闭锁保护

2024-08-01

闭锁保护（共8篇）

闭锁保护篇1

0 引言

数字化保护有别于常规保护的地方除了直接接入电压、电流数字量,而不是模拟量外,更重要的是在整个采样和逻辑处理机制上的防误闭锁措施。本文通过对比常规保护和数字化保护对输入电压、电流量处理方式的不同,引入数字化保护对无效数据的闭锁机制,并提供了一套实际工程解决方案。

1 保护数据的校验机制

1.1 常规保护

常规保护指接入常规电磁式电压、电流模拟量的保护。一般常规保护装置起动板设有不同的起动元件,起动后开放出口正电源,同时开放保护板相应的保护元件。只有在起动板相应的起动元件动作,同时保护板对应的保护元件动作后才能跳闸出口,否则无法跳闸。起动板的起动元件未动作,而保护板对应的保护元件动作,装置会报警,但不会出口跳闸。

之所以同时设置起动元件和保护元件,是由于常规保护只接入一组电压、电流数据,在保护外部回路上无两组同类数据进行互校,因此保护装置在进行AD转换的过程中,一旦硬件采样出现故障,如果只需保护元件动作即可跳闸出口,那么保护就容易发生误动或拒动。现在同时设置了相对独立的起动元件回路来控制保护跳闸出口电源,即使保护元件硬件采样回路出现故障,但起动元件采样回路正常,保护也不会跳闸出口,大大提高了保护的可靠性。反之,如果仅仅是起动元件采样回路故障、保护元件采样回路正常,也不会出现不正确动作。

1.2 数字化保护

数字化保护指基于IEC60044-8规范,以IEC61850-9-1或IEC61850-9-2规约接入电子式互感器数字量的保护。由于接入保护装置的电压、电流量已经是数字量,不存在常规保护的AD转换问题,因此采样回路校验电压、电流数据的机制不同。

在数字化保护的采样回路中,以有源电子式电流互感器为例,一般设置了Rogowski线圈(简称罗氏线圈)和低功率线圈(属电磁式线圈),罗氏线圈采样值用于保护装置,低功率线圈采样值用于测量和计量表计。根据IEC60044-8通用数据帧格式定义,各相电子式电流互感器数据汇总给合并单元后,在合并单元输出的同一帧数据中,包含了保护数据(Ip A、Ip B、Ip C)和测量数据(Im A、Im B、Im C)等。因此,保护已经收到无需转换的两组电流数字量,采用与常规保护相同的方式,将保护数据用于保护元件,测量数据用于起动元件,它们同时起动保护才能最终跳闸出口。这种采样数据构成方式,相当于将常规保护装置内部相对独立的两组采样回路前移到互感器中,即互感器直接输出两组采样数据。

2 数据无效闭锁机制

2.1 典型机制

常规互感器经过几十年的实际运行,其输出及饱和特性已被熟悉,并有相应措施提高保护可靠性。数字化保护采样回路的特点,决定了电子式互感器一旦输出错误数据,那将是致命的。为了防止电子式互感器在采样过程中产生错误数据,其内部设置了自检机制发现错误并将数据置无效标志。例如在电子式电流互感器的采集单元中,可以通过检测AD回路电压来判断硬件工作环境是否满足要求,通过检测内存读取数据的对应关系来判断数据是否可能产生错误,等等。一旦采集单元自检发现错误,就会在数据帧的指定位置置数据无效标志,以此通知保护装置本帧数据无效,保护即可采取闭锁措施,防止不正确动作。

同样,在合并单元也有一套自检机制检测无效数据。接入合并单元的各光纤通道数据包括三相电流、母线电压、线路抽取电压等,每个通道都连接相应的互感器(或合并器),合并单元除了可以转发由互感器采集单元发送来的无效数据标志外,合并单元本身可以检测光纤链路及内部处理是否正常,如果有异常即对数据帧置无效标志。例如,当合并单元与电子式互感器光纤链路中断时,或合并单元内部检测到数据交换异常时,都会将数据帧置无效标志。

2.2 存在问题

根据IEC60044-8通用数据帧格式定义(如表1所示),当状态字Status Word#1的第一位“要求维修”(比特0位,下面简称总无效位)为0时,表示该数据帧数据良好(有效);当总无效位为1时,表示该数据帧数据告警(存在错误数据),即该数据帧数据无效。

这种处理机制能够反映整帧数据是否有效,对防止错误数据导致保护不正确动作具有非常重要的作用。但是不同的保护类型对此提出了更高的要求,简单地将总无效位置1从而闭锁整套保护的做法,将大大增加保护拒动的可能性。例如对于线路间隔,1帧数据本身包含间隔三相保护电流、电压以及线路抽取电压等采样数据。当线路抽取电压无效时会将总无效位置1,即整帧数据置为无效(导致整套保护被闭锁),此时可以防止线路重合闸功能发生不正确动作;但是对于纵联差动保护,由于它只与三相电流有关,整套保护的闭锁使纵差保护也失去功能,一旦线路发生区内故障,主保护之一的纵差保护将无法动作。纵差保护无辜地被闭锁,导致其拒动。因此,合并单元因某通道数据无效而对数据帧置总无效标志的做法,对于不使用该通道数据的保护装置而言是不公平的,由该位数据无效引起的闭锁整套保护装置应视为不合理。

3 解决方案

为解决无关数据闭锁保护的问题,分析数据帧格式可以发现,除总无效位外,各通道数据也有相应的可以置无效标志的位(下面简称为分无效位),即图1中的比特5~比特11位。解决方案就是要求将不同的保护所需的通道数据对应起来,无关的通道数据不闭锁保护,具体要求如下。

(1)各相电子式互感器应能自检并对本通道数据置无效标志。

(2)合并单元应能转发所有各通道数据的无效标志,即转发对应分无效位数值。

(3)合并单元应能做到当自检异常时,除对总无效位置1外,同时要将各分无效位全部置1。反之不成立,即某分无效位为1时,不应将总无效位置1。

下面以220 kV三乡变电站改造工程实例来具体说明各类保护的解决方案,保护装置采用南瑞继保公司设备。

3.1 220 kV线路保护

220 kV线路保护型号为PCS-931、PCS-902,针对上述问题的处理机制为:

(1)保护电流数据无效时,闭锁除三相不一致保护外的所有保护;三相不一致保护改为不经零负序电流把关。

(2)保护电压数据无效时,闭锁工频变化量距离、距离保护;退出零序Ⅰ、Ⅱ段,零序Ⅳ段不经方向。如果零序Ⅲ段经方向,退出零序Ⅲ段,否则保留不经方向的零序Ⅲ段。

(3)同期电压数据无效时,当投三重检无压或检同期时,重合闸检无压或检同期固定不满足。其他情况重合闸功能不受影响。

(4)测量电流数据无效时,由保护元件收到的其他外部条件开放起动元件。

3.2 220 kV主变保护

3.2.1 主保护

220 kV主变主保护型号为PCS-978,针对上述问题的处理机制为:

(1)任意侧相电流数据无效时,闭锁差动保护、本侧过流保护以及整定用自产零序的本侧零序过流保护。

(2)任意侧零序电流数据无效时,仅闭锁该侧整定为外接零序的零序过流保护。

(3)任意侧间隙电流数据无效时,仅闭锁该侧间隙零序过流保护。

(4)任意侧电压数据无效时,闭锁该侧零序过压保护,该侧所有与电压相关的判据自动不满足,方向元件自动退出,复压元件可以通过其他侧起动。

(5)测量电流、电压数据无效时,可由其他侧起动元件开放本侧起动元件。

3.2.2 非电量保护

220 kV主变非电量保护型号为PCS-974,针对上述问题的处理机制为:

(1)只判断保护电流和电压的数据无效信息。

(2)电压数据无效不影响失灵起动功能。

3.3 母线保护

220 kV及110 kV母线保护型号为PCS-915,针对上述问题的处理机制为:

(1)母线电压数据无效时,不闭锁保护,同时开放该段复压元件。

(2)母联保护电流数据无效时,闭锁母联保护功能,同时母线状态强制为互联。

(3)非母联保护电流数据无效时,闭锁差动保护,同时闭锁该支路失灵保护功能。

(4)任一支路测量电流数据无效时,不闭锁差动保护,但起动元件需由其他支路开放。

3.4 110 kV线路保护

110 kV线路保护型号为PCS-941,针对上述问题的处理机制为:

(1)同期电压数据无效时,仅闭锁与同期电压有关的重合闸检定方式。

(2)保护电流数据无效时,闭锁保护。

(3)保护电压数据无效时,仅闭锁与电压有关的保护,方向元件自动退出,PT断线过流保护自动投入。

(4)测量电流数据无效时,由保护元件收到的其他外部条件开放起动元件。

4 其他相关问题

防止无效数据引起保护装置不正确动作或功能降低,除了在保护装置内部设置相应机制闭锁外,还应有告警及录波机制,以便自动化系统监测和事后分析。告警及录波机制可以结合以下几方面综合考虑。

(1)保护装置不宜立即告警。电子式互感器、合并器技术尚未成熟,数据的采集和处理受环境因素影响较大,出现少量无效数据在所难免。从目前三乡站的运行经验来看,宜设置防抖逻辑,当出现无效数据时虽然必须立即闭锁保护,但可适当延时告警。

(2)故障录波装置应具备记录无效数据的功能。无效数据一旦导致保护不正确动作,或极大地降低了保护性能,就必须查清原因,此时故障录波装置应能触发录波记录相关无效数据,便于分析和查找原因。

(3)合并单元应能标识是互感器数据无效还是合并单元所置的数据无效,为事后故障点的分析提供依据。

(4)测控装置宜立即告警。状态检修的推广要求我们及时掌握设备的健康状况,在保护延时告警的情况下,测控装置宜立即告警,记录下无效数据产生的时间,以便运行维护人员发现、统计、分析设备的运行状况,为下一步状态检修提供实际数据。

5 结束语

近几年数字化变电站工程在全国各地纷纷开建,有力地推动了变电站数字化技术的发展,随着投运设备的增加和运行时间的加长,越来越多的问题暴露出来。常规二次回路被网络化,设备间通信的可靠性越来越高,继电保护技术的重点逐渐转移到防误动、防拒动措施上来,而不是新原理的研发。其实,很多防误措施都是无奈之举,期望电子式互感器、合并器生产厂家加快研发步伐,努力提高设备质量和技术等级,减轻供电企业运行维护的工作量,为数字化电网的发展打下坚实基础。

摘要：介绍了现阶段数字化保护处理电流、电压等采样数据的通用方法,分析了目前采用的无效数据闭锁机制所存在的弊端,及其可能导致保护拒动等方面的危害。通过研究IEC60044-8规范中的数据帧格式,提出了将不同保护所需的通道数据进行分别对应的解决方案。以实际工程为例,介绍了现阶段数字化保护处理电压、电流采样数据时普遍采用的方法,通过分析其无效数据闭锁机制所存在的问题,提出了一套针对数字化母线保护、主变保护、线路保护的无效数据闭锁机制,完善地解决了数字化变电站各类保护对无效数据的防误闭锁问题,确保了保护的可靠性。

关键词：数字化保护,无效数据,通道数据,闭锁,机制

参考文献

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2]袁季修,等.保护用电流互感器应用指南[M].北京:中国电力出版社,2004.

[3]IEC61850 communication networks and systems in substations[S].2004.

[4]IEC60044-8仪用互感器[S].2002.

闭锁保护篇2

摘要：为了避免直流牵引供电系统在电力系统发生振荡时继电保护装置出现误动作，并保证继电保护装置的灵敏性，须对振荡信号和短路故障信号进行严格区分。采用经验模态分解（EMD）方法对振荡信号和短路故障信号的特征量进行提取，可有效区分这两种信号，从而保证继电保护装置有足够的灵敏性，也实现不误动和不拒动的可靠性。

关键词：直流牵引继电保护经验模态分解电力系统振荡

0 引言

近年来，我国城市地铁产业发展迅速，地铁供电系统的安全可靠运行是地铁安全运行的最基本保障，紧密关系着人民的生命财产安全及社会稳定。但是，由于有关直流牵引供电系统的继电保护技术发展时间较短，仍处于初级阶段，相对于比较完善的交流供电系统的继电保护技术来说，直流牵引供电系统的继电保护技术还存在着很多问题。例如，对于直流牵引供电系统经常出现的振荡电流，目前的继电保护技术采取的是“宁误动、不拒动”的方式，这显然不能满足继电保护的基本要求，使直流牵引供电系统的可靠性降低。

振荡是电力系统经常出现的一种现象，系统振荡时电流、电压会发生周期性变化。当电流的变化超过继电保护的整定值时就会引起继电保护装置误动作。要想避免误动作的发生，并保证继电保护装置的灵敏性，须对振荡信号和短路故障信号进行严格区分，构成振荡闭锁装置。振荡闭锁装置须满足4个基本要求：①供电系统发生振荡而没有出现短路故障时，应能可靠地将保护装置闭锁，振荡不停息，闭锁不解除；②在继电保护装置的保护范围内发生故障时，保护装置不被闭锁而能可靠动作；③在振荡过程中发生故障时，保护装置应能不受振荡影响正确动作；④供电系统先发生故障又发生振荡时，保护装置不会误动作。

1 直流牵引供电系统继电保护

1.1 di/dt-ΔI保护

继电保护装置是经常应用于接触网电力系统中的主保护之一，在我国的地铁供电系统直流侧的继电保护中已普遍应用。电流上升率 di/dt保护用于中、远端保护，整定值应确定动作值E、返回值F及动作延时时间Δt；电流增量ΔI保护用于近端保护，整定值应确定电流增量ΔI及动作延时时间Δt。由于地铁车辆起动时电流上升率和电流增量是地铁供电系统正常运行情况下的最大值，所以di/dt-ΔI继电保护装置的动作值按躲过车辆起动时的电流上升率和电流增量设置整定值。继电保护的动作条件有两个：①电流的初始上升率di/dt大于列车起动时的电流上升率di/dt；②电流增量ΔI大于列车起动时的电流增量ΔI。

di/dt-ΔI继电保护的整定值设置的较小，所以灵敏度极高。当直流牵引供电系统中出现振荡现象时，振荡电流的变化所引起的电流增量和上升率超过整定时也会造成保护装置动作。由于振荡电流出现的时间很短，不会对电气设备产生较大影响从而不需要继电保护动作，所以由振荡电流所引起的保护装置动作为误动作，应该避免。

1.2 保护装置产生误动作的原因

di/dt-ΔI继电保护装置容易受到振荡电流的影响而产生误动作的原因，是因为振荡电流的变化所引起的电流增量和上升率与电力系统发生故障时的波形十分相似。某站采集到的牵引直流电网发生振荡时的振荡电流波形如图1所示。

图1 振荡电流波形图

从图1中可以看出，振荡电流从0A升至4000A用了5ms时间，电流上升率为800A/ms，超出了di/dt-ΔI保护装置设定的整定值60A/ms，完全能引起保护装置动作。振荡电流的特点是电流的变化幅度大，即电流上升率高，但振荡电流存在时间短，能迅速恢复到正常值，不会对直流馈线和列车造成影响。而因为保护装置的误动作所造成的损失却是无法估量的，不但影响列车的正常运行、造成人民生命财产损失、影响社会稳定、还会减短电力系统及继电保护的使用寿命，所以必须安装振荡闭锁装置，对这种误动作进行避免。

由上面的分析不难发现，要想避免保护装置误动作，需要为保护装置安装振荡闭锁装置。但根据振荡闭锁装置的基本要求，振荡闭锁装置需要具有区分由短路电流造成的电流上升率和由振荡电流造成的电流上升率的能力，才能既保证继电保护装置的灵敏性，又保证继电保护不发生误动作。基于此，本文提出了利用EMD分解方法来提取直流牵引电网的振荡电流的特征量以便对振荡电流和短路电流进行识别。

2 经验模态分解（EMD）

经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，简称为EMD），是由美籍华人黄锷博士率先提出的一种全新的信号处理方法。EMD的原理是根据被分析波形所具有的时间尺度趋势信息来分析信号，而不需要额外设定任何基函数。通过EMD，能自动将信号分解为仅反映信号局部波动的若干阶模态函数（Intrinsic Mode Function，简称IMF）。模态函数不需要用数学表达式来表达，而是根据被分析信号的波形发展趋势进行自我修正，这一优点明显强于需要提前建立基函数才能对信号进行分析的傅里叶变换和小波分解方法。下面简要描述一下EMD对信号的分解原理。

假设某平稳信号x（t）的傅里叶变换表达式为x（t）=αcosφ。这种分解方法对平稳信号是十分有效的。但当信号是不平稳信号时，可以用下式来表示其傅里叶变换：

x（t）=α（t）cosφ （1）

式（1）中振幅值和频率值都随时间变化（即模态函数，IMF），这就是不平稳信号的EMD分析结果表达式，它用IMF反映了所分析信号的特征，即不稳定性。对于一个数字信号来说，也同样可用EMD来分析，当对一个数字信号进行n阶分解后，可得到其n阶分解结果：

x（t）=c（t）+r（t）（2）

即信号被分解为n个模态函数c（t），n=1，2，…n和1个余量r（t），余量r（t）表示了原始信号中的变化趋势或为一个常数（无变化趋势）。

3 信号特征量提取及仿真验证

为了区分由短路电流造成的电流上升率和由振荡电流造成的电流上升率，采用EMD方法对采集到的电流进行分解，通过分解后的结果来提取二者的特征量。为了能将此种方法真正应用于实际的继电保护装置中，要求特征量的提取过程简单可靠，且特征要比较明显。对某直流牵引电网所采集到的，具有代表性的振荡电流波形和短路电流波形以及两种信号采用EMD分解后的波形一起表示在图2中。

图2 振荡电流和短路电流波形及EMD分解结果

比较图2中的波形能够看出，直流牵引电网的振荡电流和短路故障电流的波形模态差异明显，但用计算的方法来区分这两种波形并不容易。当将两种波形经EMD分解后，两种波形的特征则更加突显，基于分解后的波形区别两种波形变得十分容易。总结下来，其特征有两点：①振荡电流波形的IMF分量幅值大且多，而短路电流波形的IMF分量幅值少且小；②经EMD分解后，振荡电流波形的余量曲线斜率呈负数，表明振荡发生后，振荡电流整体减小的趋势；而短路电流的余量曲线斜率为正，表明了短路电流整体上升的趋势。采用将电流信号进行 EMD 分解后的余量斜率作为特征量，则可以准确而容易地识别直流牵引电网中振荡电流信号与短路故障电流信号。

为验证这种方法在各种情况下均能对振荡电流和短路电流进行很好的区分，仍取某地铁供电系统在距离继电保护安装处的1km，2km，3km 处发生短路时的仿真短路电流波形进行分析，经EMD分解后，提取3种波形的余量r（t）进行对比。分解的结果明显显示了各个短路电流的波形整体变大的趋势，在和振荡电流的EMD分解结果进行对比时，并不需要对其电流特征进行数量化。只需要对余量r（t）求斜率就可以进行比较，所以比较过程非常简单方便。其计算结果如表1所示。

表1 电流波形经EMD分解后余量r（t）的斜率计算结果

[电流波形

余量斜率][负荷振荡电流

-0.46][1km短路电流

4.19][2km短路电流

2.45][3km短路电流

1.79]

4 结论

由于直流牵引电网的振荡电流存在整体下降的趋势，导致其波形经过EMD分解后的余量r（t）斜率为负值，而短路电流的EMD分解后余量r（t）斜率为正值。因此可将斜率作为特征量区分振荡电流和短路电流，从而构成振荡闭锁装置。实用中，将振荡闭锁装置的整定值设置为0，当余量r（t）斜率为负值时闭锁di/dt-ΔI保护装置；当余量r（t）斜率为正值时，开放继电保护装置，然后按di/dt-ΔI的整定值判断是否需要继电保护动作，动作完成后，立刻再次闭锁保护装置。

参考文献：

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[8]Daubechies.Ten lectures on wavelets.Capital City Press， Montpelier， Vermont1992.129-131.

[9]Stephane mallat， Wenlianghwang. Singularity detection and processing with wavelets. IEEE transactions on information theory，1992（2）：617-643.

作者简介：

刘军（1976-），男，江苏淮阴人，江苏长天智远交通科技有限公司，主要研究方法为机电一体化。

基于相互闭锁的地铁继电保护方案篇3

地铁系统的安全可靠性是供配电设计首先需要考虑的重要因素。为此, 地铁系统通常采用双环网供电, 每个站采用单母线分段接线方式, 两段母线间设置母联开关, 站与站间手拉手环网供电, 同时地铁供电系统还设置了完善、协调的保护措施。由于地铁电源直接从城市电网引入, 地铁供电系统中压交流侧保护需与城市电网的保护配合协调, 因此保护配置受到很大的制约。本文以ABBREF542plus和RED615为保护平台, 提出以光纤差动保护和相互闭锁的限时过电流保护 (接地保护与之相同) 作为主保护, 并辅以过电流、低电压等后备保护, 构成完备的保护方案;断路器拒动时, 保护装置仍能准确地有选择性地切除故障, 以满足地铁运行要求;同时通过建立标准化的配置, 保证各变电所继电保护配置统一, 便于后期的维护与扩展。

1 继电保护配置

(1) 地铁系统通常双环网供电如图1所示。进出线回路均配置光纤差动保护装置RED615和综合保护装置REF542plus;母联及馈线仅配置综合保护装置REF542plus。RED615是专为电力系统设计的一种分相线路差动保护继电器;REF542plu可通过可编程环境实现对线路、变压器等设备的保护和控制。考虑到实际运行情况、电气设备的高可靠性以及避免继电保护配置过于复杂而影响设备可靠性, 本文不分析两种以上故障同时出现的状态。

(2) 同段母线进出线的REF542plus投入相互闭锁的限时过电流保护 (3Ib>>) , 以防止下级故障导致本级联跳;若RED615光纤回路故障或继电器故障导致差动保护退出, 则需在进出线REF542plus中加投原被RED615闭锁的过电流 (3Ib>) 、低电压 (3Ub<) 保护, 其中3Ib>>动作时间要小于3Ib>。

(3) 进出线的3Ib>>跳闸信号需同时接入同段母线进出线的REF542plus装置, 用于保护联跳并启动各自的断路器失灵保护。若该断路器拒动, 失灵保护启动并动作, 则将此跳闸信号接入本柜的RED615, 通过光纤传到对侧RED615, 跳对侧断路器。

(4) 进出线的RED615投入光纤差动保护 (3ΔI>) , 同时跳联络线两侧的断路器, 并启动两侧断路器失灵保护。3ΔI>、3Ib>和3Ub<启动的断路器失灵保护均接入同段母线进出线断路器。

(5) 若进出线的REF542plus因故退运, 则需在RED615上加投后备保护 (3Is>>) , 其定值与3Ib>>完全相同, 同时3Is>>需与同段母线上的进出线的3Ib>>实现互锁。

(6) 馈线REF542plus配置馈线限时过电流保护 (3If>>) , 该保护动作时间需小于3Ib>>。若断路器拒动, 则3If>>将启动断路器失灵保护, 跳同段母线上进出线断路器及母联断路器 (无论母联是否投入, 母联退出时可考虑闭锁此功能) 。

(7) 母联REF542plus配置母联限时过电流保护 (3IBUS>>) , 3IBUS>>启动时闭锁本站两段母线上所有进出线REF542plus的3Ib>>。由于地铁变电所一般采用手拉手式环网供电, 加之使用了自动重合闸功能, 因此不会发生下级所有变电所全部失电事故。

2 保护动作分析

2.1 系统正常工作, 母联开关处于分位

(1) 进出线回路故障 (d1点) , 保护继电器正常工作, 如图2所示。对于相间故障和小电阻接地系统引起的接地故障, 依据继电保护选择性要求, 通常由RED615的光纤差动保护 (3ΔI>) 跳开线路两端的#11和#17柜断路器, 切除故障回路。由于差动保护不需与保护区外相邻元件保护的动作值和动作时限相配合, 在区内故障时可以瞬时动作, 且不受供电方向的影响, 因此动作灵敏可靠。此时, 如果#17柜断路器跳闸, 而#11柜断路器拒动, 那么#11柜的RED615将启动断路器失灵保护, 跳开同段母线#10柜断路器。对于与#10柜相连的上级#3与#4柜, 由于仅投入了相互闭锁的限时过电流保护, 因此#3、#4柜断路器不会动作, 这样既保证了故障有选择性地切除, 又避免了故障的扩大化。

(2) 进出线回路故障 (d1点) , 综合保护继电器正常工作, 差动保护继电器RED615因故退运, 如图2所示。实际运行中, 可能因线路光纤或继电器故障而导致差动保护退运, 因此需在原有配置基础上投入后备保护, 即在REF542plus中投入原被闭锁的过电流保护和三相低电压保护。d1点故障将导致#11柜发生过电流故障, #17柜发生三相低电压故障, 故#11柜与#17柜跳闸。由于#10柜仅投入与#11柜相互闭锁的限时过电流保护, 因此#10柜断路器不会动作, 从而保证了故障有选择性地切除。d1点故障时, 若#17柜断路器跳闸, 而#11柜断路器拒动, 则#11柜综合保护继电器启动断路器失灵保护, 跳开同段母线#10柜断路器;反之, 若#17柜断路器拒动, 则#17柜综合保护继电器启动断路器失灵保护, 跳开同段母线#18柜断路器。供电方向改变时, 由于继电器无须判断故障电流方向, 因此同样可保证设备可靠动作。

(3) 进出线回路故障 (d1点) , 差动保护继电器正常工作, 综合保护继电器因故退运, 如图2所示。为了保证设备可靠运行, 需在差动保护继电器中投入限时过电流保护, 此保护功能在综合保护继电器正常工作时被闭锁, 定值整定与原限时过电流保护一致, 且功能与之相同, 与同段母线中综合保护继电器的进出线限时过电流保护相互闭锁。如果此时断路器拒动, 那么同样启动断路器失灵保护, 跳开同段母线进出线断路器。

(4) 母线故障 (d2点) , 综合保护继电器正常工作, 如图2所示。依据保护选择性要求, 此时#15柜断路器跳闸, 同时考虑到供电方向发生改变, 需同时联跳同母线的#16柜。对于与#15柜相连的上级#8、#9柜, 由于仅投入相互闭锁的限时过电流保护, 因此#8、#9柜断路器不会动作, 从而保证了故障的选择性切除, 且故障不会扩大化。如果#15柜断路器拒动, 那么启动断路器失灵保护, 将此失灵保护信号通过光纤传至对侧#9柜差动保护继电器, 跳#9柜断路器。如果此时继电器因故障而退运, 动作方式与 (2) 和 (3) 一致。此时若#2柜差动继电器故障, 则在#2和#8柜综合保护继电器加投过电流 (3Ib>) 、低电压 (3Ub<) 保护。但由于#15柜3Ib>>动作时间要小于3Ib>, 故#15柜断路器跳闸。

(5) 馈线故障 (d3点) , 保护继电器正常工作, 如图2所示。依据保护选择性要求, 此时#14柜断路器跳闸, 同时跳闸启动信号闭锁本段母线进出线的限时过电流保护, 或通过相应的延时级差实现保护动作的选择性, 避免上级断路器跳闸。这种动作方式不受供电方式的影响。如果#14柜断路器拒动, 那么启动断路器失灵保护, 跳#10、#11柜断路器。

2.2 系统非正常工作, 母联开关处于合位

(1) 进出线回路故障 (d4点) , 保护继电器正常工作, 如图3所示。根据2.1节 (1) 可知, 光纤差动保护继电器应跳开线路两端的#11和#17柜断路器, 切除故障回路。此时, 如果#17柜断路器跳闸, 而#11柜断路器拒动, 那么#11柜差动保护继电器启动断路器失灵保护, 跳开同段母线#10柜断路器, 与2.1节 (1) 一致;如果继电器因故退运, 那么动作方式与2.1节 (2) 、 (3) 一致。

(2) 母线故障 (d5点) , 保护继电器正常工作, 如图3所示。此时保护动作情况与2.1节 (4) 一致, #15柜限时过流保护动作, 同时联跳#16柜。如果继电器因故退运, 那么动作方式与2.1节 (2) 和 (3) 一致。

(3) 母线故障 (d6点) , 保护继电器正常工作, 如图3所示。#8柜退运, #12母联柜合闸运行, 为了保证装置选择性动作, 需跳开#12母联柜断路器, 同时避免与之相连的#10柜动作。为了实现此功能, 需在#12母联柜限时过电流保护启动时闭锁两段母线所有进出线回路的限时过电流保护。若此时#10柜断路器拒动, 则启动断路器失灵保护, 将#8~#11进出线均退运。

(4) 馈线故障 (d7点) , 保护继电器正常工作, 如图3所示。d7发生故障, 正常情况与2.1节 (5) 一致。若#14柜拒动, 则启动断路器失灵保护, 同时跳进出线柜及母联柜断路器, 即跳#10、#11、#12柜断路器, 这与2.1节 (5) 不同。

2.3 系统非正常工作, 供电分区间环网联络开关合闸

系统非正常工作, 供电分区间环网联络开关合闸运行, 如图4所示。这种运行方式与正常时主要有以下区别。

(1) 主变电所所连接的分区所增多, 由于本方案不依赖于站间设计级差方式实现, 因此供电区间内的分所数量不影响故障选择性切除功能的实现。

(2) 在此运行方式下会出现电流反向运行。由于本方案已充分讨论了基于电流反向运行的处理方案, 因此在电流反向运行过程中同样可以实现故障有选择性地切除。

3结束语

综上所述, 本方案具有以下特点:保护范围广, 在各种运行状态下都可以快速有选择性地可靠切除运行故障, 甚至在断路器拒动情况下依然可以有选择地切除故障, 从而满足了系统的运行需要;即便运行方式发生改变 (如分区内分所的增减, 供电方向的改变) , 也无需改变原有保护配置, 实现了分区变电所保护配置的标准化、程序化;相邻变电所间无需额外光纤回路用于信号传输, 故障选择性切除完全依靠站内设备的逻辑判断, 可靠性及速动性高, 同时也避免了设备增加带来的潜在风险。

摘要：基于地铁手拉手式双环网供电的特殊需求, 分析一种无需判断电流方向和不考虑保护级差的相互闭锁的继电保护方案, 同时也探讨了断路器拒动时, 装置仍能正确动作的保护方案。

关键词：地铁,相互闭锁,失灵保护,光纤差动

参考文献

[1]黄德胜, 张巍.地下铁道供电[M].北京:中国电力出版社, 2010

[2]贺家李, 李永丽, 董新洲, 等.电力系统继电保护原理[M].第4版.北京:中国电力出版社, 2010

[3]GB 50157—2003地铁设计规范[S]

闭锁保护篇4

在电力事故频发的时代, 我们要从技术层面上降低事故发生的概率, 继电保护就是一种有效的反事故手段, 它在确保电力系统安全稳定运行的基础上, 防止事故的发生与恶化。断路器作为基本的继电保护装置, 每当电路系统发生运行故障时, 能够敏捷地、迅速地发出跳闸信号, 最后将故障设备切除, 确保系统内非故障部分仍然可以正常工作。

1断路器操动机构的分类

按照动力来源的不同来划分操动机构, 主要分为弹簧操动机构、液压操动机构、电磁操动机构和气动操动机构四大类。断路器需要按照其不同的机械荷载以及传动方式, 选择配置不同的操动机构。气动和液压操动机构就是以压缩空气储能和传递能力为基本工作原理, 通过它们来进行合闸和分闸, 这样的操动机构功率大且动作速度快, 可是它们的结构也会相对复杂。只有配备了一个良好的操动机构, 断路器才能顺利安全的完全整个“分闸—合闸—分闸”的过程。如果液压或气压操动机构因系统发生故障或其他不可控因素, 导致机构内的液体或空气压力降低时, 操动机构会根据剩余压力的大小来自主逐步发生重合闸、合闸、跳闸的闭锁操作, 以此确保断路器能够正常的分闸与合闸。

2继电保护与闭锁动作间的配合关系

2. 1防止断路器出现损坏

当电力系统出现永久性故障时, 继电保护会要求断路器先进行一次重合闸, 然后加速进行跳开动作。断路器在执行“分闸—合闸—分闸”这样的循环过程后, 其操动机构的缸内压力会迅速下降, 当压力的降低值超过合闸闭锁操作的压力范围后, 断路器内部存在的合闸回路会自动断开, 发生跳位继电器失磁返回的情况。若重合闸闭锁动作的接点起初没有接入到继电保护装置中, 在操动机构的缸内压力值回升到正常值后, 跳位继电器会重新启动, 开始励磁动作, 它的接点也会开始闭合, 这时继电保护装置会将断路器判定为分闸状态, 断路器重合闸也会重复“分闸—合闸—分闸”的循环过程, 极易对断路器造成损坏。

2. 2防止发生三相跳闸故障

在断路器进行分相动作时, 主要以综合重合闸或者单相重合闸为主, 它的闭锁动作与继电保护的跳闸动作联系密切。若重合闸闭锁动作的接点没有接入继电保护装置中, 在操动机构的压力降低范围超过闭锁合闸以及闭锁重合闸的压力范围时, 会发生三相跳闸故障。所以, 在进行接线的过程中, 重合闸闭锁动作的接点必须接入继电保护装置中。若断路器的操动机构缺少重合闸闭锁动作的接点, 那么就将合闸闭锁动作的接点接入继电保护装置。

3断路器的闭锁动作

3. 1闭锁动作的最佳位置

就液压操动机构和气体操动机构而言, 当操动机构的缸内压力降低时, 操动机构需要根据缸内的剩余压力值来逐步实现重合闸、合闸以及跳闸的闭锁操作。在操动机构的内部选择最佳位置, 可以实现以上闭锁操作的功能最大化。因为当闭锁动作的执行位置存在操动机构的内部时, 不但可以尽可能地减少回路连接以及各种中间环节, 还可以增加闭锁动作的可靠性及稳定性。在实际操作过程中, 如果断路器的操动机构内没有两套重合闸、合闸和跳闸闭锁接点, 需要将以上的闭锁接点接入其他回路中, 以此来保证断路器的闭锁动作与警报功能可以同时展开。

3. 2闭锁回路的接线问题

断路器的闭锁回路可以根据其电压等级和操动机构的差异, 分为工作介质闭锁回路和操作动力闭锁回路。工作介质闭锁回路是当断路器操作时使用了浓度异常的介质, 防止出现危险情况而禁止断路器的操作; 操作动力闭锁回路是当断路器操作出现来源异常的功能时, 禁止断路器的操作。当断路器用于保护屏操作箱的继电保护动作时, 它的重合闸闭锁接点、合闸闭锁接点和跳闸闭锁接点都需要接到保护屏操作箱内。

3. 3闭锁回路的接线双重化配置

我国当前的电网为200 k V, 在如此高强度的电压下, 继电保护系统既要保证其一贯的可靠性和灵敏性, 也要避免出现保护拒动现象, 所以, 我们一般在继电保护装置内设置双重化配置。双重化配置不但可以有效减少继电保护中断路器发生保护拒动行为时的不良影响, 还能够通过操动机构、操作电源和闭锁回路中的双重化配置来保证闭锁动作的可靠性。

双重化配置主要在断路器的操动机构、闭锁回路和操作电源三个方面实现, 通过采用一致的接线回路、一致的元件、一致的设计标准和一致的端子排编号, 最终统一达到对两组闭锁继电器的控制。

4结语

电力继电保护装置有着高可靠性, 可以达到压力闭锁接点与压力闭锁继电器的彻底双重化。闭锁动作具有相当的可靠性, 对于继电保护中断路器的正常运转有着不可忽略的影响, 我们需要加强对断路器继电保护动作的研究, 积极有效地采取双重化配置的手段, 以求达到继电保护运行的可靠与灵敏, 降低断路器的故障概率, 最终保证电力系统的安全平稳运行。

参考文献

[1]谭小勇.电力系统继电保护中断路器闭锁动作的研究与分析[J].机电技术, 2015 (4) :95-97.

闭锁保护篇5

1 断路器压力闭锁回路中存在的问题及装置配合

1.1 继电保护装置

在电力系统正常的运行过程中, 继电保护有着十分重要的意义, 它在及时准确反映元件运行状况的同时, 根据运行的状态和出现的情况对故障进行有效的判断, 同时还可以根据系统产生的故障派值班人员对其进行有效的处理, 继电保护还能够对各种装置予以适当的调整, 在调整的过程中, 所有的故障和问题都能得到解决, 如果在系统运行当中, 整个线路的元件发生了损坏的现象, 继电保护装置可以以最快的速度发出指令, 让相关元件及时处于断开的状态, 这样就可以有效减少元件的损坏, 从而也降低了电力系统的损失状况。

1.2 断路器操作类型

在整个断路器操作的过程中, 其自身的结构起到了十分重要的作用, 弹簧储能结构主要是对电动机进行压缩或者是拉紧, 这样也就使得储能器进行了能量的储存和释放, 所以要在合闸储能释放之后及时将其调整为闭合的状态, 液压和气压操作机在实际的应用中是一个可以对电路进行合闸和分闸处理的结构, 在这一过程中主要是通过液压储能或者是气压的方式实现的, 如果该结构在运行中气压和液压小于标准压强值时, 油泵和气泵的储能功能就会自动开启, 如果气压和液压大于标准压强值时, 电动机就会停止运转, 在系统所有断路器操作的过程中都是要至少经历一次循环过程的, 如果在运行的过程中由于一种因素对气压造成了影响使其出现了不稳定的现象就会使得断路器闭合和分开状态难题保证其准确性, 如果出现了这样的情况就一定要在实际设备运行的过程中根据储压缸中的剩余压力的具体情况从高到低进行重合闸、合闸和跳闸闭锁。

1.3 继电保护和断路器压力闭锁装置配合

为了有效的提高电力系统运行的质量, 在进行压力闭锁重合闸节点中一定要根据系统的实际情况及时应用继电保护装置, 在使用的过程中主要要考虑两方面的内容, 以下笔者对其进行简要的阐述。

1.3.1 系统内部永久性故障。

如果电力系统在运行的过程中出现了永久性的故障, 继电保护装置会根据电路中故障装置的具体特点绕过断路器, 让故障相关的断路器再次合闸, 在这次合闸操作结束之后, 提高操作的速度, 使其再次的跳开断路器, 这样就可以使装置完成分-合-分的循环, 在所有的循环过程都结束以后, 断路器自身的工作压力就会相应的减小, 如果线路中的压力正好处在了合闸操作的正常范围, 合闸回路就会在这一过程中自动的断开, 断路器就会因为失去了磁力感应而重新回到了原始的位置, 这主要是因为所有的电子装置在继电器返回之后对指令做出判断和反应, 在这一过程中还可以使重合闸处于充电的状态, 因此这个时候的继电保护装置就时常被当做断路器合位。

如果断路器连续工作的时间过长并且已经超过了重合闸的充电时间就一定会使得断路器操作压力得以恢复, 在这一过程中也会使得重合闸处于满电的状态, 这样就使得断路器的再次运行具备了更好的条件, 如果在电路运行的过程中, 继电保护装置没有所需的闭锁接点时, 就要等到断路器压力恢复到正常的水平之后才能保证其正常的运行状态, 这个时候, 继电保护装置也会进行第二次的循环工作, 这样该装置就被判断为分位, 在二次运行的过程中会出现越闸的现象, 直到整个电路器损坏为止。

1.3.2 分相操作。

在电力系统正常的过程中, 如果断路器一直处于一种重合状态时, 压力跳闸和闭锁还是会处于相互关联的状态, 如果其实际的压力小于标准时, 对整个电路的运行情况都会产生十分不利的影响, 还会在三相跳闸的过程中造成严重的故障和问题。

1.4 断路器操作过程压力闭锁回路存在的问题

目前, 在220k V的城市电网中, 为了有效防止保护拒动现象发生, 在满足继电保护装置要求的同时, 对该保护装置进行了双重化设置。另外, 为了控制由于断路器拒动出现保护失灵的现象, 在故障范围还没有延生的过程中, 现行的220k V电网或者更高的电网跳闸操作元件、断路器回路箱、电源操作都使用双重化设置的方式, 进行配置。在端子排编号、元件符号、接线回路、技术设计统一的“四统一”原则中, 一组直流电源消失后, 为了有效防止继电器压力闭锁失电现象, 通过电源切换的方法, 在常规状态下, 将压力闭锁继电器准确的应用到第一组电源设备中;当第一组电源消失后, 再自动切换到第二组电源设备, 从而保障跳闸一路可用。

2 电力继电保护中断路器闭锁最佳位置以及回路接线

2.1 电力继电保护中断路器闭锁最佳位置

在电力系统中, 断路器操作压力减小, 重合闸闭锁作为当前微机保护元件开入量在该装置的实现功能。断路器内部元件作为断路器操作元件的闭锁跳闸、闭锁合闸以及禁止操作功能实现的最佳位置, 不仅可以减少不必要的中间环节、电缆连接, 在回路操作简单的同时, 电力系统压力闭锁还具有极高的可靠性。

2.2 电力继电保护中断路器压力闭锁回路接线分析

如果电力系统断路器操作元件闭锁重合闸和闭锁合闸都在继电保护屏操作箱内部时, 通过保持厂家接线情况, 就可以事先闭锁功能。当继电保护操作元件内部合闸压力闭锁处于操作机构内部执行状态, 并且重合闸压力在该系统内部保护装置时, 3YJJ接点不再执行电力系统闭锁任务, 同时也无需将3YJJ断开, 一般采用的方法是维持厂家接线状态, 从而让手动合闸正常情况下, 2YJJ和3YJJ并联, 并且回路合闸更加可靠。当整个操作元件, 没有闭锁重合闸接点, 只有一个压力闭锁合闸时, 必须将系统内部闭锁合闸允许的压力, 增强到闭锁重合闸允许的范围, 再将闭锁合闸接点接到对应的重合闸闭锁回路上面。此时, 电力系统内部合闸闭锁也在该元件内部执行。

结束语

在电力系统正常运行的过程中, 继电保护是一个不容忽视的环节, 压力闭锁现象也是经常出现的现象, 这种现象的产生会使得电路无法正常的运行, 对电力企业的供电质量也会产生十分不利的影响, 在这样的情况下, 相关的工作人员一定要采取一定的措施对这一问题进行及时有效的解决, 这样才能更好的保证电力系统整体的运行质量, 为电力企业创造更高的经济效益, 促进电力企业的健康发展。

摘要：在当今这样一个飞速发展的时代, 人们对生活质量的要求大大提高, 生活中, 用电器的数量也在不断增多, 所以, 这也给供电质量提出了更高的要求, 继电保护就是保证电力系统正常运行的一个十分重要的要素, 本文主要分析了电力继电保护中断路器压力闭锁, 以供有关人员参考和借鉴。

关键词：电力继电保护,断路器,压力闭锁,接头分析

参考文献

[1]黄永峰等.IP网络多媒体通信技术[M].北京:人民邮电出版社, 2003.

闭锁保护篇6

线路保护中有振荡闭锁措施,系统振荡时闭锁距离保护以防误动,在发生故障时根据故障特征开放距离保护,诸多文献对此进行了研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。目前线路保护多采用启动150 ms后即进入振荡闭锁流程的措施,直至整组复归,这种方法有很大几率使距离保护在系统未振荡时被长时间闭锁。文献[13]提出了线路两端电压夹角的概念,根据该夹角判断系统是否失稳,有助于改善距离保护在振荡时的性能。即使采用了这种方法,在整个振荡期间,距离保护仍会被持续闭锁,距离保护被闭锁的时间较长。

系统振荡的一个重要特征是线路两侧等效电源之间的相角差在0°~360°之间循环变化,当该相角差较大时,线路电压较低,电流大,距离保护会误动,此时应将其闭锁;而在相角差小时,距离保护不会误动,此时可开放,而且此时线路电压较高,相比于线路电压小的时刻,故障更易发生于这段时间,开放距离保护有助于快速切除故障。在整个振荡期间都闭锁距离保护的措施是不合理的。文献[4-5]提出了自适应振荡闭锁判据,利用2个阻抗圆实时地开放和闭锁保护,该判据整定时需进行复杂的系统计算,且不适用于重负荷长线路。

本文提出了一种新的振荡闭锁实现方法,根据振荡进程实时闭锁和开放距离保护。新判据计算保护安装处电压和距离元件保护范围末端电压之间的夹角,在该角度较大时闭锁距离保护,在该角度较小时开放距离保护。在振荡中开放距离保护的时间长,和振荡周期自适应,在系统未振荡或振荡中心不在距离保护动作范围内时不会动作,在系统中发生故障时能正确工作。该方法降低了振荡对距离保护的负面影响。该判据较直观,易于实现,易于整定。

本文使用动模数据对新判据进行了验证。

1 保护安装处电压和距离元件保护范围末端电压之间的夹角

图1是双电源供电系统模型,Em、En为线路两侧电源电势;Um为线路m端电压;T点为距离元件保护范围末端,UT表示该点电压;振荡中心位于C点,UC表示该点电压;Im为线路电流;Zset为距离元件定值;Zm、Zn、ZL分别为两侧系统阻抗和线路阻抗。根据本端的电压、电流、阻抗定值可以计算保护范围末端电压U′T:

当保护范围内没有故障时,U′T=UT。

对于三相线路,使用正序分量来计算保护安装处电压和距离元件整定范围末端电压之间的夹角:

其中,Um1、Im1分别为保护安装处的正序电压和电流,U′T1为计算的保护范围末端处的正序电压,Zset为距离元件阻抗定值。

图2为电压相量图,α为线路两侧电源之间的电势角差,当系统振荡时,α从0°到360°循环变化,如果振荡中心落在距离元件保护范围内时,δ也具有循环变化的特征,δ可以反映线路两侧电源之间电势角差的变化趋势。

δ与距离元件是否动作有明确的关系。以姆欧式距离元件为例,动作特性为

或表示为

这是一个以Zset/2为圆心,以|Zset/2|为半径的圆,如图3所示,图中ZJ为测量阻抗轨迹。当ZJ刚开始通过姆欧继电器动作区域时,姆欧继电器会误动,此时δ=90°,δ是直径Zset所对应的圆周角。ZJ进入姆欧继电器动作区域后,δ角继续增大,在δ=270°时,ZJ到达姆欧继电器动作区域的另一边界,离开动作区。易知,振荡时如果在δ较大时闭锁距离保护,则距离保护不会误动。

2 新的振荡闭锁判据及其在故障时的性能

2.1 振荡闭锁判据

假定在δ处于区间[δs1,δs2]时,其中δs2>δs1,距离元件会误动,在此范围外时,不会误动,本文将δs1、δs2称为临界角。如在δ处于区间[δs1,δs2]时将距离元件闭锁,δ处于该区间外时开放,则保护不会误动。这样可以增加振荡时开放距离保护的时间,有利于保护快速动作。而且在δ处于区间[δs1,δs2]外时线路电压较高,是发生故障概率较高的时期。

根据这个特征,本文提出了新的振荡闭锁判据。计算保护安装处电压和距离元件保护范围末端电压之间的夹角δ,在δ处于区间[δ1,δ2]时,闭锁距离保护,在该范围外时,开放距离保护。其中δ1、δ2为角度定值,δ1、δ2的整定原则为

对于第1节所分析的姆欧元件,理论上δs1=90°,δs2=270°,对于其他动作特性的阻抗元件,例如四边形阻抗元件,需要重新估算δs1和δs2。振荡时系统频率偏离工频,整定角度定值时需考虑计算误差,根据本文的仿真结果,Krel1一般可整定为0.9,Krel2可整定为1.1,足以保证可靠性。

本判据计算保护安装处电压Um1和保护范围末端电压U′T之间的夹角,需要Um1、U′T足够大。而在保护安装处或保护范围末端发生对称故障时,Um1、U′T的值为零,不能准确地计算角度δ。因此,当检测到Um1、U′T小于0.1UN时,如果启动后已达150 ms,则直接将保护闭锁。

根据此原则做出的振荡闭锁流程图如图4所示。图中符号PSB为振荡闭锁标志,该标志有效时闭锁距离保护。

流程首先检测PSB是否已置位,如果未置位,则检测min(Um1,U′T1)是否小于门槛0.1 UN,小于门槛且启动后150 ms,则直接置位PSB。否则,开始计算角度δ及其变化率,检测δ是否开始进入区间[δ1,δ2],在开始进入该区间时检测角度变化率(已经进入该区间之后不再检测,即仅在进入时检测一次),如果dδ/d tδ2条件,如果符合,则清除PSB。

闭锁后如果发生故障,需根据故障特征开放保护,这方面有多种选择,例如不对称故障开放判据I0+I2>m I1或对称故障开放判据Ucos、d Z/dt等。如振荡中故障有选相跳闸要求,可选用合适的选相元件[8,10]。

2.2 系统中发生故障时的情况

前文分析了系统中无故障时角度δ的特点,它等于保护安装处电压和整定范围末端电压间的夹角,下面分析当系统中存在故障时的情况。

2.2.1 发生区内故障时

当距离元件保护范围内发生故障时,δ不再反映保护安装处电压和整定范围末端电压间的夹角。图5表示保护范围内发生三相故障时的电路模型,F为线路上的某一点,在F点发生了故障,从m端到F点的阻抗为ZF。

从图5可知,Im=Um/ZF,计算的保护范围末端电压U′T=Um-ImZset=Um-UmZset/ZF,而Zset>ZF,易知Um与U′T相差180°。U′T和UT不相等。

当系统中发生不对称故障时,根据正序等效定则,可以在故障点加上一个附加阻抗来进行分析。如图6所示,图中,ΔZ为附加阻抗。

ΔZ的大小与系统及线路的负序阻抗、零序阻抗及故障点位置有关。如果附加阻抗小到可以忽略的程度,则类似于图5,δ=180°;如果阻抗大到一定程度,故障支路可视为断开,δ可以真实反映线路两侧电压之间的角度。而在其中的一些中间状态,δ不能反映保护安装处电压和整定范围末端电压间的夹角。

计算夹角δ时需先计算保护范围末端电压U′T,该电压的计算结果是否准确会对δ的计算结果产生影响。系统振荡时,系统频率偏离工频,保护安装处的电压、电流的频率也不相同,因此保护装置对电压、阻抗等电量的计算结果也会产生误差。振荡时,保护计算的保护范围末端电压U′T和实际电压UT不相等,保护测量的阻抗和实际阻抗也是不相等的。对比式(4)和式(2)可知,二式具有相同的形式,而且都是根据角度的大小来确定是否动作,频率偏移造成的计算误差对二者的影响是相同的。例如,如果因频率偏移造成式(2)的角度计算结果偏小,式(4)的角度计算结果也是偏小的。因角度δ的定值总是小于90°或大于270°,在δ未到达定值时,式(4)描述的距离元件动作特性也是不会动作的,二者有很强的关联。据此可以得出,基于线路两端电压间夹角的振荡闭锁判据有较强的抗振荡误差特性,本文第4节的仿真结果也证明了这一点。

对于振荡中发生区内对称故障的情况,参考图4所示流程,如果在PSB置位前发生区内对称故障,δ从小于90°突变为180°,因角度变化率大,一般不会闭锁保护。如果在PSB置位后(δ已经进入闭锁区,保护已被闭锁),发生对称故障,因故障后δ=180°,PSB会继续保持,距离保护须经故障开放元件U cos或其他开放判据把关[15]。

对于振荡中发生的区内不对称故障的情况,若在PSB置位前发生,角度δ会发生突变,保护一般不会被闭锁;若发生故障时δ进入闭锁区且dδ/d t小于定值,则有可能闭锁,闭锁后可根据不对称故障开放判据I0+I2>m I1来开放。PSB置位后,如果线路上有不对称故障,角度δ可能一直停留在闭锁范围,也有可能随振荡发展而离开闭锁区,后者有利于保护的快速动作。如果需选相跳闸,则需配置合适的选相元件。

2.2.2 发生区外故障时

图7为在保护区外F点发生故障时的正序网络图,ΔZ为附加阻抗。发生对称故障时,ΔZ=0。

由图7可知,根据计算电压U′T1=Um1-Im1Zset,U′T1和T点的实际电压UT1是相等的。δ等于保护安装处和距离元件保护范围末端电压间的夹角,而距离元件是否误动和δ相关,根据δ的数值可以确定距离元件是否会因振荡而误动,图4所示的振荡闭锁流程可以继续正确工作。

如果在T点发生故障,类似于在区外发生故障时的情况,δ等于保护安装处和距离元件保护范围末端电压间的夹角。

从以上的分析可知,对于振荡中发生区外故障时的情况,新判据可以正确工作,即新判据不受区外故障的影响。

2.2.3 振荡中心位于保护安装处或保护范围末端时

当振荡中心位于保护安装处或保护范围末端时,在线路两侧电源的角度达到180°时,会出现Um1或U′T等于零的情况,无法计算角度δ。如果PSB尚未置位且启动后达150 ms,出现电压等于零的情况,根据图4所示流程,会提前置PSB标志。

3 性能分析

a.新判据和振荡周期自适应。在振荡周期长时,δ到达闭锁区[δ1,δ2]的时间长,开放保护的时间长,振荡速度快时,δ到达闭锁区所需时间短,可以及时闭锁距离保护。在系统未振荡或发生振荡但振荡中心不在距离元件保护范围内时,δ一般不会达到定值δ1或δ2,不会闭锁保护。

b.新判据实现简单,不需要复杂的系统分析计算。国外距离保护产品常用的“圆套圆”振荡闭锁判据,也具备根据振荡进程闭锁和开放距离保护的特点。但该判据定值多,整定时需要进行复杂的系统分析计算,在重负荷、长线路的情况下定值裕度小。而保护安装处电压和整定范围末端电压间夹角,可以反映线路两侧电源电势间的夹角,并与距离保护是否会因振荡而误动有明确的关系。对于重负荷长线路,运行时角度δ比较大,但一般不太可能达到90°,新判据一般可以适用于这种情况。新的振荡闭锁判据易于理解,不需要复杂的系统分析计算,可用于重负荷长线路,实现简单。

c.在线路稳定运行期间发生故障时不会将保护闭锁。线路在稳定运行时δ数值较小,一般不大于30°,发生故障后,δ在短时间内从一个较小的数值变化为一个较大的数值(大于δ1),dδ/d t大,一般远大于1440°/s,所以,采用角度变化率作为判据的一部分,不会在线路正常运行而后发生故障时误将距离元件闭锁。

d.在系统振荡后发生故障时可以继续工作。根据2.2节的分析,系统振荡后发生区外故障时,δ仍可以反映保护安装处电压和整定范围末端电压间夹角,距离保护是否会因振荡而误动和δ有确定的关系,新判据不会受区外故障的影响。而在振荡且发生区内故障时,如果故障发生时δ处于闭锁区外,则一般不会闭锁保护。PSB置位后,如果线路上有故障,角度δ可能一直停留在闭锁范围,需根据不对称故障开放判据I0+I2>m I1或对称故障开放判据U cos来开放,δ也有可能随振荡进程发展而离开闭锁区,后一种情况有利于保护的快速动作。

4 仿真验证

本文使用动模数据进行了仿真,采用500 k V线路400 km模型,具体模型及参数参见文献[14]。该模型为双回线模型,利用切除一回线引起振荡的方法来做振荡测试,即振荡时只有一回线在运行。图8为振荡时该模型的简化图,图中,mn段线路为被保护线路,线路长度为400 km,保护装置安装在n侧。K10、K12分别位于线路m端、n端出口,K11位于线路中点。

本文做了大量的仿真,仿真了纯振荡(无故障)、振荡中发生区内故障和区外故障时的情况。图9~14为一组振荡波形的仿真结果,图中,IA表示A相电流,δ表示保护安装处电压和整定范围末端电压间的夹角。计算了当阻抗定值Zset取为0.85ZL时,AB相间距离元件动作时所对应的δ角的数值,AB相间阻抗ZAB=UAB/IAB,其中UAB和IAB分别为AB相间电压和电流。计算了角度变化率dδ/dt,计算了振荡闭锁标志PSB(定值δ1和δ2分别取81°和297°,dδset取1 440°/s)。仿真中,采用全周傅里叶算法,定间隔采样,采样频率为2 000 Hz,横坐标n为采样点。振荡时电流、电压频率偏离工频,计算时未进行频率跟踪。

图9为纯振荡波形。从图中可知,随振荡发展,δ在0°~360°间循环变化。图中3个完整的振荡周期中,在角度δ分别处于区间[89.8°,268.5°]、[89.5°,268.2°]和[90.3°,269.5°]时,姆欧继电器的动作,在区间外时返回。第1个振荡周期中,在δ值到达81°时,因当时的角度变化率(695°/s)小于定值,PSB标志置位,在δ值到达297°时,PSB标志被清除。而阻抗继电器动作区间为[90°,270°],此时PSB已置位,保护不会误动。与传统的启动150 ms后一直闭锁保护的方法相比,开放保护的时间大幅增加。振荡时,电流、电压的频率一直在变化。例如,在第1个振荡周期中,电流的频率在50.57~51.57 Hz之间变化,电压的频率在49.76~50.22 Hz之间变化,采用未进行频率跟踪的算法,有误差,但能满足工程要求。其他2个振荡周期的情况是类似的。

图10为振荡中发生区内三相故障的情况。在横坐标约2 150处、δ=40°时在线路中点K11发生了三相对称故障,因故障时角度变化率大于定值,PSB未置位,保护继续开放,距离保护可以快速动作。

图11为振荡中发生区内两相接地故障时的情况。在横坐标约2100处、δ=145°时在线路出口K12点发生了ABG故障。故障后,δ稳定在186°左右,不再随振荡发展而变化。当时PSB已置位,保护被闭锁,此故障需经不对称故障开放元件开放。在横坐标为2 500处,故障消失,随振荡进程发展,在横坐标约2 700处,δ离开闭锁区,PSB被清除,保护重新开放。

图12为振荡中发生区内单接地故障时的情况。在横坐标约2080处、δ=7°时在线路出口K12点发生了AG故障。故障时PSB未置位,而故障时δ变化不大,未达到闭锁区,保护继续开放,δ随振荡发展继续变化,有利于保护快速切除故障。

图13为振荡中发生区外三相短路故障时的情况。在横坐标约2100处、δ=355°时在线路末端K10点发生了ABC故障。故障时PSB未置位,故障后δ接近零度,未达到闭锁区,保护继续开放,此时距离元件可以正确测量,保护不会误动。在区外故障消失后,δ快速上升,PSB先于阻抗元件置位,保护不会误动。

图14为振荡中发生区外两相短路故障时的情况。在横坐标约2100处、δ=355°时在线路末端K10点发生了AB故障。故障时PSB已置位,故障后δ有突变,但未离开闭锁区,保护继续闭锁。其后δ继续变化,离开闭锁区,PSB复位,此时故障依然存在,但距离元件已经返回,不会导致保护误动,这体现了距离元件与角度δ的关系。

从以上仿真结果可知,对于振荡中发生的区内故障,如果故障时δ处于区间[δ1,δ2]外,一般可以开放保护,有利于快速切除故障。如果故障时δ处于区间[δ1,δ2]内,则需经过开放元件把关。如果发生区外故障,新判据可以正常工作,不会导致误动。

5 结论

闭锁保护篇7

关键词：REL511,失压闭锁,电压切换,反措

0 引言

REL511距离保护广泛用于500kV主变(包括主变500、220kV侧),其220kV三相失压闭锁,特别是外部开入保护的闭锁回路,各变电所采取的方式不同。若闭锁方式设计不当,在运行方式发生改变时易闭锁主变220kV距离保护,或当交流空开跳开时引起保护误动、开关跳闸,造成严重的停电事故。

1 失压闭锁方式

500kV变电站220kV电气设备接线一般采用双母双分段形式,主变220kV侧REL511距离保护的闭锁方案主要有以下类型:

(1)通过电压切换回路进行闭锁,外加电压继电器RXEDK,构成电气量闭锁。

(2)通过电压切换回路进行闭锁,外加TUV/DLD+TOC编程。

(3)通过电压切换回路进行闭锁,另外失压闭锁逻辑中有突变量检测(DU/DI),并通过TUV/DLD+TOC逻辑来构成。

由此可知,在REL511距离保护的闭锁方案中,电压切换回路是共有且必备的回路。目前,电压切换回路从单位置电压切换继电器YQJ发展到双位置接线,而位置继电器复归线圈接线方式多样;YQJ的直流电源也从专用电压切换小母线过渡到本间隔开关控制电源KM。因此,不同类型的电压切换回路产生了不同形式的失压闭锁回路。

2 接线分析及反措

2.1 案例一

某变电所发生直流系统接地,在查找接地过程中,取下直流控制熔丝,造成1GWJ失电,其常开接点打开,压变二次电压无法送至正母I段电压小母线。由于原设计中REL511距离保护外部开入的失压闭锁回路存在缺陷,因此在采不到三相交流电压的情况下,REL511距离保护没有闭锁而误动作出口,造成主变三侧跳闸。母线压变二次回路图如图1所示。

如图2所示,增加1个回路。当控母失压时.1GWJ和3GWJ或2GWJ和4GWJ同时失磁,其常闭接点闭合,使REL511距离保护失压闭锁回路有开入电压,从而闭锁装置。

2.2 案例二

某变电所进行正常倒母线(热倒,即先合后拉闸刀)操作,合上该主变另一把母线闸刀时,主变REL511距离保护报“失压闭锁”故障信号。检查回路(如图3所示)发现,101与301电压切换继电器复归线圈达不到设计要求。倒母线操作时,合上副母闸刀后(正常运行方式下.该主变接于220kV正母),101继电器提前返回,而301继电器尚未励磁,从而使REL511距离保护失压闭锁回路有开入电压,导致装置报警。

根据该双位置继电器特点,将正母闸刀常开和常闭接点分别接入X217:4和X217:5端子,副母闸刀常开和常闭接点接入X217:6和X217:7端子,如图4所示。倒母线操作时,101和301继电器由各自正母或副母闸刀动作复归,这样就不会因动作复归时间不匹配而导致失压闭锁报警。改进后的接线如图4所示。

2.3 案例三

某变电所正常停220kV正母母线压变,当断开母线变压二次小空开时,主变REL511距离保护报“失压闭锁”故障信号。检查回路(如图5所示)发现,该主变运行于正母,正母压变停役时,主变二次电压通过压变二次并列回路使用副母压变(一次通过母联并列)二次电压。由于正母压变停役时二次空开ZKK1断开,而主变正母闸刀合上,因此造成1ZJ励磁,其常开接点闭锁220kV侧REL511距离保护。

根据回路特点,增加2块压板1LP、2LP(图5中虚线框内)。正常运行时,投入1LP、2LP压板;当母线压变停役时,因为先跳开二次侧ZKK将闭锁距离保护,所以在断开ZKK前要先退出压板,复役后再放上压板。这样就可解决运行母线压变停役而用另一个母线压变工作的问题。

3 结束语

闭锁保护篇8

1 变压器配置阻抗保护的必要性

由于220 k V变压器与110 k V变压器在使用上不匹配和常规的保护配置与整定,带来220 k V变压器保护与110 k V线路保护、110 k V变压器之间存在不配合问题。这种不配合使得220 k V主变110 k V侧后备保护可能越级跳闸。

1.1 防止保护不配合的常规措施

目前,防止保护不配合的常规措施[8]主要有:

(1)提高220 k V主变110 k V侧复压闭锁过流Ⅰ段定值;

(2)将线路距离Ⅱ段伸出110 k V大容量变压器中压或低压侧[1];

(3)增加保护段数完成配合和要求保护在动作行为上配合[9];

(4)110 k V大容量变压器可以选用高阻抗型;

(5)220 k V变压器使用大容量主变。

上述常规措施会造成220 k V主变110 k V侧复压闭锁过流Ⅰ段保护灵敏度下降甚至拒动,会造成10 k V线路距离保护与110 k V变电所110 k V主变保护之间的不配合,会造成实施困难等一系列问题。

1.2 220 k V变压器的阻抗原理保护配置研究

通过分析,可以将220 k V主变保护中220 k V侧、110 k V侧后备保护按稳定要求整定的复压闭锁过流Ⅰ段保护改用距离保护[8],其他保护保留,可以做到上下级保护的相互配合。

(1)220 k V主变220 k V侧与110 k V侧距离保护之间的配合。分析表明,由于阻抗保护的保护范围比较固定,因此,220 k V主变保护采用阻抗保护,使得220 k V主变保护、110 k V线路保护、110 k V主变保护之间的配合性能大大改善。

(2)220 k V变压器“距离保护”的配置。为考虑配合和灵活整定,220 k V主变保护“距离保护”宜配置:①110 k V侧宜配置两段,一段保110 k V母线灵敏度、另一段用作改善与线路保护配合的性能;②220 k V侧宜配置一段,主要作为110 k V母线故障或110 k V死区故障的后备。

1.3 增设阻抗保护后要加振荡闭锁

虽然大部分220 k V变压器中低压侧没有电源,但也有少部分220 k V变压器中低压侧有小电厂并网运行,有些并网电厂单机容量达100 MW以上,甚至有多台大容量机组并网运行;考虑这些并网电厂的影响,在配置阻抗保护当动作时间躲不过振荡时,所以要加振荡闭锁。

2 阻抗保护的振荡闭锁方案

2.1 振荡闭锁方案

实时检测高、中压侧是否处于非全相运行状态,只要高、中压侧有一侧处于非全相运行,则高、中压侧阻抗都采用“非全相振荡闭锁逻辑”;如果高、中压侧都处于全相运行状态,则高、中压侧都采用“全相振荡闭锁逻辑”。

2.2 阻抗保护启动元件

启动元件包括Q1,Q2和Q3三个启动元件,只要有任何一个元件启动后,就可以进行阻抗保护测量逻辑的判别。

Q1和Q2启动后展宽160 ms,之后根据阻抗保护启动状态和Q1返回状态来决定是否返回。

Q3启动后不展宽,根据阻抗保护启动状态和Q3返回状态来决定是否返回。

(1)启动元件Q1作为不对称故障的启动元件,零序负序启动:

式(1)中:Iqd为零序负序电流启动门槛。

(2)启动元件Q2作为对称故障的启动元件,突变量启动:

式(2)中:ΔI为相电流突变量,Ith为突变量电流启动门槛。

(3)启动元件Q3作为振荡中发生对称故障的启动元件(相电流可能缓慢上升,导致突变量启动元件不能启动),相电流启动:

式(3)中:I为相电流,Ijw为相电流启动门槛。

2.3 非全相运行检测判据

不管阻抗启动元件是否启动,实时检测高、中压侧的非全相运行状态。非全相的检测判据(以高压侧为例):

(1)A相无流,B相有流,C相有流,且-60°

(2)B相无流,A相有流,C相有流,且60°

(3)C相无流,A相有流,B相有流,且-180°

动作条件是式(1)、式(2)、式(3)中任一个判据连续满足40 ms,判为该相非全相,置相应的非全相标志。

2.4 全相振荡闭锁逻辑

包括三个振荡闭锁判据B1和B2及B3,任何一个判据开放则开放阻抗保护。

(1)振荡闭锁判据B1,瞬时开放元件。Q1和Q2启动,并且Q3不启动或启动时间尚不到10 ms,则Q1和Q2启动后起始的160 ms内无条件开放保护,保证正常运行情况下突然发生故障能快速开放。如果在160 ms延时段内的阻抗保护已经动作,则说明确有故障,允许阻抗元件动作。

(2)振荡闭锁判据B2,不对称故障开放元件。不对称故障时,振荡闭锁回路可由对称分量元件开放,该元件的动作判据为:

式(4)中:m的取值固定为0.66。

(3)振荡闭锁判据B3,对称故障开放元件。在启动元件开放160 ms以后或系统振荡过程中,如发生三相故障,上述二项开放措施均不能开放保护。因此对对称故障设置专门的振荡判别元件,测量振荡中心电压,其测量方法为:

式(5)中:U1为正序电压,φ为正序电压与正序电流的夹角加上90°减去线路正序阻抗角(固定取为85°)。

对称故障用cosφ判断两侧电势的相位差δ,在δ≈180°时,U1cosφ接近于0。在三相短路时不论故障点远近如何,U1cosφ等于或小于电弧的压降,约为额定电压的5%。因此,可利用U1cosφ来作为振荡判别元件。

当-0.03Un

当-0.1Un

2.5 非全相振荡闭锁逻辑

假设某侧判为A相非全相,对应的非全相振荡闭锁逻辑如下(B,C相非全相振荡闭锁逻辑类同)。

(1)振荡闭锁判据C1,接地故障开放元件。如果发生健全相接地故障,arg(Io/I2a)落在B,C区(如果B相非全相,落在A,C区;如果C相非全相,落在A,B区)。

①60°

②-180°

上式任何一个判据连续满足40 ms,置接地阻抗开放标志。

(2)振荡闭锁判据C2,相间故障开放元件。和振荡闭锁判据B3类似,U1取Ubc,I1取Ibc。(如果B相非全相,U1取Uca,I1取Ica;如果C相非全相,U1取Uab,I1取Iab)。

①当-0.03Un

②当-0.1Un

3 实施数字仿真(RTDS)数模试验

RTDS数模试验分别检验了220 k V变压器距离保护的阶梯特性、电压互感器(TV)断线闭锁性能、振荡闭锁性能、区外故障转区内故障动作性能等,达到了预期的效果。

3.1 RTDS变压器模型

RTDS数模试验模型图如图1所示。主电源在220 k V侧,次电源在110 k V侧,负荷由高压侧向中、低压侧送电。模型参数、中压侧线路阻抗、高压侧相间阻抗保护和中压侧相间阻抗Ⅰ段、相间阻抗Ⅱ段保护等具体试验定值如表1、表2所示。

3.2 振荡闭锁性能试验

(1)模拟系统全相振荡,主变距离保护可靠闭锁;再模拟系统振荡转相应区内故障,主变相应距离保护闭锁后又可靠开放并启动保护出口跳闸。

(2)模拟系统非全相振荡,在开关偷跳非全相振荡期间,主变保护不误动;振荡时区外故障能够正确不动,区内故障能够正确动作。典型录波图如图2所示。

4 动模试验

动模试验分别检验了220 k V变压器距离保护的阶梯特性、TV断线闭锁性能、振荡闭锁性能、区外故障转区内故障动作性能等,达到了预期的效果。

4.1 动模试验模型

动模试验模型图如图3所示。主电源在220 k V侧,次电源在110 k V侧,负荷由高压侧向中、低压侧送电。参数数据为:220 k V变压器短路阻抗(高-中)11.2Ω(二次值),中压侧线路阻抗65.4Ω(二次值);高压侧相间阻抗保护:方向指向变压器,阻抗定值17Ω(无偏移),保护范围至中压侧线路30%处,延时300 ms。中压侧相间阻抗Ⅰ段、相间阻抗Ⅱ段保护:方向指向母线,阻抗Ⅰ段定值49Ω(无偏移),保护范围至110 k V线路的75%,延时100 ms;阻抗Ⅱ段定值80Ω,无偏移,保护范围至110 k V变压器内但未伸出110 k V变压器,延时200 ms。

4.2 振荡闭锁性能试验

模拟系统全相振荡,主变距离保护可靠闭锁;再模拟系统振荡转相应区内故障,主变相应距离保护闭锁后又可靠开放并启动保护出口跳闸,典型录波如图4所示。

4.3 其他特性试验

(1)阶梯特性试验。分别模拟K1~K9点单相接地故障、两相短路、两相接地短路、三相短路、三相接地短路,阻抗保护阶梯特性和方向性明确,出口短路记忆特性试验良好。

(2)区外转区内故障试验。分别模拟K1~K9点区外转区内故障试验,在单相接地故障、两相短路、两相接地短路、三相短路、三相接地短路情况下,区外故障保护可靠不动,转区内故障阻抗保护阶梯特性和方向性明确,出口短路记忆特性试验良好。

(3)TV断线故障试验。在变压器重载情况下,分别模拟220 k V侧、110 k V侧TV断线故障,模拟区内外故障,相关保护可靠闭锁。

5 装置试运行情况

2009年11月,保护装置接入1座220 k V变电所1台主变上,经受220 k V变压器110 k V侧4次空载冲击试验和220 k V侧1次空载冲击试验考验,现在2座220 k V变电所试运行。截至2010年8月25日,试运行保护经历了近30次区外故障考验,该保护装置运行正常,未出现误动作现象。

6 结束语

由上述分析和装置RTDS数模试验、动模试验可得出下列结论:

(1)220 k V变压器与110 k V变压器容量使用不匹配,产生了在110 k V线路距离保护与220 k V主变110 k V侧后备保护,及110 k V线路距离保护与110 k V变电所110 k V主变保护之间的保护不配合,存在越级跳闸的危险。

(2)研制了按阻抗原理配置的220 k V变压器保护装置,静模和RTDS数模试验及装置试运行表明,上下级保护配置阶梯特性和方向性明确,振荡闭锁等措施可行、可靠,上下级保护之间能够相互配合,达到了预期的效果。

参考文献

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