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输电线路继电保护过程中,除了启动元件的选择,启动门槛值的大小同样直接影响到整个继电保护装置的性能,基于小波变换的继电保护装置是通过利用继电信息保护及故障录波数据进行继电保护装置的启动与监测,这种方法可以对继电保护启动装置元件的性能进行及时的监测,针对其是否满足预定标准指标,来完成对继电保护性能、故障发现和隐藏及其整定数据积累的整体评估,突出其合理有效性。
1 小波继电保护的现状和存在的联系
随着我国电力系统的不断发展,继电保护技术也随之获得了长足的进步,信息技术在继电保护技术中的应用,促使继电保护晨曦向着复杂化的方向发展。最初在电力系统中使用继电保护技术主要是为了实现对发电机的保护,是通过熔断器的使用来实现的,且在电力系统中的低压线路中获得了广泛的应用。在二十世纪九十年代计算机就被尝试的应用到了继电保护中,经过几十年的发展,已经逐渐代替了集成电路模式,且对计算分析和逻辑判断进行了有机结合,还延伸出了新的功能―数据信息的储存记忆,因此实现了继电保护功能的一个质的飞跃,对继电保护的自检功能、故障测距以及故障录波等进行了很好的融合,体现微机技术在继电保护中应用的巨大优势所在。同时,信息处理技术比如DSP在继电保护处理中的应用都将有助于其性能的完善优化,使其日益标准化、功能化、智能化,给保护装置状态监测和统一管理带来突破性的进步。
近几年,随着数字化电站技术的推广探究,继电保护技术迎来了新的挑战,保护装置信息更加开放,更加智能化。在没有小波理论时,电力系统对信号进行处理和分析最常使用的方法是傅里叶分析,只能够对纯频域进行分析,不能够为工作人员提供任何有关于频率的信息。随着小波理论的出现,不仅继承了傅里叶分析的优势,而且还克服了傅里叶分析中的缺点,成为电力系统中信号分析和处理的最佳选择。小波是建立在数值分析、样条分析、调和分析及傅里叶分析基础上的视频分析方法,有“数学显微镜”之称,现如今其理论与方法已在信号处理、语音识别、图像处理等领域得到发展和应用。小波方法在继电保护方面的应用主要是靠其独特的时频分析和复杂信号监测的能力,小波保护能够快速的反映故障信息,免受过渡电阻、系统震荡的影响。与此同时,小波变换也存在很多问题,比如信号的不确定性、互感器对高频信号响应迟缓以及行波衰减畸变等,所以仍需要在原有的基础上进行不断改善和修正。
2 小波分析变换定义及优势
小波分析采用逐步精细步长的方式,不仅能够聚焦到输电信号的大部分细节,而且对奇异信号及突发信号有很强的敏感性,一旦察觉,便能进行细微的处理,这些优点使小波变换分析在信噪分离、状态监测、故障诊断及压缩数据等方面拥有非常重要的应用价值。虽然小波分析现下在电力系统工程应用中并不常见,但作为信号分析强有力的新兴途径,其已经在电力设备运行状态监测、电力故障诊断、稳态谐波分析、安全动态分析及电力系统短期负荷预测等诸多方面崭露头角,所以小波分析将发展成为一套广泛被应用于输电系统的工程技术。
随着我国电力工业的快速发展,超负荷电压远距离传输及大容量机组线路日益增多,电力系统安全稳定运行尤为重要,这就对降低电力系统故障危害和保护装置的快速性灵敏性提出了新的挑战,如何运用计算机优势;如何改善继电保护装置及元件的性能;如何开发具有新型功能的继电保护装置,成为电力系统行业共同探究的课题。众所周知,任何继电保护装置中均设有启动元件,所谓启动元件即表示故障的开始,只有启动元件动作,继电保护才能够实现。在继电保护的逻辑回路中,部分时序是从启动元件开始才进行计时,而测量元件的延时是在启动元件启动后才开始计时的,这样可以保证测量元件不受突发故障的影响,但同时也造成了其动作明显慢于启动元件,这就是启动元件能灵敏快速的反映各种类型故障的原因。因此,改善气动元件的整体动作速度,将有效的提升保护装置的运行速度。
小波变换窗口的大小是可以自行调节的,具有自适应性,尺度参数的取值减小时,可以让频窗高度增大,时窗宽度变窄,这样的变化可以在故障发生的瞬间快速检测出电压、电流突发信号。
3 继电保护启动元件分析
3.1 突发量启动元件
在应用继电保护装置对电力系统进行保护时,启动元件所具备的性能关系到电力系统的正常运行。在电力系统正常运行的过程中,启动元件是进行闭锁保护,而一旦电力系统中出现异常现象,启动元件就能够立即做出反应,对故障进行处理,不仅大大提高了电力系统正常运行的可靠性和稳定性,而且还保证了国民经济的增长速度。一般情况下,我们都是使用继电保护中的后备保护来对电力系统进行保护的,以提高继电保护装置的灵敏性。
3.2 继电保护启动元件监测的重大意义
如果电力系统的运行中出现异常情况的话,继电保护启动元件就会采取保护措施对其进行保护。启动元件都有它所针对的情况和门槛值,会对继电保护所需的时间产生影响。在继电保护进行保护动作时,决定继电保护装置启动的时机是最关键的问题,影响继电保护装置继电保护动作的有效性。但是继电保护动作是无法反应在故障录波图上,因此工作人员也就无法对继电保护动作的有效性进行直观、有效的评价,因此仍需要工作人员继续努力,以求能够改善这种情况。
完整的继电保护信息系统建立之后,就可以及时获取继电保护装置的实际启动时间和故障录波信息,从而实现继电保护装置启动性能的更新及分析探究,更准确客观对整套系统的评估,有利用运行经验的提升和启动元件初始值的合理性设定。
3.3 利用小波方法进行监测的原理
在电力系统出现干扰时,基于小波方法的故障录波装置能够自动记录故障信息,及时捕捉电流、电压等信息,为电力系统故障分析探究提供了科学可靠的数据依据。在电力系统发生故障时,系统配有的启动元件能够监测电气量的异常变化,进行及时的自动启动,启动的时间越短就表明气动元件的性能越好;相比之下,倘若启动元件时间与故障发生时间存在较大差异,就表明系统保护装置启动原理不合理。不过在实际应用中,还得考虑故障信息处理进程中的各种扰动因素,因此科学性评价启动时间差异值,优化启动元件监测性能是非常重要的。
4 结语
通过本文对基于小波原理继电保护启动元件的性能监测方法的探究分析,可知小波原理如何在继电保护系统中获得了充分的发挥,保障整个装置的可靠运行,通过对启动元件实际启动时刻与故障时刻的比较,以此对元件门槛值及系统灵敏性进行科学性评估,争取实现系统装置的最大化价值。
参考文献:
[1]胡昌斌,熊小伏,王胜涛.一种继电保护启动元件的在线评估方法[J].电工电气,2010(11).
[2]文超.基于故障录波数据的继电保护分析系统[J].湖南大学学报,2012(17).
【关键词】6kV供电系统;继电保护;设置与检验
0.引言
对于煤矿企业来说,供电系统继电保护起着举足轻重的作用,它关乎着煤矿的安全生产。所以,我们必须要从煤矿企业供电系统继电保护的现实需求出发,合理的进行配置和管理,才能够保证煤矿运营安全。
1.继电保护装置的正确配备
在对煤矿企业进行安装继电保护时,首先要熟知该煤矿供电系统的运行特点再进行配备。6kV供电系统所规定的是小接地电流。所以保护装置只需安装单相接地漏电保护和相间短路保护两个。此外针对于井下供电系统来说,由于其作业条件的特殊性,对于低压供电系统来说,也要按照简单方便、安全的原则安装继电保护。
1.1煤矿6kV地面供电系统的继电保护
(1)电源线:过电流保护。
(2)馈出线路:①电流迅速断电保护;②过电流保护;③选择性检测漏电保护。
(3)电力电容器
①在电力电容器与断路器之间需要安装电流迅速断电保护装置。
②针对电力电容器内部发生的故障,以往主要是给每组或每台电容器安装熔断器进行保护,但发现这样保护存在一定的缺陷,现在更多是采用横差或者差流式保护装置。
(4)母线:①电流迅速断电保护;②带有时间限制的过电流保护。
(5)配电变压器
①在180kVA以下一次侧,主要是借助熔断器来做短路的保护,二次侧需要安装自动开关来调整单相短路的保护。
②在180~320kVA之间,一次侧仍旧是借助熔断器进行短路保护,二次侧则利用零序过电流来做单相短路的保护。
③在400kVA以上,一次侧需要利用过电流和电流迅速断电装置进行保护;二次侧借助零序过电流来保护。
④1000kVA以上,直接安装瓦斯来保护。
1.2井下供电系统的继电保护
(1)高压馈出线:①失压保护;②若利用GL型断电器,可借助电流迅速断电进行保护,过电流保护。若利用瞬时动作脱扣器时,只需要过电流保护;③漏电保护。
(2)低压馈出线:①过电流保护;②检查漏电保护。
2.合理确定整定方案的计算
在供电系统继电保护中,整定方案的计算主要包括两部分。一是系统短路电流,二是保护定值。计算主要是根据整个电网系统和煤矿供电系统的实际运行情况,确保继电保护的运行符合快速、灵活、安全、可靠的基本要求,再详细分析所有数据后方可确定,在确定整定方案时要主要以下几个问题:
2.1运行方式
为了确保煤矿能够安全进行供电,通常情况下,变电所中电源线的运行方式为分列运行,母线实行分段运行,但要时刻注意回路发生故障时的负荷分配问题。所以,两回路电源线的变电所,对每一回路都要根据变电所的总体电荷计算继电保护。三回路电源线的变电所若有一回路发生故障时,其它两回路电源线负荷会发生不均衡分配,则每一回路的继电保护可根据该变电所的总体负荷电流的60%来计算。
2.2继电保护的配合
2.2.1时限的配合
(1)时限级差可根据继电保护器的类型进行选取。在工作中往往会出现在这样的现象:变电所与电源的距离较远,中间接入很多级开关;电力主管部门不允许增多继电保护的时限。为了更好的处理这里问题,在跳闸但不延长停电时间的限制下,计算时进行适当的合并,减少部分级数,这样做的后果是整个线路的某一段损失掉,但是对于整个系统来说仍旧有选择性。这种办法经过现场证明是合理的。
(2)在以前的供电系统中,继电保护一般都是用电磁式的时间继电器,能够调整的时间范围较小,后来采用SSJ高精度的时间继电器,这种继电器是使用上、下两级时间限制来配合进行,使得级差能够控制在合理的范围内。
2.2.2动作电流的配合
Kp=(IdzI/IdzII)≥1.1 ①
式子中Kp代表配合系数
IdzI代表上级保护动作电流(A)
IdzII代表下级保护动作电流(A)
在确保用电设备运行正常的基础上,尽可能地降低保护的动作电流值,来增强上下级之间保护的选择性。
2.3公式在实际中的运用
以6kV供电系统继电保护的整定计算来说明。
过电流保护的动作是:
Idz=Kk·KjcIjm/Kf·nc ②
式子中Kk代表可靠系数 Dz型继电器取1.2,GL型继电器取1.4。
Kjc代表接线系数若继电器接入为1时,接地相差是:
Kf代表返回系数,取0.85
Nc代表互感器变化
II代表保护线最大尖峰时的工作电流。
采用上述公式进行计算,会有如下问题:在设定的范围里选择可靠系数,但是无法避开启动电流;如果总体负荷不大,当个大容量机器会出现这些情况,因此可采用:
(1)根据满足设备的启动条件进行工作电流的计算。②式子中Igm可以用启动设备的启动电流加上其他设备的电流一起带入Kk。
(2)根据满足条件的自启动条件对动作电流进行计算。②式子中Igm代入线路最大工作的电流,在Kk=3的的区域内选择更小的可靠系数。
(3)在(1)和(2)的计算中,取较大值作为过电流保护的整定值,来校验灵敏系数。
3.继电保护的检验
(1)虽然继电保护装置在出厂时候已经检验过,但是由于包装不好或者运输途中发生振动都有可能导致元件发生损坏,因此,对于新安装的继电保护装置要严格进行检验。
(2)正在工作中的继电保护由于运行状态的变化和环境的影响,也应该定期检验。根据规定,通常一年要检修一次。按照现行继电保护的工作情况,适当增加重要部位的检验次数。
(3)对那些大型不防爆防潮的设备来说,如井下的中央变电所要先制定好安全措施再进行继电保护的检验,工作面变电所的防爆开关的全部项目进行检验时要尽量在地面进行,对于单项进行检验时要确保有安全措施后再在井下进行。
4.结语
6kV供电系统的继电保护应该划分权限,安排管理人员,分级进行管理,并将日常的管理和定期检修结合起来,切实保证煤矿的安全供电。
【参考文献】
关键词:发电厂;继电保护;相关专业
中图分类号:TM77 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)20-0083-02
发电厂主要涉及到锅炉、汽机、热控、电气等几大专业,发电厂继电保护专业与汽机和热工专业有着直接联系。随着电力工业的快速发展,电力安全稳定运行成为对电力工程建设的关键目的,对继电保护专业有着更高要求,而继电保护与相关专业之间的联系成为发电厂生产运行的重要保证。本文主要讨论发电厂继电保护及相关专业的接口问题,以此提高发电厂生产运行的安全性和稳定性。
1 发电厂继电保护与热工专业的接口问题及解决措施
①并网断路器位置接点。并网断路器位置接点可有效判断断路器与热工DEH调速系统的并网,DEH调速系统会使初始负荷指令进行增加,在并网时,使发电机可以向电网发送有功负荷,并会按照自动发电控制,对有功负荷进行相应增加和删减。首先存在着“三取二”问题,热工部分对跳闸进行保护及判断回路时,通常是按照“三取二”原则,只要是参加到保护跳闸及负荷变化时,就需要选用压力、流量开关及断路器位置3对接点。为了防止出现误动现象,需要保证3对接点接通2对。但并网开关辅助接点数量受到限制,禁止使用重动后接点,这时断路器无法满足3对接点要求。因此,在解决接点数量不够时,可以将U、V、W三相分别送出1对接点,并选取DEH的3个开入点,进行有效连接,这时可有效满足DEH逻辑要求。同时发电厂在订货时,要告知厂家将断路器提供尽量多的辅助接点,在串联3组接点后,分别将3相送到DEH调速系统。其次是缺乏正确的并网接点。并网断路器的隔离倒闸在合入后,才可以实现发电机并网。这时通常是采取并网断路器辅助接点,但发电机运动中需要将其回路断开,否则会出现汽机超载现象。因此,可以串联断路器接点和隔离倒闸接点,并将其送到DEH调速系统。
②发变组保护动作发关汽门命令存在的问题。关主汽门是接至热工的汽机保护系统,系统在收到命令后,会进行汽门停机和锅炉灭火。在配置发电组保护装置时,将电气量保护采取双重化,采取超过2面的保护屏,保证功能和出口处于独立状态。当不是电气量保护设计时可以选择一面保护屏,而3面保护屏会分别接入汽机保护系统的3个开入点,将发变组保护动作关主汽门进行接收。但3面保护屏功能不相同,当两套电气量保护的定值和时间存在着一定差异,当发变组一次设备出现异常情况时,并且故障在保护定值临界点范围内,会导致定值灵敏保护装置先进行动作,将故障排除后,另一套保护装置出口不会动作,而且非电量保护装置也不会发生动作。其次在运行过程进行检修工作时,一套电气量保护装置需退出运行,当发变组一次设备出现异常情况时,非电量保护装置无法进行动作,而一套电气量保护装置会出现错误动作。最后变压器内部在出现铁心烧伤、油面降低等问题时,会导致电气量保护装置不会进行动作。解决措施:首先3套发变组保护屏需应对3对关主汽门接点,在汽机保护系统需要具备相应数量的开入点,而采取“三取二”原则,确保保护装置的可靠性和安全性。当发变组保护装置没有具备充足的出口接点,而且汽机保护系统无法提供开入点时,这时可以采取“一取一”原则。
③发电机断水保护。通常需要采用热工和电气保护共同将发电机断水保护动作进行完成。热工顺控系统采取“三取二”原则,根据定子冷却水系统出水口的差压变送器进行取样,然后将差压信号进行转换,使其成为流量信号,然后进行计算。当流量信号满足时,表明定子冷水系统可正常工作。当两路或3路流量信号未满足定值时,表明定子冷却水系统出现断水,这时发变组非电量保护屏会接收到断水动作,一般为了避免出现错误保护动作,需向后延长30 s将动作停止。热工顺控系统通常对切泵时流量波动及干扰信号导致的错误动作都会进行全面考虑,然后再进行计算。因此,保护动作在启动时,会延长30 s,而保护屏也会延长30 s,而保护动作就会延长1 min,这时在发生断水故障时,无法进行及时跳闸动作,会损害发电机一次设备。在处理时需要对热工顺控系统定子断水保护动作时间进行设定,制定科学的时间定值。
2 发电厂继电保护与汽机专业接口问题及处理措施
①主汽门关闭接点。当机组在正常停机时,主要是由发电机程序跳闸逆功率对其进行保护。因此,工作人员要将剩余功率送出后,为了保证额定转速可以长期维持,发电机会在系统吸收有功功率,当主汽门关闭后,程序跳闸逆功率达到定值后,通过一定延时工作后,所有动作将停止。我国部分发电厂未设置行程开关,主要是使用热工系统,当关闭主汽门后,对关闭状态送入程序跳闸逆功率中,并进行有效保护。另外为了保护程序跳闸逆功率,可以使用汽机保护系统,将关主汽门接点送入。这时可以将程序跳闸逆功率进行启动,并能够有效节省成本。但是在实现逻辑时,会将计算和通道的固有时间进行延长,而保护动作时间也不断延长。另外,当热工卡件和通道在出现故障时,主汽门状态就无法全面而正确的反映。并且在使用热工汽机保护系统时,主汽门是否关闭或者关严都无法进行有效判断。
②热工保护动作。汽机保护动作在出现联跳时,发变组保护会全部停止。其保护动作是通过热工汽机保护动作送到发变组非电量保护屏,当保护动作在正常停机时,关闭主汽门后,保护动作会全部停止,程序跳闸逆功率未发生动作。主要是由于热工汽机保护逻辑中,将保护动作进行启动,然后将保护非电量保护进行启动,而热工保护出口就会运行,使程序跳闸逆功率在运行保护动作时会慢于热工保护。这时系统在正常运行时,可以采用热工保护动作,当对保护系统进行调度时,将关主汽门进行停机,采用程序跳闸逆功率进行保护,保证热工保护动作停止。另外,不退出热工保护动作时,进行正常停机,需要降低有功负荷,然后在将主汽门进行关闭,不采用程序跳闸逆功率进行保护。
3 结 语
发电厂主要涉及锅炉、汽机、热控、电气等几大专业,发电厂继电保护专业与汽机和热工专业有着直接联系。随着电力需求越来越高,电力系统安全稳定系统成为电力工程建设的主要目的,而继电保护与相关专业之间的联系成为发电厂生产运行的重要保证。因此,必须对继电保护与相关专业的接口问题进行有效探讨,并提出相应的解决措施,以此保证电力系统安全稳定运行。
参考文献:
[1] 刘苗,张燕滨,赵子昂.发电厂继电保护与相关专业接口问题的探讨[J].华北电力技术,2010,(2).
关键词:电网继电保护;综合自动化系统;研究
中图分类号:U665.12 文献标识码:A 文章编号:
一、 概述
随着微机继电保护装置的广泛应用和变电站综合自动化水平的不断提高,各种智能设备采集的模拟量、开关量、一次设备状态量大大增加,运行人员可以从中获取更多的一、二次设备的实时信息。。近几年,计算机和网络技术的飞速发展,使综合利用整个电网的一、二次设备信息成为可能。电网继电保护综合自动化系统就是综合利用整个电网智能设备所采集的信息,自动对信息进行计算分析,并调整继电保护的工作状态,以确保电网运行安全可靠的自动化系统,它可以实现以下主要功能。
1.实现继电保护装置对系统运行状态的自适应。
2.实现对各种复杂故障的准确故障定位。
3.完成事故分析及事故恢复的继电保护辅助决策。
4.实现继电保护装置的状态检修。
5.对线路纵联保护退出引起的系统稳定问题进行分析,并提供解决方案。
6.对系统中运行的继电保护装置进行可靠性分析。
7.自动完成线路参数修正。
二、系统构成
为了电网继电保护综合自动化系统更好的利用信息资源,应建立客户/服务器体系的系统结构,按此结构将系统分解成几个部分,由客户机和服务器协作来实现上述七种主要功能。这样就可以实现最佳的资源分配及利用,减少网络的通信负担,提高系统运行的总体性能。
客户机设在变电站,主要实现以下功能:
1.管理与保护及故障录波器的接口,实现对不同厂家的保护及故障录波器的数据采集及转换功能。
2.管理与监控系统主站的接口,查询现场值班人员投退保护的操作。
3.管理与远动主站的接口,将装置异常、保护投退及其它关键信息通过远动主站实时上送调度端。
4.执行数据处理、筛选、分析功能。实现对保护采集数据正确性的初步分析,筛选出关键信息。
5.管理及修改保护定值。
6.向服务器发出应用请求,并接收服务器反馈信息。
7.主动或按服务器要求传送事故报告,执行服务器对指定保护和故障录波器的查询。
三、功能分析
1.实现继电保护装置对系统运行状态的自适应。
为使预先整定的保护定值适应所有可能出现的运行方式的变化,必然出现以下问题:
A. 缩短了保护范围,延长了保护动作延时。
B. 被迫退出某些受运行方式变化影响较大的保护。如四段式的零序电流保护仅能无配合的使用其最后两段。
C. 可能还存在由于运行方式考虑不周而出现失去配合。
目前,系统中运行的保护装置可分为三类:第一类为非微机型保护;第二类为具备多个定值区并可切换的微机保护,一般不具备远方改定值的功能;第三类为新型微机保护,具备远方改定值的功能。
为提高可靠性,保护定值的自适应可与调度系统的检修申请相结合。当电网继电保护综合自动化系统从调度管理系统获得计划检修工作申请后,即通过计算分析,事先安排定值的调整,并做相应的事故预想(如在检修基础上再发生故障时保护的配合关系计算),从而大大提高系统继电保护装置的效能和安全水平。
2.实现对各种复杂故障的准确故障定位。
我们知道,得到的系统故障信息愈多,则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确,因此,通过电网继电保护综合自动化系统,可以彻底解决这个问题。调度端数据库中,已经储备了所有一次设备参数、线路平行距离、互感情况等信息,通过共享EMS系统的数据,可以获得故障前系统一次设备的运行状态。故障发生后,线路两端变电站的客户机可以从保护和故障录波器搜集故障报告,上送到服务器。调度端服务器将以上信息综合利用,通过比较简单的故障计算,就可确定故障性质并实现准确的故障定位。
3.完成事故分析及事故恢复的继电保护辅助决策。
系统发生事故后,往往有可能伴随着其它保护的误动作。传统的事故分析由人完成,受经验和水平的影响,易出现偏差。由于电网继电保护综合自动化系统搜集了故障前后系统一次设备的运行状态和变电站保护和故录的故障报告,可以综合线路两端保护动作信息及同一端的其它保护动作信息进行模糊分析,并依靠保护和故录的采样数据精确计算,从而能够迅速准确的做出判断,实现事故恢复的继电保护辅助决策。
4.实现继电保护装置的状态检修。
根据以往的统计分析数据,设计存在缺陷、二次回路维护不良、厂家制造质量不良往往是继电保护装置误动作的主要原因。由于微机型继电保护装置具有自检及存储故障报告的能力,因此,可以通过电网继电保护综合自动化系统实现继电保护装置的状态检修。具体做法如下:
A. 依靠微机保护的自检功能,可以发现保护装置内部的硬件异常。
B. 保护的开入量一般有开关辅助节点、通讯设备收信、合闸加速、启动重合闸、其他保护动作等几种,这些开入量对保护的可靠运行起关键作用。变电站的客户机可以监视保护装置的开关量变位报告。当发现保护的开入量发生变位时,可以通过查询变电站一次系统状态以及其他保护和录波器的动作信息确定变位的正确性。这样,就可以及早发现问题,预防一部分由设计缺陷或二次回路维护不良引起的误动作。
C. 为防止由于PT、CT两点接地、保护装置交流输入回路异常、采样回路异常等引起保护误动作,可以由变电站的客户机将保护启动以后的报告进行分析,首先可以判断取自同一CT的两套保护采样值是否一致,其次,可以判断本站不同PT对同一故障的采样值是否一致。另外,还可以将从保护故障报告中筛选出的故障电流基波稳态值及相位等信息上传到调度端,与线路对侧的数据进行比较,以发现PT两点接地等问题。
通过以上措施,可以加强状态检修,相应延长定期检修周期,使保护装置工作在最佳状态。同时,还可以提高维护管理水平,减轻继电保护工作人员的劳动强度,减少因为人员工作疏漏引起的误动作。
5.对线路纵联保护退出引起的系统稳定问题进行分析,并提供解决方案。
随着电网的发展,系统稳定问题日益突出。故障能否快速切除成为系统保持稳定的首要条件,这就对线路纵联保护的投入提出较高要求。但是,在目前情况下,由于通道或其它因素的影响,导致线路双套纵联保护退出时,只能断开线路以保证系统稳定和后备保护的配合。借助电网继电保护综合自动化系统,我们可以完成以下工作。
A. 根据系统当前运行状态校验保护的配合关系。
B. 根据线路两侧定值确定不同点故障保护的切除时间。
C. 根据系统当前的运行方式、输送潮流、系统及机组的参数,结合故障切除时间,判断线路不同点故障时系统能否保持稳定。
这样,我们就可以大大减轻纵联保护的退出给系统一次设备的运行带来的影响,并提供纵联保护的退出的整体解决方案。
四、结束语
通过以上分析,我们可以看到电网继电保护综合自动化系统的实现,将给电网继电保护工作带来一次质的飞跃,它将能大大加强继电保护的效能和可靠性,对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。希望今后科研、运行、设计人员加强对综合利用整个电网的一、二次设备信息的研究,争取尽快将此类系统投入电网运行。
关键词: 高压电机;继电保护;差动保护;速断保护
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2012)0920109—02
1 高压电机继电保护的重要性
工业上常用的大量的高压异步电动机,这些电动机在运行中可能发生很多的故障,如不及时处理,有可能导致电机烧毁甚至更大的损失,因此继电保护装置一直是高压电机的重要部件。本文将目前常用的几种常见的继电保护方式做了归纳与整理。
2 高压电机继电保护的配置
2.1 相间短路
1)对于P≤2000KW的电动机内部绕组以及引出线上的相间短路,应装设电流速断保护;
2)对于P≥2000KW的高压电动机,应该装设纵差保护;所有保护动作于跳闸。
2.2 易发生过负荷的电动机
装设过负荷保护,并根据过负荷的性质决定动作于信号还是动作于跳闸。
2.3 单相接地故障
1)当单相接地电流大于5A时,装设单相接地保护;
2)当单相接地电流小于5A时,装设绝缘监测装置;
3)当单相接地电流大于10A时,动作于跳闸;
4)当单相接地电流小于10A时,动作于跳闸或者信号。
2.4 低电压保护
对于次要的高压电动机或者不允许自起动的电动机,装设低电压保护。
3 高压电机常见的五种继电保护方式
3.1 高压电机的速断保护
1)电动机的速断保护装置应配置于电动机定子绕组的相间短路时,一般用于2000kw以下的高压电机。保护的范围应当包括开关和电动机的电缆在内。
2)保护的整定原则,应当躲过全压启动时,电动机的最大启动电流整定,即其中,Iset为保护装置的一次动作电流;Ik.set为继电器的动作电流;INM为电动机的额定电流;Is.max为电动机的最大启动电流,一般为额定电流的7—10倍;Krel为可靠系数,采用GL型继电器时,取值1.8~2.0,如果采用DL型继电器,则取值1.4~1.6;Kc为接线系数,采用两相不完全星型接线时,取值1,采用两相接线时取值 ;Ks为电动机启动电流倍数;nTA为电流互感器变化。
3.2 高压电机的差动保护
由于电流速断保护灵敏度低,对电机内部故障区分度小,所以对于容量在2000kw以上的电机或容量小于2000kw但具有6个引出线端子的有重要作用的电动机应运用纵联差动保护。对容量在5000kw以下的电机差动保护可采用两相式接线,DL继电器;而电机容量在5000kw以上时,采用三相式接线。保护装置作用于跳闸。其动作电流整定要求按躲过电动机的额定电流整定,因为要考虑二次回路断线时不会引起误动作。传统的差动保护主要采用电磁型差动保护器,由于精度差,灵敏度低,现在多采用新式的微机型电机差动保护装置,较之传统保护器具有精度高,功能全的特点。
3.3 高压电机的过负荷保护
1)长时间过负荷运行会使电机温度超过许可值,造成绝缘层老化甚至引起事故。因此对有可能发生过负荷的电机,应根据电机的重要程度和有可能发生过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷一般情况下都是对称的,因此可以只装一相。应该注意的是,在不停机不能去除过负荷的情况下,或在无人值班的电动机上,过负荷保护应作用于跳闸;对不停机可以消除过负荷的电机则可作用于信号或减负荷。现在广泛使用的GL型继电器是使用一个反时限电流继电器即作相间短路又做过负荷保护,其瞬时速断特性作为电机的电流速断,反时限特性则作为过负荷保护[1]。
2)过负荷装置的动作电流应该按照躲过电动机的最大启动电流来整定[2],即其中,Iset为保护装置的动作电流;IK.set为继电器的动作电流;IN.M为电动机的额定电流;Krel为可靠系数,当保护装置动作与信号时,取值1.05~1.1,动作于跳闸、自动减负载时,取值1.2~1.25;Kre为返回系数,一般对DL型继电器取值0.85—0.9,GL型取值0.8;Kc为接线系数,当两相不完全星型接线时取值1;两相电流差接时取值 ;nTa为电流互感器变化。对于GL型继电器,应先整定过负荷保护,在整定速断保护。
3)过负荷保护的时限,要大于电机带负荷起动的时间,一般电机为:tset=(1.1~1.2)ts。其中,tset是保护装置的动作时间,ts为电动机的实际起动时间,大多取值15~20秒。
3.4 高压电机的低电压保护
1)装备低电压保护的原则。当电源电压降低时或中断后又恢复时,为使重要电动机可以自起动,应该在其它相对不重要的电机上装设0.5s时限的低压保护,把其从电网中切除;根据客观条件和工艺要求,对电源电压长期较低或中断后不准许自起动的电动机,则应采用带9~10s时限的低电压保护,要求可以把其从电网中切除;对重要且要求自起动的电动机不应装设。
2)装备低电压保护的要求。
① 能反应对称或不对称的电压下降。因为在不对称短路时,电动机也可能被制动,而当电压恢复时,也会自起动。
② 当电压互感器一次侧或两次侧发生各种断线时,保护装置不应误动作,并要发出断路信号。但此时如果母线确实失压或电压下降到整定值,保护装置仍要求能正确动作。
③ 当电压互感器一次隔离开关或隔离触头因误动作被断开时,保护装置不应误动作,并发出信号。
④ 不同动作时间的低电压元件的动作电压应分别整定[3]。当电压降低到额定电压的60%~70%时,应该先以0.5s延时切除不重要的电动机,而当电压继续降到额定电压的40%~50%,要求低电压保护经10s延时,切断不允许长时间失电后再自起动的重要电动机。
3)动作电压及动作时间的整定计算。
① 动作电压的整定。对不允许自启动的异步高压电动机,其公式为:
对需要自启动的电动机,其公式为:
其中,Uset为继电器的动作电压,UN.L为电网的额定电压,nTV——电压互感器变比。
② 对动作时间的整定原则。对不需要自启动的电动机,如果上一级变电所的送出线带有电抗器,在电抗器后发生短路时,因其母线电压降低较小,所以一般比本级变电所其余的送出线短路保护要大一个时限级阶差;如果上级变电所的送出线没有电抗器,则一般比上级变电所送出线短路保护大一个时限级阶差,大多取值0.5—1.5s。当然具体取值也要根据实际要求确定。
3.5 高压电机的单相接地保护
目前高压电动机的供电线路,多为小接地电流网络,在发生单相接地时,一般仅有接地电容电流流过故障点,一般危害较小。只有当单相接地电流大于5A时,方考虑设置选择性接地保护装置,一般单相接地电流小于10A时,保护装置动作于信号,当电流大于10A时,保护装置作用于电闸,以切断电源。接地保护装置根据零序电流保护装置原理构成,保护的动作电流应当按照大于电动机的电容电流整定。
4 结语
此外,常用的还有堵转保护、电机绕组及轴承温度保护、轴瓦油压保护以及同步电动机的失步保护、失磁保护非同步冲击保护等方式。近年来,随着技术的进步,微机技术越来越多的在电力领域得到运用,在继电保护方面也有了很多新的突破,如过去没有的定子绕组一相匝间短路保护装置,现在也可在微机保护中通过负序电流来发现此种故障,很多传统的保护方式在灵敏度、精确度及安全性上也都有了提升。
参考文献:
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关键词:智能化变电站;继电保护配置;运行维护
中图分类号:F40 文献标识码:A
随着电力技术的发展,智能电网技术以及智能电气设备进一步发展和运用,数字化智能变电站已经逐渐成为变电站发展的趋势。继电保护设备是智能变电站的重要组成部分,为了增强智能变电站的可靠性和速动性,需要对变电站内部智能电子设备,尤其是继保系统的信息描述方法、访问方法、通信网络等进行统一规范。下面本文就对智能化变电站的继电保护装置进行探讨。
1 智能变电站的继电保护配置机构
数字化变电站的是在自动化一次设备基础上加上网络化二次设备,以IEC61850通信规范为前提,实现信息的共享和交互性,并具有继电保护和数据管理等功能的现代化变电站。智能变电站可以分为三个层次,即现场间断层装置、中间网络通信层、后台的操作层。
(1)过程层。过程层包括合并单元、智能终端和接口设备,其核心设备是交换机。过程层对继电的保护主要通过快速跳闸装置。首先,对电力运行的电气量进行实时监控,比如电流、电压幅值、相位、谐波分量等,并通过交换机以网络交互式传递信息。其次,检测运行设备的状态参数,检测变压器、隔离开关、断路器等设备的工作状态等。最后,执行和驱动操作控制,比如直流电源充放电的控制。
(2)间隔层。间隔层承担着对设备进行保护和控制的作用,对间隔层数据的实时采集以及控制命令发出的优先级别等,开展操作同期以及其他控制功能,承担承上启下的通信功能。
(3)控制层。控制层的主要设备是主机、运动装置、规约转换器等。主要功能是,对全站数据信息的实时汇总,对数据库的刷新,并把收集到的信息传送到监控中心接受指令,向间隔层和过程层传递指令。另外,可以根据不同运行方式,预先结合离线定制整定算法,确定几套定值整定方案,确定系统运行中发生状况时,保护相应切换到预先设定好的一套定值区。
智能变电站按照对象进行保护装置的配置,如主变保护、线路保护、母线保护等,和采用常规互感器时一样,只不过将原来保护装置的交流量输入插件更换为数据采集光纤接口,用以太网统一传输GOOSE以及采样值。
2 智能变电站的运行情况和继电保护配置
2.1 智能变电站的运行情况
(1)智能变电站中的供电系统的正常运行主要是指系统中的线路及其设备均在理想的状态下运行所反应出的各项活动都属于正常范畴内。
(2)供电系统的故障运行是指某些设备或线路出现了损坏而陷入无法工作的状态,并且妨碍了系统的安全运行,而且有可能是事态变得更为严重。
(3)供电系统的异常运行是指系统虽然系统已经不能按照正常方式运行,但是不会引起系统出故障。如果智能变电站中的供电系统存在异常运行的状况时,则继电保护装置能够准确的发出相关的信号,并在故障发生前做好对异常运行的设备进行妥善处理。由此可见,通过对事故范围的缩小以及对事故发生的及时预报,实现系统中继电保护装置的作用,因此在智能变电站电力系统中继电保护装置是保证电力系统运行安全可靠的最重要的装置。综上所述,在智能变电站中供电系统能否安全可靠运行主要在于继电保护装置配置的合理性。
2.2 智能变电站继电保护配置
在智能变电站的发展进化中,继电保护从之前的模拟式保护发展到了现今的数字式保护模式。智能变电站中智能化一次设备以及网络化二次设备,使各个电气设备能够达到信息共享和交互性操作。其中分层配置中的继电保护,其变压器保护以及线路保护等均在过程层中,因此就可以对MU智能操作的数据信息以及采样进行直接获取,不用再通过过程层中的交换机。间隔层中的为多间隔母线保护配置,其数据信息的获得需要通过过程层的交换机。智能变电站的站域保护管理单元,在后台控制层。如图1所示。
站域保护管理单元监控计算机间隔层交换机间隔层数据采集系统母线保护过程层交换机监控装置线路和变压器保护合并单元MU智能操作箱后台控制层间断层过程层。
(1)在分层配置方案里,主设备的保护,例如线路保护、变压器保护等,不需要一览间隔信息,就可以和MU智能操作箱直接对信息进行交流,并且网络信息瘫痪,也不会对其产生影响,其可以进行脱机交换。那么在智能变电站中对其保护性能进行了实现,对传统继电保护中人们对网络安全的担心进行了消除。
(2)在这一方案中,在其后台控制中对集中控制以及决策进行了实行,那么变电站中的线路负荷保护、电源备自投以及线路重合闸等设备也均可以统一进行监控以及保护。这些装置可以通过后备保护进行整体的配合,使原来分散到变压器、母线、线路等得保护的重复装置进行整合得以简化,提高了变电站运行的效率。很好解决传统中对设备保护动作时间过长、故障切除范围较大的问题。
(3)自适应去调整保护定值和保护范围,避免变电站直流系统接地引发继电保护错误跳闸。传统中保护定值由运行人员切换定区域,智能边站可以根据实际运行情况调整保护定值,也可以由人工来进行定值调整,实际运行情况的考虑涉及到线路保护,旁路运行方式等。站内继电保护的测试涉及到光纤以太网性能测试,跨间隔数据同步测试等。由于继电保护装置的介质是光纤,采用的是光数字电压和电流信号的输入方式,所以跨间隔数据同步性测试十分必要。
3 智能变电站继电保护的问题
(1)智能变电站中的主要保护是电流速断保护,电流速断保护是在最大运行方式情况下利用系统线路的末端三相短路电流来进行整理规定的,但是由于其灵敏度大于1.2,因此要把动作电流值取得较小一点,特殊情况下比如是在线路较长,配电变压器较多时,即系统阻抗能力比较大的时候,动作点就要取更小的数值。如果在整定时不考虑给电流速断保护带来的影响,那么配电变压器投入时所产生的励磁涌流的起始值就会元超过无时限速断保护定值,进而造成系统故障后恢复送电时发生开关合上或运行过程中频繁跳闸的情况。
(2)随着电力系统的不断发展,其规模的在不断的扩大,因此智能变电站电力系统中的短路电流也会随着发生变化,如果变电出口处或者是配电出口处发生短路,那么短路电流就会变大,甚至会达到普通额定电流的几百倍。在正常情况下,短路电流倍数越大,那么就会造成误差较大的电流互感器变比,进而就可能使灵敏度低的电流速断保护拒绝操作命令。
(3)二次回路问题,继电保护涉及到的二次回路数量较多、接线复杂,常常是故障频发环节。设备检验时,通常会注重检查设备本体,忽视对二次回路接线检查,所以运行中会出现二次回路接线故障。比如开口三角N与L、PT切换时失去了零序电压,造成回路不畅通等。
4 智能变电站继电保护配置实施的保护
4.1 电压限定延时的过电流保护
在电力系统中,由于外部短路问题很容易造成过电流和不正常运行而出现过负荷电流,其可能在数值上相差不大,但是当外部故障出现问题时,发电机过流保护应该出现跳闸的现象,如果是过负荷故障时, 则电力系统的保护装置的动作信号应动作。在电力系统继电保护系统中为了能够区别故障原因,则需要将过电流保护中加入低电压元件,这种保护系统主要是由低电压元件和过电流元件组成。
4.2 变压器保护配置
变压器保护装置主要采用分布式装置,实现差动保护功能的,变压器后备保护主要采用集中式配置方式实现保护,而对于非电量保护装置主要采用独立式安装方式,具体安装方式主要是通过电缆直接引入断路器跳闸,然后跳闸命令通过电缆线引入GOOSE和采样的网络上,其中2/3主接线变压器的配置方式如图2所示。
4.3 线路保护
在电力系统中的线路保护配置主要是以纵联差动作为主保护系统,后备保护装置主要是集中式保护装置中。对于单断路器方式的主接线以及线路保护装置通过主保护系统的对侧线路保护和光纤通信口保护装置通信,以能够达到实现纵联保护的作用(图3)。
4.4 复合电压过电流保护
在智能变电站系统中,复合电压过电流保护主要应用过流保护或者变压器保护灵敏度得达不到要求的变压器系统中,其原理接线图如如图4所示。
上述配置装置的工作原理为:如果变电站系统中出现不对称短路情况时,则会引起的相电流继电器动作,同时也会导致继电器动作,这时常闭触头断开,造成低电压继电器失压,常闭触头闭合,启动中间继电器。 如果想要使电流继电器通过常开触头进行启动时间继电器时,则需要通过整定延时将启动信号以及出口继电器使变压器两侧断路器断开。如果出出现短路的现象时,由于在短路瞬间将会出现短时负序电压,则就会造成电压继电器失去电压,如果负序电压消失后,则常闭触头闭合,所以能够将电压元件的灵敏度得到提高[9]。
结语
智能电网和智能变电站的发展,给继电保护发展既带来了机遇,也带来了挑战,在智能变电站继电保护中,充分利用智能变电站的新技术,将最新技术和最新技术引入到到继电保护系统中,并且重新审视继电保护的原理和配置,不仅能够保证继电保护不受系统的影响,并且还能够快速切除故障,解决后备保护容易受到系统运行的影响以及动作时间长等问题。随着科学技术的快速发展,我国电力企业的发展,智能变电站的投入应用,对智能继电保护系统进一步提高了,将使继电保护系统在智能变电站中发挥最大的作用。
参考文献
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关键词:开关电源;故障分析;改进措施
中图分类号: TL503.5 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2017)01-184-2
1 继电保护开关保护电源的相关概述
为了确保继电保护开关的可靠性,将继电保护开关的温度维持在零下20至零上70度较为合理,我们与普通的电源相比较,继电保护开关具有可靠性的特点[1]。
效率高、性能好。继电保护开关的运行状态影响了其高效性,继电保护开关电源在功耗很大,浪费了能源的同时,也增加了继电保护开关的温度。继电保护对负载和调整率要求较为严格。
体积小、重量轻。与以往的工频变压器不同,继电保护开关从电网获得的交流电压,使得继电保护开关电源进行整流和虑波,然后输入到高频的变压器中,获得不同的脉冲电压,减小了继电保护开关的体积、减轻了质量、降低了设备制造成本。
抗干扰性很好。通过试验证实,继电保护开关的抗干扰性很好,能够满足国家的有关规定,能够确保继电保护开关在干扰信号的影响下进行正常的工作。
安全可靠性高。由于电力系统故障的不确定性(如出现短路现象、过压现象、过流现象等),继电保护开关要具有自我保护的作用。
2 研究继电保护装置的必要性
继电保护装置的可靠性是保证继电保护装置正常工作的重要指标。继电保护装置在保证电力系统安全、稳定运行方面发挥了重要作用,国内外较大的电力事故的发生,都是由于继电保护装置发生故障而导致的。如2008年的法国巴黎大停电、2006年美国大停电事故以及2010年德国大停电事故、2007年国家电网公司的继电保护装置故障等[2]。继电保护系统故障所造成的危害是严重的,绝大多数电力事故是与继电保护装置操作不当有关的。从历年的事故来看,继电保护装置的重要性严重影响了电力的稳定运行。要确保继电保护开关的稳定性,确保电力系统稳定运行。因此,提高机电保护装置的安全性与可靠性离不开继电保护开关电源的正常工作。
3 继电保护隐蔽故障
许多继电保护研究资料表明[3],许多停电事故都是由于继电保护开关的隐蔽性故障所造成的。由于其具有隐蔽性的特点,如果系统出现故障时,将导致严重的后果。隐蔽故障的隐蔽性、不容易被发现的特点,决定了不能及时对故障的发生进行有效地防控。要加强继电保护装置的故障排查工作即日常维护工作,确保设备正常稳定运行,保证设备的安全性。在隐蔽性问题分析中,我们要强化对故障的数据采集工作,加大对设备的检测和维护工作,消除设备的安全隐患。
4 常见故障分析
电力系统设备在外力因素的影响下,将出现继电保护故障。而继电保护故障的初选,将引起电力系统中的事故,造成由于局部的电力事故导致大面积的电力安全事故。从继电保护故障的实例来看[4],在电压下降和电能降低后,能够导致较大的人员伤亡和设备的严重损坏事故。为了能够正确迅速地判断出事故发生地,防止大面积的停电事故,就需要对故障的原因进行快速地分析,故障的原因是可以从输入电压和输出电压来进行判断的。
输入电压端在产生故障后,继电保护开关将停止工作,而输出电压端不能自动断电,造成事故的发生。可以采用波形记录仪对电压进行检测,在继电保护试验仪控制输入电压中断的时间长短中,我们可以发现[5]:输入电源要回复正常工作大概需要0.1秒到0.2秒之间,而开关电源并未同时恢复正常工作状态;在输入电压停止工作0.25秒之后,输出端的电压却消失;而在输入电压端停止工作0.07秒以内,输入端的电压并未消失,并没有影响继电保护开关的正常工作状态。
4.1 电源波动引起的故障
从电源波动引起的故障来看,主要表现在:在电压进行输入和输出时,输入电压产生瞬时故障而恢复正常后,继电保护开关将停止工作,而在输出端,输出电压却能够正常显示,并不受其影响,并不能实现继电保护开关的自动断电,需要通过手动才能恢复继电保护开关的正常工作。从发生故障的主要原因来看,主要是由于继电保护开关的电源启动和输出电压出现电子逻辑错误而导致的。笔者在日常的工作中发现,可以利用继电保护试验仪对输入电压和输出电压的数值变化进行检测、控制和记录,以有效地实现对输入电压中断的时间控制。我们需要对继电保护开关的逻辑顺序进行更改,以保障继电保护开关的正常工作。从电源欠压保护中可以看出,输入电压快速通断将导致错误的动作,同时未对延时电路进行按时复位,导致误动作发生。在这样的情况下,维修人员要重视电压的数值变化,要确保同点状态下,欠压信号的及时有效处理。
4.2 启动电流过大引起的故障
笔者在日常的工作中发现,电网在启动或运行的过程中,瞬间输入电流若达到0.3A,其稳态电流将达到0.4A。而由于实际条件的限制,电源模块的供电电源输出电流仅为0.3A。所以,开关电源如果在瞬间处于过载的状态,将造成开关的损坏,系统将出现过载报警。在输电线路正常运行时,一方面需要开关具备一定的功率,另一方面也需要输出回路也要具备一定的功率。我们在实际的设计工作中,要充分考虑多方面的影响因素,防止电源在启动过程中出现的电压低、功率猛增的状况发生。当这样的现象发生时,能够导致开关电源启动瞬态电流激增、冲击供电电源,造成较大的供电事故。
5 改进措施
5.1 电源波动的改进措施
笔者在工作中发现,对于开关电源停止工作的情况,我们可以通过在继电保护开关电源上加设一个电压检测装置,同时在开关电源延时电容上加设一个电子开关设备,通过这种方法,可以有效地保护继电保护开关,电容上的电子开关可以处于闭合状态,保证延时电路的有效工作。
5.2 启动电流过大的改进措施
输电线路在启动过程中,开关电源的过载将引起电源安全事故,这种情况的发生直接的结果将导致电源功能遭到破坏而无法工作。笔者在工作中发现,适当增加输出电压数值,减少启动瞬时输入电流数值,确保保证开关电源的稳定性。通常情况下,开关电源的启动电压会提升到130-140V,有效保证了开关电源启动的稳定性,在开关电源通过的电流为0.5A,可以将电流能够减小到0.3V,有效地避免过载故障的发生。
6 继电保护诊断故障系统设计与实现
为了满足电力故障的实际需求,可以设计继电保护故障诊断系统,能够及时准确地对故障进行处理,减少由于故障产生的大面积停电事故所带来的影响。同时,故障系统还能够实时地进行故障诊断和故障判断。笔者在实际工作中,总结出继电保护诊断故障系统的作用主要有:故障系统的操作界面简洁、实用性强,能够实现人机交互,同时根据不同人具有的权限对设备进行管理,降低了越权行为发生概率,减少事故损失;系统能够实现实时数据采集,能够为事故的发生判断提供科学的依据。同时数据还具备自我检测能力,确保了数据的准确性和统一性;系统还具备良好的可扩展能力,可以根据管理者的实际需要进行模块扩展,提升了使用功能,能够帮助电力管理者从本地的电力工作实情进行电力管理,极大地提高了电力保护的能力,确保了电力的稳定运行。
7 总结
要能够根据开关中的电能的变化、输入和输出电压的数值变化来强化对继电保护开关的设计,考虑到设计中涉及的多方面因素 [6]。在对继电器开关保护电源进行设计时,主要涉及两点,即电源启动时出现的功率问题和电源启动时出现的电压变化问题。只有确定功率在正常的工作范围内,才能确保电力系统的安全稳定运行。
参 考 文 献
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关键词:继电保护;数字变电站;适应性;研究
中图分类号:TM77 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)29-0095-02
继电保护在数字化变电站中的应用非常普遍,然而继电保护系统测量精度比较差,而且安全性较低。常见的问题时动态范围相对较小,不仅难以有效满足变电站继电保护设备的适应性要求,而且对电力系统运行安全可靠性产生了严重的影响。基于此,应当对数字化变电站继电保护适应性加强分析,这具有一定的现实意义。在继电保护适应性方面,主要表现在以下几个方面。
1 电子互感器
1.1 不同类型的电子互感器存在的差异
对于电子互感器适应性而言,就目前数字变电站现状来讲,常用的能源方式有两种,一种是有源式互感器,另一种是无源式互感器。基于原理上的区别,还可将其分成光学原理式、线圈原理式两种类型的互感器。不同的类型,原理也存在较大的差异,如果不及时采取有效的措施,则会对互感器在数字化变电站上的混用产生影响,甚至造成数据差异。
第一,测量延时可能会出现一定的差异和区别。电流互感器的类型不同,其测量标准就会存在较大的差异。在实际应用过程中,测量数据时间误差屡见不鲜,即延时差异。实践中若想有效解决这一问题,确保各种类型的装置能够协调应用,在具体作业之前应当对各种设备进行严格测量。数据处理过程中,还需考虑延时补偿。
第二,量程差异问题。不同的电子互感器,量程不尽相同,在实际应用过程中,虽然有部分设备量程处于安全状态,但是一些设备超量程现象也并非鲜见。从实践来看,若测量数据超过规定量程,则测量数据的正确性就会比较差,为避免该种现象的发生,应当对设备的规格和型号进行统一规定,所选设备应当保证型号一致。
第三,采取有效的措施应对互感器数据异常问题。一般而言,采样数据畸形变化的成因主要有两种,一是互感器受外界因素影响,一是互感器硬件出现故障问题。基于此,若因电子互感器畸形变化而造成传输数据异常,则该过程中的保护设备就会对其进行及时的判断,有利于错误动作的防治。实践中若采样数据信息异常较大,则应对及时更新故障算法,以此来提升电子互感器的稳定性。
1.2 解决差异应注意的问题
为有效解决数据差异问题,还应当注意以下三方面的内容:
第一,电子互感器内传感器元件以及测量系统之间相互独立。实践中,可适用于测量和保护的采样值,包含了合并单元中发送的数据帧中,保护算法的应用,对引入的测量、保护数据进行分析,对采样数据加强监控。若数据中只有一个发生了畸形变化,则无需启动保护。
第二,就电子互感器而言,在其元件采集系统中,可将两路独立数据系统有效地利用好。通常情况下,上述两路系统在同一传输元件内合并,然后再向保护设施发送采集的数据结果。采用该种方式,保护设施即可在继电保护设备启动、动作逻辑判断等方面应用数据信息。此时,应对综合性地对比分析两路数据,对数据信息采集、监控。
第三,根据电流定律,在相同节点上,电流的流进与流出矢量之和是零。在过程层采样值组网过程中,保护设施可以利用过程层上的共享特点(数据共享),对互感器电流采集加强监控。
2 对保护动作的影响
较之于传统方式,过程层组网更能有效实现继电保护动作延时。对于继电保护而言,其动作时间短、制动面积小,这有利于稳定性的提高。在该种情况下,高压电网表现的非常的明显。就过程层而言,其组网方式继电保护动作时间延长的原因是保护设施采样、网络以及电子互感器处理等延时。
基于此,工作人员应当不断完善和健全继电保护算法、提高数据信息的有效处理率,并在此基础上不断对过程层网络设计进行优化,尽可能实现继电保护作业时间的减少,这有利于稳定性的提升。对于数字化保护动作出口而言,主要成因是电子式互感处理器、网络以及保护装置的延时应用是采样延时法对时间裕度进行设计,如图1所示,为常规性的保护以及数字化动作时间产生的影响因素。
根据上述因素,采取下述方式来实现保护出口时间的缩短:对电子式互感器工艺技术革新和改进,以此来有效减少整体延时处理;对保护算法定期改变,结合实际需要引进高新技术,使采样频率逐渐向互感器发送数据频率倍数转变,以此来缩短数据信息处理重新插值采样所需时间。对于数字化变电站而言,其计划过程中应当对过程层网络设计理念改善和创新,使过程层通信技术得到不同程度的强化。
2.1 针对电子式互感器数据异常的应对方案
对电子式互感器进行检测,应对适当增大力度,而且还应对对电子式互感器自身的稳定性设置由一定的要求,这有利于其稳定性的增强。电子式互感器内测量传感设施、数据采集等,彼此之间是互相独立的,合并单元数据发送过程中,在相同时间内带有测量、保护的采样值等方面的内容。
基于此,可使计算经带入测量数据以及保护数据信息的对比,以此来保护接收到的采样数据信息监控过程。值得一提的是,在此过程中若出现突变的仅为某数据,则不会启动保护。根据电子式互感器内的传感元件动作模式,以两路独立的信息数据采集部门完成采集任务,两路采集机构同时输出,方可在统一合并单元中适当的接入,以此来确保传送至保护设备的过程更加的顺利;然后保护设施将两组数据以差异性形式应用在启动以及动作判断过程中的计算上,以此来确保只有一组信息数据变化时,对动作出口不会造成影响,以免出现误动现象。
根据基尔霍夫研究的电流定律,相同节点的电流流入以及流出矢量和为零,过程层数据采样组网状态,使保护设施能够充分利用和分享过程层数据,从而采集其它电流,并利用一定的计算方法对其准确计算,以此来确保保护算法对互感器采集数据的有效监控。在此过程中,如果发现存在着一定的差异,则保护不会启动。
2.2 继电保护与互感器采样同步
对于数字化变电站而言,其采样数据处理的同步性,对系统所起的作用非常重要。在对数字化变电站采样数据进行处理设计过程中,可采用以下几种方案:
第一,变电站内的全部时钟应当保持一致。之所以要保持一致,主要原因在于变电站中设备外部时钟源可视为数据同步源,而且外部的时钟源又有包含同步卫星时钟信号。比如,北斗、GPS以及伽利略卫星等时钟信号,而且还可以采用铷钟或者铯钟等高精度、高科技电子钟,后者可以采用同步数字化光纤网络时间,这样可以有效提高钟源准确性。
第二,对互感器计算方式进行有效处理。对其建议利用合并单元格插值法进行计算,对其进行同步处理能够利用采样数据模式。对于保护设施,建议采用插值法进行计算,并且对所接受的相应数据进行同步处理。
第三,对互感器采集数据同步源采用保护设施。对于该保护设施,其有相关性互感器采样数据同步问题可以解决之。
2.3 继电保护和互感器采样的同步性分析
数据采样及其传输延时,可以有效增大受互感器以及网络设施、设备影响。对于不同品牌和类型的互感器而言,其应用过程中也对数据信息的传输差异产生一定的影响,严重时可能会出现采样延时问题。
基于此,应当对数字变电站采集的相关数据予以同步处理,这样可以消除因传输延时而造成的不利影响,从而实现了数据信息采集时间的精准辨别以及变电站间隔层、过程层信息数据的同步性。
在同步处理过程中,建议采用合并单元差值方法进行计算,并且采取互感数据、保护设施所采集的同步处理。此外,还可应用统一站内时钟法,统一设置外部时钟源,必然伽利略卫星、GPS等同步时钟信号;在此过程中,还可以采用铷钟等电子钟,利用其精度高的特点,对外部时钟源精确的以及可靠性予以提升,从而使其可以作为互感器采样信息数据处理的一种同步源。
2.4 继电保护模拟测试
继电保护动作的灵活性、快速性以及可靠性等,在保护测试过程中所起的作用非常重要,同时这也是保护测试的一个重要指标。目前变电站采用的互感器,间隔比较多,而且类型也比较多,这有效的增大了对继电保护适应性的要求和力度。
实践中,为了能够有效提升对系统过程层网络异常现象的适应性,在数字化保护设备中也产生了各种类型的闭锁机制,要求相关人员对闭锁机制合理保护测试,延长保护时间。我们应当结合变电站网络化、互感器实况,制定合理的动态模拟方案,并且通过测试,对变电站性能和功能进行严格审查,以确保其能够符合规划和设计标准,使其具有一定的可行性。在一定的电网环境条件下,该种测试也可测试保护应用效果。具体测试方法主要有模拟变电站典型系统以及组网模式、对不同的电器故障进行模拟测试、模拟测试通信网络以及变电站互感器潜在的异常和问题;或者在特定系统下,立足现有条件,模拟变电站系统等。
3 结 语
总而言之,基于科技水平的不断提高,尤其是一些专业的高精尖技术得以突破,数字化变电站继电保护适应性因此而有所改善提高,其在应用实践中也可以有效发挥效益。然而,相关技术和工艺得以改善和提高的同时,也存在着一些问题与不足。实践中,我们应当立足实际,从技术和工艺方面着手,有效的解决实践中存在的问题,充分发挥数字化变电站的作用,只有这样才能实现其经济和社会效益。
关键词:海洋平台;电气设计;继电保护
1 海洋平台电气设计继电保护配置的必要性
海洋平台的电力系统,由于自然界、人为、设备本身等因素,可能会引起系统短路故障,譬如海水侵蚀后,系统绝缘表面受损,再如设备绝缘部分老化引起设备缺陷等。而在出现短路故障后,对电气设备的运行和系统安全产生极大危害,因此我们有必要进行海洋平台电气设计继电保护配置。
1.1 设备的危害性。短路故障后,局部产生的电弧火花,可能烧坏电气设备,甚至产生爆炸。经分析,主要是短路故障发生热效应,而热量上升的幅度,与流经短路位置的电流成正比关系,因此短路时的电流量增加,设备的热量也会升高,即便设备一时间不会被烧坏,也可能因为热效应而造成导体绝缘保护材料的老化,另外短路时快速增加的电流,也会产生具有冲击作用的机械应力,使得导体变形破坏。
1.2 系统电压的影响。海洋平台的电气设备,需要在正常电压的状态下才能够发挥运行效果,而系统的短路故障,系统的阻抗能力降低,电压也会随着降到标准值以下,此时电气设备的运行将遭到破坏。譬如海洋平台所使用的负荷电动机,电磁转矩维持电动机的运转,但电压降低后,电磁转矩的转动速度会逐渐下降,因此系统故障导致电压快速下降,电磁转矩将无法继续维持电动机运转,甚至造成电动机的损坏。
1.3 其他的影响。一方面是系统的稳定性,如果短路故障长时间未能得以有效排除,距离故障点较近的并列运行发电机,会处于非正常的运行状态,另一方面是通讯系统的影响,主要原因是故障时电流不平衡,周围通信线路会受到不平衡磁通的干扰,而出现局部失灵现象。
从海洋平台短路故障造成的危害性可以看出,在平台电气设计中配置继电保护装置具有一定的必要性,通过继电保护的配置,能够降低对设备的危害性,并减少对系统电压、系统稳定性、通信系统等的影响。
2 海洋平台电气设计继电保护配置的方法
为减少海洋平台故障道路造成的危害性和负面影响,我们可以通过继电保护的配置,为平台电气系统正常运行,提供较高水平的保障。而海洋平台电气设计继电保护配置,要求在明确继电保护配置基本要求的基础上,分别从电力变压器、电动机、海缆、中压电动机几个方面,研讨继电保护配置的方法。
2.1 继电保护配置的基本要求
海洋平台电气设计,其系统安全运行,与继电保护装置的配置合理性与否息息相关,同时也是根除故障隐患的关键,因此继电保护的合理配置,必须满足以下几方面的基本要求:
2.1.1 可靠性要求。继电保护装置的作用发挥,体现在回路保护时的连接状态等方面,在质量保障方面,一方面需要提高装置元器件的质量水平,确保每个元器件都能够在高强度运转状态下保持较长的使用寿命,另一方面是便于装置的维护管理,即回路接线尽可能简单,这样在发现故障点时,就能够在短时间内找出故障隐患并予以快速排除。
2.1.2 选择性要求。继电保护装置发出执行保护命令后,可从电气系统中选择性切断故障元器件,并保证尚未出现故障元器件的正常工作,以便将故障范围尽可能控制在较小范围内,同时在切断故障元器件后,可临时装设保护装置,以后备保护故障元器件。继电保护装置选择性要求的实现,还需要正确配合每个相邻元件后备保护,尤其是在动作时间设置方面,上级元件必须比下级元件长。
2.1.3 灵敏性要求。继电保护装置的灵敏性,与灵敏系数、被保护范围内流过最小短路电流、装置启动电流等参数均有关系,这些参数在继电保护装置合理设置后,就能够以最快的速度为短路故障切除提供可靠依据,并做出断路器跳闸等保护动作。
2.2 继电保护配置整定
根据继电保护装置的基本要求,海洋平台电气设计的继电保护配置,应该分别对主发动机、变压器、海缆、中压电动机几个方面进行整定计算:
2.2.1 主发动机。首先是差动保护带比率制动,以便在启动电流后,保护装置不会出现误动作,同时通过整定最大的不平衡电流和最小的起动电流,根据斜率、动作时限、灵敏系数等,设置拐点对应的制动电流。其次是负序过流保护,按照躲开发电机长期允许的负序电流,设置负序过负荷警段和跳闸段,其依据为起动电流和灵敏系数校验。再次是过流保护,一方面是限时电流速断保护,另一方面是定时限过流保护,由动作时限、可靠系数、返回系数等参数进行整定。
2.2.2 变压器。变压器保护整定,是保证电气系统运行正常和持续供电的关键,一方面是变压器进线,主要包括差动保护、差动速断保护、定时限过流保护、负序过流保护几个方面,相关参数取自于拐点制动电流、可靠系数、返回系数、灵敏度校验等;另一方面是变压器出线,重点提供电流保护、负序过流保护、过电压保护、低压保护、零序过压保护,其中电流保护为重点,以母线流入为变压器正向,以基波分量的有效值为基础值,这样就能够减少故障对负荷的影响。
2.2.3 海缆。海缆的保护相对简单,是在确定差动起动电流、拐点制动电流之后,在动作区范围内,规避故障最大不平衡电流,同时根据非周期性分量影响系数和电流互感器同型系数等,设置启动电流,以便躲过二次回路断线,以此起到分相电流差动保护的效果。至于过流保护,目的是在海缆发生故障后能够准确快速地切断故障点,具体的做法是启动电流的整定,其中包括短路故障时最小短路电流、动作时限等计算参数。
2.2.4 中压电动机。首先是熔断器,具有电流速断和反时限过负荷,在确定反时限过流保护装置的起动电流和电动机的额定电流之后,整定计算负序电流气动执行器,以此提供电流速断保护的低定值。其次是综合保护,包括定时限过流保护、负序过流保护、热过负荷保护,在设置报警整定值、报警保护指令和跳闸保护指令之后,实现被保护对象的热时间常数。
2.2.5 其他装置。除了主发动机、变压器、海缆、中压电动机几个方面的继电保护配置,另外发电机过电压保护、发电机逆功率保护、发电机失磁保护、低频保护、过频保护、热过负荷保护、低阻抗保护、PT断线监测等,均为海洋平台电气设计继电保护配置的重点,要求根据海洋平台电气设计本身的具体需求,针对性配置继电保护,以此充分发挥继电保护的功能。
3 结束语
综上所述,海洋平台的电力系统,由于自然界、人为、设备本身等因素,可能会引起系统短路故障,在出现短路故障后,对电气设备的运行和系统安全产生极大危害,因此我们有必要进行海洋平台电气设计继电保护配置,因此我们需要通过继电保护的配置,为平台电气系统正常运行,提供较高水平的保障。文章的研究,基本明确了海洋平台电气设计继电保护配置的具体方法,但详细的配置细节,要求根据海洋平台电气设计的实际需求,以全方位满足继电保护装置可靠性、选择性、灵敏性等功能要求。
参考文献
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