这样能有效减小二次回路阻抗,防止TA饱和。
3 所用发生器保护
3.1 所用发生器保护存在的问题
所用发生器是一比较特殊的设备(shèbèi),容量较小但可靠性要求非常高,而且安装位置也很特殊,一般就接在10 kV母线上,其高压侧短路电流等于系统短路电流,可达十几千安,低压侧出口短路电流也较大。一直对所用发生器保护的可靠性重视不足,这将对所用发生器直至整个10 kV系统的安全运行造成很大的威胁。传统的所用发生器保护使用熔断器保护,其安全可靠性还是比比较高,但随着系统短路容量的增大,以及综合自动化的要求提高,这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电所,特别是综合自动化所,大多配置所用发生器开关柜,保护配置也跟10 kV线路相似,而往往忽视了保护用的TA饱和问题(Emerson)。由于所用发生器容量小,一次额定电流很小,保护计量共用TA,为确保计量的准确性,设计时TA很小,有的地方甚至选择(xuanze)10/5。这样一来,当所用发生器故障时,TA将严重饱和,感应到二次回路电流几乎为零,使所用发生器保护装置拒动。如果是高压侧故障,短路电流足以使母联保护或主发生器后备保护动作而断开故障,如果是低压侧故障,短路电流可能达不到母联保护或主发生器后备保护的启动值,使得故障无法及时切除,最终烧毁所用发生器,严重影响发生器的安全运行。
3.2 解决办法
解决所用发生器保护拒动问题,应从合理配置保护入手,其TA的选择要考虑所用发生器故障时饱和问题,同时,计量用的TA一定要跟保护用的TA分开,保护用的TA装在高压侧,以保证对所用发生器的保护,计量用TA装在所用发生器的低压侧,以提高计量精度。超低频高压发生器可分为交流耐压试验和直流耐压试验,交流耐压试验又可分为工频、变频和0.1Hz超低频测试技术,其中0.1Hz超低频技术是最新技术,是当前国际电工委员会推荐的技术。在定值整定方面,电流速断保护可按所用发生器低压出口短路(电流不经用电器,直接连电源两极)进行整定,过负荷保护按所用发生器容量整定。
4 配电发生器保护
4.1 10 kV配电发生器保护存在的问题
10 kV配电发生器的保护配置主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器等。负荷开关投资(意义:是未来收益的累积)省,但不能开断短路电流,很少采用;断路器技术性能好,但设备投资比较高,使用复杂,一般应用不现实;负荷开关加熔断器组合的保护配置方式方法,既可避免采用操作复杂、价格昂贵的断路器,弥补负荷开关不能开断短路电流的不好的地方,又可满足实际运行的需要,该配置可作为配电发生器的保护方式。但对于容量比较大的配电发生器,配备有瓦斯继电器,需要断路器可与瓦斯继电器相配合,才能对发生器进行有效的保护,必要时还应有零序保护,这些问题都是值得注意的问题。
4.2 解决办法
无论在10 kV环网供电单元,还是在终端用户高压配电单元中,采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置,既可提供额定负荷电流,又可断开短路(电流不经用电器,直接连电源两极)电流,并具备开合空载发生器的性能,能有效保护配电发生器。为此,推荐采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的配置,作为配电发生器保护的保护方式。标准GB 14285《继电保护和安全自动装置技术规程》规定,选择配电发生器的保护设备时,当容量等于或大于800 kVA,应选用带继电保护装置的断路器。对于这个规定,可以理解为基于以下两方面的需要。
配电发生器容量达到800 kVA及以上时,过去大多使用油浸发生器,并配备有瓦斯继电器,使用断路器可与瓦斯继电器相配合,从而对发生器进行有效地保护。高压直流发生器率先应用最新的PWM高频脉宽调制技术,闭环调整,采用了电压大反馈,使电压稳定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术,并根据电磁兼容性理论,采用特殊屏蔽、隔离和接地等措施。使直流高压发生器实现了高品质、便携式,并能承受额定电压放电而不损环。高压发生器精度高、测量准确。电压、电流表均为数字显示,电压分辨率为0.1kV,电流分辨率为0.1uA,控制箱上电压表直接显示加在负载试品上的电压值,使用时无需外加分压器,接线简单。仪器具有高、低压端测量泄漏电流,高压端采用圆形屏蔽数字表显示,不怕放电冲击,抗干扰性能好,适合现场使用。
对于装置容量大于800 kVA的用户,因种种原因引起单相接地故障导致(cause)零序保护动作,从而使断路器跳闸(tripping),分隔故障,不至于引起变电所的馈线断路器动作,影响(influence)其他用户的正常供电。 标准还明确规定,即使单台发生器未达到此容量,但如果用户的配电发生器的总容量达到800 kVA时,亦要符合此要求。
5 线路保护
5.1 10 kV配电线路保护中存在的问题(Emerson)
无论是城市内配网线路,还是农村配网线路,都以10 kV电压等级为主,但是10 kV配电线路结构特点是一致性差,如有的为用户专线,只带1~2个用户,类似于输电线路;有的呈放射状,几十台发生器T接于同一条线路的各个分支上;有的线路短到几百米,有的线路长到几十千米;有的线路由35 kV变电所出线,有的线路由110 kV变电所出线;有的线路上的配电发生器容量很小,最大不过100 kVA,有的线路上却有几千千伏安的发生器。
5.2 解决办法
10 kV配电线路的保护,一般采用电流速断、过电流及三相一次重合闸(zhá)构成。特殊线路结构或特殊负荷线路保护,不能满足要求时,可考虑增加其它保护,如保护Ⅱ段、电压闭锁等。进行整定计算的过程中,应该考虑特殊情况(Condition)和常规情况,并进行灵敏度校验。对于10 kV配电线路,保护装置的配置虽然较简单,但由于线路的复杂性和负荷的多变性,常规和特殊情况下,保护定值计算和保护装置的选型还是值得重视的。根据诸城电网保护配置情况及运行经验,利用规范的保护整定计算方法,各种情况均可计算,一般均可满足要求。
继电保护的保护是每一个电业人员都不回陌生的,由于我国还存在许多地区的继电保护还不能可靠运行,从而导致大面积的停电事故经常发生。因此提高继电保护运行的可靠性十分重要。其要求具有安全性(security)、选择性、迅速性、可靠性和灵敏性。继电保护在投入使用前需要对其进行可靠地测试来保障这一要求。现阶段中国可采用的继电保护测试仪有多种,其中有微型电脑控制型的微机继电保护测试仪可以实现对继电器的精准测试。
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