線路電流保護(hù)動(dòng)作邏輯的分析與研究

摘要：介紹了TQXBZ-III多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能。闡述了三段式電流保護(hù)原理，整定計(jì)算了三段式電流保護(hù)的一系列參數(shù)，并在多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上對(duì)單側(cè)電源算例進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，最后分析了試驗(yàn)結(jié)果及其動(dòng)作邏輯行為。

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化；相間電流保護(hù)；三段式電流保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）35-0214-03

電網(wǎng)發(fā)生短路故障的主要表現(xiàn)是電流突然增大，因此可以通過(guò)檢測(cè)流過(guò)保護(hù)裝置的電流幅值，來(lái)判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障。反應(yīng)電流增大而動(dòng)作的保護(hù)被稱為電流保護(hù)。[1]根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)速動(dòng)性和靈敏性要求，希望電流速斷能快速切除線路內(nèi)部發(fā)生的故障，然而，繼電保護(hù)通常優(yōu)先考慮動(dòng)作選擇性，因此電流速斷不能保護(hù)線路全長(zhǎng)。為了切除線路上速斷范圍外的故障，在電流速斷的基礎(chǔ)上增加限時(shí)電流速斷保護(hù)，并把電流速斷與限時(shí)電流速斷配合組成線路的主保護(hù)。同時(shí)，還增加定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)作為線路的后備保護(hù)，以增加線路保護(hù)的可靠性。電流速斷、限時(shí)電流速斷和定時(shí)過(guò)電流保護(hù)相互配合構(gòu)成的保護(hù)，稱為“三段式電流保護(hù)”。[2，3]三段式電流保護(hù)是最為典型的電力線路電流保護(hù)，常用于10kV及以下電壓等級(jí)的單側(cè)電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)的供電系統(tǒng)中，作為線路保護(hù)的主保護(hù)和后備保護(hù)。[4]

一、多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

TQXBZ—III多功能繼電保護(hù)及變電站自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)有實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)和PC機(jī)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)由微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀、微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置、常規(guī)保護(hù)繼電器、三段保護(hù)實(shí)驗(yàn)線路等組成。該系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1.組態(tài)靈活、適用范圍廣

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可進(jìn)行靈活的配置，能滿足電力系統(tǒng)主干課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也為學(xué)生提供一個(gè)可以進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新性課題研究的開(kāi)放性平臺(tái)。

2.仿真接近真實(shí)電力系統(tǒng)

系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)備，取代了傳統(tǒng)試驗(yàn)中對(duì)調(diào)壓器、移相器、滑線電阻和大量測(cè)試儀表的使用，同時(shí)可模擬現(xiàn)實(shí)中變電站的真實(shí)運(yùn)行，進(jìn)行故障模擬仿真，具有很高的仿真度。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備PC機(jī)，提供人機(jī)操作界面和三種不同試驗(yàn)軟件，可直觀看到實(shí)驗(yàn)線路中斷路器的當(dāng)前狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種測(cè)試數(shù)據(jù)、事故報(bào)告等。[5，6]

二、多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的功能

除了具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)，多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)還具有如下功能：

1.常規(guī)繼電器功能測(cè)試

系統(tǒng)配備了電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器、差動(dòng)繼電器，可以進(jìn)行單個(gè)繼電器和多個(gè)繼電器配合的特性測(cè)試。

2.微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)課程

用DSP+CPLD技術(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀產(chǎn)生電流、電壓信號(hào)，在相應(yīng)程序的配合下，可進(jìn)行電流、電壓、反時(shí)限電流、負(fù)序電流、零序電流、功率方向、阻抗元件、差動(dòng)元件等實(shí)驗(yàn)。

3.綜合微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)功能

系統(tǒng)提供三種電壓等級(jí)的線路保護(hù)實(shí)驗(yàn)，可模擬各種復(fù)雜的瞬時(shí)性、永久性、轉(zhuǎn)換性故障，進(jìn)行線路的三段電流保護(hù)、反時(shí)限電流保護(hù)、三段距離保護(hù)、定時(shí)限零序電流保護(hù)。[6，7]

三、三段式電流保護(hù)的工作原理

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)生短路故障會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，是正常額定電流的好幾倍甚至幾十倍，這會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生巨大的影響。三段式電流保護(hù)是電力系統(tǒng)中最常規(guī)、最重要的線路保護(hù)的，它的整定計(jì)算是按電流階段分段進(jìn)行的，通常先從電流速斷開(kāi)始整定，后面各段根據(jù)配合前后段的配合關(guān)系進(jìn)行整定，同時(shí)要校驗(yàn)相關(guān)的靈敏系數(shù)是否滿足要求，如果不滿足就要及時(shí)調(diào)整整定策略。[4，5]三段式電流保護(hù)的整定方法如下：

2.數(shù)據(jù)分析

（1）由表2可知，在AB線路上任何位置發(fā)生相間短路故障，都由保護(hù)I段或者保護(hù)II段切除故障，而且具有較小的動(dòng)作時(shí)限，這說(shuō)明保護(hù)I和保護(hù)II段相互配合能夠保護(hù)線路的全長(zhǎng)，能作為線路保護(hù)的主保護(hù)；在三相短路下，保護(hù)I段的保護(hù)范圍至少達(dá)到線路全長(zhǎng)的50%，而在AB兩相短路下保護(hù)范圍只達(dá)到30%，說(shuō)明I段的保護(hù)范圍受故障的類型影響比較大。

（2）由表3可知，BC線路上不論發(fā)生三相短路故障或是AB相間短路故障，在相同位置上，保護(hù)的動(dòng)作邏輯是一樣的，這說(shuō)明在線路外發(fā)生的故障，保護(hù)動(dòng)作的邏輯受故障類型的影響大大減少。

（3）由表2和表3可知，三段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限分別為26.6ms、421.6ms、821.6ms，分別比對(duì)應(yīng)的整定值高出20多毫秒。這是因?yàn)檎ㄖ凳枪收习l(fā)生后保護(hù)接收到動(dòng)作信號(hào)的時(shí)間，而實(shí)驗(yàn)記錄的動(dòng)作時(shí)限是故障發(fā)生到切除故障的總時(shí)間，這包括斷路器的開(kāi)斷時(shí)間，從側(cè)面也說(shuō)明保護(hù)斷路器的開(kāi)斷時(shí)間大約是20ms。

五、結(jié)論

由于三段式電流保護(hù)只是單一的以電流信號(hào)作為判斷線路是否發(fā)生故障的依據(jù)，而短路電流受系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障類型的影響比較大，其靈敏度往往比距離保護(hù)和基于突變量的保護(hù)要低，但由于三段式電流保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠，投資較低，基本能滿足保護(hù)線路全長(zhǎng)的需要，所以三段式電流保護(hù)通常只用在低電壓等級(jí)的電力網(wǎng)絡(luò)中作為線路的主保護(hù)和后備保護(hù)。

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（責(zé)任編輯：孫晴）