淺析數(shù)字化變電站繼電保護(hù)技術(shù)的改進(jìn)方法

摘 要:本文作者通過對(duì)數(shù)字化變電站一、二次設(shè)備與傳統(tǒng)的變電站設(shè)備的對(duì)比分析，主要就數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)改進(jìn)方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化變電站繼電保護(hù)改進(jìn)方法

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)09(a)-0100-02

在數(shù)字化變電站中，它涵蓋了的范圍有:一次設(shè)備中的互感器、斷路器、變壓器，二次設(shè)備中的保護(hù)、控制、通信等。數(shù)字化變電站的光學(xué)互感器和智能斷路器的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)繼電保護(hù)帶來重大影響。因此，本文通過對(duì)數(shù)字化變電站一、二次設(shè)備與傳統(tǒng)的變電站設(shè)備的對(duì)比分析，主要就數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)改進(jìn)方法進(jìn)行了研究。

1 數(shù)字化變電站主要設(shè)備

1.1 光學(xué)互感器

光學(xué)互感器分為光學(xué)電流互感器和光學(xué)電壓互感器。光學(xué)電流互感器是基于法拉第效應(yīng)，通過晶體中光的偏振角測(cè)量導(dǎo)線周圍空間磁場(chǎng)大小，從而測(cè)量導(dǎo)線電流。光學(xué)電壓互感器基于波克爾效應(yīng)，通過晶體中光的入射角與出射角之差測(cè)量導(dǎo)線周圍空間電場(chǎng)的大小，從而測(cè)量導(dǎo)線電壓。光學(xué)互感器具有不受電磁干擾、不飽和、測(cè)量范圍大、響應(yīng)頻帶寬、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 智能斷路器

智能斷路器的主要特征:數(shù)字化的接口取代硬接線，完成對(duì)斷路器的控制和狀態(tài)監(jiān)視;能夠給出斷路器的健康狀況及檢修建議。

2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)改進(jìn)方法

2.1 母線保護(hù)

母線保護(hù)的主保護(hù)為母差保護(hù)。傳統(tǒng)變電站母差保護(hù)的保護(hù)邏輯中母差保護(hù)受復(fù)合電壓元件閉鎖(如圖1所示)，目的是防止差動(dòng)元件出口繼電器由于振動(dòng)或人員誤碰出口回路造成誤跳斷路器。數(shù)字化變電站由于采用智能斷路器，取消了保護(hù)出口繼電器及母差保護(hù)中的復(fù)壓閉鎖元件，簡(jiǎn)化了母差保護(hù)邏輯。(如圖1）

傳統(tǒng)變電站母線區(qū)外故障時(shí)，由于故障支路TA飽和，而其余支路不飽和，造成母差保護(hù)誤動(dòng)。母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于TA飽和，降低母差保護(hù)的靈敏度。母差保護(hù)專門設(shè)置了TA飽和判別元件閉鎖母差保護(hù)(見圖1)，而TA飽和判別元件判別TA飽和需要時(shí)間(軟件算法數(shù)據(jù)窗時(shí)間)，延長(zhǎng)了母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。數(shù)字化變電站采用光學(xué)互感器，具有無TA飽和、測(cè)量范圍大、響應(yīng)頻帶寬等特點(diǎn)，數(shù)字化變電站中母差保護(hù)可以取消TA飽和判別元件，縮短了母差保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。改進(jìn)的母差保護(hù)邏輯如圖2所示。

傳統(tǒng)變電站母差保護(hù)的差動(dòng)元件分為啟動(dòng)元件和比率制動(dòng)元件，整定原則如下。

a.啟動(dòng)元件按躲過穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)最大不平衡電流:

IDZO=Krel(Ker+K2+K3)IN

式中Krel—— 可靠系數(shù);

Ker—— TA的相對(duì)誤差;

K2—— 保護(hù)裝置的通道傳輸及調(diào)整誤差;

K3—— TA暫態(tài)特性不同引起的誤差。

b.比率制動(dòng)元件按躲過區(qū)外故障時(shí)最大不平衡電流:

Ium bmax=(Ker+K2+K3)Ikmax

數(shù)字化變電站采用光纖等數(shù)字量傳輸通道傳輸電流電壓值，沒有二次電纜傳輸、微機(jī)保護(hù)采樣等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的調(diào)整誤差，而且光學(xué)互感器的暫態(tài)特性一致，因此，上述整定原則可以變?yōu)?/p>

啟動(dòng)元件:IDZ.O=KrelKer IN比率制動(dòng)元件:Ium bmax=KerIkmax經(jīng)過改進(jìn)的整定原則與傳統(tǒng)整定原則相比，提高了母差保護(hù)的靈敏度。

2.2 線路保護(hù)

2.2.1 微機(jī)保護(hù)同桿并架雙回線

為方便運(yùn)行管理、調(diào)試和維護(hù)，對(duì)同桿并架雙回線的微機(jī)線路保護(hù)按線路配套，每套線路保護(hù)只采樣線路電氣量，只對(duì)本線路的斷路器發(fā)跳閘、合閘命令。同樣，接地阻抗繼電器接線方式中的電流忽略了2回線之間的互感，不采用另一回線的零序電流進(jìn)行補(bǔ)償。

由于忽略2回線互感，一回線掛地線檢修時(shí)，發(fā)生接地故障會(huì)使接地阻抗繼電器測(cè)量阻抗減小，保護(hù)范圍伸長(zhǎng)，引起誤動(dòng);2回線不同電壓等級(jí)具有“強(qiáng)磁弱電”特征，一回線發(fā)生接地時(shí)會(huì)造成另一回線誤動(dòng)。而且發(fā)生跨線故障時(shí)(見圖3)，對(duì)于M側(cè)Ⅰ線保護(hù)，發(fā)生N側(cè)出口ⅠB和ⅡC跨線接地故障特征與N側(cè)出口的Ⅰ線BC接地故障特征一致，此時(shí)在單相重合閘方式下2條線路均將三跳不重合，造成重合閘動(dòng)作不正確。（如圖3）

2.2.2 同桿并架線路保護(hù)及重合閘改進(jìn)

由于數(shù)字化變電站的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，可以對(duì)同桿并架雙回線保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，保護(hù)同時(shí)接收雙回線六相電流，對(duì)2條線路的斷路器發(fā)跳閘、合閘命令。這樣接地阻抗繼電器接線方式中的電流可以采用另一回線的零序電流補(bǔ)償，使測(cè)量阻抗更準(zhǔn)確。

如圖3所示，原有的微機(jī)保護(hù)Ⅰ回線的B相阻抗繼電器由于沒有采用另一回線零序電流進(jìn)行補(bǔ)償，其測(cè)量阻抗為

改進(jìn)后Ⅰ回線B相阻抗繼電器電壓為UMB，電流為IIM +K3I0Ⅰ+K′3I0Ⅱ，測(cè)量阻抗為ZmMB=ZIK(其中K′=Zm

ZIK，Zm為在ZIK范圍內(nèi)2回線間互感)。

由于引入另一回線電氣量，可以準(zhǔn)確判斷出故障線路，切除故障線路后，重合故障線路。如果為永久性故障，則判斷剩余健全相是否包括完整的三相，如果是則切除故障相，使雙回線都非全相運(yùn)行，但整體上是三相運(yùn)行，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 變壓器保護(hù)

變壓器主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)，在變壓器空投和變壓器區(qū)外短路切除時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。為此設(shè)置了涌流閉鎖元件。當(dāng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，短路電流很大，TA飽和，TA二次電流的波形將發(fā)生畸變，并含有大量的諧波分量，從而使涌流判別誤動(dòng)，導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。為此差動(dòng)保護(hù)設(shè)置了差流速斷元件。數(shù)字化變電站采用了光學(xué)互感器，TA不會(huì)飽和，且響應(yīng)頻帶寬，因此，可將差流速斷元件取消，簡(jiǎn)化了變壓器差動(dòng)保護(hù)邏輯。

微機(jī)變壓器縱差保護(hù)主要受勵(lì)磁涌流的影響。如果考慮電源回路電阻、變壓器繞組的電阻和漏電感帶來的時(shí)間常數(shù)影響，則磁通ф為

ф=-фm cos(ωt+α)+фm cosαeτT+ψs

式中фm—— 電源電壓產(chǎn)生的恒定磁通;

T—— 時(shí)間常數(shù)(與電源回路的電阻、變壓器繞組的電阻和漏電感有關(guān));

α—— 合閘角;

ψs—— 變壓器剩磁。

在變壓器空投瞬間，鐵心中的磁通由強(qiáng)迫分量磁通фmcos(ωt+α)、決定于合閘角α的自有分量磁通фmcosα及剩磁通ψs組成。如果在電壓瞬時(shí)值為0時(shí)空投變壓器，合閘角α=0，在忽略變壓器及合閘回路電阻時(shí)，時(shí)間常數(shù)T為無窮大，磁通中的自由分量不衰減。假如剩磁ψs的方向與合閘之后фmcosα的方向相同，變壓器鐵心中的綜合磁通如圖5所示。由圖4可知，鐵心中的最大磁通可達(dá)到2

由于數(shù)字化變電站采用智能斷路器，分合瞬間可對(duì)電壓角度進(jìn)行精確控制，通過控制斷路器分合閘角度，達(dá)到抑制變壓器勵(lì)磁涌流的目的。在變壓器正常停電時(shí)，首先確認(rèn)負(fù)荷已停，變壓器處于空載，此時(shí)負(fù)荷電流為空載電流(可近似為0)，在電壓瞬時(shí)為峰值、磁通最小時(shí)分閘，可以保證剩磁通ψs最小。此時(shí)的分閘與故障時(shí)刻分閘不同，不需在電流過0時(shí)分閘，因?yàn)殡娏骱苄。瑪嗦菲骺梢钥煽糠珠l。下一次空投變壓器時(shí)，控制斷路器在電壓峰值、磁通最小時(shí)合閘，勵(lì)磁涌流中的自由分量最小。變壓器空投時(shí)涌流判別元件不易啟動(dòng)，從而提高了變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。

3 結(jié)語

由于線路保護(hù)及重合閘改進(jìn)方法中對(duì)同桿并架回路同時(shí)接收2回線電氣量，對(duì)2回線斷路器進(jìn)行控制，減少了由于零序互感的存在造成保護(hù)誤動(dòng)，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

由于變壓器保護(hù)改進(jìn)取消了差流速斷保護(hù)元件，簡(jiǎn)化了保護(hù)邏輯。并通過智能斷路器的精確控制分合閘，可以最大限度減小勵(lì)磁涌流，使涌流判別元件在變壓器正常空投時(shí)不易啟動(dòng)，提高了變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。

參考文獻(xiàn)

[1]袁季修，盛和樂，吳聚業(yè).保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南[M].北京:中國(guó)電力出版社，1988.

[2]羅士萍.微機(jī)保護(hù)時(shí)限原理及裝置[M].北京:中國(guó)電力出版社，1993.

[3]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].北京:電力工業(yè)出版社，1999.