解析低压线路保护装置低压解列异常动作原因

解析低压线路保护装置低压解列异常动作原因

周红松

成都市三新供电服务有限公司都江堰分公司 四川都江堰 611830

摘要：社会经济与科技的发展，推动了我国电力领域的蓬勃发展。随着电力系统的迅速发展，我国电网规模越来越大，结构也日趋复杂，对于线路保护装置的性能提出了更高要求。目前低压(交流不超过1000V或直流不超过1500V)配电保护多选用塑壳断路器、熔断器或剩余电流动作保护器，实现速断、长延时保护，但很多塑壳断路器动作精度不够，难以实现级间选择性配合，可能会造成上下级连跳、扩大事故。另外，塑壳断路器不具备信号实时监测显示、事件记录和通信组网等功能。本文就低压线路保护装置低压解列异常动作原因展开探讨。

关键词：低压解列；原理分析；异常动作

引言

目前，低压配电保护多选用塑壳断路器、熔断器或剩余电流断路器等装置来实现速断或长延时保护，但很多塑壳断路器不具备短延时，这种情况下很难实现级间选择性配合，可能会造成上下级连跳，扩大事故影响范围。另外，断路器不具备信号实时监测、事件记录等功能，造成选择性不强。

1低压线路保护装置的设计

1.1硬件电路设计

在低压系统中当大功率电机起动时，可能引起电网电压瞬时降低。为防止电压降低引起装置误动作，装置电源输入为AC85～265V;在有些场所中，低压控制回路采用直流供电(DC110V或220V)，因此电源需要支持交流和直流两种方式。常用的线性电源不能很好地满足这些要求，因此采用开关电源方案来设计装置电源。该装置使用PI公司的开关电源芯片做电源设计，整体功率在8VA左右，电源的输入、输出间要满足2kV工频耐压(工频耐压等级可参见GB14048—2012《低压开关设备和控制设备》)，能通过4级电涌试验。在开关电源中，通过使用PIExpert自带的变压器设计软件降低变压器的设计难度。开关变压器设计简单描述如下:拓扑结构为反激式，反馈类型为次级TL431，输入电压选为通用型(85～265V)，根据实际情况设计输出电压和功率，需要输出电压隔离时可在叠加选项中将输出设置为分离式。变压器设计时，需综合考虑效率、磁通密度、铁心、骨架等参数，有时调整效率会引起磁通变化，反使变压器性能变差。变压器设计完成后进行PCB设计，可以参考PIExpert推荐的布局、布线，减小环路，以防带来不可预知的干扰信号。低压馈线中的电压、电流信号相对于该装置内部的采集电路属于高电压、大电流信号，需要将其变为低压、小电流信号。选用电压互感器、电流互感器时，需结合产品特点，如普通电测仪表选用电流互感器时，只考虑过载能力为额定值的120%，但保护装置需考虑使用5P10、10P20甚至更高过载能力的保护级电流互感器。设计采样电路时需要综合考虑电阻的功率、电压、温漂系数、精度等参数。如使用10P20电流互感器设计电流采样电路时，同样要考虑能承受20倍过载(互感器二次侧)的取样电阻。取样电阻选取后，再设计后级的信号处理电路。信号处理电路包括滤波、放大等电路。滤波电路设计时一般会采用低通滤波，滤除不需要的干扰信息，滤波截止频率要与软件采样频率匹配。信号放大电路设计时需考虑信号范围、线性度等参数，必要时需做分段处理。该装置直接采用交流放大，配合软件完成真有效值计算、矢量计算等。

1.2软件设计原理

常用的采样算法有直流采样、交流采样两种。交流采样可测量非正弦波信号，因此在电参数测量中得到了广泛采用。常用测量算法有基于正弦信号的算法和基于非正弦的算法。基于正弦的算法包括最大值法、半周积分法、三采样值法、一阶导数、二阶导数和采样值积等算法；基于非正弦信号算法包括傅里叶算法、一阶差分后半波傅里叶算法和真有效值等算法。各种算法都有各自优缺点：基于正弦信号的算法，算法简单、消耗资源少，当有谐波或波形变换后测量不准确；基于非正弦信号算法算法较复杂，但可以保证测量值的正确性。采样法又分为同步采样和准同步采样两种。所谓同步采样是指交流电信号周期T、采样间隔Ts及采样点数N三者之间严格满足T=NTs。但实际上满足该条件有一定的困难，通常只能近似地满足，此时称之为准同步采样。大多数被保护元件的过电流允许通过时间与其电流值的大小成反比关系，即电流越大，其被允许通过的时间越短。为了充分发挥被保护元件的效益，又不因长时间过热而造成损坏，定时限保护显然不能满足这种实际需要，因为定时限保护要么是过早地切除被保护元件，要么就是元件早已损坏方才动作。因此，需要安装具有反时限特性的过电流保护。在电力系统继电保护中，反时限电流保护被广泛应用于发电机、变压器、电动机以及输电线路的保护。由于反时限电流保护在原理上与很多负载的故障特性接近，因此，在很多场合比定时限电流保护具有更为优越的保护性能。

2 110kV××变35kV××线保护装置低压解列异常动作情况分析

对35kV××线保护装置低压解列保护原理进行分析检查。低压解列的动作判据：延时DY_T时间内，（1）max(Uab,Ubc,Uca)<低压解列电压定值（DY_V）;（2）断路器处于合位（TWJ=0）；（3）未发生PT断线；（4）无开入闭锁。低压解列的PT断线判据：（1）（Ua+Ub+Uc）>10V；（2）外接3U0<6V。以上PT断线判据适用于单相或两相PT断线，针对三相断线时增加一开入闭锁判据，该判据可投退。若在PT一相保险并接电容，发生三相断线时也可用上述PT断线判据。（二）各类故障时低压解列动作分析。（1）一相、两相PT二次断线 。当发生一相、两相PT二次断线时，符合PT断线(1)(2)判据，PT断线闭锁动作，低压解列保护不动。结论：保护动作正确。（2）三相PT二次断线。当发生三相PT二次断线，三相断线闭锁节点开入由于情况复杂，很难实现，PT断线后无法实现闭锁，三相电压为零，符合低压解列判据（1）（2）（3）（4），低压解列保护动作。结论：保护动作错误。（3）PT一次保险一相、两相熔断。当发生PT一次保险一相或两相熔断，PT二次电压有一相或两相消失，开口三角电压将是两相电压和或一相电压，PT断线判据（1）（Ua+Ub+Uc）>10V成立（二次额定电压57.74V）；判据（2）外接3U0<6V不满足（开口二次额定电压33.3V），PT断线不成立，而低压解列判据（1）（定值60v）（2）（3）（4）满足，低压解列动作。结论：保护动作错误。（4）当发生PT一次保险三相熔断。PT断线判据（1）不满足，（2）满足，PT断线闭锁不成立，低压解列（1）（定值60V）（2）（3）（4）满足，低压解列动作。结论：保护动作错误。（5）单相接地故障。由于35kV系统采用中性点不接地系统，当发生单相接地故障时，中性点将发生位移，线电压不变，低压解列判据（1）（定值60V）不满足，（2）（3）（4）满足，低压解列保护不动。结论：保护动作正确。（6）两相、三相短路。当发生两相、三相短路故障时，低压解列判据（1）（定值60v）（2）（3）（4）满足，但是时限高于保护动作时间，低压解列不动作动作。结论：保护动作正确。低压解列动作逻辑如下：

3微机线路保护的功能

测量功能。全部电量的测量采用交流采样获得,测量回路的电压、电流、有功、无功、功率因素、频率等,直接用汉字显示实际值。（2）负荷监控功能。通过负荷定值可以实现负荷监控,遇过负荷装置首先报警,而后跳闸,报警后提醒值班人员减负荷,否则自动跳闸,也可以通过后台联机控制。（3）远动功能。通过总控单元实现远方控制,进行远方信号、远方调整、远方测量、远方改变定值,也可以与传统的RTU进行连接。

结语

低压线路保护装置专为低压馈线设计，可用于电厂电气监控、工厂自动化、建筑电气配电和石化领域监控等场所。此次事故是由于PT一次保险熔断导致的误动作，通过对系统各种故障的模拟计算分析，数据准确可靠，分析有理有据，从而避免了以后由于低压解列误动而造成的电网不稳定因素，确保了系统电网的安全稳定运行，也为以后此类问题的处理、分析积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国水利出版社,2018.

[2]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理(第3版)[M].北京:中国电力出版社,2019.

作者简介：

周红松(1976—）男，汉族，本科，技师、工程师，主要从事供电所日常管理工作，日常线路维护，建设。