大保護(hù)范圍電流保護(hù)的原理與裝置研究

王曉波，王鋅桐

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230051)

0 引言

在35kV及以下電壓等級輸電線路中，廣泛的使用三段式電流保護(hù)作為相間短路的保護(hù)方案.但是，三段式電流保護(hù)也具有直接受電網(wǎng)接線方式以及電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響的缺點(diǎn)，使它往往不能滿足靈敏性或保護(hù)范圍的要求.為了提高靈敏性，可以采用靈敏性更高的距離保護(hù)、高頻保護(hù)和光纖保護(hù).近年來，隨著微機(jī)保護(hù)的普及，又提出了自適應(yīng)電流保護(hù)作用來提高保護(hù)的靈敏性.但是，在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化較大的情況下，自適應(yīng)保護(hù)也難以解決電流保護(hù)靈敏性低的缺點(diǎn)，針對以上問題，本文提出大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理及裝置的設(shè)計(jì)方案，可以大大提高電流保護(hù)的靈敏性.

1 大保護(hù)范圍電流保護(hù)的原理與裝置

圖1 輸電線路圖Fig.1 Typical transmission line

(1)

在這個(gè)整定值下，電流I段保護(hù)的最小保護(hù)范圍的計(jì)算式如式(2)所示.

(2)

電流I段保護(hù)的保護(hù)范圍主要受到系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障類型等因素的影響.如果系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化較大(即Zsmax與Zsmin的數(shù)值相差較大)，那么將會(huì)造成電流I段保護(hù)的保護(hù)范圍很小甚至完全沒有保護(hù)范圍.

為了解決上述問題，可以在進(jìn)行電流I段保護(hù)定值整定時(shí)，從以下兩個(gè)方面著手.

(3)

當(dāng)線路發(fā)生短路故障后，有多種判據(jù)可以快速判斷出是哪種故障.比如，利用A、B、C三相電流突然增大了很多倍，判斷線路中發(fā)生的是三相短路故障；利用A、B、C三相電流中有兩相電流增大了很多倍，另外一相電流基本沒有變化，而且系統(tǒng)中存在明顯的零序電流，判斷線路中發(fā)生了兩相短路接地故障；利用A、B、C三相電流中有兩相電流增大了很多倍，另外一相電流基本沒有變化，而且系統(tǒng)中沒有零序電流，判斷線路中發(fā)生了兩相短路故障.當(dāng)微機(jī)保護(hù)裝置判定出線路中發(fā)生的是哪種短路故障以后，立刻調(diào)用相對應(yīng)的整定電流值，用該定值作為此短路故障下的電流I段保護(hù)的保護(hù)定值.使用該方法以后，可以消除由于故障類型不同使整定電流值不同，影響電流I段保護(hù)保護(hù)區(qū)的問題.該方法在文獻(xiàn)[1-10]中有具體敘述，在此不再敘述.

其次，式(1)在計(jì)算電流Ⅰ段保護(hù)整定值時(shí)，用到的電源等值阻抗是采用最小阻抗Zsmin，這里采用的是靜態(tài)阻抗，實(shí)際上在線路運(yùn)行時(shí)，隨著運(yùn)行方式變化，電源的等值阻抗是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的阻抗值，如果能夠動(dòng)態(tài)測量發(fā)生短路故障時(shí)的電源等值阻抗與線路阻抗之和Zs動(dòng)，那么式(3)可以寫為式(4).

為了測量動(dòng)態(tài)阻抗值Zs動(dòng)，設(shè)計(jì)裝置系統(tǒng)如圖2所示.其中，部件1為系統(tǒng)

(4)

圖2 動(dòng)態(tài)阻抗測量原理圖Fig.2 Schematic diagram of measuring dynamic impedance圖3 微機(jī)保護(hù)裝置改進(jìn)原理圖Fig.3 Improved schematic diagram of microprocessor-based protection device

(5)

可以計(jì)算出R與L分別如式(6)與式(7)所示：

(6)

(7)

微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)以上R與L的數(shù)值，采用R-L模型算法，可以計(jì)算出在此時(shí)的運(yùn)行方式下，系統(tǒng)阻抗的電阻部分為R，電抗部分為ωf0L，則系統(tǒng)在工頻下的動(dòng)態(tài)阻抗值Zs動(dòng)可以式(8)進(jìn)行計(jì)算.

(8)

在式(4)中使用式(8)計(jì)算出的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)阻抗值，可以整定出在不同短路故障類型下和不同運(yùn)行方式時(shí)的電流I段保護(hù)的定值，在該動(dòng)態(tài)定值下，大大增加了電流I段保護(hù)的保護(hù)范圍，提高了保護(hù)的靈敏性.

實(shí)際上，在計(jì)算電流Ⅱ段保護(hù)整定值時(shí)，完全也可以將傳統(tǒng)電流保護(hù)中所用到的靜態(tài)抗阻換作動(dòng)態(tài)阻抗Zs動(dòng)，同樣可以提高電流Ⅱ段保護(hù)的靈敏性.

2 算例分析

為了便于理解大保護(hù)范圍電流保護(hù)的繼電保護(hù)原理和該保護(hù)方案的優(yōu)越性，舉出以下算例進(jìn)行說明，電網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示，算例中將使用傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)和大保護(hù)范圍電流保護(hù)兩種保護(hù)原理對AB線路進(jìn)行整定，并將整定結(jié)果進(jìn)行對比.電網(wǎng)輸電線路參數(shù)如表1所示.

表1 電網(wǎng)輸電線路參數(shù)Tab.1 Parameters of transmission line

使用傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)原理對電網(wǎng)中AB段輸電線路進(jìn)行保護(hù)整定，得到對應(yīng)的整定結(jié)果如表2所示.

表2 AB段輸電線路傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)整定結(jié)果Tab.2 Setting calculation result based on traditional principle of three-stage current protection of section AB transmission line

使用大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理對電網(wǎng)中AB段輸電線路進(jìn)行保護(hù)整定，得到對應(yīng)的整定結(jié)果如表3所示.

表3 AB段輸電線路大保護(hù)范圍電流保護(hù)整定結(jié)果Tab.3 Setting calculation result based on improved principle of large range overcurrent protection of section AB transmission line

將使用傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)原理和大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理對電網(wǎng)中AB段輸電線路的保護(hù)整定結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如表4所示.

表4 兩種不同繼電保護(hù)原理整定結(jié)果對比Tab.4 etting results comparison of two different relay protection principles

根據(jù)表4對比結(jié)果，在該算例的輸電線路網(wǎng)絡(luò)中，對于無時(shí)限電流速斷保護(hù)保護(hù)來說，采用傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)對該線路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，最小可以保護(hù)本段線路的23.3%，而采用大保護(hù)范圍電流保護(hù)進(jìn)行保護(hù)后，最小可以保護(hù)本段線路的57.5%，保護(hù)范圍有了明顯的提升；對于限時(shí)電流速斷保護(hù)保護(hù)來說，采用傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)對該線路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，靈敏系數(shù)為1.21，而采用大保護(hù)范圍電流保護(hù)進(jìn)行保護(hù)后，靈敏系數(shù)最小也可達(dá)1.49，保護(hù)的靈敏性由不滿足要求提升為滿足要求.

3 小結(jié)

從以上算例中可以看出，將傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)原理改進(jìn)為大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理對電網(wǎng)中AB段輸電線路進(jìn)行保護(hù)整定計(jì)算，無論是無時(shí)限電流速斷保護(hù)還是限時(shí)電流速斷保護(hù)，在使用大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理進(jìn)行保護(hù)以后，保護(hù)的靈敏性均有所改善.實(shí)際上，使用大保護(hù)范圍電流保護(hù)原理對輸電線路進(jìn)行保護(hù)，對于改善定時(shí)過電流保護(hù)(后備保護(hù))的靈敏性也是有積極作用的.