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    母線槽的自適應運行方案

    發布時間:2021-06-11 08:49:39 | 點擊:737   

    非固定連接主接線方式的母線槽的優點是運行方式靈活,但相應的母差保護必須切換其差流回路和出口回路,使其與運行方式保持一致。為減少人工干預(繁瑣并容易失誤),無論是集成電路還是微機母差保護都引入刀閘輔助接點,據此確定運行方式,切換內部回路。這個方法直接有效,但難以消除繼電保護專業人員的擔憂,即:在現有刀閘輔助接點和其引入環節并非十分可靠的情況下,如何保證母差保護的正確動作?為此,繼電保護研究人員做了兩方面的探索:一種方法是同時引入每一副刀閘的常開接點和常閉接點,以兩對接點的組合來判別刀閘狀態,這不但占用了大量開入通道和電纜,而且只能消除引入環節造成的錯誤,而不能解決由刀閘輔助接點一次設備的損壞而導致的錯誤;第二種嘗試是摒棄刀閘輔助接點,利用微機的計算功能,通過負荷電流計算來判別母線槽運行方式,但由于等電流元件(雙回線或同一電廠中出力相同的發電機)和空載、輕載元件的存在,這種嘗試仍未成功。

    本文提出了一套新的方案:在微機保護平臺上,以刀閘輔助接點為主,以各單元負荷電流的計算來校驗刀閘輔助接點的正確性并自動糾正其錯誤。每副刀閘仍引入一對接點,由微機實時計算電流瞬時值,根據電流判據,將穩態與暫態判斷相結合,實時發現并糾正輔助接點的錯誤,減輕運行人員的負擔,提高母差保護動作的正確率。

    1刀閘輔助接點的出錯方式及其對母差保護的影響

    1.1刀閘輔助接點出錯方式的分類

    這里說的刀閘輔助接點出錯是指:在保護裝置及其外部接線經校驗正確、投入運行后,由于刀閘一次設備、引入電纜和端子或裝置內部開入通道的原因,使微機讀入的運行方式與實際運行方式不一致。由此可將刀閘輔助接點出錯方式歸納為以下3類:

    a.刀閘主接點已閉合而輔助接點讀入仍為0(閉合為1,開斷為0),稱之為接點不良。

    b.刀閘主接點已開斷而輔助接點讀入仍為1(閉合為1,開斷為0),稱之為接點粘連。

    c.讀入值在0、1間翻轉不定,稱之為接點抖動。

    1.2刀閘輔助接點出錯對母差保護的影響

    在非固定連接主接線方式中,以雙母線槽接線方式最為典型,以下分析均以雙母線槽為例。

    由刀閘輔助接點形成的母線槽運行方式字,在微機母差保護中是用來計算各段母線槽分差(小差)電流、切換各單元出口回路的,其結果只對保護的選擇性產生影響。而區分母線槽區內、區外故障則是由不受母線槽運行方式影響的總差(大差)電流來判別。下面是雙母線槽運行過程中可能出現的情況。

    1.2.1接點不良對母差保護的影響

    接點不良表現為兩種情況:

    a.某一單元已投入運行,而保護未將其電流互感器(TA)電流加入相應差流回路。若該單元是電源或對側有電源的負荷,則可能造成保護拒動(故障就發生在這段母線槽上)或失去選擇性。若該單元是空載或輕載負荷,則對保護無大的影響。

    b.某一單元倒閘過程中,兩把刀閘都已閉合,而保護裝置沒有切換入互聯狀態。由于此時兩條母線槽已經將兩把刀閘連在一起,部分電流流過刀閘而不經過母聯TA,如果仍然判分差電流選擇切除母線槽,將降低保護靈敏度或延長故障切除時間。

    1.2.2接點粘連對母差保護的影響

    接點粘連也分兩種情況:

    a.某一單元已投入運行,而保護未將其電流互感器(TA)電流加入相應差流回路。若該單元是電源或對側有電源的負荷,則可能造成保護拒動(故障就發生在這段母線槽上)或失去選擇性。若該單元是空載或輕載負荷,則對保護無大的影響。

    b.某一單元倒閘過程中,兩把刀閘都已閉合,而保護裝置沒有切換入互聯狀態。由于此時兩條母線槽已經將兩把刀閘連在一起,部分電流流過刀閘而不經過母聯TA,如果仍然判分差電流選擇切除母線槽,將降低保護靈敏度或延長故障切除時間。

    1.2.2接點粘連對母差保護的影響

    接點粘連也分兩種情況:

    a.倒閘過程結束,拉開其中一把刀閘而其接點粘連,保護裝置仍處在互聯(非選擇)方式,一旦發生區內故障,將擴大故障切除范圍。

    b.某一單元開關斷開,退出運行,刀閘拉開而接點粘連。在該單元下一次投入前不影響保護運行,但當該單元再次投入于另一條母線槽上時,母差保護誤入互聯方式,其結果同上。

    1.2.3接點抖動對母差保護的影響

    接點抖動是由觸點接觸不良或其他原因造成。如不能及時發現,它對保護的影響就取決于故障發生時輔助接點的狀態,如果恰好此時與主接點不符,其現象就是接點不良或接點粘連中的一種。

    通過以上分析可知,輔助接點的錯誤雖然不會造成保護誤動,但將導致拒動或擴大故障切除范圍。為防止上述后果發生,應充分發揮微機保護計算與自檢的優勢,及時發現并糾正接點的錯誤。

    2新方案對微機保護平臺的要求

    微機平臺要能在每個采樣間隔內完成大差和小差電流瞬時值的計算,能夠在完成差動保護計算量的同時完成本方案的判斷過程。

    保護裝置的電流測量精度越高,使用本方案的效果也越好。

    由于裝置對母線槽運行方式自校正,所以要有人機界面告知運行人員現有接點狀態、出錯位置、糾正結果。

    由于倒閘過程的特殊性,設一中央信號“母線槽互聯”,在兩段母線槽互聯時點亮,倒閘結束母線槽分開時熄滅。另設一中央信號“接點出錯”,用于在發現刀閘輔助接點錯誤時提醒值班人員。

    為方便保護投入時輔助接點的檢修,可以在保護屏上強制設置刀閘接點位置。

    3刀閘輔助接點出錯的判據

    3.1有電流而無刀閘接點

    首先想到的是:某單元TA電流不為00,而該單元兩把刀閘都開斷,則該單元必然是接點不良。即:

    其中im是m單元流過的電流瞬時值;ε是大于0的正數;Sm1是m單元Ⅰ母刀閘狀態,

    閉合為1,開斷為0;Sm2是m單元Ⅱ母刀閘狀態,閉合為1,開斷為0。

    判據(1)直觀簡潔,并能確定刀閘出錯位于哪一個單元,但適用面窄,且無法確定如何糾正錯誤。

    3.2兩段母線槽分差電流之和等于總差電流

    由于刀閘輔助接點是用來計算分差(小差)電流的,所以可用小差電流的計算結果

    來校驗運行方式的正確性。穩態情況下小差電流處于平衡狀態,即:

    判據(2)有局限性,所有下列情況該判據都不適用:a.發生區內故障時,小差電流不平衡;

    b.發生區外故障而TA飽和時,小差電流不平衡;c.TA斷線時,也使小差電流不為0;

    d.倒閘過程中兩條母線槽經刀閘相連,而刀閘上有電流。

    由于電流的原因造成小差不平衡,同樣也會影響到大差。在刀閘輔助接點正確的情況下,大差等于小差之和,即:

    需要注意的是,當一個單元兩把刀閘都閉合時其電流不能重復計入小差,即該電流計入了Ⅰ母小差,則不參與Ⅱ母小差的計算,反之亦然。式(3)作為本文提出的校驗刀閘輔助接點正確性的通用判據,無論母線槽運行方式如何變化,流經母線槽的電流如何變化,都可以用此判據。只要刀閘出錯的單元TA有電流,就能夠發現錯誤。

    3.3母線槽是否處于互聯的判斷

    判據(3)雖然在母線槽互聯時適用,但它不能判別母線槽是否處于互聯狀態。這是非常重要的,因為母線槽互聯時需將保護切換至非選擇狀態(只以大差判據作為出口依據,發生區內故障則將兩段母線槽全部切除)。母線槽互聯時,電流在兩條母線槽上的分布如圖1所示。

    發生區內故障時,則在故障段母線槽小差電流中加上故障電流ip0從以上分析可知,除非極特殊的電流分配,流經刀閘的電流不為0,所以此時兩段母線槽的小差電流均不為0,而且滿足判據(3)。因此母線槽互聯的判據就是:

    3.4接點抖動的判據

    實際運行中,對同一副刀閘在一個時段內不可能重復多次操作??梢詫Φ堕l變位的情況作統計,當同一接點短時間內變化多次時,即可判其接點抖動。

    3.5用瞬時值判斷的實時性

    為了能實時發現并糾正刀閘輔助接點的錯誤,必須用瞬時值來計算大差和小差電流??紤]到在電流波形過零點±30°范圍內,電流瞬時值的大小可能不滿足判據的靈敏度,所以最多不超過(20/6)ms就能根據以上判據判斷出接點錯誤并糾正。

    4如何確定出錯接點并糾正錯誤在討論這個問題前,先作兩個假設:

    a.每個出錯單元的電流都能被檢測到;

    b.在同一時刻(20/6ms內),只發生一次接點錯誤。

    關于這兩個假設的合理性在第5節中將專門予以說明。

    4.1穩態運行時的判斷流程

    穩態運行是指沒有區內、區外故障發生,差動判據也未啟動的時段。保護投入運行后,微機實時計算每個采樣點的大差和小差電流瞬時值(差動保護也需要)。首先判別是否有兩把刀閘同時閉合的單元,用判據(4)來驗證。如果此時母線槽的確處于互聯狀態,則保護進入非選擇性方式,并點亮“母線槽互聯”信號。如果不是,則嘗試將該單元的電流加入Ⅰ母或Ⅱ母的母差回路,如能使兩段小差都為0,該單元就連在這段母線槽上;否則,將該單元連于刀閘后合的那段母線槽,顯示出錯信息,點亮“接點出錯”信號。

    如果沒有兩把刀閘同時閉合的單元,則不斷用判據(⑶來校驗刀閘輔助接點。一旦發現錯誤,啟動判據(1),對各單元電流進行巡檢,即可找到有電流卻兩把刀閘都未閉合的單元。嘗試將該單元的電流計入Ⅰ母和Ⅱ母的母差回路。若聯于Ⅰ母時滿足判據(3),則可判定該單元Ⅰ母刀閘接點不良,上報該信息,并按此修改運行方式字;若聯于Ⅱ母時滿足判據(3),則可判定該單元Ⅱ母刀閘接點不良,與上述情況類似處理。4.2暫態過程時的判斷暫態過程是指母線槽發生區內或區外故障,差動判據啟動,保護還未出口的時段。暫態過程中各單元的電流都要發生變化,形成新的平衡,而判據(1)、判據(3)、判據(4)在暫態過程都能適用,因此利用暫態過程中的電流值重新對刀閘輔助接點作一次校驗是對穩態判別的有益補充。這樣做也使保護具備了在接點出錯同時發生故障時正確動作的能力。對接點錯誤的判斷方法與穩態時一樣,關鍵是發現接點錯誤時,要立即用新的運行方式字修正原先的小差電流,重新用差動判據決定保護的動作行為。

    5對兩點假設的說明

    5.1為什么說接點出錯單元的電流能被檢測到

    隨著微機采樣技術不斷提高,裝置固有的測量誤差不斷減小,使用高分辨率的A/D完全可以精確測量10mA量級的電流。所以大多數輕載單元的電流都足以被檢測到,而且只要其對側有電源,在發生母線槽故障時其電流也足夠大,對于空載單元,誤切或不切對系統或設備都沒有影響。對那些開關已斷開的單元也是一個道理。

    5.2在同一時刻只發生一次刀閘輔助接點錯誤

    由于每個刀閘輔助接點及其引入環節都相對獨立,同一個原因不會造成多個接點錯誤(開入正電源消失除外,此時裝置閉鎖)。對判據⑴,只有同一單元的兩個刀閘輔助接點同時出錯才失效;對判據(3),只有對空載單元的接點出錯不能被及時發現,但這不影響其對第2次出錯的校正。隨著一次設備制造水平的不斷提高和二次接線的規范,同時出現兩次接點錯誤的概率很小。

    6總結

    本文提出的方案雖然沒有解除母線槽保護裝置為實現運行方式自適應對刀閘輔助接點的依賴,但它將刀閘輔助接點與電流識別兩種方法的優勢結合起來,最大限度地使母線槽保護在接點出錯時也能正常運行、正確動作,減少了運行值班人員的負擔,提高了母線槽保護投運率和動作正確率。

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