过电流试验（精选八篇）
过电流试验 篇1
串联谐振型限流器是应用于超高压电网的限流装置[1,2,3]。晶闸管阀是限流器核心元件电容器组快速旁路主要装置。阀开通前要承受高电压,开通后有大电流冲击[4]。如何考察晶闸管阀耐受大电流能力是故障电流试验的关键问题。现有阀试验标准有静止无功补偿器(SVC)和高压直流输电(HVDC)阀试验标准,但目前尚无限流器试验标准和方法[4,5]。根据运行工况分析,限流器晶闸管阀开通和导通过程的电流强度比SVC和HVDC要大。国内外大功率电力电子试验室均不能满足其工况要求,迫切需研究晶闸管阀过电流试验等效机理和方法。
大功率电力电子组件由于自身的复杂性,等效试验方法与传统大功率试验(如开关合成试验)并不一样。过电流试验因验证晶闸管阀在大电流条件下的耐受能力,具有破坏性效果,而且试验装置不可能完全模拟真实的系统条件。等效试验机理的核心是采用替代实际系统的试验方法能够产生与实际条件同样的效果。文献[6,7,8,9]对电力电子组件试验的等效机理进行了探讨,提出了等效试验的宏观数学模型和一般等效试验方法。本文应用电力电子等效试验理论,分析晶闸管阀失效机理,建立过电流试验等效分析数学模型,设计等效试验。
1 晶闸管阀运行工况
文献[10,11]以华东电网为背景,研究了限流器主电路参数和快速旁路电路的拓扑结构,并计算了主元件的工作条件。通过大量仿真计算发现,故障点位置和保护策略影响晶闸管阀的运行工况。故障相角为0°时,故障出口处的故障电流最大。故障发生后,氧化锌压敏电阻(MOV)过电压保护动作,保护判据在5 ms内出口,晶闸管阀动作,40 ms后快速开关闭合。晶闸管阀所受应力如图1所示。
依据MOV特性曲线,晶闸管开通前承受52 kV的电压应力;开通瞬间电流陡度应力为120 A/μs,即100 μs区间达到12 kA。开通电流陡度应力由短路电流提供,而不是由电容器放电电流提供。当MOV退出保护区间后,流过晶闸管的电流是电容放电电流与短路电流的叠加。晶闸管电流在1 ms时段上升至62 kA,5 ms后上升至65 kA。电容器放电电流是衰减的振荡电流,在初始阶段有强烈的振荡部分。晶闸管电流在初始阶段也是不对称的。先开通的晶闸管流经的电流达到60 kA,后开通的晶闸管只有30 kA。当快速开关故障时,晶闸管需要承受短路电流到断路器断开为止。短路电流有效值为25 kA,作用时间为120 ms。
2 过电流试验等效机理
2.1 晶闸管阀失效机理
通过对晶闸管阀的应力分析可知,阀开通时受到巨大电流应力作用,阀导通过程也长时间受到电流应力作用。晶闸管阀由于正反并接,交替工作。阀失效可能发生在晶闸管阀开通和导通过程中。阀开通前,阀端电压为电容器两端电压。故障电流使电容器端口电压迅速抬高,MOV保护动作将电容器电压钳制在52 kV。电容器放电的阻尼支路是由阻尼电抗、阻尼电阻和阻尼MOV构成的非线性电路。阀开通瞬间的电流如下式所示:
式中:uc为电容器端口电压;uMOV1为阻尼MOV电压;L1为阀前小电抗;R为阻尼电阻。
晶闸管阀一旦开通,MOV马上退出饱和区域,电容器提供放电电流。阻尼回路R大,C小,其放电电流可以忽略。阀开通后,电流是电容器放电电流与短路电流的叠加,即
式中:Im为负荷电流;Im1为短路稳态电流;ω0为阻尼电路谐振频率;βp1为阻尼电路的衰减系数;I(0-)为短路时刻原系统初始电流;U3(0-)为阻尼MOV动作后的电压;φ为负载阻抗角;α为合闸相位角;φi为故障阻抗角;L0为阻尼电抗;L为限流电抗;R为系统阻抗。
开通时电流强度和陡度很大,1 ms内达到峰值60 kA。开通电流陡度很大、扩散速度不均匀,会在导通局部形成很高的电流密度并造成局部温度上升,最终导致硅损伤和器件失效[12]。阀温升为:
式中:vsp和isp分别为扩散电压和扩散电流;c为硅的热容;ρ为硅的密度;d为硅的厚度;S(t)为开通区域的面积。
电容器放电电流是快速衰减的振荡电流,经过2个周期已经衰减。在120 ms内主要是短路电流的作用。短路电流将在晶闸管产生很高的热量,引起结温的上升,导致晶闸管失效。晶闸管的瞬态耗散功率PT(t)及阀暂态温升ΔTj(t)为[13,14]:
式中:vd(i)为晶闸管的通态压降;iT(t)为晶闸管的通态电流;A,B,C,D为厂家提供的计算参数;Zth为晶闸管的结到壳的暂态热阻;n为等效热阻抗网络的级数;τn和Rthn分别为n级网络的热时间常数和热阻抗。
当快速开关拒动时,晶闸管结温波形如图2所示。晶闸管阀要工作在6个周期,晶闸管瞬态最高的结温暂态温升达到108°。由于电流不对称,正向和反向晶闸管阀温升不同。
2.2 等效分析数学模型
依据等效试验理论,电力电子装置试验中的“效”有2个层次:第1层次的效是宏观应力等效,即被试品在试验中所承受的电、热与机械应力水平相当或者等于所模拟的实际工况水平;第2个层次的效是微观的失效的等效,所关心的是被试品的失效指标,即在试验过程中试品是否发生了与所模拟的实际工况相同的变化。第2个层次的效是最根本的,也是试验应该满足的。过电流故障下的晶闸管阀失效机理及其对应的2个层次的效归纳如下:
1)开通的di/dt过大,晶闸管来不及扩散而造成局部温度升高而失效。对应第1个层次的效就是di/dt,第2个层次的效是局部温度。
2)通态电流密度过大而造成晶闸管结温上升到“丝化温度”导致失效(丝化温度:丝状导通载流子电流在晶闸管内部形成的一个具有很高电流密度的大的等离子体所形成的暂态结温)。对应第1个层次的效是电流密度,第2个层次的效是晶闸管结温。
3)晶闸管缺陷点在高温效应下的本征激发引起的失效。对应的第1个层次的效为结温;第2个层次的效是本征激发。
对器件特性产生决定性影响的关键应力可作为第1层次的效Rreal;第2个层次的效Rreal′为失效的直接条件;对应于等效的第1层次特性向量Creal为阻尼电路参数;对应于等效的第2层次Creal′为晶闸管阀器件内部的物理参数。向量表达式如下:
式中:ΔVT为晶闸管阀换向电压;ΔTsp为开通电流造成的暂态温升;Tj为短路电流造成的阀暂态结温;WN1为可控硅半导体器件导通区等离子体基区宽度。
影响过电流过程的环境因素可归纳为Te和Tj0,应力因素为uc和uMOV1,时间因素主要是过电流发生时刻各个时间相关参数的配合,可以用发生时刻t0来表示。因此,表示外界条件的向量可写成F,数学模型的基本方程如下式所示:
对于上述数学模型中的各个参数间的具体解析形式,根据失效机理的分析结果,可以采用分离变量的形式表示如下:
而对于第2个层次的数学模型,其分离变量的解析形式也可以用同样的方法得到,如下式所示:
至此已经建立了限流器晶闸管阀过电流模式下等效性研究的数学模型。根据具体的试验系统和应用目的,可以应用该模型进行试验等效性分析或等效试验方法和装置的设计。
3 过电流试验等效方法
3.1 等效试验指标
通过晶闸管阀失效机理的分析可知,晶闸管阀的电流层次应力效是di/dt、电流峰值和有效值。短路电流试验用试验手段模拟阀故障电流,考核阀承受电流应力和热应力。总结限流器晶闸管阀过电流试验指标如下:晶闸管阀开通前电压为52 kV,开通后最大电流陡度为120 A/μs,峰值电流为65 kA,短路电流有效值为25 kA,作用时间为120 ms。中国电力科学研究院电力电子试验装置试验能力为最大短路电流47 kA,电流陡度10 A/μs。该试验装置能力距离限流器晶闸管阀电流应力指标还有差距[15,16,17,18]。限流器阀故障电流试验无技术导则支持,也无试验装置提供全工况试验。追求全工况等效试验必须考虑实际技术与经济条件。
3.2 分布和合成试验方法
限流器阀工况类似于断路器的关合过程。高压大容量断路器的试验电流强度与限流阀体类似,其试验方法可供参考。断路器的特性与晶闸管完全不同,验证断路器的特性主要考查电弧产生效应,如暂态恢复电压参数等。对限流器晶闸管阀来说是考核电流陡度和电流强度。参照断路器试验方法有分步试验和合成试验2种思路。
3.2.1 分步试验
把阀体开通和导通过程分步考核。开通过程考核阀体所受电流陡度和电流强度应力;导通过程考核阀体所受长时间电流应力。这2个过程的考核类似于开关的动稳和热稳试验[19]。
1)开通试验
利用LC振荡电流产生冲击电流,如图3所示。采用高压阀一段进行试验时,试验的电流指标不变。取4层阀,断态等效电压为21 kV。试验回路参数值如下:电抗值为166.7 μH,电容值为1 760.7 μF。
2)导通试验
导通等效试验主要考察大电流导致热应力。利用断路器短路电流试验电路。若作用在晶闸管阀的短路电流与图2波形等效,则调节试验电路的短路阻抗值。试验指标为:短路电流有效值25 kA,峰值电流60 kA,作用时间120 ms。
3.2.2 合成试验
合成等效试验利用断路器关合合成试验电路,如图4(a)所示。合成回路由LC振荡电路和电流源电路构成[20]。LC振荡电路提供电容器放电电流,电流源提供短路电流。装置触发过程如下:t0时刻触发晶闸管阀,晶闸管阀电流为LC振荡电流,波形如图4(b)所示。
阀开通后100 μs内,触发开关CH在t1时刻触发,电流源提供短路电流,流经阀的电流是振荡电流与短路电流的叠加。振荡电流很快衰减完,在t2时刻阀的电流为短路电流。第1个周期放大示意图如图4(b)所示。若t1时刻LC振荡电流处于反向阶段,短路电流刚刚上升,则两者叠加有可能反向,而初始导通正向阀电流不能反向,这就要求振荡电流快速衰减。增加阻尼会加快衰减,但振荡电流峰值会减小。另一个是短路电流合闸相位角。若短路电流相位角为180°,与直流电流反向,也会造成电流反向。
分步和合成试验2种方法各有优劣,要评价其等效性,主要看其试验应力水平与真实应力的误差。分步试验的等效应力在电流陡度层次上可以相等,电流在短时最大应力相等,短路电流缺少电容器放电分量,短路电流强度略低于真实分量,要使热效应相等,必须使作用时间加长一个周期。合成试验的电流陡度应力相等,电流最大值与真实分量有一定误差。合成试验与全工况相比,在峰值应力上有一定的误差,基本波形与全工况类似。分步试验等效误差小,所需试验设备(如大容量电容器)多。合成试验基本能满足等效试验要求,无需分步进行,但试验参数设计需要考虑各个方面配合,实现起来比较困难。考虑现实试验条件,推荐分步试验方案。
4 过电流试验验证
试验控制信号如图5(a)所示。依据电流波形,阀触发要在电压过零时刻触发,电流峰值才能得到最大值。因此试验程序如下:①开关S合闸,等待阀状态回报正常;②检测电路捕捉电压过零点,发触发命令给控制器;③短路电流峰值为60 kA,有效值为25 kA,作用时间为120 ms,经过120 ms后,S断开短路电流。
对阀组件进行了2次大电流试验,一次50 ms,一次120 ms。其中120 ms的短路电流试验波形如图5(b)所示。大电流试验间隔20 min,试验器室外温度为30 ℃,第1次试验阀散热器表面温度32 ℃,第2次试验阀散热器表面温度为35 ℃。大电流所产生的热量,大部分被自冷式散热器所吸收。试验表明,阀组件有效耐受了大电流冲击。
5 结语
限流器晶闸管阀承受着巨大的故障电流。电流陡度应力会造成阀局部温升导致开通失效;长时间短路电流应力造成阀暂态温升导致导通失效。过电流试验的目的是考核阀承受电流应力和热应力。参照断路器关合电流试验方法对分步和合成试验进行了对比论证。分步试验等效误差小,实现较为容易,建议采用分步试验方法。本文验证了导通试验,模拟了120 ms恶劣短路工况。但该试验只证明了晶闸管阀耐受短路电流能力,阀耐受高强度电流陡度能力仍需通过试验验证。
第二节家庭电路电流过大的原因习题 篇2
第二节家庭电路电流过大的原因习题一、是非题
1．在家庭电路中熔丝千万不能用铜丝代替。（ ）
2．人手直接接触到火线，就会造成触电事故。（ ）
3.家庭电路发生短路、电线烧起来的时候，首先要切断电源。 （ ）
4.有了熔丝，家庭电路就能保险。（ ）
二、填充题
1．如图①所示为家庭电路，请填写图中各部分的名称。①_____，②_____，③_____，④_____，⑤_____。
2．家庭电路中用来测量每户每月电流做功的仪表叫_____，又可称为_____。
3.在家庭电路中，开关和电灯是_____联的，插座与电灯是_____联的，熔丝是_____联在电路中的。
4.选用熔丝的`时候，应该使电路中的最大正常工作的电流_____或_____熔丝的额定电流。
5.用测电笔辨别火线和零线时，应用手接触_____，笔尖接触电线，_____表明接触的是零线。
6.某户的熔丝盒内安装的是额定电流为5安的熔丝，则这个家庭电路中最多能够同时安装“220V，40W”的灯_____盏，才正常发光。
7.某学校共装了70盏“220V，60W”的电灯，不考虑其他用电器，则该校应选用_____规格的电能表，这些灯一起正常工作10分要消耗_____度的电。
三、选择题
1．家庭常用的白炽灯的功率约为 [ ]
A．6×10-2瓦； B．6×10-1瓦；
C．6×101瓦； D．6×102瓦。
2．下列情况中，造成短路的情况是 [ ]
A．开关的两个接头相碰； B．插座的两个接头相碰；
C．熔丝用铜丝代替连接； D．电灯泡灯丝断了，重新搭好。
3.家庭电路中，装有“220V，25W”的电灯24盏，要用额定电流为1安的熔丝替换线路上已熔断的熔丝，正确方法是 [ ]
A．把两段并联起来使用； B．直接使用；
C．把三段并联起来使用； D．把三段串联起来使用。
四、计算题
某用户原有40瓦电灯三盏，上月新添了100瓦大彩电一台、150瓦电冰箱一台。
(1)若平均每天收看电视2时，冰箱压缩机每次工作10分，停机20分，则彩电与冰箱两台家用电器每月（以30天计）耗电多少度？
(2)该用户上月底电能表示数为[23602]，本月底电能表示数
为[23950]，则该用户在这个月里每盏灯平均每天使用几小时？
答 案
一、1．√2．×3.√4.×
二、1．进户线，电能表，闸刀开关，熔断器，接地线
2．电能表，电度表
3.串，并，串
4.等于，稍小于
5.笔尾的金属部分，氖管不发光的
6.27
7.20安，0.7
过电流试验 篇3
过电流保护装置之间选择性举例, 适用于断路器选择性分级举例见图12。
Ip-预期短路电流
在图12中:
UD为MCCB, In=100 A, Icu=65kA;DD为MCB, In=32 A, Icn=10 k A。
在F点发生任何过载或故障电流MCB/DD将脱扣, 对UD有全选择性, UD在S点不会中断电源。
理由:在最大可能故障电流9 kA (有效值) 值以下, DD电流和允通能量低于MCCB/UD的脱扣动作值, 见图13和图14。
注:在此例中UD不必作DD的后备保护。
例2:局部选择性
在图12中:
UD为MCCB, In=100 A, Icu=65kA;DD为MCB, In=63 A, Icn=10 k A。
在F点发生任何过载或故障电流MCB/DD将脱扣。在过载范围及7 kA故障电流以下范围有选择性。在此配合中7 kA是选择性极限电流, 达到了局部选择性, 在7 kA至9 kA之间 (最大可能) 的故障电流, DD脱扣, UD也会脱扣。
理由:7 kA以上, DD的电流和 (或) 允通能量大于MCCB/UD的脱扣整定值, 见图13和图14。
注:在此例中UD不必作DD的后备保护。
其中在过载区域中A和B对C全选择性。
其中对于确定选择性, 允通能量不允许低于临界值, 必须由试验确定。
例3:在斥力触头动作情况下的全选择性
在图12中UD为MCCB*, In=100 A, Icu=65 kA;DD为MCB, In=63 A, Icn=10 k A。
注:“*”表示此处MCCB是限流型, 与例1、例2中的结构有所不同。
MCB/DD在F点发生任何过载电流或故障电流将脱扣, UD不会脱扣。对故障电流超过7 kA时, UD的斥力触头会短暂断开一会 (几个毫秒) , 保证了选择性。
注:在此例中UD不必作为DD的后备保护。
例4:在作为后备保护的斥力触头动作情况下的全选择性
在图15中UD为MCCB*, In=100 A, Icu=65kA;DD为MCB, In=63 A, Icn=10 k A。
Ip—预期短路电流 (有效值)
其中MCCB*表示此处MCCB是限流型, 与例1、例2中的结构有所不同。
在此情况下S点的故障电流超过MCB/DD的额定分断能力 (Icn) , 因此MCCB/UD作为DD的后备保护。
MCB/DD在F点发生任何过载电流或故障电流时将脱扣。对7 kA以上的故障电流UD的触头可能短暂断开一会 (几个毫秒) 。此特性像后备保护一样帮助清除故障, 在20 kA以下的所有故障电流选择性得到保护。
读者可能要问, 例3和例4有何区别?区别在于设定的系统容量不同。在例3中因F点短路电流为9 k A, DD的分断能力足够分断此电流, 不需要UD作为后备保护。但是超过了UD的电动斥力的斥开电流, 所以UD会瞬时动作一会。在例4中F点的短路电流容量为20 k A, DD的分断能力小于短路电路, 不能分断短路电流, 需要UD帮助DD分断, 故UD担负了后备保护功能, 但它短时动作一会后又会闭合, 继续向其它部分供电, 故又有全选择性。
1 0 IEC 17B中的附录B (资料性)
常置负载 (standing loads) ——常置负载在过载区域内对选择性的影响。
按IEC 60947-1中2.5.23的注 (串联选择性和网络选择性是有区别的, 串联选择性包含不同的过电流保护电器同时通过同一过电流;网络选择性包含同一保护电器通过不同大小的过电流) 和本文3.2.2部分, 考虑通过串联OCPD的实际电流, 串联选择性和网络选择性是有差异的。串联选择性包含不同OCPD通过下级同一过电流, 网络选择性包含同一OCPD通过不同比例的过电流。因此:
(1) 在同一情况下, 必须确定承载相同电流的两个OCPD的脱扣时间。
下列两种情况总有一种是最正确的:
——两个串联OCPD之间没有分流途径 (分支) , 即一个单独的输入和一个单独的输出馈线;
——在两个串联OCPD之间分支的电流与通过两个串联的OCPD的故障电流比较在数量上和 (或) 功率因数可忽略时, 例如在短路条件下。
(2) 当在同一母线上有几台电源断路器或在负载侧有几路输出馈线的情况下, 通过两个OCPD的电流应考虑在过载区域有所不同。
关于流过OCPD的实际电流, 应考虑如下三种主要情况:
(1) 两台串联的OCPD (通过相同的电流) , 见图16 a) 。
(2) 几台负载侧OCPD在电源测有一台断路器 (通过电源侧OCPD的电流大于负载侧任何一台的电流) , 见图16 b) 。
(3) 电源侧有两台或多台断路器, 在负载侧有多台断路器;见图16 c) 。
图中:IA—通过断路器A的电流;IB—通过断器B的电流;Iload—负载电流;n—相同并联电源路数。
下例给出的是断路器作为OCPD, 其形式和熔器作为OCPD的情况相同。举例:见图17。
例中:63 A M C B中过载电流100 A在160 A馈MCCB中产生电流156.1+ (100-54.6) =201.5 A。
新型过电流加速度模型探究 篇4
继电保护中过电流保护是电力变压器、电动机、电容器的重要保护。过电流保护是当被测电流增大超过允许值时执行相应保护动作 (如使断路器跳闸) 的一种措施。传统的过电流动作从故障发生到保护出口存在延时, 因此跳闸时间会延长, 电流会漂移得更高。
1 传统继电保护过电流的缺陷
传统继电保护信号从采样、运算、判断到出口各环节都需要一定的时间, 各环节的时间总和就是继电保护装置固有动作时间, 具体包括CT、PT采样时间, A/D转换时间, 逻辑判断时间 (指令执行时间) 及作出响应动作时间 (如驱动相应继电器接点闭合) 。各种装置及不同保护的时间也是不一样的, 一般≤0.1s, 因此就存在跳闸时间就是设定时间和固有动作时间之和的问题, 这样动作电流就会比设定的动作电流 (Iop) 要高。
图1为继电保护跳闸电流及动作时间漂移示意图。t1为继电保护设定保护动作时间, 实际动作时间为t2, t2=t1+Δt (Δt≤100ms) 。Iop为理论跳闸电流值, 但由于实际动作时间延长, 实际跳闸电流数值当发生相间短路和接地故障时, ΔI就非常大, 导数也非常大;当发生过负荷时, ΔI就比较小, 也比较小。
2 过电流模型分析
根据以上分析, 当电气设备发生短路故障或过负荷时, 电流增大, 实际动作电流就会发生漂移, 比设定的跳闸电流大很多, 实际动作时间也比设定时间要长, 这个时间即使是速断动作, 也大于100ms, 所以Δt越大, 电气设备的危险性也就越大, 因此减小Δt即减小响应时间就会缩短继电保护跳闸动作时间。由于固有时间其他环节难以缩短, 所以只能减小反应时间以提高继电保护的灵敏性。
2.1 过负荷电流模型分析
过负荷是指在电力系统中发电机、变压器及线路的电流超过额定值或规定的允许值。电气设备一般在其额定负载下或小于额定负载情况下可以长期安全工作, 如果超过其额定负载, 将导致损耗增加、发热严重、绝缘老化甚至破坏, 因此过负荷是基于电流的额定值来判别的。一般的过负荷保护整定如下式:
式中, Iop为过负荷跳闸整定电流;In为额定电流。
根据图2构建以下函数:
设式 (2) 分段函数在 (0, +∞) 上连续, 并且在 (0, t0) ∪ (t0, t1) ∪ (t1, t2) ∪ (t2, +∞) 上可导, 可得下式:
2.2 速断保护电流模型分析
电流速断即短路保护, 电流速断保护一般按照保护设备的短路电流整定, 当短路电流超过整定值时, 则保护装置动作, 断路器跳闸。在工程实践中, 也可以基于电流的额定值来判别, 只是比例系数较大。一般的电流速断保护整定如下式:
根据图3构建以下函数:
设式 (5) 分段函数在 (0, +∞) 上连续, 并且在 (t0, t1) ∪ (t1, t2) 上不可导, 可得:
据式 (6) 可得:
3 新型过电流加速度模型的构建
根据以上分析可知, 在过负荷电流模型中, 电流随时间是连续并且可导的, 导数I′g (t) =k1;而电流速断I′s (t) 不存在, 但是在 (t2, +∞) , I′s (t) 存在且为a2t2, 显然在 (t2, +∞) , 导数I′s (t) I′g (t) , 可见速断下电流随时间的增长率远远大于过负荷电流随时间的增长率。但无论增长率大小, 跳闸电流和跳闸时间都会发生漂移, 漂移跳闸电流都会高于设定电流几倍甚至是几十倍, 因此, 考虑到漂移跳闸电流、漂移跳闸时间, 继电保护动作的固有灵敏性就会降低。
新型过电流加速度模型就是在 (t1, t2) 构建I和T的函数Ij (t) 与运行中I和T的函数Iy (t) 比较, 从而使得电流沿着Ig (t) 运行, 当运行至跳闸电流Iop处跳闸, 从而缩短了漂移时间, 提高了继电保护装置的灵敏性。
根据图4可以得知:电流随时间变化的函数为Iy (t) , 电流I达到Iop跳闸电流时, 沿着Iy (t) 曲线I、T将漂移到I′op、t3处, 此时可以令Ij (t) 加速度函数为:x、x2、ex-1或x3, 则容易得出I′j (t) I′y (t) 。当I达到1.20In时启动电流加速度曲线Ij (t) , 电流I达到Iop跳闸电流时, 时间t在t′2处, 加上固有动作时间, 则电流达到Iop跳闸时, 时间约为t2, 与动作时间几乎相等, 继电保护的时间灵敏性时差为t3-t2, 从而提高了继电保护的时间灵敏性。
4 结语
新型过电流加速度模型弥补了传统继电保护的缺陷, 运用预测电流函数的导数大于实际电流函数的原理, 提高了跳闸电流时间上的灵敏性, 缩短了跳闸电流和跳闸时间的漂移, 为新型继电保护的研究提供了一种新的思路。
参考文献
[1]曹华.浅谈微机保护装置的应用[J].电气自动化, 2003 (4)
过电流试验 篇5
带过电流保护的剩余电流动作断路器一般由断路器、检测元件 (零序电流互感器) 、电子放大和触发电路、脱扣器、机构组件、测试按钮等部分组成。
在正常情况下, 单相电路中没有发生触电、漏电或接地故障时, 漏电流通过零序电流互感线圈, 线路中的电流为:I+I′=0
电流I和I′在零序电流互感器铁芯中产生大小相等, 方向相反的磁通量, 其矢量和也等于零, 即:+′=0
根据法拉第电磁感应定律, 感应电动势是由磁通变化量d产生:E=d/dt, 所以E+E′=0
在零序电流互感器的二次线圈中感应电动势E2=0, 剩余电流动作断路器正常工作。
当电路中发生设备漏电、有人触电或出现其它接地故障时, 剩余电流通过接地线PE有一个接地电流I (流过, 根据基尔霍夫电流定律:对于任意一个集中参数电路中的任意一个结点或闭合面, 在任何时刻, 通过该结点或闭合面的所有支路电流代数和等于零。则:I′+I=I
流入电流I和流出电流I′矢量和不相等。
电流I和I′在零序电流互感器铁芯中产生的磁通大小不相等, 但方向相反的磁通量, 其矢量和公式为:+′=
感应电动势是由磁通变化量d产生:E=d/dt, 所以E+E≠0
在零序电流互感器的二次线圈中产生感应电动势E2, E2的大小有如下关系:
感应电压E2通过输入至判别元件 (电子放大和触发电路) , 判别元件对送入检测的剩余电流与预定值进行比较, 当剩余电流等于或大于预定值时, 输出信号, 使执行元件 (脱扣线圈) 驱动机构组件, 带动断路器动作, 切断电路。
2.ROBO的选择与正确使用
2.1分类
一般情况下, RCBO根据极数分为:带一个过电流保护的两极RCBO;带两个过电流保护的两极RCBO;带三个过电流保护的三极RCBO;带三个过电流保护的四极RCBO;带四个过电流保护的四极RCBO。
只有合理选用才能发挥真正的保护功能。
2.3 RCBO在各系统中的应用
2.3.1 TT系统中安装RCBO
电力供电系统中性点直接接地, 用电设备不带电裸露导电部分必须通过各自的保护零线PE接到与电源接地点无金属连接的接地装置上, 在农村低压电网中均采用TT系统, 如图1所示:
当发生漏/触电时能产品能够有效起到保护作用。当用电设备的N极接地或与设备外壳相接, 当发生漏/触电时, 其中, 工作电流就会有一部分沿接地线流出, 而不经过零序电流互感器流回, 就会导致始终有漏电电流存在, 剩余电流动作断路器动作断开, 始终不能闭合, 从而不能够有效起到保护作用。
2.2.2在TN系统中安装RCBO
TN系统的电源供电系统中性点直接接地, 并经中性线引出, 其保护线 (PE) 形式, TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S系统, 本文以三极四线为例进行介绍。
(1) TN-S系统安装电子式RCBO如图2所示:无论是其中性线N, 还是保护零线PE都是相互分离的。当电路正常运转时:I1+I2+I3+IN=0
假设L1相 (或任一相) 发生漏电时, 则电路回路电流为:
I1+I2+I3+IN=I
对于通过RCBO的零序电流互感器电流来说, 电路的矢量和为I, 当漏电电流I达到剩余电流动作断路器动作值时, 剩余电流动作断路器漏电模块带动主电路断路器脱扣, 切断电源。
然而如果工作疏忽, 未能将中性线N与电力系统连接, 当出现漏电时:虽然I1+I2+I3≠0, 符合漏电动作电流的情况, 但因为电子式RCBO本身的电子放大和触发电路失去工作电源, 电路不工作, 无法起到信号放大传递的作用, 从而无法发挥其漏电保护功效, 电子式RCBO不会动作。
(2) TN-C系统安装RCBO, 它的中性线和保护线是合二为一, 接入RCBO, 如图3所示:倘若发生漏电的情况就会发挥保护功能。
若将剩余电流动作断路器负载端的中性线N与电气设备的保护线PE相连接。当发生漏电现象时, 漏电电流就会通过PE线流回RCBO出线端, 结果导致剩余电流动作断路器发生拒动现象, 完全丧失漏电保护功效,
(3) 在TN-C-S系统中安装RCBO:TN-C-S系统中性线N和保护线PE先是合用然后分开, 即前面TN-C系统后端将PEN线分N线和PE线, 接线如TN-C和TN-S系统, 能够很好的起到漏电保护工作。
2.4 RCBO使用注意事项
无论是在保护人身安全、维护电气设备, 还是防止电气火灾等方面, 剩余电流动作断路器都发挥着至关重要的作用。然而因安装错误会导致剩余电流动作断路器发生误动或拒动现象。所谓误动就是指线路未见异常, 而剩余电流动作断路器动作;而拒动则指线路出现漏电现象时, 剩余电流动作断路器却没有反应, 起不到保护作用。若要RCBO能有效保护在合理选型和正确安装的基础上还需要注意以下问题:
(1) 接完电路后, 要检测接线是否正确。可借助试验按钮进行检测。如果安装正确, 按下试验按钮就会自动断电, 否则说明安装有问题, 需要重新检修。
(2) RCBO保护线路, 工作中性线N要通过零序电流互感器。否则, 在接通后, 就会有一个不平衡电流使剩余电流动作保护器产生误动作。
(3) 接零保护线 (PE) 不能通过零序电流互感器。因为保护线路 (PE) 通过零序电流互感器时, 漏电电流经PE保护线又回穿过零序电流互感器, 导致电流抵消, 而互感器上检测不出漏电电流值。在出现故障时, 造成剩余电流动作保护器不动作, 起不到保护作用。
(4) 控制回路的工作中性线不能进行重复接地。一方面, 重复接地时, 在正常工作情况下, 工作电流的一部分经由重复接地回到电源中性点, 在电流互感器中会出现不平衡电流。当不平衡电流达到一定值时, 剩余电流动作保护器便产生误动作;另一方面, 因故障漏电时, 保护线上的漏电电流也可能穿过电流互感器的个性线回到电源中性点, 抵消了互感器的漏电电流, 而使保护器拒绝动作
(5) 电子式RCBO, 严格按照产品本体接线方式接线, 注意负载与电源端, 正常是上电源端进下负载端出;不能采用下进上出的形式, 因为电子式RCD的脱扣器线圈是电压线圈, 其两端始终处于一定的电压下。如果采用下进上出的形式, 跳闸后动触头和其后的漏电脱扣器虽无电流却仍有电压, 此电压施加于脱扣器的两端, 线圈将导通而烧毁。
(6) 将三极RCBO安装在三相四线的电路中。这种情况下, 启用单项负荷就会导致漏电保护器动作, 原因是中性线的工作电流不会流经RCBO的零序电流互感器。
3.结语
总之, 在RCBO的安装和使用过程中, 必须选用与电路相匹配的RCBO, 同时还要保证接线正确, 避免出现误动情况或拒动情况, 从而充分发挥RCBO的功效。
参考文献
[1]杨东, 张应龙, 林丛.李捷辉.触/漏电保护器[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[2]李家贤, 纪贤宝.剩余电流保护系统及运行管理[M].北京:中国水利水电出版社, 2002.
改进的配电网反时限过电流保护 篇6
随着电网智能化水平的提升，微电网技术得到了迅速的发展，包括光伏电池发电、风力发电、储能技术等分布式发电DG(Distributed Generation）在配电网中得到了广泛的应用[1,2,3,4,5,6,7]。
与传统配电网相比，含有微电源、线路与负荷的配电网具有一定的独立运行能力，但微电源的存在复杂的故障特性等均给原有保护配置带来了新的问题，使得传统的配电网继电保护不再适用[8,9,10,11,12,13]。文献[14]结合微电网结构和故障特点提出了一种基于负荷阻抗的微电网反时限低阻抗保护，但该保护实现复杂，可靠性较低。本文提出了2种适用于含DG配电网的反时限过电流保护方案，即基于通信的反时限过电流保护和改进的低电压加速反时限过电流保护。这2种保护方案的实施，可以有效改善反时限过电流保护在微电网中应用的动作特性以及保护之间的配合特性，具有良好的应用价值。
1 反时限过电流保护在微电网中的应用特性
1.1 传统反时限过电流保护的整定与配合
电力系统的反时限过电流保护的动作时间与被保护线路中的故障电流大小有关，它是利用继电器的反时限动作特性构成的，保护的启动电流如式（1所示。
其中，ILmax为系统正常运行时的最大负荷电流；Kre为电流继电器的返回系数，一般取0.85～0.95;KⅢrel为可靠系数，一般取1.15～1.25;Kss为自启动系数，数值大于1，由网络具体接线及负荷性质来确定。
为了保证各保护之间动作的选择性，其动作时限应该逐级配合确定。图1所示为一简单的配电网网络接线图，保护3的启动电流按式（1）整定为Iact.3，其动作时间为t3。保护3出口短路时，其动作的时间为继电器的固有动作时间tb，由此确定保护3的反时限特性曲线。然后根据选择性的要求，保证在保护3出口短路时，保护2的动作时间比保护3的动作时间高出一个Δt，由此确定保护2的反时限动作特性曲线依此逐级进行整定配合，可以得到各保护的反时限特性曲线[15]。图2为各保护逐级配合示意图，横轴为故障位置，纵轴为动作时间，曲线1、2、3分别为保护1、2、3的反时限特性曲线。
1.2 传统反时限过电流保护应用在微电网中存在的问题
图3为微电网雏形，即含有DG的配电网系统结构图。在该配电网系统结构图中，E为系统电源，DG为接入配电网的分布式电源。
接入DG后，由于助增电流的影响，各保护动作特性曲线有所变化。
a.对于DG下游保护2和保护3，接入DG后该配电线路仍为单侧电源辐射状配电网络，按照传统的反时限过电流保护整定原则来进行整定，保护2和3的动作时间能够配合，满足继电保护对选择性和速动性的要求。但接入DG相当于系统容量增大，因此相同位置发生故障时故障电流也会增大，导致动作特性曲线下移。
b.对于DG上游保护1和下游保护2，接入DG后：当线路L2发生故障时，DG会向保护2提供助增电流IDG，流过保护2的故障电流Ik2为流过保护1的故障电流Ik1与IDG之和，大于Ik1，保护1和保护2的时间配合会受到影响；而流过保护1的故障电流和未接入DG时相比有所减小，保护1动作时间将延长，动作特性曲线上移，保护性能降低；当线路L1发生故障时，流过保护1的故障电流与DG支路无关，动作特性曲线不变。
接入DG后各保护的动作特性曲线变为图2中的曲线1′、2′和3′。为保证保护的速动性和保护之间的配合特性，下文提出了2种改进的反时限过电流保护方案。
2 基于通信的反时限过电流保护方案
针对接入DG后对反时限过电流保护的影响，本文提出了一种基于通信的反时限过电流保护的方案。系统结构图如图3所示。
2.1 DG下游保护之间的配合
对于DG下游的保护2和保护3，接入DG前后，该配电线路均为单侧电源辐射状配电网络，不影响保护间的配合特性，可以按照传统的反时限过电流保护的整定原则整定。保护2和3的启动电流按式（1）整定，各段保护启动电流值为Ipi(i=2,3）。
保护2和3的反时限动作方程参照式（2):
其中，Ii为保护2或3测量到的故障电流。
对于保护3，在其出口处发生三相短路时，其动作时间整定为继电器的固有动作时间tb，则可以得到保护3的反时限动作方程时间常数为：
对于保护2，根据保护选择性的要求，在保护3出口处发生故障时，保护2的动作时间要比保护3的动作时间至少高出1个Δt（可以设为0.5 s）。所以，在保护3出口处发生故障时，保护2的动作时间为t2=Δt+tb。故可得到保护2的反时限动作方程时间常数为：
根据上述方法进行整定，可以得到保护2和保护3的反时限动作方程。
2.2 DG上游线路保护与下游线路保护之间的配合
DG的类型有风电、光伏发电、储能电站等。系统短路时，DG提供的短路电流随着DG类型、控制策略、短路位置的不同而不同，使得保护的整定变得困难。但是，借助通信信道传递DG提供的短路电流信息，可以实现DG上、下级保护的有效配合。
对于DG下游的保护2和DG上游的保护1，保护1的启动电流按照式（1）整定。为了获得保护2出口短路时DG的助增电流，在保护1和DG侧分别装设通信装置，借助通信信道，将DG侧的助增电流相量IDG发送给主电源E侧保护1，流过保护1的故障电流Ik1加上接收到的DG的助增故障电流相量IDG作为保护1的反时限动作时间方程中的测量电流I。对保护1的反时限动作时间方程进行调整后，保护1的动作时间如式（5）所示。下文中白斜体表示的电流为对应电流的标量形式。
根据保护选择性的要求，在保护2线路出口处发生故障时，保护1的动作时间要比保护2的动作时间至少高出1个Δt，此时保护1的动作时间为tk1=tk2+Δt，其中tk2为保护2的动作时间：
则保护1的反时限动作方程时间常数为：
这样就能够消除接入DG后DG所提供的助增电流IDG的影响，使得保护1和保护2能够有效配合动作，改善了保护之间的配合特性。针对接入DG对原有反时限过电流保护所产生的影响，基于通信的反时限过电流保护改善了DG两侧保护间的配合情况，并且无需考虑DG故障后助增电流的特性，保证了相邻线路后备保护的速动性。
3 改进的低电压加速反时限过电流保护方法
3.1 低电压加速反时限过电流保护原理
线路发生短路故障时，故障点越接近保护安装处，保护测得的电压越小，短路电流越大，保护的动作时间应该越短。但是由于传统反时限过电流保护之间的配合，使得保护出口短路时，保护的动作时间比较长，为了解决这个问题，文献[16]提出了低电压加速反时限过电流保护。在反时限过电流保护的动作方程中引入低电压加速因子u*，能够改善反时限过电流保护的性能。引入低电压加速因子u*后的反时限动作方程为：
其中，Ip为整定电流。
发生不同类型的故障时，其对应着不同的电压特征。保护检测到系统发生故障后，可以测量3个相电压和3个线电压的数值，并进行比较，u*取其中最小的值。这样使得不同类型故障发生的情况下，保护的动作时间都有最好的改善效果[16]。
线路发生故障时，低电压加速因子u*的大小与故障点和保护之间距离成正比例关系，即保护装置越接近故障点，其低电压加速因子越小，保护的动作速度越快。保护的加速作用随着故障点与保护的距离而变化，其最大优点便是确保了在线路出口处发生严重故障时保护可以快速地动作以切除故障，另外，配电网的线路都比较短，在线路内部故障时，保护的动作时间都比较短。
3.2 引入低电压加速因子对反时限过电流保护配合的影响
系统结构图仍如图3所示。以保护2和保护3为例，未引入低电压加速因子时，按照式（1)—(4）的方法整定确定，动作时限相差1个Δt。引入低电压加速因子后，反时限动作方程为式（8）。保护3出口短路时，保护2和保护3处的电压标幺值分别如方程式（9）和（10）所示。
其中，u*2-3为保护3出口三相短路时保护2处的低电压加速因子；Ik3为保护3出口短路时的短路电流。此时保护2和保护3的动作时间如方程式（11）和（12）所示。
根据式（9）和（11）可得t′2-t′3<Δt，保护2和保护3之间的时限配合不能满足选择性的要求。同样，DG上下游的保护1和保护2之间的时限配合也无法满足要求。因此，必须对低电压加速反时限过电流保护进行改进。
3.3 低电压加速的反时限过电流保护的改进方案
图2中，各保护反时限过电流保护的动作方程如式（1）所示。引入低电压加速因子后的低电压加速反时限过电流保护配合方案如下。
a.保护3仍按式（1）和（3）整定。
b.对于保护2，根据选择性的要求，在保护3出口发生三相短路时，保护2的动作时间比保护3高出Δt，而在低电压加速因子的作用下，保护3瞬时动作，故保护2的动作时间为Δt。将t′2=Δt代入式（11）中保护2的动作时限方程，可得方程式（13):
令Kp2为保护2的配合系数：
则保护2改进的反时限动作方程的时间常数为：
c.对于DG上游的保护1，根据选择性的要求，一方面保护2出口三相短路时，保护1的动作时间要高出Δt，而在低电压加速因子的作用下保护2可以瞬时动作，故保护1的动作时间为Δt，其动作方程为：
其中，u*1-2为保护2出口三相短路时保护1处的低电压加速因子；Ik1.2为保护2出口三相短路时流过保护1的电流。令Kp1-1为保护1的配合系数：
将t1=Δt代入式（16），则时间常数为：
另一方面，在保护3出口三相短路时，保护1的动作时间要比保护3高出2Δt，而保护3可瞬时动作故保护1动作时间为2Δt。同样地，保护1的动作方程为：
其中，u*1-3为保护3出口三相短路时保护1处的低电压加速因子；Ik1.3为保护3出口三相短路时流过保护1的电流。配合系数经计算为：
将t1=2Δt代入式（19），则时间常数为：
为了保证保护2和保护3出口处短路时，保护1均能满足选择性的要求，因此比较tp1-1和tp1-2的大小，取较大者作为保护1的时间常数tp1，即：
按照上述方案对反时限过电流保护的参数进行整定后，引入低电压因子的反时限过电流保护在时限上就能够很好地配合，满足选择性的要求。
图4所示为应用低电压加速反时限过电流保护配合方案后的保护1、2和3的动作曲线图。可以看到，在保护3出口三相短路时，保护2和3的动作时间差为Δt，满足选择性的要求；而保护2、保护3出口三相短路时，保护1和保护2也能够配合，在其中一个短路位置处能够保证动作时间差最短，为Δt。
4 仿真验证与比较
在PSCAD中搭建配电网络图5所示含DG的低压配电系统，电压等级为10 kV。E为主电源，系统阻抗Zs=0.7+j0.458Ω。配电线路L1、L2、L3长度均为1 km，线路单位长度的线路阻抗Zl=0.26+j 0.255Ω。DG接在母线B上，DG等效阻抗Zg=7+j 4.6Ω。保护1、2、3为相应配电线路安装的保护，K1、K2、K3分别为保护出口处的故障点位置。
4.1 基于通信的反时限过电流保护方案
各保护的启动电流按式（1）整定，动作时限表达式和相关参数按照2.1和2.2节的方法确定。在仿真中设置不同故障点和故障类型，仿真结果如下。
K3点发生不同类型的故障时，各保护的动作情况如表1所示，K2点发生不同类型的故障时，各保护的动作情况如表2所示，不同情况下保护动作时间如图6所示。
仿真结果表明，应用了基于通信的反时限过电流保护方案后，保护1作为保护2、3的后备保护时动作时间缩短，改善了保护间的时限配合，提升了保护性能。在发生两相故障时，改善效果最为明显。
4.2 改进的低电压加速反时限过电流保护方法
在仿真中设置不同故障点和故障类型，分别计算传统反时限过电流保护、引入低电压加速因子的反时限过电流保护，以及低电压加速反时限过电流保护配合方案的动作时间。
K3点发生不同类型的故障时，各保护的动作情况如表3所示，K2点发生不同类型的故障时，各保护的动作情况如表4所示，不同情况下保护动作时间与上、下级保护配合情况如图7所示。图中，Δt1-2和Δt2-3分别为保护1和2、保护2和3的动作时限之差。
上级保护的动作时限至少应比下级高1个Δt传统保护、仅引入低电压加速保护、改进配合的低电压加速保护在各种短路情况下能否满足配合时限要求的情况列于表5，表中，“√”表示满足，“×”表示不满足。
从仿真结果可以看出，引入低电压加速因子后传统反时限过电流保护的配合可能失去选择性。采用改进的低电压加速反时限过电流保护配合方案后，既能保证大部分情况下保护出口故障时快速动作，又能满足相邻线路保护动作时限的配合要求。
4.3 2种改进方法的比较
从保护原理上分析，基于通信的保护方法整定简单，且不受DG特性的影响，只需要传递DG支路电流，适用于有保护间通信条件的配电线路；改进的低电压加速保护方法只需修改整定方法，具有动作时间短、无需通信信道的优点，但动作时间受到DG故障特性的影响，并且需要测量故障后线路的电压量作为低电压加速因子。
从仿真结果来看，2种改进的反时限过电流保护方法都能有效满足速动性和选择性的要求，可以作为线路后备保护。
5 结语
针对含DG配电网的反时限过电流保护可能存在的保护速动性降低的问题，本文提出了2种改进方法。本文提出了基于通信的反时限过电流保护方案借助通信信道将短路时DG提供的馈电流传递至上游保护，在保证选择性的前提下最大限度地提高了保护的速动性。同时，本文提出了低电压加速反时限过电流保护的配合方案。低电压加速反时限过电流保护应用到含DG的配电网中，确实可以加速反时限过电流保护的动作时间，尤其是改善了保护出口故障的动作时间。但是，引入低电压加速因子可能导致反时限过电流保护间的协调配合，影响保护的选择性。本文提出了改进的低电压加速反时限过电流保护，能够消除低电压加速因子对动作时限的影响，确保上下级保护动作时限的配合。这2种保护方案的实施，可以有效改善反时限过电流保护在微电网中应用的动作特性以及保护之间的配合特性，具有良好的应用价值。
摘要：配电网反时限过电流保护的动作特性与保护配合会受到接入的分布式电源影响。分析了反时限过电流保护的动作特性,在此基础上提出了基于通信的反时限过电流保护方案,该保护方案借助通信信道将分布式电源支路的故障助增电流数据发送至上级线路保护,改善了保护间的配合特性。在反时限动作方程中引入低电压加速因子构成低电压加速反时限过电流保护,改进了动作方程中时间常数的整定方法,在保证上下级保护配合特性的同时加速了保护的动作时间。PSCAD仿真结果验证了所提反时限过电流保护方案的有效性。
过电流试验 篇7
1 故障现象
2015 年4 月8 日2 时19 分,红二泵站开启3# 电动机瞬间,2#厂变定时限过电流保护跳闸,动作故障电流:A相:17 A,B相:18 A,C相:19 A;2015 年4 月8 日13 时35 分,开启6# 电动机瞬间,2# 厂变定时限过电流保护跳闸,动作故障电流:A相:19 A,B相:19 A,C相:20 A;运行方式:1#、2# 主变运行,10 k V母联500断路器断开,10 k V Ⅰ段投运2#、4#、5#、7# 机组、1# 厂变,10k V Ⅱ段投运8# 机组、2# 厂变,0.4 k V母联投运,1#、2# 厂变并列运行;1#、2# 厂变运行档位为:Ⅱ档。
2 故障原因分析
2.1 根据变压器的并列运行条件分析
根据两台厂变的铭牌参数分析,这两台厂变满足并列运行的3 个条件。1变压器的连结组相同,两台厂变的连结组标号都是Yyn0;2变压器的变比相同,两台厂变的变比都是10 500/400;3变压器的短路阻抗相同,两台厂变的短路阻抗分别是3.94%、3.93%。
2.2 根据变压器的试验数据分析
1# 厂变试验数据:绝缘电阻:高压- 壳体15 000 MΩ,低压-壳体15 000 MΩ,高压- 低压15 000 MΩ;线圈直流电阻:高压线圈Ⅱ档直流电阻A-B=3.956 Ω,B-C=3.944 Ω,C-A=3.951 Ω;低压线圈直流电阻a-O=2.368 mΩ,b-O=2.386 mΩ,c-O=2.49 mΩ;绕组的tgδ:电压等级:10 k V, 试验电压:10 k V,tgδ=2.013,绕组的泄漏电流:试验电压10 k V, 泄漏电流:1 μA,加压时间:1 min;交流耐压试验:试验电压:30 k V,加压时间:1 min, 泄漏电流0.1 μA。
2# 厂变试验数据:绝缘电阻:高压- 壳体5 000 MΩ,低压- 壳体5 000 MΩ,高压- 低压5 000 MΩ;线圈直流电阻:高压线圈Ⅱ档直流电阻A-B=7.628 Ω,B-C=7.63 Ω,C-A=7.648 Ω;低压线圈直流电阻a-O=3.59 mΩ,b-O=3.54 mΩ,c-O=3.574 mΩ;绕组的tgδ:电压等级:10 k V, 试验电压:10 k V,tgδ=1.56;绕组的泄漏电流:试验电压10 k V, 泄漏电流:1 μA,加压时间:1 min;交流耐压试验:试验电压:30 k V,加压时间:1 min, 泄漏电流0.1 μA。
根据两台厂变的绝缘电阻、绕组直流电阻、介质损耗、直流泄露电流、交流耐压试验的数据分析,对照《电力设备预防性试验规程》,两台变压器的试验结论都合格。判断结论:两台厂变正常且满足运行条件,不影响定时限过电流保护跳闸。
2.3 根据微机保护装置定值分析
1# 厂变高压测SEL551 微机保护装置定值:电流互感器(CT)变比:30/5,定时限电流定值:4.2 A、0.5 S;速断定值:50 A;2#厂变高压测SEL551 微机保护装置定值:电流互感器(CT)变比:15/5,定时限电流定值:5.4 A、0.5 S;速断定值:50 A;对照保护定值单和微机保护装置上的定值数据都相同,同时又对微机保护装置进行保护校验工作且保护动作可靠,本次定时限过电流保护动作跳闸不属于保护误动作。
2.4 根据变压器的实际运行参数的记录分析
根据以上两台厂变的三种运行方式的运行数据可以看出,两台厂变单独运行或解列运行电流数值都远小于两台厂变并列运行电流值,尤其是2# 厂变更为明显( 在负荷不变的情况下,2# 厂变解列运行电流是1.26 A, 并列运行的电流是9.01 A),由此可以判断,影响本次定时限过电流保护跳闸的原因:一是两台厂变并列运行后产
生环流,二是由于电动机的瞬时启动电流是额定电流的6~8 倍,在3# 电动机启动瞬间10 k V Ⅰ段电压瞬时下降,10 k V Ⅰ、Ⅱ段电压差值增大(10 k V Ⅰ电压小于10 k V Ⅱ段电压),使2# 厂变并列运行电流增大至保护定值电流,造成2#厂变定时限过电流保护跳闸。
3 环流产生的原因、危害和采取的措施
产生环流的原因。根据当时泵站的运行方式(见图1),两台主变解列运行,两台厂变并列运行,10 k V Ⅰ段投运4 台2 500 k W电动机和1# 厂变,10 k V Ⅱ段投运1 台2 500 k W电动机和2# 厂变,由于10 k V Ⅰ、Ⅱ段负荷分配不均,造成10 k V Ⅰ段母线电压略低于10 k V Ⅱ母线电压,从而造成两台厂变低压侧的电压不等,并列后产生环流。在3# 电动机启动瞬间10 k V Ⅰ段电压瞬时下降,10 k V Ⅰ、Ⅱ段电压差值增大,环流电流也随之增大。
产生环流的危害。根据前面所述,两台厂变的三种运行方式的运行数据可以清楚的看出,形成环流后,产生的危害有:一是增加变压器的不必要的损耗;二是严重影响系统运行的稳定性。
采取的措施。结合泵站实际运行情况,针对此种情况,应采取的措施:一是两台厂变同时运行,建议不要并列运行;二是若两台厂变并列运行,建议10 k V母联断路器(500)投入运行,保证两台厂变在同一电压等级下运行,低压侧不会产生电位差;三是保证10k V两段负荷分配平衡,在10 k V侧不产生电位差;四是两台变压器满足并列运行条件。
摘要：结合泵站厂变定时限过电流保护跳闸,从变压器的并列运行条件、试验数据、微机保护校验、现场运行数据分析了跳闸原因,结合实际情况阐述了环流产生的原因、危害和采取的措施。
光纤电流差动保护及其试验技术 篇8
随着光纤通信技术的发展和设备成本的下降,以光纤通信为主的电力通信网络也在加速建设。电流差动保护原理简单可靠,已广泛应用在电力系统的发电机、变压器、母线、大型电机等元件的主保护中。电力通信网络的普及为分相电流差动保护的大规模应用提供了充足的通道资源,分相电流差动保护是将来保护发展的必然趋势。
1 光纤电流差动保护的基本原理及系统构成
1.1 光纤电流差动保护的基本原理
如图1所示,我们定义电流从母线流向线路时为正,由基尔霍夫电流定律有:在正常运行或外部故障时为相电流,φ为A相或B相或C相),在内部故障时,。
差动保护取差动电流,不考虑TA误差、保护装置误差和线路分布电容,在正常运行或外部故障时Id=0,差动保护可靠不动作;在内部故障时Id=IF(IF为流入故障点电流),差动保护可靠动作,该基本原理对每一相都成立。
1.2 光纤电流差动保护的系统构成
按照光纤通道的构成不同,光纤差动保护的系统构成可分为以下两种:
(1)专用光纤通道的差动保护。它由光端机(保护装置内带)、尾纤、光缆终端盒、光缆构成,其构成图如图2所示。
(2)复用光纤通道的差动保护。它由光端机(保护装置内带)、尾纤、复用接口装置、PCM(64K复用方式才有)、SDH/PDH构成,其构成图如图3所示。
虽然光纤差动保护已经比较成熟,但仍有几个因素影响着线路光纤差动保护的性能:
(1)TA传变特性的影响,主要是区外故障时TA饱和的影响,这对短线路和多端线路的差动保护影响最大;
(2)故障暂态过程的影响,这也涉及到保护算法的选择;
(3)超高压线路电容电流的影响,对于超高压和特高压线路,电容电流的数值很大,若不考虑分布电容电流的影响,则从原理上违反了基尔霍夫电流定律;
(4)负荷电流对稳态量电流差动保护的影响。
2 光纤电流差动保护通道试验
2.1 光纤电流差动保护通道试验的必要性
由于通信通道在光纤电流差动保护中起着非常重要的作用,因此在出厂和投运时,应对通信通道中的各个环节,包括光端机、通道衰耗、复用接口装置、时钟设置以及现场的复用设备等进行检查,防止由于通信通道原因导致保护不能正常工作。
2.2 试验准备
2.2.1 试验仪器仪表的检查
试验仪器仪表包括光功率计、光衰耗仪、光误码仪、继电保护测试仪。
首先应对光功率计、光衰耗仪、光误码仪进行校准,检查继电保护测试仪的精度是否满足要求。其次,在确保光纤中的光有效地耦合到光功率计后,还必须使全部光都照射到检测器的接受面上,但又不使检测器过载。
2.2.2 光纤及光收发模块的检查
检查光纤的连续性,光纤适配器的类型,确定光纤模式类型、所用波长等是否和技术方案要求一致。检查光收发模块所用波长、接口类型是否满足使用规格和技术方案要求。
2.2.3 通道及时钟设定的检查
本侧、对侧线路编码定值主要用于识别光纤通道是否正确连接,在整定时遵循以下原则:同一装置内,本侧线路编码定值不能与对侧线路编码定值相同(通道自环状态测试时除外);M侧装置的本侧线路编码定值要与N侧装置的对侧线路编码定值相同,M侧装置的对侧线路编码定值要与N侧装置的本侧线路编码定值相同。A、B通道的主时钟方式置“0”,从时钟方式置“1”:专用方式下,设置为“主一主”方式;64kb/s复用方式下,设置为“从一从”方式;2Mb/s复用方式下,设置为“主一主”方式。
2.3 光纤差动保护通道检测
2.3.1 光发送功率测试
光发送功率测试有助于了解激光器的工作情况。当激光器输出幅度大幅下降时,表明激光器出现问题,需要密切注意。采用外调制的光发送机,有时会出现平均发送功率突然上升3dB的情况,产生这一情况的原因是外调制电路失效,激光器的光源未经过调制便直接输出到光接口。
光发送器功率测试接线如图4所示,光发送器功率=测量值+接头衰耗(2×1dB)。测得的光发送功率应满足差动保护装置技术指标。
2.3.2 光接收灵敏度测试
光接收灵敏度测试的目的是测试接收器灵敏度是否满足要求。测出光发送功率后,测量接收灵敏度时,测试接线如图5所示,光端机用光纤自环,串接光衰耗仪,调节光衰耗仪的衰耗值,直至出现标准的1e-10的误码率(至少30min,最好24h无误码)。
接受灵敏=发送功率一光衰耗仪值—4dB(2根跳线光纤接头衰耗1dB×4)。测试的接收灵敏度应满足差动保护装置技术指标。
2.3.3 其它的光纤电流差动保护通道试验
其它的光纤电流差动保护通道试验有:
(1)光接收器的动态范围测试,目的是测试光接收器的动态范围;
(2)光收发模块稳定性测试,目的是测试光收发模块稳定性;
(3)光接收功率测定,目的是测试光接收端接收功率及裕度是否满足要求;
(4)光收发模块抗干扰测试,目的是测试光收发模块抗干扰能力;
(5)光纤通道自环检测,目的是检查光纤通道系统的各个环节,包括光端机、复用接口装置、PCM或PDH/SDH设备等。
3 光纤差动保护装置的性能测试
光纤差动保护装置的性能测试如下:
(1)正常误码下保护功能。
保护功能测试接线如图6所示,在通道中间加光衰耗仪,改变衰耗的大小,当显示的通道误码率约为1e-6时,用继电保护测试仪做差动试验,模拟区内外故障,区内故障保护正确动作,满足保护装置动作性能指标要求,区外故障保护不误动。
(2)许可误码下保护功能。
保护功能测试接线如图6所示,在通道中间加光衰耗仪,改变衰耗的大小,当显示的通道误码率约为1e-4时,用继电保护测试仪做差动试验,模拟区内外故障,区内故障动作允许在正常动作时间基础上不超过20ms延时,满足保护装置动作性能指标要求,区外故障保护不误动。
(3)临界接收灵敏度下保护功能。
临界接收录敏度验证保护功能及通道监视功能的正确性。保护功能测试接线如图6所示,串联光衰耗仪,增大衰耗使光功率约等于光接收模块临界灵敏度时,测试告警信号(通道误码率统计约为1e-2)、报文显示以及复归功能;然后降低衰耗,减少误码,经延时,告警信号和报文正确反应;再提高衰耗,增大误码,告警信号和报文应能正确反应。保持接收光功率约等于临界接收灵敏度,试验持续一段时间,测试告警及报文等信息的稳定性。在临界接收灵敏度试验条件下,做差动保护试验,模拟区内外故障,保护动作应正确一致,并给出相应报文。
(4)通道中断测试。
通道中断验证保护通道监视功能的正确性。通道中断测试接线如图7所示,在保护装置M处,拔出光发回路的FC接头,通道中断1min以上,保护装置N侧给出接收告警报文,闭锁保护功能,同时告警灯亮。同样,在保护装置N处,拔出光发回路的FC接头,通道中断1min以上,保护装置M侧,给出接收告警报文,闭锁保护功能,同时告警灯亮。此时,做保护性能试验,保护不动作。
4 现场异常告警
以某公司生产的800系列保护为例,异常信息包括:通信告警、告警Ⅰ、告警Ⅱ、通道Ⅰ告警、通道Ⅱ告警等。
4.1 保护装置告警
保护装置告警的原因有以下几种。
(1)通信告警:MMI在保护巡检中断时发告警;
(2)告警Ⅰ:装置发生异常,严重影响保护运行(如定值错、程序出错、电流求和错、硬件异常、TA断线等)时发告警Ⅰ,此时,将闭锁该保护,跳闸+24V电源;
(3)告警Ⅱ:流差长期存在、TV断线时告警,只发本地和中央信号,不闭锁各保护,且跳闸+24V电源;
(4)通道Ⅰ、Ⅱ告警:两端保护装置通过两个光纤通道传送的数据达到一定的误码率标准时,闭锁差动保护,并发送信号,此时应检测通信通道中的各个环节,包括光端机、通道衰耗、接收发送光功率、复用接口装置、复用设备以及时钟设置。
4.2 光端机、复用接口装置告警
光端机、复用接口装置告警原因有以下几种。
(1)光端机告警灯亮:表示光接收不正常,应检查光接收通信链路;
(2)复用接口装置告警:告警I灯亮,表示与保护连接的光纤通道信号异常;告警II灯亮,表示从PCM或PDH/SDH设备到复用接口装置的信号异常;告警I和告警Ⅱ同时灯亮或闪亮,说明光信号输入异常。
参考文献