6 kV高壓柜數字型微機保護的應用及分析

王瑞云

（陽泉煤業（集團）有限責任公司升華實業分公司供電中心， 山西 陽泉 045008）

高壓電柜中的微機保護裝置可以通過接入的電流互感器、電壓互感器等測量元件的信號對回路的狀態進行監視，對于確保高壓電柜的正常工作和安全具有十分重要的作用，一旦微機保護裝置出現故障，將對高壓柜的工作安全性產生巨大的影響，造成嚴重的安全隱患[1]。當高壓柜供電系統出現故障時，微機保護裝置將迅速動作，對故障區域進行隔離，并判斷故障類型，幫助降低故障影響并快速排除故障。目前多數開關柜的保護裝置均采用了數字型的微機保護裝置，各類保護功能完善，但在實際應用過程中也會出現一些常見的故障，影響其使用情況，因此本文對該類型微機保護裝置的關鍵保護功能的工作原理進行分析，同時對高壓電柜工作中常見的故障及改善方案進行了探討，對提升微機保護裝置的應用范圍和應用安全性具有較強的指導意義。

1 6 kV數字型微機保護裝置、保護原理及優勢

1.1 6 kV數字型微機保護裝置

6 kV 數字型微機保護裝置的類別具有多樣性，其微機保護裝置的外殼一般采用封閉式的插件式形式，接線結構采用了總線板連接，從保護裝置的后側接線。在電路系統內該保護裝置和電流互感器及其他繼電器類設備一起共同構成了高壓柜的保護回路。6 kV 數字型微機保護裝置主要包括了微機系統、電流信號采集系統、數據分析系統、模擬量保護系統等，內部采用強弱電隔離，保護作用強，可靠性高，裝置可以與人交流電流、電壓、遙信狀態、系統故障、告警狀態和裝置故障燈七項內容。

1.2 工作原理

6 kV 數字型微機保護在工作時主要依靠數字式計算機為核心，對電路的工作情況進行監控，采集電路內的運行電流信號，將信號通過模擬量輸入系統轉換成數字量，對故障信息與系統設定的整定值控制信號進行對比分析，判斷高壓柜運行的狀態，當判別是發生了故障后，系統將第一時間判別故障類型及故障發生的區域，控制斷路器和跳閘繼電器進行動作，及時將故障區域進行隔離，避免導致大范圍的電路故障。

1.3 6 kV數字型微機保護裝置的發展及優勢

高壓柜微機綜合保護裝置是在電路測量表保護、繼電器保護的基礎上發展出來的一種新型的具有高度自動化的保護裝置。高壓柜微機綜合保護裝置由于采用了微機控制因此具有極高的數據處理速度和極大的數據存儲能量，采用了高度成熟的大規模集成電路和成熟的數據采集、A/D 模數變換、數字濾波和及集成式抗干擾技術，具有穩定性高、集成度高的特點，與傳統的保護系統相比，該微機綜合保護裝置的突出優勢在于：

1）綜合保護系統將電路監測、電流信號收集、電路控制、數據通信和保護功能集成在一體，控制精度高，可靠性好。

2）具有高度精確性的自檢能力。當電路出現故障時能夠及時進行故障報警、電路保護、故障判斷，能夠采用自動測試裝置對微機綜合保護系統的工作穩定性和可靠性進行檢測，提高系統工作的穩定性和可靠性，滿足長期運行需求，提升控制精度和使用壽命。

3）微機綜合保護系統具有靈敏度高、維護調速方便的優點，能夠方便的進行遠程監測和控制，執行數據通信、監測和保護，同時能夠方便的調整系統設定的保護參數，應用靈活性極高。

2 6 kV數字型微機保護的應用和分析

6 kV 高壓柜的微機保護功能類別較多，根據其重要程度主要可劃分過負荷保護、電流速斷保護、過電流保護、三相一次重合閘、過電壓保護、過流反時限保護、零序電流保護等，在該保護裝置的作用下確保高壓開關柜的運行穩定性。本文就主要的保護作用進行分析如下：

2.1 過負荷保護

高壓柜的過負荷保護是指在電路中當回路電流超過過負荷保護裝置預設值后過負荷保護裝置自動斷開電流回路，起到保護有效負載的作用。根據微機保護裝置控制對象的不同可設置三種過負荷保護值，每種過負荷保護值對應不同的保護狀態，當出現不同的過負荷情況時分別對其進行報警、隔離和跳閘保護，確保在整個運行過程中對高壓柜正常工作的可靠保護，圖1 中Tfh表示系統內設定的過負荷保護的時限，同時在過負荷保護的過程中，系統能夠實施對高壓柜工作電流進行監測，當出現較大的浮動時可自動對電流進行穩壓處理，有效地降低因電流波動而導致的過負荷報警現象，提升系統過負荷保護的可靠性和穩定性，該裝置內的過負荷保護電路原理如圖1 所示[3]。

圖1 微機保護系統的過負荷保護電路原理示意圖

裝置設有過負荷保護功能。過負荷保護可選擇動作于跳閘或告警。發告警信號時，運行人員可通過LCD 觀察過負荷告警信息。

2.2 電流速斷保護

電流速斷保護主要是指，如果電路系統發生了短路故障或者其他故障時，導致高壓柜內的電流超過了系統設定的整定電流值，系統則開啟保護動作，控制線路內的斷路器跳閘。但為了確保對供電系統保護的安全性，電流的速斷保護一般不是全線路保護的，存在著一定的保護死角，為了確保全面保護的安全性，一般會同步設置一個帶有時限的電流速斷保護裝置，增加保護效果，電流速斷保護結構原理如圖2 所示。

圖2 微機保護系統的電流速斷保護電路原理示意圖

2.3 過電流保護

過電流保護主要是指當系統內的電流值超過所設定的最大值以后，保護裝置動作，確保電流安全的一種保護方式，不同的電流設定值會激發過電流保護的不同動作方式，分別進行報警、跳閘等，有效避免過大的電流對系統產生的不良影響，該過電流保護原理如圖3 所示。

圖3 微機保護系統的過電流保護電路原理示意圖

2.4 三相一次重合閘保護

三相一次重合閘，是指線路三相斷路器被繼電保護裝置跳開后自動重合閘再同時重新進行一次合三相斷路器的方案，主要是為了防止高壓柜在使用過程中某些情況下出現電流波動，導致意外跳閘事故，確保發生意外跳閘后的及時恢復，滿足供電安全性的需求。在微機保護裝置中三相一次重合閘主要由壓板進行投退，重合閘在開關閉合的情況下進行充電，每次充電的時間約為15 s，當控制開關由閉合轉換為跳位時系統啟動。在工作過程中如果重合閘在8 s 內持續的有電流則重合閘進行放電處理，如果再8 s 內沒有電流則將按照系統設定的延時時間進行重合，該三相一次重合閘的工作原理如圖4 所示[4]。

圖4 三相一次重合閘電路原理示意圖

2.5 過電壓保護

過電壓保護是指在高壓柜工作過程中由于各種因素影響導致電路內的電壓峰值超過系統設定的最大值，該過電壓峰值的存在將給系統內的各類電氣元件產生損失，影響高壓柜的使用安全和壽命，因此在微機保護系統內設置有過電壓保護裝置，當出現過電壓時依靠屏蔽、濾波、增加電涌保護器的方案確保過電壓保護的可靠性。

3 微機保護裝置常見故障及處理措施

由于高壓柜微機保護裝置內的線路較多，各類工作程序較為復雜，因此導致高壓柜微機保護裝置在實際工作過程中會出現較多的故障，經過對其應用情況的監測，常見的故障主要是保護裝置內的電磁干擾相對嚴重，導致“回路擊穿”故障[5]，影響微機保護裝置的正常使用，針對該類問題，主要可從以下幾個方面進行解決。

1）微機保護裝置在安裝時需要對安裝區域的電磁情況進行測量，在電磁干擾密集的地區進行電磁屏蔽處理或者遠離該區域。

2）在微機保護裝置內部增加獨立的電源模塊，降低工作時受高壓柜交變磁場的影響，避免出現回路擊穿事故。

3）每個高壓柜設置獨立的微機保護裝置，在日常使用過程中制定完善的電磁監測和維護保養制度，確保微機保護裝置的工作可靠性，建立設備臺賬，做到一臺一檔。

4 結論

本文在對高壓開關柜數字型微機保護裝置功能進行分析的基礎對高壓柜常見的故障及處理方案進行了分析，對高壓柜數字型微機保護的應用和故障預防等提供了理論參考依據，根據實際分析表明：

1）高壓柜的微機保護功能類別較多，根據其重要程度主要可劃分為電機長時間啟動保護、高壓柜的過負荷保護、三相一次重合閘、過電壓保護、負序電流和零序電流保護等。

2）高壓開關柜數字型微機保護裝置常見的故障為保護裝置內的電磁干擾相對嚴重，導致“回路擊穿”故障，通過將微機保護裝置進行電磁屏蔽、原離電磁干擾嚴重的區域，增加獨立的電源模塊、每個高壓柜設置專用的微機保護裝置，一機一用等方案能夠有效地降低發生“回路擊穿”事故的概率。