探討高壓無線核相儀的保護

探討高壓無線核相儀的保護
　　母線保護快速、準確動作對超高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運行至關重要，它還是保證超高壓電網(wǎng)繼電保護選擇性的重要環(huán)節(jié)，在保護電力設備**方面的作用也不可忽視。正是由于母線保護在電網(wǎng)中特殊的重要地位，人們對微機母線保護的推廣應用持謹慎態(tài)度。微機母線保護是否會迅速推廣，微機母線保護應向哪方面發(fā)展，值得深入探討。
　　1　母線保護運行的簡要分析
　　目前電網(wǎng)運行的母線保護主要是電流差動保護，也有少量相比式母線保護在運行，其中主要采用與電流差動結合以比較母聯(lián)電流相位作為雙母線保護的選擇元件。
　　東北電網(wǎng)近10年統(tǒng)計資料表明，母線保護共動作70次，不正確12次，正確動作率僅為82.85%。在這12次不正確動作中，因制造質量**引起2次（出口干簧繼電器異常和交流電流繼電器接點卡死各1次）；調試不當、誤碰等人員直接過失5次；與母線保護性能有關的不正確動作5次，這5次不正確動作中有4次也與使用不當有關。可見人為因素是造成母線保護不正確動作的主要原因。因此，研制的微機化母線保護除滿足廠站自動化要求外，要充分利用自檢等功能，以減少運行、維護人員工作量。
　　2　集中式微機母線保護
　　隨著微機線路保護的成功應用，眾多科研制造部門將注意力投向了微機母線保護。
　　在現(xiàn)場應用的微機母線保護可以分為2類：一種是采用比率制動原理的快速母差保護［1～4］；另一種是利用電流差動作為啟動元件先跳母聯(lián)斷路器，再利用母聯(lián)跳開后雙母線電壓的不同來選擇故障母線。
　　微機母線保護一般沒有公共的差電流回路，而是通過對各元件電流進行模數(shù)轉換后，經(jīng)計算獲取差動量和制動量。微機母差保護利用軟件補償來解決電流互感器(TA)變比不一致問題，對數(shù)字量運算還便于采用更為復雜、可靠的判據(jù)。有的微機母差保護利用采樣值差動原理加快區(qū)內故障保護動作速度以減少TA飽和對母差保護的影響［5］。微機母差保護還可以通過算法分析判斷TA飽和情況，避免引起母差保護誤動作［6，7］，從而降低了母差保護對TA的要求。微機母差保護的成功應用為母差保護的發(fā)展提供了機遇。
　　同時也應看到，現(xiàn)階段的微機母差保護需要接入母線所有元件的電流量及隔離開關位置量，其二次回路要較固定連接式低阻抗母差保護復雜。用于對動作時間要求不嚴格的場合，由于使用二次電纜多于老式低阻抗母差保護，老式低阻抗母差保護仍占有一定的優(yōu)勢。對于母線故障切除時間要求嚴格的情況，微機母差保護在動作速度上可與中阻抗母差保護相媲美，且不需要輔助TA及切換繼電器，二次回路構成上有所簡化，減少了現(xiàn)場維護量，但在區(qū)外故障TA飽和影響方面還需要進一步積累運行經(jīng)驗。母差保護動作信號簡單，投退操作幾率少，一些常規(guī)母差保護對TA斷線等環(huán)節(jié)也有監(jiān)視功能，對廠站自動化影響不明顯，也是影響微機母差保護推廣應用的一個原因。
　　隨著計算機、通信技術水平的迅速提高，繼電保護下放到開關場的方式得以實施并逐漸得到認同。電壓水平越高的廠站，占地面積越大，消耗電纜也越多，繼電保護下放的經(jīng)濟效益越明顯。繼電保護下放對微機母線保護提出了新的要求。
　　3　探討高壓無線核相儀的保護
　　因常規(guī)母差保護需要將母線上連接的所有元件的電流回路差接在一起，難以實現(xiàn)分散布置。微機母差保護沒有公共的差電流回路，差動量和制動量是通過對數(shù)字量計算獲取的，借助通信網(wǎng)絡，容易實現(xiàn)分散布置的要求。國外已有微機分散布置母差保護的成功運行經(jīng)驗，如ABB公司的REB500型微機母差保護，東京電力公司有人值班的變電站系統(tǒng)。與集中式母差保護相比，分散布置方案有更多優(yōu)點［8］：
　　a.可以減少誤操作、誤碰導致母差保護誤動作而引起多個斷路器同時跳閘的幾率。
　　b.不必將所有TA二次電纜集中到母差保護屏上，減少了TA二次回路電纜，使TA二次回路得到簡化，也使得母差保護與其他保護公用一組TA成為可能。
　　c.容易與線路或變壓器的主保護組合，與后備保護相互備用。
　　實現(xiàn)母線保護分散布置可以徹底消除廠站不同設備單元間的電氣連接，在減少電纜投資、縮減中央控制室與廠站占地方面經(jīng)濟效益顯著。面對繼電保護下放的大趨勢，加快研制分散布置的微機母線保護，應是微機母線保護發(fā)展的主要方向。
　　3.1　方向式分散布置母線保護
　　在集中式母線保護應用中，電流差動保護原理簡單，易于實現(xiàn)，多年來已成為母線保護的主流。對于分散布置的方案，電流差動回路難以形成，應積極探索其他原理的母線保護，以適應分散布置的需要。
　　對于閉鎖式線路縱聯(lián)保護，通常設有反應區(qū)外故障的啟動發(fā)信元件和反應區(qū)內故障的停信元件。區(qū)外故障時，啟動元件要比對側保護停信元件靈敏度高，以閉鎖對側保護，防止誤動。排除通道等因素的影響，閉鎖式保護本身的可靠性已得到公認。作為主保護，微機閉鎖式線路縱聯(lián)保護可以完全反應線路上的各種類型故障。
　　可以把母線當做一條超短的線路來對待，母線上連接的各個電氣元件則可視為多端線路的一端。由于母線保護不必考慮選相跳閘，如果母線處于一個開閉所內，即母線上只連接有線路，采用閉鎖式線路保護原理，可以構成相應的母線保護：利用各線路保護中對線路全線有靈敏度Ⅱ段保護作為啟動元件，用以反應母線的區(qū)外故障。在線路保護中與Ⅰ段保護功能相同的反方向元件，即指向母線的元件，用以反應母線故障，這個元件在保證對母線故障有靈敏度的情況下，與各出線保護的Ⅱ段相配合。將各條線路反應區(qū)外故障和區(qū)內故障的元件組合在一起即可構成母線保護。當線路發(fā)生故障時，故障線路的Ⅱ段瞬動接點發(fā)出閉鎖信號，母線保護不能跳閘。當母線故障時，反應區(qū)內故障的元件動作，同時沒有閉鎖信號，母線保護正確動作。由于是建立在完善的微機線路保護基礎上，這些正、反方向元件應能瞬時反應各種類型故障。
　　這里利用線路保護Ⅱ段的瞬動接點作為反應區(qū)外故障的元件并不是**的，完全可以根據(jù)電網(wǎng)的需要來確定它的整定范圍。而反應母線故障的元件應與反應區(qū)外故障的元件相配合，同時保證母線故障時有靈敏度。
　　對于普通廠站，可以在主變、發(fā)電機—變壓器組及母聯(lián)（分段）單元上增設線路微機保護裝置，作為方向式母線保護的組成部分。母聯(lián)單元微機保護用于保證母線保護的選擇性，在指向不同母線的方向上均應設有反應區(qū)內、區(qū)外故障的元件。
　　這種方向式分散布置的母線保護，各間隔單元之間相互交換的信息量小，可以通過簡單可靠的通信網(wǎng)絡來實現(xiàn)。充分利用了已有的微機線路保護，能夠隨線路保護的雙重化而雙重化，可以進一步降低工程造價。母線保護建立在成熟的微機線路保護基礎上，同時可以將電壓閉鎖量分散布置，可靠性高。母線保護也將不再受到TA飽和的影響。
　　與微機線路保護相結合，方向式母線保護構成簡單，對集中式母線保護的情況也能適應，應引起人們的足夠重視。方向式母線保護還可為超高壓電網(wǎng)重要廠站母線保護雙重化提供選擇。
　　3.2　探討高壓無線核相儀的保護
　　微機分散布置電流差動原理的母線保護與集中式微機母差保護相比，需解決2個技術難題：一是實時傳輸大量數(shù)據(jù)；二是高精度的同步采樣技術。
　　數(shù)據(jù)通信量大，導致通信網(wǎng)絡構成復雜，甚至通信網(wǎng)絡設備的復雜程度有可能超過繼電保護設備本身。這不僅增加了設備投資，在一定程度上也降低了母差保護的可靠性。微機電流差動母線保護通過數(shù)字量計算獲取差動量和制動量，對不同間隔單元采樣同步性要求極高，特別是對應用采樣點差動原理等快速動作的情況，采樣的同步性就更為重要。這也是目前已投入使用的微機分散布置母差保護均設置主站的原因之一。經(jīng)過理論分析和試驗室驗證，我們已找到了解決上述問題的方法，試制了無主站的分散布置的母差保護。
　　對于雙母線方式，母差保護的每個間隔單元由5個插件組成，即大差動插件、選擇差動插件（含電壓閉鎖）、通信插件、信號及出口插件和電源插件。不同下放單元之間通過串接的環(huán)狀通信網(wǎng)絡連接。通信網(wǎng)絡采用光纖介質，共有4路384 kbit/s速率的串行通信口，2路用于大差動插件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化，以提高可靠性；另2路用于雙母線的2個選擇元件。大差動接入專用的母差保護TA，選擇元件與其他保護公用TA。母差保護不設主單元，只由各間隔單元通過環(huán)行通信網(wǎng)絡串接組成，且各間隔單元的軟件、硬件構成相同。母差保護采用比率制動原理?？紤]保護已經(jīng)下放，使用電纜量很少，對運行方式仍采用對隔離開關輔助接點直接判別的方法。保護中設有相應的軟件，監(jiān)測、判別隔離開關和斷路器輔助接點狀態(tài)是否異常以及TA是否發(fā)生斷線等。
　　應用這種環(huán)行通信網(wǎng)絡，在現(xiàn)有硬件基礎上，當每周期采樣36點時，探討高壓無線核相儀的保護，環(huán)行網(wǎng)絡*多可接入18個單元，采樣同步問題也得到妥善解決。試驗室測試表明，在不接入GPS等外部時鐘的情況下，經(jīng)過技術處理，不同間隔單元*大采樣不同步時間小于1 μs。
　　無主站的微機母差保護由與一次設備相對應，軟、硬件相同的間隔單元組成，對通信網(wǎng)絡要求低，更有利于保護下放。二次電纜少，通信網(wǎng)絡簡單，使無主站的微機母差保護可以充分利用微機型母差保護對TA特性要求低的優(yōu)點，增加硬件冗余度，通過大差動和選擇元件接入不同TA繞組，使母差保護的可靠性大為提高。
　　4　結論
　　a.常規(guī)母差保護存在的問題主要是使用和運行維護問題，不必對裝置本身的可靠性過于悲觀。
　　b.采用現(xiàn)有集中式微機母差保護**替代常規(guī)母差保護還需要時間。
　　c.微機分散布置母線保護性能優(yōu)異，是母線保護微機化的主要發(fā)展方向。
　　d.母線保護不應局限于電流差動原理，特別是結合保護下放的新情況，要充分利用現(xiàn)有微機保護資源，積極探索使用其他原理的母線保護。
　　e.以微機線路保護為基礎的方向式母線保護構成簡單，適用于保護下放方案和母線保護雙重化需要，應給予充分重視。
　　f.無主站的分散布置母差保護硬件要求低，冗余度大，為保護下放提供了新選擇。

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