高壓電源快切對企業電網繼電保護影響的研究

劉筱穎

摘 要：為了保證重要負荷供電正常，鋼鐵、石油化工等等企業都會采用雙回路的方式進行供電，一旦某一條電源側線路發生故障，可以使用高壓快切裝置立即切換到另一側電源。但是，電源在切換過程中，會產生低電壓以及沖擊電流，如果沖擊電壓過大又會引發繼電保護裝置動作，導致切換失敗。下文主要就高壓電源快切裝置對企業電網繼電保護的影響進行分析探討。

關鍵詞：雙回路供電 高壓電源快切 電網繼電保護

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（b）-0026-02

雙回路供電是保證企業重要負荷不間斷工作的重要方法，但雙路電源切換的過程中會對電力系統造成沖擊，如果沖擊過大，可能會導致電網徹底斷電，因此下文主要就高壓電源切換裝置的電源切換過程進行簡單的討論分析，重點討論切換過程中可能會導致保護裝置誤動的原因，提出一種減小電源切換沖擊的方法，從而保證負荷的正常供電。

1 高壓電源快切過程概述

電力負荷的供電電源可能會由于設備故障等等導致母線的電源進線斷路器跳閘，此時，與母線連接的電動機內還存在著殘留的定子電流和轉子電流，電動機的定子繞組會產生殘留電壓，隨著時間的延長，殘留電壓的頻率以及大小會逐漸減少，而母線上連接的負荷的大小、電動機的臺數等相關因數會影響到殘留電壓衰減的速度。母線殘壓用uM表示，則uM表達式如下所示：

母線殘留電壓的存在說明這種情況下，電動機在發電狀態下運行，感生電勢為交流電，初始頻率為（1-s0）ωs，異步電動機失電瞬間感生電勢的頻率為會發生突變，ω的初始值為s0ωs 。將母線殘壓進行簡化，可以得到。

電源切換的過程中，備用電源和工作母線之間的頻率的差值以及差拍電壓會隨著時間的延長不斷增加，各相電流起始的角度差值會呈現周期性的變化，此時母線殘留電壓、備用電源以及差拍電壓的變化規律見圖1。

由圖1可以明顯的看出，差拍電壓幅值ΔV在不斷的振蕩，當母線的殘留電壓衰減為0時，差拍電壓不再發生變化，與備用電源額定電壓值相同。

B、D、F點對應的壓拍電壓為額定電壓的1.1倍，B點為快速切換方式下壓拍電壓最大的點，E點為同期捕捉切換方式下壓拍電壓最大的點。

2 電源切換對企業電網繼電保護的影響

某企業電網系統有兩條電源進線，兩條電源進線的供電母線相同，因此兩側電源電壓初始相角差可以記為0，它們分別通過降壓變壓器帶一段母線，電網正常工作時，兩段母線分裂運行，斷路器呈現斷開狀態，當某一母線發生故障跳閘之后，快切裝置動作，斷路器閉合，兩段母線同時由同一臺變壓器帶動工作。故障電源與備用電源進行切換的過程中，母線殘留電壓逐漸減小，差拍電壓的存在會沖擊到供電系統，當沖擊達到一定程度之后，電網中的繼電保護裝置可能會誤動，電源切換對企業電網繼電保護的影響主要有以下幾個方面。

（1）電源切換過程中，差動保護裝置兩側會呈現不同的TA暫態特性，差動回路在沖擊電流的作用下會產生不平衡電流，會引發差動保護裝置動作；由于差動保護二次回路接線會存在較大的差別，裝置兩側的TA暫態特性、TA輸出阻抗等等因素都會有所不同，電源切換過程中差動回路在沖擊電流的作用下會產生較大的不平衡電流，會引發繼電保護裝置動作。

（2）電源切換過程中，兩段母線間的備用電源變壓器支路和聯絡線會出現沖擊電流，一般情況下，聯絡線上都設置有定時限過流保護裝置以及電流速斷保護裝置，如果電源切換過程中操作不當，可能會使這部分繼電保護裝置動作。備用電源變壓器或者線路上也會安裝定時限過流保護裝置以及電流速斷保護裝置，這部分速斷保護裝置的設定值是根據電網中三相短路電流的最大值確定的，過流保護裝置的設定值則是根據自啟動電流與變壓器勵磁涌流的和確定，電源切換過程中，如果沖擊電流較大，可能會引發備用電源的支路保護裝置動作，導致切換失敗。

（3）電源切換過程中，隨著時間的延長，工作母線殘留電壓會逐漸減小，當殘留電壓小于一定值后，可能會引起電動機低電壓保護裝置動作，因此電源切換時間不宜過長。

3 快切裝置與繼電保護配合的措施

高壓電源切換時，無論采用何種切換方式都會產生沖擊，導致繼電保護裝置誤動，使得備用電源切換失敗，為了有效地防止繼電保護裝置跳閘，保證電源切換的成功，必須采取一定的解決措施。

（1）工作母線失壓后，將不重要的負荷切除只留下系統中一些重要的負荷能夠有效地減小電源切換過程中產生的沖擊電流。實際的切換過程中，將部分負荷切除不會對母線殘留電壓的衰減產生較大的影響，但是沖擊電流的峰值會大幅度降低，因此可以有效的避免繼電保護裝置誤動作，提高電源切換的成功率。

（2）在繼電保護中適當延時。電源切換時產生的沖擊電流會存在一個較大的峰值，但峰值衰減十分迅速，暫態過程大概能夠保持200 ms，為了讓保護裝置能夠避過電流峰值，以避免繼電保護裝置誤動，可以對系統中安裝的繼電保護裝置進行適當的延時。部分情況下，電源切換過程中產生的沖擊電流最大值可能不是第一個峰值，比如在與同期捕捉點相近的區域進行切換，因此，實際的延時設定需要根據具體的切換方案以及系統的詳細情況進行分析討論。工作人員須注意，繼電保護參數不能隨意修改，否則會影響到裝置的安全性及可靠性。

（3）備用電源的電壓和母線中殘留的電壓符合電源快速切換的需求時，為了保證母線殘留電壓衰減幅度較小，應該盡可能縮短切換時間，只有這樣才能夠有效減小差拍電壓，保證電源切換時產生的沖擊電流較小，一般情況下，為了提高電壓快速切換的成功率，斷路器合閘的時間應該保證在100 ms以下，真空斷路器的合閘時間在50 ms左右，可滿足這一需求。

（4）增加限流電抗器也是防止繼電保護裝置誤動作，提高電源切換成功率的有效方法。電源切換過程中，備用電源變壓器支路以及母線聯絡線中都會出現沖擊電流，且電流的幅值較大，將故障限流器安裝在這兩個部位的低壓側能夠增加線路的阻抗，可以限制故障電流，因此能夠減小暫態過程中的沖擊電流，避免繼電保護裝置誤動作，但這種改進方法會增加系統的安裝成本，僅作為一種備用方案使用。

（5）同期捕捉切換也是電壓切換的重要方式之一，某些情況之下，與快速切換相比，這種切換方式對于電力系統的影響可能比較小，快速切換時，母線電壓下降幅度比較小，但是與同期捕捉切換相比，母線殘留電壓與備用電源電壓之間的相角差相對較大。實際的電壓切換過程中，如果備用電源電壓與工作母線電壓之間的初始相角較大，電源切換時，母線殘留電壓與備用電源電壓之間的相角差會更大，此時的沖擊電流很可能會引起繼電保護裝置動作，使得電源切換失敗，此時可以使用同期捕捉切換的方式進行，尤其是在工作母線負荷容量較大時，使用同期捕捉切換的方式進行切換電源，產生的沖擊電流比較小。在某企業的電網降壓站系統采用這種切換方式進行仿真實驗，仿真結果如表1所示。

由仿真結果發現，E點是同期捕捉切換方式下最佳的切換點，將在該點進行電源切換產生的沖擊電流與使用快速切換方式進行電源切換相對比，發現同期捕捉切換沖擊電流較小。

4 結語

快切裝置的使用對于提高企業內部部分重要負荷供電連續性十分有利，可以有效地避免負荷失電，為企業帶來重大經濟損失。但是，電源切換過程中存在著差拍電壓，它會對系統帶來一定的沖擊，當沖擊達到一定程度后，會使得系統的繼電保護裝置動作，導致電源切換失效，影響到系統的正常運行，為企業帶來嚴重的損失。該文針對這一問題提出了幾點相對應的解決措施，僅為相關企業的備用電源切換工作提供簡單的參考。

參考文獻

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