一種具有電流回路自檢功能的零序保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法

劉國(guó)徽，李新海，范德和，袁拓來(lái)，邱天怡

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

廣東電網(wǎng)變電站10 kV系統(tǒng)目前多采用小電阻并消弧線圈[1]或純小電阻接地，若某10 kV線路的零序保護(hù)電流二次回路斷線且該線路發(fā)生了單相接地故障，該線路零序保護(hù)將拒動(dòng)，并導(dǎo)致上級(jí)零序保護(hù)動(dòng)作[2]，將造成10 kV母線失壓和大面積的停電。針對(duì)此問(wèn)題，本文闡述了一種具有電流回路自檢功能的零序保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法。

1 零序保護(hù)存在的問(wèn)題

當(dāng)前10 kV保護(hù)裝置的零序電流保護(hù)因正常運(yùn)行時(shí)無(wú)電流，無(wú)法監(jiān)視、預(yù)警零序電流二次回路異常，而零序保護(hù)的電流回路隱患主要靠人工進(jìn)行排查，采用外觀檢查、緊固二次接線的不停電檢查，以及零序保護(hù)二次加量試驗(yàn)或測(cè)量電流回路電阻等的停電檢查。電流回路采用不停電的人工檢查時(shí)，只能做外觀檢查及緊固接線，難以發(fā)現(xiàn)隱藏的開路隱患，且檢查工作量大；而采用一次設(shè)備停電的檢查時(shí)，則會(huì)造成用戶停電，影響配網(wǎng)的供電可靠性。

2 一種具有電流回路自檢功能的零序保護(hù)裝置及保護(hù)方法

該保護(hù)裝置的零序保護(hù)電流回路自檢原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由低頻電流產(chǎn)生模塊、電流采集模塊、保護(hù)處理器、通信及告警模塊、人機(jī)交互模塊、電源模塊等部分組成。

圖1 零序保護(hù)電流回路自檢原理結(jié)構(gòu)圖

該保護(hù)裝置的零序電流二次回路自動(dòng)檢測(cè)接線示意圖如圖2所示(其中加粗部分為相較于常規(guī)零序保護(hù)所增加的硬件部分)，其零序電流互感器T3一般安裝在10 kV間隔的一次電纜層或開關(guān)柜內(nèi)。本文中的低頻電流產(chǎn)生模塊輸出的電流為低頻非工頻電流，人機(jī)交互模塊包括液晶觸摸屏，在使用過(guò)程中工作人員可通過(guò)人機(jī)交互模塊設(shè)定低頻非工頻電流輸出定值Iscdp、“低頻非工頻電流采樣值與低頻非工頻電流輸出定值的比值”告警定值Kset及零序電流二次回路自動(dòng)檢測(cè)時(shí)間周期T，并存儲(chǔ)至保護(hù)處理器中，其中低頻非工頻電流輸出定值Iscdp在設(shè)定時(shí)程序限制不大于本零序保護(hù)裝置的0.8倍零序保護(hù)動(dòng)作電流定值，以確保檢測(cè)過(guò)程中零序保護(hù)不誤動(dòng)，保護(hù)處理器控制低頻電流產(chǎn)生模塊按設(shè)定低頻非工頻電流輸出定值Iscdp輸出相應(yīng)大小的低頻非工頻電流。

目前10 kV零序電流保護(hù)是通過(guò)采集工頻(50 Hz)電流分量作為零序電流保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)。本文使用低頻非工頻電流且不大于0.8倍零序保護(hù)動(dòng)作值的限制電流幅值檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)外部注入電流方式不能絕對(duì)保證不影響50 Hz工頻量保護(hù)的串?dāng)_，為可靠起見，采用小于工頻量保護(hù)動(dòng)作值的外部注入電流，能夠有效避免回路檢測(cè)時(shí)零序保護(hù)誤動(dòng)的可能。

圖2 零序保護(hù)電流二次回路自動(dòng)檢測(cè)接線示意圖

該保護(hù)的具體實(shí)施流程如圖3所示，在保護(hù)裝置啟動(dòng)或復(fù)歸后，保護(hù)處理器首先判斷是否啟動(dòng)手動(dòng)檢測(cè)零序電流二次回路功能，若“是”則直接啟動(dòng)零序電流二次回路檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示在液晶觸摸屏；若“否”則進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)模式，判斷是否達(dá)到設(shè)定的零序電流二次回路自動(dòng)檢測(cè)時(shí)間周期T，若“否”則繼續(xù)循環(huán)計(jì)時(shí)直至滿足預(yù)設(shè)的自動(dòng)檢測(cè)時(shí)間，開始進(jìn)入零序電流二次回路檢測(cè)：保護(hù)處理器控制低頻電流產(chǎn)生模塊按設(shè)定低頻非工頻電流輸出定值Iscdp輸出相應(yīng)大小的低頻非工頻電流，該電流經(jīng)電流互感器T2注入零序電流二次回路中，電流采集模塊通過(guò)電流互感器T1實(shí)時(shí)采集零序電流二次回路中電流(可能包含50 Hz工頻電流)，該電流經(jīng)A/D(模擬/數(shù)字)信號(hào)轉(zhuǎn)換后，將電流數(shù)字信號(hào)發(fā)送至保護(hù)處理器中處理，保護(hù)處理器使用時(shí)間抽取的快速傅里葉變換(FFT)算法[3]，將時(shí)域離散采集的電流變換為頻域的50 Hz工頻電流采樣值和低頻非工頻電流采樣值共2個(gè)分量，其中50 Hz工頻電流采樣值用于零序保護(hù)啟動(dòng)，同時(shí)與零序保護(hù)動(dòng)作定值比較，當(dāng)零序保護(hù)啟動(dòng)，同時(shí)50 Hz工頻電流采樣值大于保護(hù)定值，在達(dá)到零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間后保護(hù)出口跳閘。而保護(hù)處理器計(jì)算低頻非工頻電流采樣值Icydp與低頻非工頻電流輸出定值Iscdp的比值K=Icydp/Iscdp，其比值與Kset比較作為零序電流二次回路接觸狀態(tài)的判斷依據(jù)。檢測(cè)完成后保護(hù)處理器控制低頻電流產(chǎn)生模塊停止輸出。

當(dāng)K≥Kset時(shí)，保護(hù)處理器判斷當(dāng)前零序電流二次回路接觸狀態(tài)完好，此時(shí)控制通信及告警模塊發(fā)送檢測(cè)結(jié)果軟報(bào)文至自動(dòng)化系統(tǒng)，程序也將回到手動(dòng)檢測(cè)判斷狀態(tài)，等待下一次的檢測(cè)；當(dāng)K

此外，該保護(hù)還具有零序電流二次回路接觸電阻變化趨勢(shì)分析功能，在使用過(guò)程中工作人員可通過(guò)人機(jī)交互模塊設(shè)定阻值變化率告警定值ΔRset并存儲(chǔ)至保護(hù)處理器中，當(dāng)保護(hù)處理器控制低頻電流產(chǎn)生模塊輸出低頻非工頻電流時(shí)，低頻電流產(chǎn)生模塊內(nèi)部的電壓測(cè)量表V可以實(shí)時(shí)測(cè)量模塊輸出的低頻非工頻電壓Ucydp并經(jīng)A/D變換后將測(cè)量結(jié)果反饋給保護(hù)處理器，電流采集模塊通過(guò)電流互感器T1實(shí)時(shí)采集零序電流二次回路中的低頻非工頻電流Icydp并經(jīng)A/D變換后將測(cè)量結(jié)果反饋給保護(hù)處理器，如圖3所示。保護(hù)處理器根據(jù)采樣值計(jì)算并存儲(chǔ)零序電流二次回路接觸電阻值R=(Ucydp×cosθ)/Icydp(其中θ為U與I的夾角)，在多次檢測(cè)后會(huì)自動(dòng)生成接觸電阻R的阻值曲線圖和阻值變化率曲線圖，以直觀展示二次回路接觸電阻狀態(tài)變化。當(dāng)檢測(cè)阻值變化率ΔR≥ΔRset時(shí)，保護(hù)處理器判斷當(dāng)前零序電流二次回路接觸電阻劣化，此時(shí)保護(hù)處理器向通信及告警模塊發(fā)送告警信息；通信及告警模塊接受到告警信息后，一邊通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議向自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送告警軟報(bào)文，一邊向測(cè)控告警系統(tǒng)發(fā)出硬接點(diǎn)告警，同時(shí)點(diǎn)亮本保護(hù)裝置的告警指示燈，提醒繼電保護(hù)人員檢查處理，至此保護(hù)自檢零序電流二次回路的工作結(jié)束，等待保護(hù)信號(hào)復(fù)歸或重啟，裝置將繼續(xù)進(jìn)行下次的二次回路自檢工作。

3 具有電流回路自檢功能的零序保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

該保護(hù)的檢測(cè)功能完全集成于常規(guī)保護(hù)當(dāng)中，采用互感器耦合注入低頻非工頻電流方法，相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。①檢測(cè)精度更高。因互感器耦合注入的低頻非工頻電流，在電流二次回路中遇到的阻抗為Z=jwL，其中w為電流頻率對(duì)應(yīng)的角速度。頻率越低，Z越小，電流二次回路中流過(guò)的低頻非工頻電流值就越大，檢測(cè)靈敏度就越高。②全自動(dòng)管理，無(wú)需外部接線及人工干預(yù)等。③該裝置使用的器件小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性更高。④功耗小，節(jié)能環(huán)保。

圖3 零序電流二次回路自動(dòng)檢測(cè)流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

該保護(hù)是在常規(guī)10 kV零序保護(hù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，在硬件上增加低頻電流注入模塊，在軟件上增加低頻電流的輸出控制及檢測(cè)功能程序，從而實(shí)現(xiàn)零序電流回路完好性的自檢功能。該保護(hù)能夠自動(dòng)快速檢測(cè)10 kV零序保護(hù)電流回路的完好性，且外部接線與傳統(tǒng)零序保護(hù)的接線完全一致(無(wú)需額外獨(dú)立的檢測(cè)裝置和接線)，克服了目前零序電流回路檢測(cè)方法自動(dòng)化程度不高、檢測(cè)不經(jīng)濟(jì)的缺點(diǎn)。