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10Kv高壓配電室微機繼電保護實驗中諧波對繼電保護裝置的影響
發表時間:

        摘要:目前,我國大部分10Kv配電室均采用微機繼電保護設備進行相應保護。日前,北京市京海杰物業工程供電局做繼電保護實驗,出現測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值,以此為依據找導致出現上述現象的根源—諧波。

        關鍵詞:繼電保護  保護電流  電源不穩定  諧波

        一、概述:RC3000系列微機保護測控裝置產品被廣泛應用于北京市的國防、軍事、醫用、改造、科研、民建等項目,日前在與北京海淀供電局在北京市京海杰物業工程做繼電保護試驗中,出現測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值,針對這一突發的現象,公司領導高度重視,專門組織專案處理小組針對此問題進行突擊,經過多方摸索與談論,遠程分析后最終敲定引發此次問題的根源在于—諧波。諧波到底是從何而來,為何會影響到繼電保護設備的保護采樣數據,讓我們一起來進行更深入的探討。

        二、現場繼電保護實驗平臺硬件構成

 QQ圖片20180724161648.png

                                    硬件構成圖

        三、問題分析及解決步驟

        A、問題分析步驟:1、確保繼電保護裝置正常;2、排除外部接線、互感器等外因;3、確保測試儀輸出電流的精準性

        B、問題處理步驟:

        1、更換備品,排除內因。

        1)、立即更換上性能正常的相同型號的微機繼電保護裝置,此步驟旨在排除裝置本身原因所致測試儀輸出實際電流與微機綜合保護裝置采樣電流之間出現較大差值。

        2)、更換完成后,再次做繼電保護實驗,保護電流依然出現測試儀輸出實際電流與微機綜合保護裝置采樣電流之間出現較大差值的現象。

        3)、排除微機繼電保護裝置本身原因所致上述現象,現分析此現象為外來因素所致。

        2、排除外部接線、互感器等外因

        按照施工圖紙一一比對確認之后,外部接線及互感器均嚴格按圖施工

        3、通過以上排除,現將焦點放在測試儀上面

        1)、測試儀為供電部門常用的智能型測試儀

        2)、測試儀電源為柴油發電機供電

        對1進行分析,供電局經常與該微機繼電保護設備廠家配合實驗,使用的依然為此臺測試儀,均正常,據此初步排除測試儀本身原因。

        對2進行分析,從測試儀電源入手,柴油發電機所發電直接導致測試儀輸出電流中產生大量的諧波,而該繼電保護設備保護電流采樣計算方式為只采基波電流的方式,而非采用基波與諧波疊加的方式,而此時的測試儀在柴油發電機的影響下,測試儀輸出電流中產生了大量的諧波,這就是導致測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值的罪魁禍首—諧波。

        四、造成諧波的原因、對微機繼電保護設備的影響及抑制諧波的措施

        在本次繼電保護實驗中,柴油發電機提供過的電源中非線性因素是產生諧波的主要因素。諧波不僅會嚴重惡化電源質量,更能夠對該系統中的各種電力設備造成很大的危害,最終降低整個輸出電源的的使用效率。對于繼電保護設備而言,諧波會大幅度提高其保護誤動與保護拒動的可能性,進而出現各種事故,面對日趨嚴重的諧波問題,更深入了了解諧波對繼電保護的影響,有利于我們加深相關認識,并據此制定出有效的控制措施。

        柴油發電機產生的諧波對繼電保護的影響較大,在諧波嚴重的情況下可能會導致繼電保護的不正確動作(拒動或誤動),本次實驗就直接導致了保護電流受影響而致使繼電保護不動作。為了保證該系統繼電保護的正常運行,需要充分重視諧波對繼電保護的影響,采取切實有效的措施,減小或防止諧波對繼電保護的影響,確保繼電保護實驗的順利穩定運行。

        1、在本次實驗中哪些因素會導致產生諧波以及諧波的度量方法

        1)、在本次實驗系統中的諧波,主要是柴油發電機生產的電源負載測試儀產生的。

        柴油發電機組的電源內阻遠高于市電網絡,當非線性負載連接上時會產生諧波,使電壓波形產生嚴重畸變,也稱諧波畸變。典型的非線性負載包括計算機、測試儀、熒光燈電子鎮流器以及不間斷電源(UPS),而此時該系統中負載的測試儀就會產生很大的諧波。

        在本次繼電保護實驗中,我們的RC3000微機保護測控裝置的電流的采集計算方法為:

        A、測量電流為:測量電流=基波測量值+諧波測量值

        B、保護電流為:保護電流=基波測量值

        這樣就直接導致了我們RC3000裝置保護電流的采集值比測試儀輸出的電流值之間有較大偏差,直接致使此次RC3000繼電保護設備不動作的根本原因所在。

        在找到問題根源后,我們不妨透過此事更深入的來了解諧波到底會對我們的設備有哪些影響。

        2、此次繼電保護實驗引發我們深思,諧波會如何影響我們的繼電保護設備

        (1) 諧波對電磁型繼電器的影響 常規的電磁型電流繼電器的電磁動作轉矩與線圈內流過的電流有效值的平方成正比,無論通入基波或是諧波,只要有效值達到電流繼電器動作電流,電流繼電器就能動作,因此諧波的存在就有引起電流繼電器誤動的可能。對電壓繼電器而言,與電流繼電器相比,線圈匝數多,阻抗大。當含有諧波的畸變電壓作用于繼電器時,動作值總是比基波時整定值大,所以過電壓繼電器可能會拒動,而對欠電壓繼電器卻可能會誤動。電磁型繼電器的動作速度較慢,對定值誤差也要求不高,在諧波含量小于10%時,諧波對其影響不太大。但是,在諧波含量很大并且各次諧波衰減又較慢的場合,電磁型繼電器誤動也會造成大的系統事故。

        (2) 諧波對整流型繼電器的影響

整流型繼電器的主要特點是將輸入交流量進行整流,或者將幾個輸入交流量組合后進行整流,繼電器的動作特性取決于整流后的電壓信號(或電流信號)及其動作判據。整流型距離保護裝置(如LH-21型)的振蕩閉鎖經常動作,產生這些現象的原因是利 用負序濾波器將三相電流轉變為單項電壓(正比于負序電流),該濾波器由接在一相內的電流互感器和接在兩相內的電抗互感器構成。當系統電流中含有諧波,并且三相諧波不相等也不對稱時,負序濾波器就有很大的諧波輸出,加之裂相回路對諧波的進一步放大作用,使整流出的直流脈動很大,因而使保護誤起動。

        (3) 諧波對距離保護的影響

整流型方向阻抗繼電器的阻抗特性,理想狀態下其動作特性曲線是一個圓,但輸入電流中諧波含量較大時,其動作曲線將出現凹凸,從而導致動作阻抗值和最大靈敏角發生變化。距離保護裝置中的測距元件,通常按線路的基波阻抗整定。在故障情況下,當有諧波電流時(特別是3次諧波),所測的阻抗相對于基波阻抗值可能會有相當大的誤差。因而,當故障電流流經高阻性的阻抗接地時,接地阻抗將是主要的。如果電流中諧波分量較大,應采取濾波措施,否則造成繼電器誤動的可能性很大。通過試驗,諧波含量在5%以下時,諧波對繼電器的影響不大。

        (4) 諧波對零序保護的影響

零序保護裝置中通常是依據躲過線路最大不平衡的零序電流,當通過線路電流只有基波時,線路的不平衡的零序電流較小,但是當線路中含有大量3次諧波時,使得零序電流會大大的增加,可能會造成零序保護的誤動。

        (5) 諧波對保護啟動量的影響

諧波對負序量起動保護有很大影響,在諧波的影響下,負序電流保護可能誤動。對負序功率方向高頻保護的影響在于諧波透過負序電流濾波器和負序電壓濾波器,而可能使高頻閉鎖方向保護的“正向動作回路”起動,且無閉鎖信號時,導致保護誤動。對相差高頻保護的影響對于起動元件采用負序電流元件,操作電流采用I1+KI2的相差高頻保護,在系統諧波電流干擾下,起動元件和操作元件均可能起動,從而導致保護誤動。 在光纖差動保護中,當TA斷線時,本側的保護起動,存在差流,但收不到對側的信號而不會誤動,如果諧波使對側的保護也起動,那么在TA斷線的情況下,保護就可能誤動。 變壓器的差動保護通常都采用突變量作為起動判據。采用相電流采樣值的突變量作為起動判據或者采用基于半周積分算法的相電流工頻變化量作為判據,兩者都無法完全消除諧波的影響,都可能導致保護不正常起動。

        3、在了解諧波的危害之后,我們深入了解如何才能抑制諧波對繼電保護影響

        1)、 抑制諧波措施

        嚴格執行國家標準GB/T14549-1993,將諧波控制在允許范圍內,抑制諧波可采用交流無源濾波裝置、靜止無功補償和有源濾波器等裝置,近年來,采用有源濾波器越來越成為抑制諧波的一個趨勢。

        2)、減小諧波對繼電保護影響措施

        A、 變壓器差動保護中的差動繼電器,利用速飽和變流器以及二次諧波制動。

        B、 保護裝置盡量不要選取對諧波敏感的元件或動作原理,例如采用弱電繼電器、半波比相判斷的方式以及過零點檢測等等。

        C、 繼電保護和自動裝置應合理利用硬件濾波器和數字濾波軟件,對進入TA、TV二次側的諧波量進行濾波處理,來預防諧波的干擾。

        D、 為了防止二次系統的諧波感抗與容抗之間可能發生諧振,二次系統固有頻率遠離系統中含量較高整次諧波的頻率,設計合理的消諧回路,抑制諧波引起的諧振過電壓。

        E、 不得已情況下,靈敏系數能滿足要求的情況下,提高整定動作值,但在多數情況下,會過分降低故障響應靈敏度,并不能完全避免諧波影響。


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