10 kV高壓供電系統過流繼電保護的智能化改造

吳立智,季小偉

(海峽之聲廣播電臺廈門分臺,福建廈門361024)

0 引 言

海峽之聲廣播電臺廈門分臺的高壓供電系統采用的是兩路10 kV電源供電(中性點不接地),二者分段聯絡,互為主備,可自動倒換。這樣做的好處在于能夠在一路外電停電后,另一路可迅速的投入使用,保證其它機器設備正常安全穩定運行。但同時這也對其高壓二次控制回路中的過流繼電保護系統,特別是速動性和靈敏性上提出了更高的要求,以避免因本站設備故障時,過流保護拒動而造成上一級設備的保護動作,同時影響到兩路外電系統,造成停電事故的擴大化。

1 改造前的二次控制回路中的過流繼電保護的技術優缺點

整個10 kV系統包括高壓一次回路系統和二次控制回路系統,而起到控制和保護作用的主要是二次控制回路系統。

改造前主要由兩個電流互感器2LHa、2LHc和兩只過流繼電器1LJ、2LJ(圖1),再加上一些中間繼電器、時間繼電器以及防跳繼電器TBJ和相關的輔助元器件共同構成高壓二次控制回路(圖2)。

圖1 改造前過流繼電保護回路簡圖

其中過流保護采用兩相兩繼電器的反時限過流繼電保護。反時限過流保護是指保護裝置的動作時間與通過繼電器的電流(或故障電流)大小成反比關系。本文中使用的是GL-21型反時限繼電器(圖3)。GL型反時限繼電器的工作原理是復合式的,由公用一個線圈的感應式和電磁式的兩個元件組成。當繼電器的線圈通以交流電流時,則在鐵芯的遮蔽與未遮蔽部分產生兩個具有一定相位差的磁通。此磁通與其在圓盤中感應的渦流相互作用,在圓盤上產生轉矩。在20%～40%的動作電流整定值下,圓盤開始旋轉。此時由于扇齒與蝸桿沒有咬合,故繼電器不動作。當線圈但同時,這類繼電器也有著很大的缺點,即動作時間整定比較復雜,繼電器動作誤差較大,當短路電流較小時,其動作時間可能相當長,延長了故障持續時間,并且GL型繼電器在10倍整定動作電流下的動作時間最快也僅僅為0.5 s,因此在靈敏性和速動性上已經遠遠不如現在的智能式繼電器構成過流繼電保護裝置。

圖2 改造前二次控制回路簡圖

圖3 GL-21型反時限過流繼電器

2 智能化改造設備的選型

針對前面所述GL反時限過流繼電器的缺點,有必要對高壓二次回路的過流繼電保護系統進行智能化改造,以達到消除隱患,保證設備安全穩定運行的要求。經過多方考察論證,選用了許繼電器的PMF700L-B型配電線路保護測控儀(圖4)組成的智能保護系統作為改造方案,主要是該產品在過流保護的靈敏性、速動性上較好,整定設置簡單方便,符合改造要求,并且整機基于小型化中的電流增大至整定電流時,電磁力矩大于彈簧的反作用力矩,框架轉動,使扇齒與蝸桿咬合,扇齒上升。此時繼電器的動鐵在扇齒頂桿的推動下,使導磁鐵右邊氣隙減少,左邊氣隙增大,因而動鐵被導磁鐵吸合,使繼電器觸點動作。當繼電器線圈中的電流為整定值時,感應元件的動作時限與電流的平方成反比。隨著電流的增加,導磁體飽和,動作時限逐漸趨于定值。當線圈中的電流大到某一電流倍數時,電磁元件瞬時動作,因而繼電器的動作時限具有有限反延時的特性。

采用反時限繼電保護的優點在于所用繼電器數量大為減少,一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時限過流保護的電流繼電器、時間繼電器、中間繼電器和信號繼電器等一系列繼電。因此采用這類反時限繼電保護電路投資少,接線簡單,可同時實現電流速斷保護,并且由于GL型繼電器的觸點容量大,所以可直接接通跳閘線圈,適合交流操作。設計理念,確保用戶安裝使用方便,便于老系統的改造。此外該設備還具有以下的優點:

圖4 PMF700L-B型配電線路保護測控儀

(1)采用后插拔方式,加強型單元機箱按抗強振動、強干擾設計、便于安裝在開關柜上運行;

(2)采用32位ARM 處理器,功耗低,內含大容量的RAM和Flash Memory;數據處理、邏輯運算和信息存儲能力強,運行速度快,可靠性高;

(3)采用實時多任務操作系統,模塊化編程;實時性好;

(4)按智能繼電器設計思想設計,整定簡單,使用方便;

(5)高精度A/D采樣,測量精度高;

(6)可保存不少于80個最近發生的運行信息和故障信息記錄,為運行優化和事故分析提供充分的數據信息;

(7)提供豐富的指示燈信號,采用中文圖形液晶顯示,操作簡單,報文清晰易懂,人機接口友好;

(8)高標準電磁兼容性能,能在惡劣環境(如強電磁場,低溫,潮濕,灰塵等)下可靠運行。

3 高壓供電系統過流繼電保護的智能化改造方案

圖5、圖6為對高壓供電系統過流繼電保護的智能化改造后的過流繼電保護回路簡圖和二次控制回路簡圖。圖7為PMF700L-B型配電線路保護測控儀的背板端子圖。

圖5 改造后過流繼電保護回路簡圖

圖6 改造后二次控制回路簡圖

圖7 PMF700L-B型背板端子圖

可以看出,采用此方案進行改造,方便簡單,并不需要改動太多的線路,主要是用PMF700L-B型配電線路保護測控儀取代GL-21型反時限繼電器的反時限過流保護功能。該設備反時限過流保護的原理框圖如下(圖8)。

圖8 PMF700L-B型反時限過流保護原理框圖

PMF700L-B型配電線路保護測控儀設有三種反時限,其反時限特性方程如下:

式中,I為故障電流;IP為整定電流;tp為時間整定常數;t為動作時間。

這三種反時限特性可以由控制字選擇(0為一般反時限,1為非常反時限,2為極端反時限)。其過流動作時間可在 0～100 s范圍內控制,延時誤差在0～2 s范圍內時不超過40 ms,各種保護動作精度小于±2.5%,能很好地滿足改造的預設要求。

4 結束語

通過這次高壓供電系統過流繼電保護的智能化改造后,在設備實際運行的過程中,配電線路保護測控儀不誤動、不拒動,出現保護動作后能夠通過運行信息和故障信息記錄找到原因,及時排除故障,保證其它機器設備能夠正常的安全穩定運行。

[1]GL-20系列過流繼電器使用手冊[Z].1995.

[2]PMF700系列配電保護測控儀技術說明書[Z].2010.