供配电系统继电保护原理及预警功能改进

2020-04-22高俊

铜业工程 2020年1期

高俊

（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂,江西贵溪 335424）

1 引言

贵冶降压站6kV系统为小电阻接地系统，当系统发生单相接地或三相不平衡、相间短路故障时均直接动作于跳闸，馈线开关在跳闸的同时，才会发出相应线路故障报警信号；而在各车间二级配电设备发生故障跳闸引起系统波动，或故障时越级跳降压站主进线开关时，此时的故障馈线继保不会发出报警信号［1-3］，变电运行人员对供配电系统异常、故障时的分析、预判上存在较大的难度。

2 供电潮流

如图1，贵冶一系统降压站6kV新系统配电线路为水厂、熔炼、制氧、动力中心及硫酸车间等，共20多条线路，均为主工艺相关生产车间，6kV新系统一但失电，一系统立即停产，同时因供水中断，将影响二系统生产，停电影响进一步扩大。因此，对继电保护的可靠性、选择性及快速恢复供电尤为重要。

（1）当生产车间A点回路出现故障，B开关跳电时，会引起整个供配电系统电压波动。降压站侧线路继电保护具有高灵敏性，D、E开关保护会同时启动，但在继电保护选择性的阶梯延时原则下，在下级B开关将故障切除后，D、E开关继电保护会自动复归。在供电可靠性上虽避免了停电范围的扩大，因D开关故障报警信号未能发出，因此降压站侧无法定位故障线路，只能通过经验靠人工逐条线路分析负荷变化情况，来判断故障线路，准确率不高而且耗时较长。同时在排查过程中可能出现设备带故障试送，造成系统电压多次波动，影响正常运行设备跳机，增加排查范围。

（2）在A点发生故障，B、C、D开关保护拒动时，将越级跳降压站侧6kV进线E开关，这种情况下，同样无法定位故障线路，只能采取逐条试送的方式查找故障线路。案例中制氧高压避雷器故障，因制氧及总降侧B、C、D开关同时拒动，引起3#主变6kV进线开关保护动作跳闸，一系统停产。因事故之初无法判断是哪条馈线引起的越级跳闸，所以只能逐条试送，在试送过程中3#主变第二次保护跳闸，既耽误了送电时间，同时对3#主变造成第二次故障冲击。这次故障从跳闸到确定故障线路花了近2个小时，从正常送电到恢复生产又花了好几个小时，给工厂造成了巨大的损失。

3 继电保护配置、逻辑

3.1 供电潮流保护阶梯配置

线路故障通常表现为单相接地或三相不平衡、相间短路，保护配置由三段式电流保护（速断、限时速断、定时过流保护）及零序过流保护组成，三段式过流根据配置原则［4］进行阶梯式配置，保护动作定值小、时间长表示故障程度较轻，保护动作定值大、时间短表示故障程度较严重。在供电潮流中，根据各级开关距离电源侧远/近及系统短路阻抗分布，来设计各级开关保护启动值及动作时限。保护启动定值根据系统短路阻抗分布及所处供电潮流中的位置，采取阶梯递减进行配置，动作时限根据所处供电潮流中位置，按逐级递减方式配置，以此保证供配电系统各级继电保护的选择性、灵敏性、速动性、可靠性。

3.2 降压站侧馈线保护配置及逻辑。

降压站侧线路继电保护SEL351中配置［5］有限时速断、定时过流、零序过流等保护。

逻辑功能见图2：

过流软压板LT2置位: SET2 =/RB6 * !LT2；

图1 贵冶1#总降压6kV新系统简图

图2 馈线保护逻辑图

图3 改进后逻辑图

过流软压板LT2复位: RST2 =/RB6 * LT2；

零序软压板LT3置位: SET3 =/RB7 * !LT3；

零序软压板LT3复位: RST3 =/RB7 * LT3；

变量方程: SV2=67P2T*LT2 SV3=67N1T*LT3；

跳闸出口:OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T *LT3。

3.3 动作原理

系统相间短路时，当相过电流元件检测到IA、IB、IC任一相电流超出设定值50P2P时，对应比较器置1，通过或门50P2置1（过流软压板LT2在馈线送电前已投入），启动逻辑计时元件67P2D，延时时间到后67P1T置 1，中间变量SV2T及跳闸出口OUT102逻辑条件均满足，在跳开关的同时发出故障报警信号。

系统单相接地时，当零序过电流元件检测到IN电流超出设定值50N1P时，对应比较器置1，通过或门50N1置1（零序软压板LT3在馈线送电前已投入），启动逻辑计时元件67N1D，延时时间到后67N1T置 1，中间变量SV3T及跳闸出口OUT102逻辑条件均满足，在跳开关的同时发出故障报警信号。

上位机报警信号取中间变量SV2T、SV3T，当SV2T、SV3T置1时发出相应的相间过流保护、零序过流保护报警信号。从上述变量关系式可以看出，要使SV2T或SV3T置1，67P2T或67N1T必须置1，而此开关在运行状态时，软压板LT2、LT3均已投入，跳闸出口方程OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T * LT3也将置1，所以在系统发生单相接地、相间短路故障时，在开关跳闸的同时才会发出报警信号。而当生产设备故障或供电系统越级跳闸时，将没有具体的馈线报警信号，这就是下级故障时无法定位的原因。

4 继电保护功能改进

4.1 继电保护定值核对、调整

重新组织各车间校对图1中A、B、C、D、E各级开关阶梯保护功能，对定值不相符的进行调整，确保继电保护的灵敏性、选择性，避免越级造成事故范围的扩大。

4.2 增加独立预警通道

在不改变现有保护定值及时限的前提下，在SEL351保护装置上增加中间变量作为零序过流、相间过流保护越限报警的单独通道［6］，实现实时预警。改进后的逻辑见图3。

4.2.1 接地故障预警逻辑改进

零序过流越限报警变量方程为：SV6=67N2T 67N2D=2。

在零序过流保护逻辑中，增加零序过流Ⅱ段50N2作为启动元件，报警定值取小于跳闸

定值，增加SV6中间变量作为独立的单相接地故障预警通道，在系统单相接地或三相不平衡时，50N2置 1，67N2D计时元件2周波延时后（避免系统瞬间不平衡误报），SV6T置1，在故障切除前检测到故障，发出预警信号。

4.2.2 短路故障预警逻辑改进

相间过流越限报警变量方程为：SV9=50P2，SV9PU=0，SV9DO=500。

在相间过流保护逻辑中，增加SV9中间变量作为独立短路预警通道，直接绕开软压板

LT2及跳闸逻辑67P2D计时元件1S的延时，在下级故障时，线路保护信号元件无延时启动发信，并自保持10S，避免下级故障短时切除后，线路保护元件自动返回，确保预警信号能立即发出。同时在上位机中配置［7］SV6T、SV9T作为线路零序过流、相间过流预警点。

增设预警逻辑后，在系统发生故障时，不论是越级跳闸还是在保护阶梯时间内故障已消除，均能保证在降压站侧立即发出报警信号，定位故障线路，降低运行人员对系统故障判断的难度。

如在图1中，当A点发生故障时，开关D处继电保护能立即发出预警，确定故障线路。及时通知下级配电室处理，避免工艺人员带故障开机，造成对电力系统的二次冲击。同样，当A点发生故障时，B、C、D开关保护拒动时，将越级跳降压站侧6kV进线E开关，此时开关D处已发出预警信号，运行人员可通过预警信息知道故障线路，及时隔离故障点，避免逐条试送来确定故障线路，提高供电恢复效率，缩短停电时间。

5 应用效果

6kV系统馈线保护功能的完善运行至今，预警功能比较可靠，例如某车间在设备改造试验中，在对循环水1#、2#线送电时，降压站侧出现电流越限报警，经联系得知其设备故障，已退出运行，从这次可以看出，对6kV新系统馈线保护功能的优化是可靠的，供配电运行人员可立即掌握供电系统中存在的隐患点，通知下级配电室及时排查、隔离检修，避免事故扩大。