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母线槽保护中双母线运行方式的自适应研究

发布时间:2021-03-19 16:46:28 | 点击:99   

双母线槽(含双母线槽分段)接线具有供电可靠、检修方便、调度灵活和便于扩建等优点。但这种接线方式所用设备(特别是隔离开关)多,配电装置复杂,经济性较差。在运行中隔离开关作为操作电器,容易发生误操作,尤其当母线槽系统故障时,须短时切除较多电源和线路,这对特别重要的大型发电厂和变电所是不允许的"。双母线槽相应的母差保护必须根据运行方式切换其差流回路和出口回路,使其与运行方式保持一致。为减少人工干预,一般引入刀闸辅助接点,据此确定运行方式并切换内部回路。1双母线槽运行方式的出错类型

在双母线槽保护装置及其外部接线经校验正确投入运行后,由于刀闸一次设备、引入电缆和端子或装置内部开入通道的原因[3],使微机读入的运行方式与实际运行方式不一致,称为刀闸辅助接点出错。其出错类型归纳为3种:(1)刀闸主接点已闭合而辅助接点仍开断(读入为0),可称为接点异常;(2)刀闸主接点已开断而辅助接点仍闭合(读入为1),可称为接点粘连;(3)读入值在0,1间翻转不定为接点抖动。

通过对现场刀闸出错的统计,一般现场运行方式出错,属于第(1)种情况的居多。第(2)种较少,第(3)种一般为装置开入有问题,如光耦软击穿等。


2双母线槽运行方式的出错影响分析

2.1接点异常对母线槽保护的影响

接点异常表现为2种情况:

(1)某一单元已投入运行,而保护未将其电流互感器电流加入相应差流回路。若该单元是电源或对侧是有电源的负荷,则可能造成保护拒动(故障就发生在这段母线槽上)或失去选择性。若该单元是空载或轻载负荷,则对保护无大的影响。

(2)某一单元倒闸过程中,2把刀闸都已闭合,而保护装置没有切换入互联状态。由于此时2条母线槽已经将2把刀闸连在一起,部分电流流过刀闸而不经过母联电流互感器,如果仍然判小差电流选择切除母线槽,将降低保护灵敏度或延长故障切除时间。

2.2接点粘连对母差保护的影响接点粘连也分2种情况。

(1)倒闸过程结束,拉开其中一把刀闸而其接点粘连,保护装置仍处在互联方式,一旦发生区内故障,将扩大故障切除范围。

(2)某一单元开关断开,退出运行,刀闸拉开而接点粘连。在该单元下一次投入前不影响保护运行,但当该单元再次投入于另一条母线槽上时,母差保护误认为互联方式,其结果为(1)情况。

2.3接点抖动对母差保护的影响

接点抖动是由触点接触不良或装置光耦软击穿原因造成。如不能及时发现,它对保护的影响就取决于故障发生时辅助接点的状态,如果恰好此时与主接点不符,其现象就是接点异常或接点粘连中的一种。通过以上分析可知,辅助接点的错误虽然不会造成保护误动,但将导致拒动或扩大故障切除范围。为防止上述情况发生,应充分发挥微机保护计算与自检的优势,及时发现并纠正接点的错误。


3双母线槽运行方式自适应方案的提出

基于一个新硬件保护平台(CPU主频达到300MHz,采样点数96点,此平台已在国电南自SGB750母线槽保护上应用)的基础,母线槽保护以刀闸辅助接点为主,以各单元负荷电流的计算来校验刀闸辅助接点的正确性并自动纠正其错误。每副刀闸引入一对常开接点(母联单元额外引入TWJ),由微机实时计算电流瞬时值,根据电流判据,将稳态与暂态判断相结合,实时发现并纠正辅助接点的错误,减轻运行人员的负担,提高母差保护动作的正确率。

对于可以判出的错误方式,采用刀闸补入的方法加以纠正,对于暂时无法判出的错误方式,采用故障后刀闸补跳的方法加以纠正。母线槽保护在采用最新硬件平台后,高分辨率的A/D可以精确测量10mA量级的电流。故大多数轻载单元的电流都足以被检测到,对于空载单元,误切或不切对系统或设备没有影响。一般刀闸补入的方法基本上可解决绝大多数的运行方式出错。对于极个别的刀闸无法判出的情况,保护用刀闸补跳完成。


4自适应方案

微机母线槽保护中一般对刀闸变位的情况作以下限制:不允许两次刀闸变位时间的间隔在60 ms以内;不允许一次刀闸变位有两路或以上的刀闸变位。如果上面条件有一条不满足,则不认新刀闸的位置,记忆原刀闸位置。以上条件对刀闸变位的限制主要是预防所有的刀闸位置接点在同一时间内丢失(如电源丢失等),接点抖动,人为操作失误等l6。若刀闸变位的情况满足以上条件则可进一步进行刀闸校验。

4.1刀闸校验

(1)计算每一条支路是否存在有电流无刀闸的现象,如果此现象存在,即为接点异常,则新刀闸的位置不能确认,保护记忆原刀闸的位置,并给出告警信号。

(2)若(1)不存在,此时计算在新刀闸位置情况下的2个小差差流的情况。如果无差流,则保护认入新的刀闸位置方式,否则记忆原刀闸的位置,保护给出告警信号。由于刀闸辅助接点是用来计算小差电流的,所以可用小差电流的计算结果来校验运行方式的正确性。稳态情况下小差电流应处于平衡状态。

但校验(2)有其局限性,所有下列情况该判据都不适用:发生区内故障时,小差电流不平衡;发生区外故障且电流互感器饱和时,小差电流不平衡;电流互感器晰线时,也使小差电流不为0;倒闸过程中两条母线槽经刀闸相连,而刀闸上有电流。刀闸校验一般在无故障时计算比较真实,故障发生时由于系统有差流(大,小差差流可能均有)一般很难计算正确。

综上所述,新的刀闸位置只有不存在有电流无刀闸现象(支路有电流但没有对应的刀闸位置),外部隔刀互联或2个小差差流较小的情况下才可记入。

通过对现场刀闸出错的统计,一般现场运行方式出错,属于刀闸丢失的情况居多,为此本文研究了刀闸补人的方法。


4.2刀闸补入

当线路处在轻负荷(一般小于10 mA的电流)的情况下,同时发生刀闸掉刀的现象,此时保护很难作出正确的判别,保护会误认为是正确的刀闸变位,记入新的刀闸位置。在此种情况下刀闸的位置会与实际的不相符。

当轻负荷线路的负荷增大时,二次电流互感器的电流也会变大,当二次电流达到一定程度时(一般为大于10 mA),保护能很快地判别是哪个单元有电流无刀闸,此时保护会自动补入此单元并发出告警信号提醒运行人员处理。

当装置判出有一路单元有电流无刀闸的同时,对应双母线槽2个小差中会有一个不平衡出现差流,而大差无差流。此时如果Ⅰ母差流不平衡,Ⅱ母差流平衡,则把有电流无刀闸单元的电流放人Ⅰ母中计算,如果计算出Ⅰ母差流平衡,经一段延时确认Ⅰ母差流确实平衡,则认为该单元为Ⅰ母上的单元。反之类同。如果都不平衡则保护认为现场运行方式可能有两路或以上的单元有电流无刀闸,此时保护强制进入互联状态,并发出告警信号提醒运行人员处理。

当等电流元件和轻负荷单元较多时,刀闸补入判别极易判错;刀闸补入的单元越多计算量将呈几何倍数上升;且现场实际的倒闸操作时间间隔很长,当有某一个刀闸单元出错后,现场运行人员不会进行下一步操作。综上所述,目前只考虑对一路刀闸进行补入完全可行。

4.3刀闸补跳

对于正常运行时无法识别与补人的单元只有等待故障后进行刀闸补跳判别,以尽可能减少因运行方式所造成的不良影响。

保护刀闸补跳分2种:小差差动后补跳和大差补跳。

4.3.1小差差动后补跳

前提条件为当母线槽发生故障前,存在有电流无刀闸单元且没有校入到运行方式里。

当母线槽上发生区内故障后,保护发出跳闸命令后一段时间(考虑继电器动作时间和操作机构的跳闸及灭弧时间,一般取150 ms左右)仍然存在有电流无刀闸单元且故障没有返回,此时可再切除有电流无刀闸单元。

此方法实行的基础为有电流无刀闸单元的对侧有电源,在发生母线槽故障时其电流也足够大,才可以正确切除故障母线槽上的有电流无刀闸单元并防止误切除正常母线槽上的有电流无刀闸单元。如果此时有电流无刀闸单元在故障时不提供故障电流(即为一

空载线路),误切或不切对系统或设备都没有影响,对那些开关已断开的单元也是同一个道理。

4.3.2大差补跳

如图1所示,正常运行时Ⅰ母上就2条支路,母联未合;支路1与支路2没有负荷;支路1与大系统相连,支路2为一纯负荷支路;支路1发生了刀闸丢失,但由于支路1负荷太小,保护未能识别出来,即认为Ⅰ母上就支路2处于运行状态,支路1未投。

当母线槽故障发生时由于支路1与大系统相连,故支路1可以向母线槽故障点提供故障电流,由于支路2为纯负荷支路,故故障时一般不会向母线槽故障点提供故障电流,由此可知:大差差流Ⅰ=Ⅰ1+Ⅰ2,小差差流Ⅰ=Ⅰ2,此时可以看出只有大差有差流而并无小差差流。

由于大差有差流故而保护可以启动,但因为小差为零,保护无法跳闸出口,此种情况持续一段时间后大差补跳启动切除有电流无刀闸单元(即支路1),同时切除故障。此方法可防止当提供故障电流的线路在故障前负荷较小,支路掉刀没有判出来,故障后别的支路又不能提供故障电流的情况。此时对系统来说有大差无小差,故先把提供故障电流的支路切掉,然后再决定是否切除母线槽。

以上研究仍然没有解除母线槽保护装置为实现运行方式自适应对刀闸辅助接点的依赖,刀闸出错后仍需要现场运行人员做相应处理[7。刀闸补跳逻辑能否提前到故障发生时处理,还有待进一步研究。5结束语

针对母线槽保护中双母线槽运行方式,当运行方式出错时,有可能对母线槽保护的正确动作造成影响的问题,传统的微机母线槽一般只能在小范围内作出选择。对此本文给出了故障前对运行方式采取补入措施,故障后再对运行方式进行二次确认,最后用补跳的方式确保由于运行方式出错而对母线槽保护造成的影响降至为零。

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