接线原理（精选五篇）
接线原理 篇1
电流互感器 (Current Transformer, 简称CT) 是一次系统和二次系统间的联络元件.用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈供电, 正确反应电气设备的正常运行和故障情况。电流互感器二次接线的正确与否对保护的正确动作起着至关重要的作用。归纳起来, 电流互感器的作用为:1) 将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流 (5A或1A) , 使测量仪表和保护装置标准化和小型化。2) 使二次设备与高压部分隔离, 且电流互感器的二次侧均接地, 从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的一次绕组串联在电路中, 并且匝数很少, 并且电流互感器的二次绕组所接回路阻抗很小, 所以正常情况下, 电流互感器近似工作在短路状态下。电流互感器一、二次额定电流之比称为变比K。
式子中Nl, N2为一、二次绕组的匝数[1,2]。
1 电流互感器的原理及标注方法
电磁式电流互感器由于存在励磁电流和内阻抗, 使一、二次电流间存在幅值和相位差。为了测量仪表和继电保护装置的正确工作, 必须在铁芯内部正确绕线圈, 并对引出端子做出正确的极性标记, 以防接线错误。假设有一只电流表可以直接串联在线路中, 用以检测线路的电流方向, 如图1所示。现在电流方向为母线向线路输送电流, 那么在线路上串接CT, 二次侧反应的电流也应是电流表正偏, 表示母线向外输送电流。
我们通常会采用同方向绕组的CT, 如图2所示的同向绕组的电流互感器接线图。
根据愣次定律, 当一次电流从L1流进时, 它产生的磁通流经二次绕组时方向是从下至上, 二次绕组感应电流的磁通将阻碍磁通的增加, 那么方向将向下, 用右手定则判断出, 2是从K1流出。这样的标注方法, 就是通常所说的减极性原则。实践中我们常用极性法检测CT端子标注正确与否, 如图3所示的电流互感器端子标注示意图。
当电池正极搭接L1时, 万用表指针将正偏, 当正极脱离L1时, 万用表指针将反偏。这样就能确保L1、K1, L2、K2是同极性端子。当一次侧L1端子流入电流时, 二次电流2从K2流出。一次绕组电流包括两部分, 其一为励磁电流m, 它用来建立铁芯中必需的主磁通, 这是CT传递能量的媒介, 另一为负载分量11, 他用来产生磁势11 N1, 以抵偿二次绕组2 N2的去磁作用, 此时铁芯中的合成磁势应为一次绕组与二次绕组磁通势的相量差, 即11 N1-2 N2=0, 1=m+11
故 (1-m) N1-2 N2=0,
可得, 1 N1-2 N2=m N1
如果忽略励磁电流m, 则1 N1-2 N2=0 (2)
故, , 表明I1, I2同相位, 这与图1也是相同的, 说明这样的标注可以正确反应一次侧电流的方向, 一次电流的数值将由变比来归算[3,4]。
2 电流互感器的接线
根据继电保护和自动装置的不同要求, 电流互感器二次绕组通常有以下几种接线方式:
完全星形接线、不完全星形接线、三角形接线、三相并接以获得零序电流接线、两相差接线、一相用两只电流互感器并联的接线、一相用两只电流互感器串联的接线, 后三种接线方式较少用到。
2.1 不完全星形接线
不完全星形接线如图4所示, 这种接线方式不能反应无电流互感器那一相 (通常取B相) 的单相接地短路。
在小接地电流电网中, 单相接地时, 流过接地点的仅为零序电容电流, 相间电压仍然是对称的, 按照规程可以继续运行一段时间, 在这种电网中通常采用不完全星形接线, 而大电流接地电网为反应所有单相接地短路, 通常采用完全星形接线。
2.2 错误接线1
某变电所l0k V线路实测二次回路电流时曾发现数据异常情况, 当时一次电流108.8A, CT变比, 在保护盘处用钳形电流表测得电流A411 (2.61A) , C411 (1.28A) , N411 (2.28A) , IA∶IC∶IN=2.61∶1.28∶2.28=2.04∶1∶1.78, 工作人员百思不得其解。经申请停电检查后, 发现CT回路接线错误, 分析情况简要说明如下, 正确接线应如图5 (a) 所示, 当时采用l0KV手车式开关, B相CT引线在开关柜端子排处与N411短接。在正确接线且负荷对称情况下, A411, C411, N411测得的电流大小应相等, 相量图如图6 (a) 。
错误接线情况下, 电流走向如图5 (b) , 因为二次电流只能流经自己的回路, 所以B从K1端流出后只能从N411经LJa流向B相CT的K2端, 同理C也只能从Kl端流出后LJC, LJa返回C相K2端。统一规定从Kl端流出为正方向, 则A411中电流为|A-B-C|=2A, C411中电流不变, N411中电流为|B-A|=A。相量图如图7 (b) , 则IA∶IC∶IN=2∶1∶1, 与实测电流之比2.04∶1∶1.78相近, 与分析完全相符。假设该条线路投运后负载较轻, A411电流21A仍没能达到整定值, 保护不会发生误动[5,6]。
2.3 三角形接线
三角形接线一般用在变压器差动保护中, 当然现在由于微机保护的普及, 变压器差动保护开入电流也都是完全星形接线, 由微机程序进行角度、数值变换, 了解Y/△接线变压器的差动保护接线有助于理解程序的变换方法。
1) 变压器差动保护三角形接线分析
变压器差动保护采样电流一般取套管CT的电流, 套管CT同样存在极性问题, 假设变压器套管CT安装示意图如图7所示。
变压器纵差保护单相原理接线如下图8 (a) 所示。同样是将变压器两侧 (高、低压) 的CT二次侧, 靠近变压器内侧的两端连在一起。变压器外侧的两端连在一起, 然后, 将差动继电器并联到两电流互感器上。当然如果低压侧套管CTL2朝向母线侧。则变压器差动保护接线将如图8 (b) 所示, 内侧和内侧的端子相连, 外侧和外侧的端子相连。
再假设变压器高压侧有强电源, 低压侧有弱电源。当变压器低压侧区外故障时, 故障电流从高压侧流向低压侧, 如图9 (a) 所示变压器保护接线图。
假设I1、I2已经过相位和数值补偿, 二次电流I1、IS1、IS2分别从CT1的Kl流出流向继电器, I2从CT2的Kl流进, 从K2流出流向继电器, Icd=I1-I2=0, 从流向图可以看出两个电流流经继电器时方向相反, 相互抵消。
当变压器内部故障时, 故障电流分别从从高压侧、低压侧流向变压器, 如图9 (b) 所示AI、AII电流流向, 二次电流分别是1、2, 1从CT1的Kl流出流向继电器, 2从CT2的Kl流出流向继电器, 1、2同时从Kl流出, 两个电流方向相同, J=1+2。从原理理解了变压器差动保护的接线, 就要考虑对变压器两侧电流进行相位补偿和数值补偿。只有经过补偿后, 才能保证正常运行和外部短路时继电器的电流等于零[7]。
2) 变压器差动保护的相位补偿和数值补偿
图10所示为Y, dll接线的变压器及其两侧电流互感器的变压器差动保护接线图, 正常运行下, 电流从高压侧流向低压侧, 如图中的A、AD的方向。这种变压器, 三角形侧的线电流超前星形侧线电流308。如果不进行补偿, 则在正常运行时, 就会出现不平衡电流bq。相位补偿的方法是将变压器星形侧的电流互感器按三角形接线, 三角形侧的电流互感器按星形接线。请注意变压器和CT三角形接线的区别, 变压器三角形接线方式为a头接b尾, 依次连接, 这样形成11点钟接线;CT三角形接线为a头接c尾, 依次连接, 这样形成1点钟接线。
图11所示为电流相量图。分别为变压器星形侧、三角形侧相电流, 其假定正方向如图11所示。IA、IB、IC分别与相应的同相位。低压侧线电流, 它们分别超前相应相电流, 这说明, 变压器两侧线电流间相位差30°, 在构成差动回路时应将这30°补偿过寒。为此, 把变压器星形侧电流互感器按三角形1点钟接线。Ia2从A相K2流进, Kl流出, 从B相Kl流出, 再经A相K2点, 经A、B相CJ返回B相K2, 由规定的正方向可以得出, 同理它们分别超前相电流。因为变压器高、低压两侧线电流在数值上一般是不相等的, 它们之间相差一变比K, 为使上、下两差动臂中的电流相等。两侧电流互感器变比按以下两式计算。
变压器三角形侧电流互感器变比
变压器星形侧电流互感器变比
式 (3) 、 (4) 中, IB.e (D) 为变压器三角形侧额定线电流;IB.e (Y) 为变压器星形侧额定线电流。
在式 (3) 中, 若不按大倍来选取变比, 则上面差动臂中的电流将比下面差动臂中电流大倍。这是由于变压器星形侧的电流互感器按三角形接线的结果。因此, 在纠正30°相位差的同时把数值也提高了倍。当按式 (3) 、 (4) 计算出电流互感器变比后, 还得按计算变比选取与其接近的、较大的标准变比互感器。这样-由于电流互感器变比标准化后, 在两差动臂中仍然存在差电流, 就需要在差动继电器中用平衡线圈予以考虑[8,9]。
2.4 错误接线2
某厂的高压厂用变的接线为YO/Y, 高压侧为电源侧, 绕组中性点直接接地;低压侧为负荷侧, 无电源且为不接地系统, 变压器差动保护用的高、低压CT二次绕组均为星形接线。运行过程中多次发生误动。变压器高压侧发生区外单相接地故障时, 变压器差动保护会动作。认真分析一下。可以得出以下结论:
尽管变压器低压侧无电源。但当变压器的高压侧发生区外接地故障时一由于变压器高压侧的中性点直接接地, 因此, 变压器依然向故障点提供含有零序分量的故障电流, 该故障电流的大小与变压器及整个系统中诸元件的正、负、零序电抗的大小及分布状况有关[10]。
变压器高压侧的故障电流中含有正、负、零序分量, 其中正、负序电流由于可以通过负荷形成回路而传变至变压器的低压侧:零序电流则由于变压器低压侧为不接地系统, 无零序通路, 所以零序电流仅存在于高压侧。当用于变压器差动保护的CT二次侧均采用星形接线, 且不考虑如何消除高压侧零序电流的影响时, 高压侧故障电流中的零序电流将全部成为差动保护继电器中的不平衡电流.当这种不平衡电流足够大时, 便会导致保护装置的误动。
为了避免YO/Y变压器差动保护在电源侧 (中性点直接接地侧) 发生接地故障时的误动作, 应设法消除中性点直接接地侧零序电流分量的影响。一般需将此类变压器差动保护用的CT二次侧均接为三角形接线, 使高压侧的零序电流仅在CT二次绕组内环流, 不流入差动继电器, 而微机型的变压器保护可以在程序设计时予以考虑。
目前继电保护虽然已步人微机化时代。保护校验工作量大大减少。但对保护二次回路的问题尤其不得忽视。从以上2例错误接线就可看出, CT二次回路的小问题就能引起保护误动、拒动。对二次回路的检查要从原理上吃透, 不能流于形式。CT二次回路有过改动后要以带负荷试验正确为准, 切不可偷懒不做, 以免留下后患。
参考文献
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接线原理 篇2
按钮开关(英文名称：push-buttonswitch)是指利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。
按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等，有单钮、双钮、三钮及不同组合形式，一般是采用积木式结构，由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，有一对常闭触头和常开触头，有的产品可通过多个元件的串联增加触头对数。还有一种自持式按钮，按下后即可自动保持闭合位置，断电后才能打开。
联合接线盒的防误接线设计 篇3
电能计量；联合接线盒；二次回路；计量装置；错接线
1.引言
联合接线盒也叫电能计量联合接线盒，在电力行业的应用非常广泛，利用它能够将仪表或仪器接入到运行中的二次回路中，能够完成多种不同项目的测试或校验，电能计量装置二次回路中联合接线盒的主要作用是将互感器引出的二次線经联合接线盒端的端子串并联后再接到电能表端子上。
在正常情况下，联合接线盒电压连接片处于导通状态，电流连接片处于断开状态，在电能表进行轮换或更换时，需要将电压连接片断开、电流连接片导通。待工作结束后需要将电压电流连接片恢复到原来状态。此时，由于操作人员疏忽容易造成电压电流连接片未恢复，造成电量的漏记、错记。
针对上述情况，本文对接线盒盖板进行了改造，通过对盖板的结构改进，能够解决接线盒错接线的问题。
2.联合接线盒的作用
电能计量装置二次回路中联合接线盒的主要作用是将互感器引出的二次线经联合接线盒端的端子串并联后再接到电能表端子上。为计量装置的现场校验、用电检查及更换电能表提供必要条件。安装电能计量联合接线盒可以在带负荷状况下进行周期轮换、现场校验、故障排除等正常工作，不但保障了人员安全，也保障了设备的正常运行。
电能计量联合接线盒接线（高压三相四线）如图1。
图1 联合接线盒接线
接线盒下端接线端子1、端子5、端子9、端子13分别接电压互感器二次侧的U相、V相、W相和N相；端子2、端子4分别接U相电流互感器二次侧K1和K2，端子6、端子7分别接V相电流互感器二次侧K1和K2，端子10、端子11分别接W相电流互感器二次侧K1和K2。接线盒上端接线端子1、端子5、端子9、端子13分别和电能表的电压端子U、V、W、N并接；端子2、端子4接电能表的U相电流元件，其中端子2为电流进线，端子4为电流出线；端子6、端子8接电能表的V相电流元件，其中端子6为电流进线，端子8为电流出线；端子10、端子12接电能表的W相电流元件，其中端子10为电流进线，端子12为电流出线。运行时，电压连接片连接端子1、5、9、13导通；电流连接片连接端子2、3断开，端子3、4导通；端子6、7断开，端子7、8导通；端子10、11断开，端子11、12导通。无论是带电拆装电能表，还是现场检验电能表以及检查接线，接线盒下端接线端子上的导线不能动，也不需要动。
带电拆换电能表时，应先把U、V、W相电流端子2、3，端子6、7，端子10、11电流连接片短接；再把接线盒电压端子1、端子5、端子9的电压连接片断开，为保证安全N相电压端子连接片不能断开。此时，接线盒下端回路依然带电，保证用户的正常用电；接线盒上端回路不带电，可以进行电能表的拆换。电能表换好后，各接线端子应恢复到运行状态。
3.联合接线盒防误接线的改进设计
由联合接线盒的使用可以看出，当带电拆换电能表和电能表换好后，需对电压连接片、电流连接片进行短接、断开和恢复。但是，有时由于工作人员的疏忽，在电能表换好后会忘记接线盒接线端子恢复到运行状态，如电压连接片未短接，电流连接片未断开。造成电能表的错记和漏记电量。为了解决这一问题，在接线盒盖板上设计了防误接线定位卡槽如图2、图3。
图2 定位盖板卡槽俯视图
图3 定位盖板卡槽正视图
当所有电压电流连接片处于正确接线位置时盖板上的定位卡槽恰好能卡住各个连接片，此时，盖板能够盖上如图4。
图4 接线盒（盖板）俯视图
当电压、电流连接片任意一处连接错误时，如A相电流连接片为断开，此时盖板上卡槽将不能卡住A相电流连接片，此时盖板将不能盖上，提醒操作人员连接片连接错误。
4.总结
电能计量联合接线盒在电力行业的应用十分广泛，但是在实际应用中还存在安装部位不合理、二次回路接线不规范以及使用不当等问题，尤其是错误接线致使电能计量联合接线盒没有发挥出应有作用，甚至影响了电量的准确计量。盖板上的定位卡槽设计较好的解决了错误接线问题，目前，该接线盒的防误接线设计已经通过了国家专利申请，实物如图5、图6，并在我局辖区开始推广，取得了良好的社会和经济效益！
图5 定位盖板
图6 防误接线接线盒
[1]DL/T448-2002.电能计量装置技术管理规程[S].中国电力出版社，2002.02
[2]陈立军.电能计量联合接线盒在二次回路中的应用[J].2010.04
功率表的原理和接线分析 篇4
在电力供电系统中,测量仪表是保证电力系统安全经济运行的重要工具之一,它可以监测电气设备的运行状况,使工作人员能够正确地统计出电力负荷,处理和判断运行故障和事故,也是积累技术资料和计算生产指标基本数据的重要来源。下面对常用有功功率表和无功功率表的原理及接线方式作以简要的介绍。
1 结构和工作原理
在电力系统中,虽然用于测量功率的表计种类很多,但它们都同属于电动系仪表。这种仪表有2个线圈:固定线圈(又称定圈)和可动线圈(又称动圈)。定圈分为2个部分平行排列,这使得定圈两部分之间的磁场比较均匀。动圈与转轴连接,一起放置在定圈的两部分之间。
仪表工作时,定圈和动圈中都必须通以电流,假设定圈中通过的电流为I1,动圈中通过的电流为I2。I1的作用是在定圈中建立磁场,磁场的方向由右手螺旋定则确定。对于一个已制成的仪表,定圈的参数是固定的。因此磁场的强弱只与I1有关,且正比于I1。当动圈中通以电流I2时,磁场将对I2产生一个电磁力F,使可动部分获得转动力矩M而偏转。其电磁力F的方向可由左手定则确定。如果I1、I2同时改变方向,用左手定则判断可知,电磁力的方向不变,即转动力矩M的方向不变。所以电动系仪表既能测量直流电路又可测量交流电路。
当电动系仪表用于直流电路的测量时,转动力矩M与电流I1和I2的乘积成正比。
当用于交流电路的测量时有
当可动部分偏转一角度α而达到平衡位置时,其游丝产生的反作用力矩
式中:D为游丝的反作用力矩系数(偏转角度α可均匀地刻在仪表的标度尺上)。
根据力矩平衡原理M=Mf可得:
当用于直流电路测量时
当用于交流电路的测量时有
当电动系仪表用于功率测量时,其定圈串联接入被测电路,而动圈与附加电阻串联后并联接入被测电路。众所周知,根据国家标准的规定,在测量线路中,用一个圆加一条水平粗实线和一条竖直细实线来表示电压与电流相乘的线圈,如图1。通过定圈的电流就是被测电路的电流I1,动圈支路两端的电压就是被测电路两端的电压。
下面我们就讨论电动系功率表的工作原理。
(1)当用于直流电路的功率测量时,通过定圈的电流I1与被测电路电流相等,即I1=I,I2=U/R2,由于电流线圈两端的电压降远小于负载两端的电压U,故可以认为电压支路两端的电压与负载U是相等的。R2是电压支路总电阻,它包括动圈电阻和附加电阻Rfj,对于一个已制成的功率表来说,R2是一常数。由前面公式α∝I1·I2可得
即电动系仪表用于直流电路的测量时,其可动部分的偏转角α正比于被测负载功率P。
(2)当用于交流电路的功率测量时,通过定圈的电流I1等于负载电流,即
而通过动圈的电流与负载电压U成正比,即
式中:为电压支路的总阻抗。
由于电压支路中附加电阻的阻值总是比较大,在工有频率不太高时,动圈的感抗相比之下可以忽略不计。因此,可以近似认为动圈电流与负载电压是同相的,即与之间的相位差等于零,而与之间的相位差ψ跟与U之间的相位差φ相等,如图2所示。
由可得即电动系功率表用于交流电路的功率测量时,其可动部分的偏转角与被测电路的有功功率P成正比。虽然这一结论是在正弦交流电路的情况下得出的,但它对非正弦交流电路同样适用。
综上所述,电动系功率表不论用于直流或交流电路的功率测量,其可动部分偏转角均与被测电路的功率成正比。因此电动系仪表的标度尺刻度是均匀的。
2 功率表的选择及使用方法
要正确地选择功率表的量限,也就是正确地选择功率表的电流量限和电压量限,所选功率表的电流量限及电压量限不应小于负载的工作电流及工作电压。
功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接线规则,即
(a)功率表标有“*”的电流端必须接至电源的一端,而另一电流端则接至负载端。电流线圈是串联接入电路的。
(b)功率表标有“*”的电压端钮可以接至电流端钮的任意一端,而另一个电压端钮则跨接至负载的另一端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。
如果功率表的接线正确,但指针却反转,这是因为负载端实际含有电源,反过来向外输出功率,此时应将电流端钮换接。
功率表有两种不同的接线方式,即电压线圈前接和电压线圈后接,如图3和4。
电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况,因为此时电流线圈中的电流虽然等于负载电流,但电压支路两端的电压包含负载电压和电流线圈两端的电压,即功率表的读数中多出了电流线圈的功率消耗I2R1(I是负载电流,R1是电流线圈中的电阻)。如果负载电阻远比R1大,则I2R1对读数所引起的误差就比较小。
电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路电阻小得多的情况。此时与前接法中情况相反,虽然电压支路两端的电压与负载电压U相等,但电流线圈中的电流却包括负载电流和电压支路电流I2,即读数中多出了电压支路的功率消耗U2/Rv(Rv是电压支路总电阻)。如果Rv远比负载电阻大,则电压支路的功率消耗对读数所引起的误差就比较小。
3 三相有功功率表的接线
3.1 三相功率的测量方法
三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同,有三相三线制和三相四线制两种,而每一种在运行时又有以下几种情况:
根据三相电路的特点,有如下几种测量方法:
(1)一表法。即利用单相功率表直接测量三相四线制完全对称的电路中任意一项中功率,然后乘以3,便可得出三A相所消耗的功率如图5(a)。
对于三相三线完全对称电路来说,可以按图5(b)接线方式测量,但如果被测电路的中点不便于接线,或负载不能断开时,就应按图6所示接线线路进行测量。图中电压支路的非发电机端所接的是人工中点,即由2个与电压支路阻抗值相同的阻抗接成星形,作为人工中点。
(2)两表法。在三相三线制电路中,不论电路是否对称,都可以用图7所示的两表法来测量它的功率。三相总功率P为两个功率表读数P1和P2的代数和,即P=P1+P2。
应用两表法时,应注意以下两点,一是接线时应使两只功率表的电流线圈串联接入任意两线,使其通过的电流为三相电路的线电流。两只功率表的电压支路的发电机端必须接至电流线圈所在线,而另一端则必须同时接至没有接电流线圈的第三线。二是读数时应考虑符号。当负载的功率因数大于0.5时,两功率表读数相加即是三相总功率;当负载的功率因数小于0.5时,将有一只功率表的指针反转,此时应将该表电流线圈的两个端钮反接,使指针正向偏转,该表的读数应为负,三相总功率就是两表读数之差。
(3)三表法。在三相四线制电路中,不论其对称与否,都可以利用三只功率表测量出每一相的功率,然后三个读数相加即为三相总功率,接线如图8。
3.2 三相有功功率裹的接线
三相有功功率表的工作原理与单相功率表相同,在结构上分“二元三相功率表”和“三元三相功率表”。由于我公司外购三相功率表均为二元三相功率表,所以在这里专门介绍二元三相功率表的接线。
二元三相功率表是根据两表法原理构成的,它有2个独立单元,每一个单元就是一个单相功率表,这2个单元的可动部分机械地固定在同一转轴上。因此,用这种仪表测量时,其读数取决于这2个独立单元共同作用的结果。这种二元三相功率表适合于测量三相三线制交流电路的功率。
二元三相功率表的内部线路如图9。它的面板上有7个接线端钮,接线时应遵守2个原则(如图10)。
(1)2个电流线圈A1,A3可以任意串联接入被测三相三线制电路的两线;使通过线圈的电流为三相电路的线电流,同时应注意将“发电机端”接到电源侧。
(2)两个电压线圈B1和B3通过U1和U3端钮分别接至电流线圈A1和A3所在的线上,而U2端钮接至三相三线制电路的另一线上。
4 结束语
接线原理 篇5
本文针对现有110k V及以下T接线路保护配置方面存在的问题, 提出了适用于110k V单电源多馈出系统线路 (T接线路) 的继电保护配置优化方案, 在此基础上研制出保护装置, 并开展了基于RTDS系统的闭环仿真试验, 最后成功将保护装置应用于生产现场。
1 现状分析
当前110k V及以下线路仅在电源侧配置单套距离零序保护作为主保护, 对于稳定要求高的母线及其出线, 线路电源侧距离零序保护一般按线路变压器组整定, 以满足系统稳定要求。对于无T接线路的专供线路, 其选择性为电源侧距离零序保护躲过用户主变中、低压侧故障, 尽可能求得与用户主变差动保护配合。而对于T接线路来说, 线路电源侧距离零序保护按照本线路末端和T接支路有灵敏度速动整定, 即按电气距离最长末端故障有灵敏度速动整定。若供电线路较长, 大容量主变用户T接线路距离电源点很近, 则电源侧距离零序保护将深入分支变压器中压侧, 当T接用户高压侧 (母线、高压导引线) 发生故障时, 电源侧线路保护也将失去选择性。由此引起的常见现象是:当在T接的线路, 任一用户的进线开关高压侧故障发生故障时, T接多端用户将一起被切除, 用户的供电可靠性急剧下降。若满足T接线路上用户的选择性, 由于上下级保护配合关系, 将导致T接线路故障切除时间变长, 不满足稳定要求。
从理论上说, 纵联分相电流差动保护是解决T接线路保护配置比较完善的保护方案, 但其需精确的多端同步机制, 对于通信的要求比较高, 通道设备的投资成本也较高。目前国内已有适用三端T接线路的纵联电流差动保护, 但对于四端或者更多端的T接线路, 则还没有完善的解决方案。
2 装置研制
基于对现有保护配置方式存在问题的分析, 提出基于单向纵联闭锁原理的多端T接线路保护优化方案, 并确定保护装置原理及站间通讯方式。
2.1 优化方案
采用主从方式, 在线路电源侧配置主机, 在负荷侧配置从机, 主、从机皆有完备的线路保护功能。从机设置反向启动元件, 若检测到反方向故障 (规定由母线流向线路为正方向, 反之为反方向) , 则表明故障在从机安装处TA以下 (故障点如图1F1所示) , 所示此时从机发闭锁信号给主机, 闭锁主机距离II段加速段;若从机反向元件未启动, 则表明故障在线路上 (故障点如图1F2所示) , 此时从机不发闭锁信号, 主机距离II段加速动作。
另外, 负荷侧可利用子机采集线路电流电压模拟量, 主变高压侧开关、馈线出线开关位置接点, 及主变保护动作信号, 通过子机反方向元件动作及主变差动保护动作信号来判断故障是否在母线, 以此来实现简易母差保护。
2.2 纵联闭锁逻辑
纵联保护以线路两侧判别量的特定关系作为判据, 即两侧均将判别量借助通道传送到对侧, 然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障
纵联保护通常分为闭锁式和允许式两种。对于T接线来说, 只能采用闭锁式纵联保护。如果使用允许式, T接线区外故障时, 就有可能多台保护发允许信号, 虽然其中有一套保护能够判定为区外故障, 本侧不跳闸, 但是没有办法去闭锁其他保护。多端T接纵联保护逻辑图如图2所示。
2.3 站间通讯
基于单向纵联闭锁原理的继电保护装置, 应用在多端T接线路上, 既要保证全线速动, 又要兼顾继电保护选择性, 这就使得在多个变电站间实现高速稳定的通信互联显得尤为重要。
本次装置的站间通信采用IEC 61850第二版中新增加的IEC 61850-90-1, 该标准中定义了2种不同的变电站通信方法:网关方法 (Gateway) 和隧道方法 (Tunneling) 。其中隧道方式由于采用基于以太网的虚拟局域网 (Virtual Local Area Network, VLAN) 技术, 变电站之间的应用可以直接建立通信连接, 适合传输对时间响应要求快速的应用数据。采用基于发布/订阅通信机制, 传输状态量采用GOOSE, 传输模拟量采用IEEE802.3 SMV.
3 RTDS动模测试
3.1 系统模型
按照江苏某实际110k V T接系统局部为例进行建模, 电网参数采用实际参数, 等值系统结构如图2所示, 站M与站N间线路1, 变电站L经线路2 T接至线路1, 变电站L有两台变压器为负荷供电。其中, 站M和站N均有电源, 建模时按照系统短路容量等值。正常运行时, 系统由站M单端供电, 线路1站M侧断开时, 转由站N供电。
3.2 试验方案及内容
试验中, 主机配置在线路1站M侧, 线路1站N及站L配置子机, 主、子机皆有完备的线路保护功能, 如图3所示。其中, 线路1站N侧装置具有主机和子机的功能, 当系统由站M侧供电时, 站N装置为子机, 若系统由站N供电时, 装置为主机, 主机和子机功能间通过切换来实现。
考虑线路区内首末端故障及区外故障, 故障点设置如图3所示, F1~F3为线路区内各变电站出口故障, F0为线路T接处故障, F4~F6为区外母线故障, F7为L站#1主变故障。
试验考虑重合闸, T接线路相关断路器的跳合闸均由线路保护控制, 开关分合闸固有时间统一按30ms考虑, 保护动作出口经延时跳开RTDS的模拟断路器, 开关位置由RTDS反馈, 试验系统配置如图4所示。为了便于对试验波形进行记录, 试验中线路三侧电压电流模拟量同时经功放接入故障录波器。
3.3 动模试验
为了全面考核本文提出的基于单向闭锁原理多端T接线路保护的功能和性能, 根据GB/T 26864-2011《电力系统继电保护产品动模试验》要求开展动模试验检测。试验中设置多种区内外故障点和故障类型, 包括:区内外金属性故障, 发展性故障, 区内外经过渡电阻短路, 操作实验, 系统频率偏移, 互感器断线, 电流互感器饱和等。
部分试验结果见表3和图5。
线路1发生F1点A相故障时, M侧发生CT饱和时测试波形如图5所示。
3.4 试验结果
试验结果表明:保护装置能正确识别区内、区外各种故障, 区内故障时保护可靠动作、区外故障不误动, 保护的功能和性能满足相关标准要求。线路发生区内金属性故障时保护跳闸出口整组动作延时不超过70ms。
结语
本文通过对110k V线路保护配置现状的分析, 提出了纵联保护的优化方案、装置原理及站间通讯方式, 并基于实时数字仿真系统RTDS开展二次系统数字化动模试验, 考察二次设备的动态性能, 验证了装置性能的优良性与可靠性。
随着110k V及以下用户就近T接运行线路越来越多, 本文所介绍的基于单向纵联闭锁原理的保护装置将有着更广泛的应用。目前, 装置已成功应用于某县级电网110k V线路, 通过对装置现场试运行经验的积累, 后续将进一步研究该装置应用于存在类似接线方式与保护配置问题的电铁牵引线路、配网馈线的可行性。
参考文献
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