非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷對(duì)繼電保護(hù)及消諧裝置的影響

宋 強(qiáng)，王儒科

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司，河南 焦作 454150）

非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷對(duì)繼電保護(hù)及消諧裝置的影響

宋 強(qiáng)，王儒科

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司，河南 焦作 454150）

分析了電力系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷(電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷)對(duì)繼電保護(hù)及消諧裝置的影響，并提出通過(guò)調(diào)整出線低周整定方案和增加區(qū)分接地與諧振判據(jù)等解決方法，合理優(yōu)化改進(jìn)，保障了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷；繼電保護(hù)；消諧裝置

0 引言

某變電站110?kV側(cè)采用單母線分段運(yùn)行，110?kV 進(jìn) 線 互 為 自 投，110?kV?II段 修 東 線 帶110?kV 電鐵牽引變，負(fù)荷為 20?kW。10?kV 側(cè)采用單母線分段運(yùn)行，工業(yè)負(fù)荷占總負(fù)荷的70?%，且負(fù)荷中諧波分量較大，特別是10?kV軋鋼西線、軋鋼東線、鋼廠線。電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷波動(dòng)經(jīng)常導(dǎo)致10?kV出線低周保護(hù)誤跳閘。

1 非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷對(duì)繼電保護(hù)的影響

電壓、頻率、波形是衡量電能質(zhì)量的3個(gè)指標(biāo)。電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷既是沖擊性負(fù)荷，又是非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷，其所產(chǎn)生的諧波、負(fù)序會(huì)造成電網(wǎng)的電壓、波形發(fā)生畸變，使電能質(zhì)量下降；同時(shí)造成保護(hù)誤跳閘，影響用戶(hù)正常用電，并對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成危害。

鋼鐵行業(yè)是高耗能行業(yè)。鋼鐵廠內(nèi)部一般分為煉鐵廠、煉鋼廠、軋鋼廠、制氧廠、燒結(jié)廠，用電設(shè)備眾多，含有大量冷卻水泵和除塵風(fēng)機(jī)，且大部分采用閥門(mén)調(diào)節(jié)。

繼電保護(hù)頻率元件可分為6段，由E81控制1～6段分別投入。

投運(yùn)時(shí)整定值為：

NFREQ=50?Hz(正常系統(tǒng)頻率為 50?Hz)；

E81≥1(投入頻率元件1段保護(hù))；

81D1P=48.25?Hz(頻率元件1段保護(hù)動(dòng)作值)。

這6個(gè)頻率元件都由相同的低電壓元件(繼電器定值27B81)控制。如果任一電壓(UA，UB，UC)低于電壓動(dòng)作值27B81P，繼電器字位27B81置位為邏輯1，并且閉鎖頻率元件動(dòng)作。這是為了防止在故障狀態(tài)下頻率元件的誤動(dòng)作，特別是電鐵負(fù)荷和鋼廠負(fù)荷波動(dòng)較大，易導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，所以必須采取措施加以避免。

若低電壓動(dòng)作整定值27B81P?可用在其他控制方案中，那么繼電器定位27B81在用于頻率元件的同時(shí)也可用于其他邏輯。若頻率元件沒(méi)有使用，那么繼電器定位27B81仍舊可用于其他邏輯，并在具有要求的電壓整定值27B81中放置。若投入頻率元件(整定值E81≥1)，且設(shè)置整定值27B81P，則使用繼電保護(hù)邏輯控制方程，將繼電器定位27B81應(yīng)用于要求的邏輯方案中。

新的10?kV出線低周整定方案為：

具體的保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖1所示。

由于電鐵負(fù)荷和鋼廠負(fù)荷波動(dòng)大、頻率易突變，所以引入27B81P作為OUT104的一個(gè)條件。81D1D 動(dòng)作時(shí)間整定為 0.15?s(7.5×20/1?000)，使用OUT104動(dòng)作出口，通過(guò)更改SEL邏輯即可有效防止電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷波動(dòng)，避免10?kV出線低周保護(hù)頻繁誤跳閘。

圖1 低周保護(hù)動(dòng)作邏輯

2 非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷對(duì)消諧裝置的影響

電力系統(tǒng)中存在大量的儲(chǔ)能元件，如電壓互感器、變壓器、電抗器等電感元件，電容器、線路對(duì)地電容、斷路器的斷口電容等電容元件。這些元件組成了許多串聯(lián)或并聯(lián)的振蕩回路，在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩；但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或由于某種原因電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就可能產(chǎn)生諧振。

在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，若一相斷線接地，受到變壓器和相間電容、電壓互感器和線路對(duì)地電容、空載變壓器和空載長(zhǎng)架空線電容的影響，很容易形成振蕩回路，就可能產(chǎn)生諧振。

諧振常常會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電壓。在正常工作電壓下，電壓互感器這類(lèi)電壓元件的鐵芯磁通密度不高，鐵芯并不飽和。在過(guò)電壓狀態(tài)下，鐵芯飽和，電感迅速降低，從而與電容發(fā)生諧振，即鐵磁諧振。鐵磁諧振不僅可在基波下發(fā)生，也可在高頻或低頻下發(fā)生。

正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器開(kāi)口三角形的電壓（3?Uo）理論值為 0，實(shí)際值一般不超過(guò) 10?V。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，3?Uo迅速提高至30?V，甚至高達(dá)120?V，形成過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，由于三相不同期等原因(存在有瞬時(shí)接地故障等現(xiàn)象)，會(huì)在電壓互感器中產(chǎn)生很大的諧振電流，造成互感器內(nèi)部鐵芯飽和，導(dǎo)致二次側(cè)波形發(fā)生畸變；當(dāng)畸變足夠大時(shí)，即形成鐵磁諧振。

諧波電壓中的 17?Hz，25?Hz，150?Hz 諧波分量疊加至50?Hz基波上，會(huì)使基波波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷電壓具有不穩(wěn)定、不對(duì)稱(chēng)、非線性特征，在消諧元件出口消諧時(shí)，如不能正確區(qū)分電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷特征，很容易造成誤報(bào)信號(hào)和PT(電壓互感器)運(yùn)行的不安全，并且出口在諧波的過(guò)零點(diǎn)時(shí)就沒(méi)有意義。同時(shí)必須區(qū)分接地與諧振，判據(jù)如下。

(1)?接地判斷：基波電壓不小于40?V；用于抵消電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷波動(dòng)引起的瞬時(shí)過(guò)電壓，防止誤報(bào)接地信號(hào)。

(2)? 諧振判斷：17?Hz 諧波電壓 23?V，?25?Hz諧波電壓 33?V，150?Hz諧波電壓 43?V；用于抵消電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷波動(dòng)引起的瞬時(shí)過(guò)電壓，防止誤判斷。

因此，根據(jù)最優(yōu)決策理論，應(yīng)尋找基波過(guò)零點(diǎn)與諧波峰值之間的黃金分割點(diǎn)進(jìn)行消除，這樣既可消諧，又可保證基波不受或少受影響。

可利用壓敏元件的電抗破壞PT鐵磁諧振的產(chǎn)生條件進(jìn)行在線消除。若壓敏元件仍未完全消除PT產(chǎn)生的鐵磁諧振，則瞬間啟動(dòng)大功率消諧元件予以消除。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)局域電網(wǎng)的電鐵負(fù)荷、鋼廠負(fù)荷的非對(duì)稱(chēng)性特點(diǎn)，結(jié)合微機(jī)保護(hù)及自動(dòng)裝置的特性，合理改進(jìn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1?張??博，魯鐵成，杜曉磊．電力系統(tǒng)基頻鐵磁諧振諧波平衡分析[J]．高電壓技術(shù)，2006(1).

2?國(guó)家電力調(diào)度通信中心．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

3?國(guó)家電力調(diào)度通信中心．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型故障分??析[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2001.

4?翟義德．電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題及基于混合并聯(lián)結(jié)構(gòu)的治理方案[J]．電力安全技術(shù)，2013(11)．

2014-02-20。

宋??強(qiáng)(1977-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制，繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作分析等工作，email：wwdhthk@sina.com。

王儒科(1991-)，男，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制，繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作分析等。