新型全线速动两段式电流保护装置的设计

2021-01-13王锌桐王晓波张银奎杨春玲

安徽水利水电职业技术学院学报 2020年4期

王锌桐，王晓波，张银奎，杨春玲

(安徽电气工程职业技术学院，安徽合肥 230051)

在35kV及以下电压级电网中,广泛使用由无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时过电流保护构成的三段式电流保护作为相间短路保护。三段式电流保护具有简单、可靠,并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求的优点,但是,三段式电流保护也具有直接受电网接线方式以及电力系统运行方式变化影响的缺点,使得它不能满足灵敏性的要求。

1 传统三段式电流保护装置的缺点

(1)

图1 传统三段式电流保护动作特性分析

2 全线速动两段式电流保护装置的设计

如果当发生短路故障时,可以明确发生故障的位置是在本段线路还是在下一段线路上,那么我们完全可以只设置将三段式电流保护简化为两段式电流保护。其中,电流I段保护保护本段的全长,无延时动作,作为本段的主保护;电流II段保护保护范围为本段的全长,延时Δt时间动作,作为本段的后备保护。为此,我们设计了如下装置系统来完成这个保护功能,具体如图2所示,部件① 为图像处理终端,所有弧光摄像头方向均指向线路末端,用来采集短路时的弧光,并图像处理终端的构成如图3所示,分别为图像采集模块、模数转换模块、微处理器和5G无线接收/发送模块。微机型线路保护装置的构成如图4所示,装置中除了常规线路保护装置所需要的部分以外,另外增加了无线接收模块,用来接收从图像处理终端传送过来的无线数字信号。

图2 全线速动两段式电流保护装置构成

图3 图像处理终端硬件结构

图4 全线速动型微机线路保护装置硬件结构

装置的工作原理和方法如图2所示,假设短路故障发生在BC段线路的K2点,按照继电保护的选择性,应该由断路器QF2跳开切除故障,由于K2靠近AB段末端,如果按照传统三段式电流保护的方案,很有可能会被误认为是在线路AB段中的K1发生故障,引起断路器QF1跳闸,使得停电范围扩大。全线速动的两段式电流保护装置系统按照下面的方式工作:当K2点发生短路故障后,微机型线路保护装置通过所采集的电流可以判断出现在线路AB或者线路BC上发生了短路故障,但是具体是在AB段还是BC段发生短路故障是不得而知的;此时微机型线路保护装置中的“无线发送模块”发出无线信号,召唤AB线路和BC线路上所安装的图像处理终端工作,图像处理终端中的“弧光摄像头”进行拍摄,转化为数字量后通过无线通讯模块传送给微机型线路保护装置,很明显,图像处理终端1m所采集的弧光光强最强、图像处理终端1所采集的弧光光强其次、图像处理终端2所采集的弧光光强再次、图像处理终端n所采集的弧光光强最弱、其他图像处理终端采集不到弧光信号,微机型线路保护装置接收到这些光强数字信号以后,通过分析判断,可以确定出是在图像处理终端1m和图像处理终端(1m-1)之间的部分发生了短路故障,也就是在线路BC段发生了短路故障,微机型线路保护装置发生跳闸命令,让断路器QF2跳闸切除故障。这样,电流I段保护就可以保护本段的全长了,而且,无线信号的传送速度非常快,对于继电保护的速动性几乎没有影响,保证了该保护可以在0.1S以内切除故障。对于电流II段保护,只需要将定值整定为保护本段的全长,延时整定为Δt即可。