中壓配電系統(tǒng)微機(jī)母線保護(hù)電流互感器變比設(shè)置及其技術(shù)要求研究

顧海超

【摘 要】由于中壓系統(tǒng)母線出線較多，操作頻繁，三相導(dǎo)體相間距離、與大地距離都比較近，容易受到小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量相對(duì)較差等原因，中壓系統(tǒng)母線發(fā)生故障的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓或超高壓系統(tǒng)，加之母線沒有裝設(shè)專用的保護(hù)，這樣，母線故障則需上一級(jí)保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)后動(dòng)作切除，因此，許多原本可以快速消除的故障被發(fā)展、擴(kuò)大，造成配電裝置的嚴(yán)重?zé)龤?、相鄰開關(guān)柜受損等嚴(yán)重事故，使得供電長期不能恢復(fù)。

【關(guān)鍵詞】配電系統(tǒng);母線保護(hù);電流互感器;安全可靠;經(jīng)濟(jì)合理;技術(shù)先進(jìn);靈敏度

0 引言

中壓供配電網(wǎng)中的母線保護(hù)長期以來一直沒有得到應(yīng)有的重視，中壓母線很少或者幾乎不裝設(shè)專用的母線保護(hù)。原因是多方面的，歸結(jié)如以下兩點(diǎn)：

1）母線保護(hù)的裝設(shè)加重了中壓供配電網(wǎng)的投資，對(duì)于還沒有實(shí)施微機(jī)保護(hù)的中壓供配電網(wǎng)而言，一套母線保護(hù)需要裝設(shè)專用的電流互感器、繼電器等，提高了工程的造價(jià)。

2）由于人們對(duì)中壓母線保護(hù)的認(rèn)識(shí)不夠，以往的作法是母線保護(hù)依靠上一級(jí)保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，卻沒有認(rèn)識(shí)到延時(shí)切除母線故障所造成的惡果，即對(duì)中壓母線短路的后果沒有引起足夠的重視。

以往的中壓母線不裝設(shè)專用的母線保護(hù)的理由通常是：中壓母線故障不會(huì)像高壓或超高壓系統(tǒng)中母線故障那樣造成系統(tǒng)失穩(wěn)、大面積停電等極其嚴(yán)重的后果。但是，這并不能讓我們對(duì)其故障的危害掉以輕心。尤其在一些有重要用戶的變電站和發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)，處理不當(dāng)就會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 微機(jī)母線保護(hù)電流互感器變比設(shè)置

常規(guī)的母線差動(dòng)保護(hù)為了減少不平衡差流，要求連接在母線上的各個(gè)支路電流互感器變比必須完全一致，否則就要求安裝中間變流器，這就造成體積很大而月.不方便，況且正常運(yùn)行時(shí)對(duì)于出線電流較小的線路，電流互感器的傳變舍入誤差比較大，保護(hù)的不平衡電流選擇的較大，這樣的話保護(hù)定值相應(yīng)的要提高，這樣做的后果使得保護(hù)的靈敏性降低。

微機(jī)型母線保護(hù)的電流互感器變比可以通過設(shè)置，根據(jù)各個(gè)電流互感器的變比，將其二次電流統(tǒng)一折算到同一個(gè)變比之下再送入保護(hù)CPU插件中進(jìn)行運(yùn)算。通過方便地改變電流互感器的計(jì)算變比，從而允許母線各支路差動(dòng)電流互感器變比不一致，也不需要裝設(shè)中間變流器。

運(yùn)行前，將母線上聯(lián)絡(luò)的各支路變比鍵入保護(hù)CPU插件后，保護(hù)軟件以其中最大變比為基準(zhǔn)，進(jìn)行電流折算，使得保護(hù)在計(jì)算差電流時(shí)各個(gè)電流互感器變比均變?yōu)橐恢?，并在母線保護(hù)計(jì)算判據(jù)以及其顯示差電流時(shí)也以最大變比為基準(zhǔn)。

為了說明起見，我們假設(shè)母線上連接有三個(gè)支路單元：一個(gè)電源支路（其電流方向流入母線）;兩個(gè)負(fù)荷支路（其電流方向流出母線）。正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)支路一次電流分別為I1、I2、I3，此時(shí)我們令經(jīng)過電流互感器測得其二次電流分別為I1.2、I2.2、I3.2，各個(gè)支路電流互感器變比分別對(duì)應(yīng)為n1、n2、n3，如果n1為最大變比，則選擇n1為基準(zhǔn)值。在正常運(yùn)行時(shí)，各個(gè)支路的一次電流分別為：

I1=I1.2×n1，I2=I2.2×n2，I3=I3.2×n3

然后以最大變比n1為基準(zhǔn)值換算得到各個(gè)支路計(jì)算二次值為：

I1′=（I1.2×n1）/n1

I2′=（I2.2×n2）/n1

I3′=（I3.2×n3）/n1

這樣，即使原來各個(gè)支路的變比不一致，經(jīng)過換算后其變比應(yīng)該全部一致且均為n1，如此算法可以保證正常運(yùn)行以及區(qū)外故障時(shí)（不考慮電流互感器的誤差）計(jì)算的電流為零，其證明如下：

I■=I1′-（I2′+I3′）=I■-（I■+I■）=0

除此之外，經(jīng)過折算后，（I2.2×n2）/n1以及（I3.2×n3）/n1的計(jì)算值均變的很小，不但可以減少計(jì)算量，并可以避免軟件計(jì)算溢出出錯(cuò)。

上述既是在我國微機(jī)型母線保護(hù)中常用的換算電流互感器變比的方法。此種方法的運(yùn)用將降低了使用電流變換器來達(dá)到進(jìn)出線兩側(cè)的電流互感器變比一致的投資成本，并且減少了占地空間。

但與此同時(shí)，它又不可避免的帶來了一系列的問題：

第一，如果各個(gè)支路電流互感器的變比與最大變比不成倍數(shù)的關(guān)系，例如1200/5與800/5，為了防止計(jì)算誤差引起較大的不平衡差電流，其折算過程要比上述的過程復(fù)雜的多，只能預(yù)先固化設(shè)定，不能現(xiàn)場隨時(shí)設(shè)置，即變比設(shè)計(jì)后應(yīng)將變比預(yù)先送入廠家固化。

第二，如上述所示的例子。我們僅僅假設(shè)一段母線上連接有三條線路，可是事實(shí)上對(duì)于電力系統(tǒng)進(jìn)出線遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出三條，尤其對(duì)于中低壓供配電網(wǎng)而言，其進(jìn)線可能只有一條，但是其出線可能有十條之多。這樣的話，其進(jìn)出線的電流互感器的變比差別就很大，一般有十倍以上的差距。例如某一供電所的10kV出線有8個(gè)負(fù)荷，進(jìn)線的電流互感器選擇為3000/5，而某一條負(fù)荷較小的出線電流互感器的選擇僅僅為200/5，兩者之間相差了15倍。假如此時(shí)這一條出線出口處短路，會(huì)不會(huì)發(fā)生因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯娘柡投斐傻哪妇€保護(hù)誤動(dòng)呢？

2 電流互感器的選擇依據(jù)

電流互感器是按照正常運(yùn)行時(shí)的一次回路額定電壓和電流來選擇的。當(dāng)接入差動(dòng)保護(hù)電流回路中的出線發(fā)生短路時(shí)，出線電流互感器和中間電流互感器均要求滿足電流互感器的了10%誤差曲線。除此之外，接入差動(dòng)保護(hù)回路中的出線數(shù)nxj與系數(shù)α存在相應(yīng)的關(guān)系，具體見下表。

表1

上表中α定義為當(dāng)一段母線被切除時(shí)，接入本段差動(dòng)保護(hù)電流回路中的各出線增加的總負(fù)荷與本段接入差動(dòng)保護(hù)電流回路中各出線的總負(fù)荷之比，即α=I/（I+I），其中I為接入差動(dòng)保護(hù)電流回路中的出線總負(fù)荷電流;I為當(dāng)一段母線被切除時(shí)，接入本段差動(dòng)保護(hù)電流回路中各出線增加的總負(fù)荷電流之和。

按照電流互感器10%誤差曲線和上表中相應(yīng)的電流倍數(shù)，即可求出所采用的電流互感器允許負(fù)荷。

當(dāng)連接導(dǎo)線很長，以及接入差動(dòng)回路的出線數(shù)很多時(shí)，電流互感器可能不滿足了10%誤差曲線的要求，這時(shí)可以在不能滿足要求的電流互感器二次側(cè)加裝中間變流器。

3 TA暫態(tài)特性對(duì)母線保護(hù)的影響

眾所周知，對(duì)母線采用了差動(dòng)保護(hù)原理可以方便地實(shí)現(xiàn)母線的快速保護(hù)。然而在母線區(qū)外短路時(shí)，一般電流互感器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，一旦電流互感器飽和以后就不能正確的傳變一次電流值，使得二次側(cè)電流差動(dòng)保護(hù)原理的基礎(chǔ)遭到破壞，從而導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)作。

而在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮到母線外部發(fā)生短路時(shí)，故障元件的電流互感器流過很大的短路電流，使得電流互感器的鐵芯趨于飽和，勵(lì)磁電流大大增加，電流互感器的電流誤差迅速增加。為了保證電流互感器及其保護(hù)裝置在允許的穩(wěn)態(tài)短路電流下能夠正常工作，電流互感器被設(shè)計(jì)為在最大穩(wěn)態(tài)短路電流下電流誤差值不得超過了10%。實(shí)踐中根據(jù)電流互感器了10%倍數(shù)特性曲線，由最大允許的穩(wěn)態(tài)短路電流確定電流互感器的二次側(cè)負(fù)載阻抗ZL。從而確保電流互感器的正常工作。

通過以上分析，我們認(rèn)為在中低壓供配電網(wǎng)中，由于線路采用的是放射式的且出線較多，因此當(dāng)出線出口處發(fā)生短路時(shí)，TA會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。對(duì)于其中的暫態(tài)飽和，由于我們對(duì)保護(hù)的時(shí)間要求不是很苛刻，因此允許加一時(shí)間延時(shí)（當(dāng)然這個(gè)時(shí)間延時(shí)相比與靠上一級(jí)保護(hù)延時(shí)來切除母線故障的延時(shí)小多了，在那里時(shí)延通常是0.5秒左右，而在這里我們認(rèn)為幾個(gè)周波就一個(gè)使得非周期分量有很大的衰減）來躲過因暫態(tài)飽和而產(chǎn)生的不平衡差流;對(duì)于所產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)飽和，我們可以通過計(jì)算TA的二次負(fù)荷在滿足10%誤差曲線的前提下，考慮其出線個(gè)數(shù)來選擇合適的電流互感器，當(dāng)然我們不會(huì)都采用同一個(gè)變比的TA以來躲過不平衡電流。對(duì)于己經(jīng)安裝的TA如果不滿足要求的話，則需要加裝一個(gè)電流變換器即可。

4 結(jié)束語

總之，中壓母線故障被發(fā)展擴(kuò)大的最根本原因，就是因?yàn)闆]有專門的母線保護(hù)，使母線故障要經(jīng)過較長時(shí)間才能被切除。假如裝有快速保護(hù)，故障發(fā)生后保護(hù)立即動(dòng)作，故障可以快速切除，損失可以大大降低。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]