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电力线路方向电流保护的误动、拒动事故分析与应用

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/5/22 11:21:23   

 关键词:  线路方向保护 误动 拒动

[摘 要] 电力线路方向电流保护在110KV以下电网中应用很广。该保护装置在设备新投入运行时误动、拒动的事故较多,其中以功率方向元的接线错误为多。本文就新疆北屯电网发生的几起线路方向电流保护误动、拒动事故进行分析。
[关键词]线路方向保护 误动 拒动

1 方向保护的原理简述

  方向保护是利用短路功率的方向不同而构成具有选择性的动作的保护方式,其特点是具有动作的方向性。现以北屯中心变电所的主结线(见图1)来说明电力线路方向电流保护的方向是怎样设定的。该变四回全部接有电源。即北巴线接181团一营水电站,北二线接二级、一级水电站,北六线接635水电站,北西线将与地区电网联接。因此四回线路全装设有三段式方向电流保护。其保护范围是从35KV母线至各线路末端,其方向为从母线指向线路。如图1“↑”所示,当线路侧发生事故时保护装置动作,当母线侧发生事故时保护装置则不动作,保证了保护装置的选择性。

       图1
  方向保护装置的电路是在电流保护的逻辑电路中加了一个方向元构成。北屯电网使用的设备是阿城继电器厂生产的WBZ-1A/5型微机保护装置。其低电压闭锁方向电流速断保护装置的动作原理框图(见图2)。

        图2
  该保护装置按相启动,三相中的任何一相,满足了动作条件,即动作跳闸。其动作条件是:
  1、  动作电流IA(B.C整≥定电流ISDO
  2、  动作电压U≤整定电压UL;
  3、  功率方向DA(B.C)为正方向。
  电网的任何一点发生事故,保护装置的电流、电压元都可能启动。保护装置的选择性只能由方向元来判断。方向元是如何判断方向呢?
  该型微机保护的方向元,仍然按照功率方向继电器的原理构成。
  功率方向元的功率  PJ=KIJUJCOS(φ+α)
  式中:K——常数;IJ、UJ——功率方向元的输入电流、电压;
  φ——IJ与UJ的相角;α——方向元的内角
  由上式推导可知:当IJ落后UJ时,φJ为正。当IJ超前UJ时φJ为负,所以φJ决定了方向元的方向。(本装置的内角为30°和45°,可根据线路长短设定)。
  当-90°≤φJ+a≤90° 范围内PJ为正;(动作区)
  当90°≤φJ+α≤270°  范围内PJ为负;(非动作区)
  根据上述分析可画出功率方向元的动作范围图(见图3)。图中AB线为动作边界线,其右侧为动作区(正方向),其左侧为非动作区(反方向)。当电流iJ的相量与AB线垂直时动作最灵敏。可知方向元的方向是由φJ决定的。

     图3

2 关于方向元的90°接线
  为了保证方向元在各种短路情况下,能正确判断短路功率方向,并且有更高的灵敏度和可靠性,方向元采用90°接线方式。
  所谓90°接线,就是在假定对称三相系统中功率因数为1的情况下,方向元的输入电流ÌJ超前输入电压ÙJ90°(见图4),三个方向元的输入量ÌJ,ÙJ的组合如下:

       图4
  以DA为例,其输入电流ÌJ与输入电压ÙJ的夹角正好90°,所以称为90°接线。

3 造成方向电流保护误动、拒动的原因
  本文仅对方向元造成的误动、拒动原因进行分析
 3.1电流回路极性接反,电流端子极性接反通常有两种情况:
  (1)电流互感器的极性端子与方向元的电流输入极性端子未对应连接。电流互感器和方向元的极性端子都标有“※”形的标志,接线时没有将有“※”标志的端子对应连接。
  (2)油断路器安装方向与生产厂家规定不符,造成电流互感器极性与实际不符;北屯电网35kV系统全部使用DW—35型多油型号断路器。它的两组电流互感器(或三组、四组)分别套在断路器的进、出电流导电杆外。(见图5)

        图5
  该型断路器的两根导电杆逞V字形。电流互感器是按减极性标注的,端子箱的端子上带A、B、C、D、E的连接端子就是电流互感器的极性端子。(A、B、C、D、E五个端子是五个不同变比的抽头,可供选择)。例1A端子是第一组X/5变比的极性端子。
  如果断路器反方向安装,工作电流也随之相反,则电流极性必然相反。尽管极性端子连接无误,但是方向元的输入电流ÌJ反相,方向元工作在非动作区,必然造成电流方向保护的拒动或误动。
 3.2方向元输入电压极性接反
  如上所述方向元的输入电压ÙJ应接UBC、UCA、UAB。例A相的方向元应接UBC带极性“※”标号的端子应接B相,如错接为C相,输入电压变成了UCB,与UBC相反。同理方向元同样工作在非工作区,也会造成保护的拒动或误动。
 3.3方向元的输入电流、电压不是同一个系统
  图1所示北屯中心变电所在事故或改变运行方式时,会跳开35kV和10kV母联开关,将北屯电网解列成东、西两个系统。如连接在35kV II段母线上的线路方向保护的电压若接自35kVI段母线的电压,方向元的功率PJ=0,事故线路保护拒动。
 3.4方向元可能有电压死区
  WBZ—1A/5型微机线路保护装置是否存在电压死区?厂家没有说明。如果事故发生在线路的近端,35kV母线的电压将接近为零,方向元的功率也为零,保护也会拒动。

4 方向电流保护装置的故障处理
  按照有关规程的规定在新设备投入运行前以及二次回路检修后,应认真做好保护装置的检验工作,是预防事故的有效措施。当发生保护误动、拒动时,应及时对该保护装置进行检验,以免发生重复事故。
  从运行经验得知,由方向元的电流极性端子接错而造成的保护误动、拒动的事故为多。在检查接线和灵敏度角后,在动作区测试中发现方向元仍在工作在非动作区。这可能是因为按照测量仪表的极性来连接方向元的电流极性造成的。测量用的电流互感器的极性是根据计量所需来设定的。它可能与方向保护的方向相反,如图1所示的北二线,电能计量是按照由线路至母线为正,来确认其极性的,正好与方向保护的方向相反。所以,要按照由母线→线路的流动方向来确定。保护用电流互感器的极性后再接入方向元的电流端子,即可纠正。
  对方向元作动作区时,使方向元处以动作状态下,切断UJ,如不能保持一段时间,则说明方向元的电压回路中的“记忆回路”有故障,应请厂家处理。

6 结束语
  电力线路方向保护接线错误是造成保护误动、拒动主要原因,其中又以电流极性接反为多。不论断路器是什么型式,只要按照由母线→线路的流动方向确定电流互感器的极性,然后对应接入方向元的端子。查线无误后,对方向元进行通电试验,无误后再投入运行就不会发生保护误动、拒动事故。
 
参考文献
[1]柳占江 张道纲合编《电力系统继电保护》
[2]WBZ-1A/5微机型线路保护装置产品说明书

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