探討高壓無線核相儀的保護(hù)

探討高壓無線核相儀的保護(hù)
　　母線保護(hù)快速、準(zhǔn)確動(dòng)作對(duì)超高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，它還是保證超高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)選擇性的重要環(huán)節(jié)，在保護(hù)電力設(shè)備**方面的作用也不可忽視。正是由于母線保護(hù)在電網(wǎng)中特殊的重要地位，人們對(duì)微機(jī)母線保護(hù)的推廣應(yīng)用持謹(jǐn)慎態(tài)度。微機(jī)母線保護(hù)是否會(huì)迅速推廣，微機(jī)母線保護(hù)應(yīng)向哪方面發(fā)展，值得深入探討。
　　1　母線保護(hù)運(yùn)行的簡要分析
　　目前電網(wǎng)運(yùn)行的母線保護(hù)主要是電流差動(dòng)保護(hù)，也有少量相比式母線保護(hù)在運(yùn)行，其中主要采用與電流差動(dòng)結(jié)合以比較母聯(lián)電流相位作為雙母線保護(hù)的選擇元件。
　　東北電網(wǎng)近10年統(tǒng)計(jì)資料表明，母線保護(hù)共動(dòng)作70次，不正確12次，正確動(dòng)作率僅為82.85%。在這12次不正確動(dòng)作中，因制造質(zhì)量**引起2次（出口干簧繼電器異常和交流電流繼電器接點(diǎn)卡死各1次）；調(diào)試不當(dāng)、誤碰等人員直接過失5次；與母線保護(hù)性能有關(guān)的不正確動(dòng)作5次，這5次不正確動(dòng)作中有4次也與使用不當(dāng)有關(guān)?？梢娙藶橐蛩厥窃斐赡妇€保護(hù)不正確動(dòng)作的主要原因。因此，研制的微機(jī)化母線保護(hù)除滿足廠站自動(dòng)化要求外，要充分利用自檢等功能，以減少運(yùn)行、維護(hù)人員工作量。
　　2　集中式微機(jī)母線保護(hù)
　　隨著微機(jī)線路保護(hù)的成功應(yīng)用，眾多科研制造部門將注意力投向了微機(jī)母線保護(hù)。
　　在現(xiàn)場應(yīng)用的微機(jī)母線保護(hù)可以分為2類：一種是采用比率制動(dòng)原理的快速母差保護(hù)［1～4］；另一種是利用電流差動(dòng)作為啟動(dòng)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(jī)母線保護(hù)一般沒有公共的差電流回路，而是通過對(duì)各元件電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)計(jì)算獲取差動(dòng)量和制動(dòng)量。微機(jī)母差保護(hù)利用軟件補(bǔ)償來解決電流互感器(TA)變比不一致問題，對(duì)數(shù)字量運(yùn)算還便于采用更為復(fù)雜、可靠的判據(jù)。有的微機(jī)母差保護(hù)利用采樣值差動(dòng)原理加快區(qū)內(nèi)故障保護(hù)動(dòng)作速度以減少TA飽和對(duì)母差保護(hù)的影響［5］。微機(jī)母差保護(hù)還可以通過算法分析判斷TA飽和情況，避免引起母差保護(hù)誤動(dòng)作［6，7］，從而降低了母差保護(hù)對(duì)TA的要求。微機(jī)母差保護(hù)的成功應(yīng)用為母差保護(hù)的發(fā)展提供了機(jī)遇。
　　同時(shí)也應(yīng)看到，現(xiàn)階段的微機(jī)母差保護(hù)需要接入母線所有元件的電流量及隔離開關(guān)位置量，其二次回路要較固定連接式低阻抗母差保護(hù)復(fù)雜。用于對(duì)動(dòng)作時(shí)間要求不嚴(yán)格的場合，由于使用二次電纜多于老式低阻抗母差保護(hù)，老式低阻抗母差保護(hù)仍占有一定的優(yōu)勢。對(duì)于母線故障切除時(shí)間要求嚴(yán)格的情況，微機(jī)母差保護(hù)在動(dòng)作速度上可與中阻抗母差保護(hù)相媲美，且不需要輔助TA及切換繼電器，二次回路構(gòu)成上有所簡化，減少了現(xiàn)場維護(hù)量，但在區(qū)外故障TA飽和影響方面還需要進(jìn)一步積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。母差保護(hù)動(dòng)作信號(hào)簡單，投退操作幾率少，一些常規(guī)母差保護(hù)對(duì)TA斷線等環(huán)節(jié)也有監(jiān)視功能，對(duì)廠站自動(dòng)化影響不明顯，也是影響微機(jī)母差保護(hù)推廣應(yīng)用的一個(gè)原因。
　　隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)水平的迅速提高，繼電保護(hù)下放到開關(guān)場的方式得以實(shí)施并逐漸得到認(rèn)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(hù)下放的經(jīng)濟(jì)效益越明顯。繼電保護(hù)下放對(duì)微機(jī)母線保護(hù)提出了新的要求。
　　3　探討高壓無線核相儀的保護(hù)
　　因常規(guī)母差保護(hù)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(shí)現(xiàn)分散布置。微機(jī)母差保護(hù)沒有公共的差電流回路，差動(dòng)量和制動(dòng)量是通過對(duì)數(shù)字量計(jì)算獲取的，借助通信網(wǎng)絡(luò)，容易實(shí)現(xiàn)分散布置的要求。國外已有微機(jī)分散布置母差保護(hù)的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，如ABB公司的REB500型微機(jī)母差保護(hù)，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(hù)相比，分散布置方案有更多優(yōu)點(diǎn)［8］：
　　a.可以減少誤操作、誤碰導(dǎo)致母差保護(hù)誤動(dòng)作而引起多個(gè)斷路器同時(shí)跳閘的幾率。
　　b.不必將所有TA二次電纜集中到母差保護(hù)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(hù)與其他保護(hù)公用一組TA成為可能。
　　c.容易與線路或變壓器的主保護(hù)組合，與后備保護(hù)相互備用。
　　實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)分散布置可以徹底消除廠站不同設(shè)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(jì)效益顯著。面對(duì)繼電保護(hù)下放的大趨勢，加快研制分散布置的微機(jī)母線保護(hù)，應(yīng)是微機(jī)母線保護(hù)發(fā)展的主要方向。
　　3.1　方向式分散布置母線保護(hù)
　　在集中式母線保護(hù)應(yīng)用中，電流差動(dòng)保護(hù)原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，多年來已成為母線保護(hù)的主流。對(duì)于分散布置的方案，電流差動(dòng)回路難以形成，應(yīng)積極探索其他原理的母線保護(hù)，以適應(yīng)分散布置的需要。
　　對(duì)于閉鎖式線路縱聯(lián)保護(hù)，通常設(shè)有反應(yīng)區(qū)外故障的啟動(dòng)發(fā)信元件和反應(yīng)區(qū)內(nèi)故障的停信元件。區(qū)外故障時(shí)，啟動(dòng)元件要比對(duì)側(cè)保護(hù)停信元件靈敏度高，以閉鎖對(duì)側(cè)保護(hù)，防止誤動(dòng)。排除通道等因素的影響，閉鎖式保護(hù)本身的可靠性已得到公認(rèn)。作為主保護(hù)，微機(jī)閉鎖式線路縱聯(lián)保護(hù)可以完全反應(yīng)線路上的各種類型故障。
　　可以把母線當(dāng)做一條超短的線路來對(duì)待，母線上連接的各個(gè)電氣元件則可視為多端線路的一端。由于母線保護(hù)不必考慮選相跳閘，如果母線處于一個(gè)開閉所內(nèi)，即母線上只連接有線路，采用閉鎖式線路保護(hù)原理，可以構(gòu)成相應(yīng)的母線保護(hù)：利用各線路保護(hù)中對(duì)線路全線有靈敏度Ⅱ段保護(hù)作為啟動(dòng)元件，用以反應(yīng)母線的區(qū)外故障。在線路保護(hù)中與Ⅰ段保護(hù)功能相同的反方向元件，即指向母線的元件，用以反應(yīng)母線故障，這個(gè)元件在保證對(duì)母線故障有靈敏度的情況下，與各出線保護(hù)的Ⅱ段相配合。將各條線路反應(yīng)區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障的元件組合在一起即可構(gòu)成母線保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，故障線路的Ⅱ段瞬動(dòng)接點(diǎn)發(fā)出閉鎖信號(hào)，母線保護(hù)不能跳閘。當(dāng)母線故障時(shí)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)故障的元件動(dòng)作，同時(shí)沒有閉鎖信號(hào)，母線保護(hù)正確動(dòng)作。由于是建立在完善的微機(jī)線路保護(hù)基礎(chǔ)上，這些正、反方向元件應(yīng)能瞬時(shí)反應(yīng)各種類型故障。
　　這里利用線路保護(hù)Ⅱ段的瞬動(dòng)接點(diǎn)作為反應(yīng)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(yīng)母線故障的元件應(yīng)與反應(yīng)區(qū)外故障的元件相配合，同時(shí)保證母線故障時(shí)有靈敏度。
　　對(duì)于普通廠站，可以在主變、發(fā)電機(jī)—變壓器組及母聯(lián)（分段）單元上增設(shè)線路微機(jī)保護(hù)裝置，作為方向式母線保護(hù)的組成部分。母聯(lián)單元微機(jī)保護(hù)用于保證母線保護(hù)的選擇性，在指向不同母線的方向上均應(yīng)設(shè)有反應(yīng)區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障的元件。
　　這種方向式分散布置的母線保護(hù)，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(luò)來實(shí)現(xiàn)。充分利用了已有的微機(jī)線路保護(hù)，能夠隨線路保護(hù)的雙重化而雙重化，可以進(jìn)一步降低工程造價(jià)。母線保護(hù)建立在成熟的微機(jī)線路保護(hù)基礎(chǔ)上，同時(shí)可以將電壓閉鎖量分散布置，可靠性高。母線保護(hù)也將不再受到TA飽和的影響。
　　與微機(jī)線路保護(hù)相結(jié)合，方向式母線保護(hù)構(gòu)成簡單，對(duì)集中式母線保護(hù)的情況也能適應(yīng)，應(yīng)引起人們的足夠重視。方向式母線保護(hù)還可為超高壓電網(wǎng)重要廠站母線保護(hù)雙重化提供選擇。
　　3.2　探討高壓無線核相儀的保護(hù)
　　微機(jī)分散布置電流差動(dòng)原理的母線保護(hù)與集中式微機(jī)母差保護(hù)相比，需解決2個(gè)技術(shù)難題：一是實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)；二是高精度的同步采樣技術(shù)。
　　數(shù)據(jù)通信量大，導(dǎo)致通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜，甚至通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜程度有可能超過繼電保護(hù)設(shè)備本身。這不僅增加了設(shè)備投資，在一定程度上也降低了母差保護(hù)的可靠性。微機(jī)電流差動(dòng)母線保護(hù)通過數(shù)字量計(jì)算獲取差動(dòng)量和制動(dòng)量，對(duì)不同間隔單元采樣同步性要求極高，特別是對(duì)應(yīng)用采樣點(diǎn)差動(dòng)原理等快速動(dòng)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(jī)分散布置母差保護(hù)均設(shè)置主站的原因之一。經(jīng)過理論分析和試驗(yàn)室驗(yàn)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(hù)。
　　對(duì)于雙母線方式，母差保護(hù)的每個(gè)間隔單元由5個(gè)插件組成，即大差動(dòng)插件、選擇差動(dòng)插件（含電壓閉鎖）、通信插件、信號(hào)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(luò)連接。通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖介質(zhì)，共有4路384 kbit/s速率的串行通信口，2路用于大差動(dòng)插件，實(shí)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(gè)選擇元件。大差動(dòng)接入專用的母差保護(hù)TA，選擇元件與其他保護(hù)公用TA。母差保護(hù)不設(shè)主單元，只由各間隔單元通過環(huán)行通信網(wǎng)絡(luò)串接組成，且各間隔單元的軟件、硬件構(gòu)成相同。母差保護(hù)采用比率制動(dòng)原理。考慮保護(hù)已經(jīng)下放，使用電纜量很少，對(duì)運(yùn)行方式仍采用對(duì)隔離開關(guān)輔助接點(diǎn)直接判別的方法。保護(hù)中設(shè)有相應(yīng)的軟件，監(jiān)測、判別隔離開關(guān)和斷路器輔助接點(diǎn)狀態(tài)是否異常以及TA是否發(fā)生斷線等。
　　應(yīng)用這種環(huán)行通信網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上，當(dāng)每周期采樣36點(diǎn)時(shí)，探討高壓無線核相儀的保護(hù)，環(huán)行網(wǎng)絡(luò)*多可接入18個(gè)單元，采樣同步問題也得到妥善解決。試驗(yàn)室測試表明，在不接入GPS等外部時(shí)鐘的情況下，經(jīng)過技術(shù)處理，不同間隔單元*大采樣不同步時(shí)間小于1 μs。
　　無主站的微機(jī)母差保護(hù)由與一次設(shè)備相對(duì)應(yīng)，軟、硬件相同的間隔單元組成，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)要求低，更有利于保護(hù)下放。二次電纜少，通信網(wǎng)絡(luò)簡單，使無主站的微機(jī)母差保護(hù)可以充分利用微機(jī)型母差保護(hù)對(duì)TA特性要求低的優(yōu)點(diǎn)，增加硬件冗余度，通過大差動(dòng)和選擇元件接入不同TA繞組，使母差保護(hù)的可靠性大為提高。
　　4　結(jié)論
　　a.常規(guī)母差保護(hù)存在的問題主要是使用和運(yùn)行維護(hù)問題，不必對(duì)裝置本身的可靠性過于悲觀。
　　b.采用現(xiàn)有集中式微機(jī)母差保護(hù)**替代常規(guī)母差保護(hù)還需要時(shí)間。
　　c.微機(jī)分散布置母線保護(hù)性能優(yōu)異，是母線保護(hù)微機(jī)化的主要發(fā)展方向。
　　d.母線保護(hù)不應(yīng)局限于電流差動(dòng)原理，特別是結(jié)合保護(hù)下放的新情況，要充分利用現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)資源，積極探索使用其他原理的母線保護(hù)。
　　e.以微機(jī)線路保護(hù)為基礎(chǔ)的方向式母線保護(hù)構(gòu)成簡單，適用于保護(hù)下放方案和母線保護(hù)雙重化需要，應(yīng)給予充分重視。
　　f.無主站的分散布置母差保護(hù)硬件要求低，冗余度大，為保護(hù)下放提供了新選擇。

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