分析電網(wǎng)運(yùn)行保護(hù)中的方向性問題

蔡德科

（新疆有色金屬工業(yè)集團(tuán)稀有金屬有限責(zé)任公司富蘊(yùn)836300）

分析電網(wǎng)運(yùn)行保護(hù)中的方向性問題

蔡德科

（新疆有色金屬工業(yè)集團(tuán)稀有金屬有限責(zé)任公司富蘊(yùn)836300）

電網(wǎng)運(yùn)行中，特別是在多電源的電網(wǎng)運(yùn)行中，電網(wǎng)的各種保護(hù)數(shù)據(jù)對于不同的保護(hù)對象在比較中往往產(chǎn)生一定的沖突，因此各點(diǎn)的保護(hù)需要引進(jìn)方向性元件以便處理種種由于多電源而引起的誤動事件。

電網(wǎng)多電源方向性誤動

1 多電源網(wǎng)中方向性問題的提出

對于雙側(cè)電源電網(wǎng)（圖1）

圖1

E1、E2分別為電源側(cè)，當(dāng)它們在電網(wǎng)中單獨(dú)供電時，會出現(xiàn)下面的情況:

⑴E1單獨(dú)供電：由保護(hù)1、3、5起線路保護(hù)作用；⑵E2單獨(dú)供電：由保護(hù)6、4、2起線路保護(hù)作用；但是當(dāng)電網(wǎng)中電源側(cè)不是單獨(dú)時，常規(guī)的保護(hù)，還能不能進(jìn)行有效的保護(hù)而使電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。下面舉例說明：

當(dāng)E1、E2同時供電，A、B、C、D為母線，1、2、3、4、5、6為各斷路器，同時也是電流保護(hù)所處的位置。

假設(shè)d1點(diǎn)短路，如果是單電源E1那么1號位置保護(hù)啟動。如果E2單獨(dú)供電需要2號位置保護(hù)啟動，從而達(dá)到保護(hù)B母線的目的。但當(dāng)電網(wǎng)中E1，E2同時存在時，d1點(diǎn)短路最好的情況是1號位置，2號位置保護(hù)啟動。但是往往由于2號位置與3號位置的保護(hù)定值差不多大小，而使得3號位置勿動。通過以下的計(jì)算理論上可以避免此種情況。

d1點(diǎn)短路時，要求：2動作，3不動。

d1點(diǎn)短路時，雖然此時可能滿足選擇性要求（3不誤動）：2動作，3不動。

但若出現(xiàn)d2點(diǎn)短路，根據(jù)以上的計(jì)算可以看出，此前設(shè)定的保護(hù)定值可以導(dǎo)致2號斷路器誤動。從而提出了保護(hù)中的方向性原則。

規(guī)定保護(hù)正方向：保護(hù)安裝處母線→被保護(hù)線路（設(shè)備）。

分析可知：被保護(hù)線路正方向短路時保護(hù)不會出現(xiàn)誤動，但在反方向短路時，由對側(cè)電源供給的短路電流可能造成該保護(hù)誤動作。此時的功率方向：線路→母線。

為防止保護(hù)誤動作,增設(shè)功率方向閉鎖元件GJ (裝于可能誤動的保護(hù)上)，短路點(diǎn)位于：

┌正方向（母線→線路）：GJ動作啟動保護(hù)

└反方向（線路→母線）：GJ不動閉鎖保護(hù)

增設(shè)GJ后,雙側(cè)電源網(wǎng)可以按單側(cè)電源網(wǎng)的3段電流保護(hù)進(jìn)行配合。

2 功率方向元件GJ工作原理

方向元件GJ中加入電壓U˙J、電流I˙J：

當(dāng)U˙J與I˙J相位差在相位平面上的某個范圍時，方向元件動作；

當(dāng)U˙J與I˙J相位差在相位平面上的另一個范圍時，方向元件不動作。

GJ動作邊界一般設(shè)計(jì)為一條直線（半個平面為動作區(qū)，另半個平面為非動作區(qū)），且動作邊界可根據(jù)故障類型及接線方式任意調(diào)整（圖2）。

圖2

GJ動作條件：－90°＜ΦJ-Φlm＜90°（銳角型）。

ΦJ＝U˙J∧I˙J，即U˙J超前I˙J的角度。

Φlm：GJ的最靈敏角，由用戶設(shè)定的值，調(diào)整?lm→調(diào)GJ的動作邊界。

當(dāng)U˙J超前I˙J的角度ΦJ＝Φlm時，I˙J垂直于動作邊界，位于動作范圍的正中央，GJ動作最靈敏。

當(dāng)線路正向出口附近故障時U˙J→0，GJ拒作，出現(xiàn)電壓死區(qū)（由于故障時電流I˙J較大，不存在電流死區(qū)）。

3 相間短路方向電流保護(hù)中GJ的接線方式

90°接線方式：

A相GJA：I˙J＝I˙A,U˙J＝U˙BC

B相GJB:I˙J＝I˙B,U˙J＝U˙CA

C相GJC:I˙J＝I˙C,U˙J＝U˙AB

分析可知：

(1)在線路正方向各種相間故障情況下，故障相GJ的ΦJ是在以-90°+Φd為中心左右偏離不超過30°的范圍內(nèi)。反方向各種相間故障情況下故障相GJ的ΦJ與正方向故障情況相反，即故障相GJ的ΦJ是在以90°＋Φd為中心左右偏離不超過30°的范圍內(nèi)。Φd為線路正序阻抗角(圖3)。

圖3

(2)對三相短路存在死區(qū)（保護(hù)安裝處正向出口附近），但對各種兩相短路不存在死區(qū)（U˙J中包含非故障相電壓，其值較大，大于正常相電壓）。

(3)若已知線路阻抗角Φd，為降低死區(qū)，應(yīng)盡量使Φlm→-(90°-Φd)。（微機(jī)保護(hù)一般在內(nèi)部固定取Φlm=-30°或取Φlm=-45°）。

(4)為了消除方向元件的死區(qū)，可采用記憶作用。由于針對相間短路，故障前電壓U˙J[0]與故障后電壓U˙J的相位一致，故用故障前的電壓U˙J[0]（其值較大）與故障后的電流I˙J比較相位來判別方向。（有些要求不高的低壓線路允許方向電流保護(hù)存在死區(qū)，死區(qū)內(nèi)故障由遠(yuǎn)后備來保護(hù)）。

4 結(jié)論

在實(shí)際操作中，可能會遇到各種各樣的問題，而不像簡單的雙電源，在考慮不同的線路時需要借助的方式方法也不僅僅如此。但是大體上，方向性元件在當(dāng)今的線路保護(hù)中應(yīng)用還是比較廣泛的，也希望大家在相互的探討中能彼此進(jìn)步，使我們在工作中能更加得心應(yīng)手。

收稿：2014-01-24