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      10Kv高压配电室微机继电保护实验中谐波对继电保护装置的影响
      发表时间:

              摘要:目前,我国大部分10Kv配电室均采用微机继电保护设备进行相应保护。日前,北京市京海杰物业工程供电局做继电保护实验,出现测试仪输出电流与微机综合保护装置保护采样电流之间出现较大差值,以此为依据找导致出现上述现象的根源—谐波。

              关键词:继电保护  保护电流  电源不稳定  谐波

              一、概述:RC3000系列微机保护测控装置产品被广泛应用于北京市的国防、军事、医用、改造、科研、民建等项目,日前在与北京海淀供电局在北京市京海杰物业工程做继电保护试验中,出现测试仪输出电流与微机综合保护装置保护采样电流之间出现较大差值,针对这一突发的现象,公司领导高度重视,专门组织专案处理小组针对此问题进行突击,经过多方摸索与谈论,远程分析后最终敲定引发此次问题的根源在于—谐波。谐波到底是从何而来,为何会影响到继电保护设备的保护采样数据,让我们一起来进行更深入的探讨。

              二、现场继电保护实验平台硬件构成

       QQ图片20180724161648.png

                                          硬件构成图

              三、问题分析及解决步骤

              A、问题分析步骤:1、确保继电保护装置正常;2、排除外部接线、互感器等外因;3、确保测试仪输出电流的精准性

              B、问题处理步骤:

              1、更换备品,排除内因。

              1)、立即更换上性能正常的相同型号的微机继电保护装置,此步骤旨在排除装置本身原因所致测试仪输出实际电流与微机综合保护装置采样电流之间出现较大差值。

              2)、更换完成后,再次做继电保护实验,保护电流依然出现测试仪输出实际电流与微机综合保护装置采样电流之间出现较大差值的现象。

              3)、排除微机继电保护装置本身原因所致上述现象,现分析此现象为外来因素所致。

              2、排除外部接线、互感器等外因

              按照施工图纸一一比对确认之后,外部接线及互感器均严格按图施工

              3、通过以上排除,现将焦点放在测试仪上面

              1)、测试仪为供电部门常用的智能型测试仪

              2)、测试仪电源为柴油发电机供电

              对1进行分析,供电局经常与该微机继电保护设备厂家配合实验,使用的依然为此台测试仪,均正常,据此初步排除测试仪本身原因。

              对2进行分析,从测试仪电源入手,柴油发电机所发电直接导致测试仪输出电流中产生大量的谐波,而该继电保护设备保护电流采样计算方式为只采基波电流的方式,而非采用基波与谐波叠加的方式,而此时的测试仪在柴油发电机的影响下,测试仪输出电流中产生了大量的谐波,这就是导致测试仪输出电流与微机综合保护装置保护采样电流之间出现较大差值的罪魁祸首—谐波。

              四、造成谐波的原因、对微机继电保护设备的影响及抑制谐波的措施

              在本次继电保护实验中,柴油发电机提供过的电源中非线性因素是产生谐波的主要因素。谐波不仅会严重恶化电源质量,更能够对该系统中的各种电力设备造成很大的危害,最终降低整个输出电源的的使用效率。对于继电保护设备而言,谐波会大幅度提高其保护误动与保护拒动的可能性,进而出现各种事故,面对日趋严重的谐波问题,更深入了了解谐波对继电保护的影响,有利于我们加深相关认识,并据此制定出有效的控制措施。

              柴油发电机产生的谐波对继电保护的影响较大,在谐波严重的情况下可能会导致继电保护的不正确动作(拒动或误动),本次实验就直接导致了保护电流受影响而致使继电保护不动作。为了保证该系统继电保护的正常运行,需要充分重视谐波对继电保护的影响,采取切实有效的措施,减小或防止谐波对继电保护的影响,确保继电保护实验的顺利稳定运行。

              1、在本次实验中哪些因素会导致产生谐波以及谐波的度量方法

              1)、在本次实验系统中的谐波,主要是柴油发电机生产的电源负载测试仪产生的。

              柴油发电机组的电源内阻远高于市电网络,当非线性负载连接上时会产生谐波,使电压波形产生严重畸变,也称谐波畸变。典型的非线性负载包括计算机、测试仪、荧光灯电子镇流器以及不间断电源(UPS),而此时该系统中负载的测试仪就会产生很大的谐波。

              在本次继电保护实验中,我们的RC3000微机保护测控装置的电流的采集计算方法为:

              A、测量电流为:测量电流=基波测量值+谐波测量值

              B、保护电流为:保护电流=基波测量值

              这样就直接导致了我们RC3000装置保护电流的采集值比测试仪输出的电流值之间有较大偏差,直接致使此次RC3000继电保护设备不动作的根本原因所在。

              在找到问题根源后,我们不妨透过此事更深入的来了解谐波到底会对我们的设备有哪些影响。

              2、此次继电保护实验引发我们深思,谐波会如何影响我们的继电保护设备

              (1) 谐波对电磁型继电器的影响 常规的电磁型电流继电器的电磁动作转矩与线圈内流过的电流有效值的平方成正比,无论通入基波或是谐波,只要有效值达到电流继电器动作电流,电流继电器就能动作,因此谐波的存在就有引起电流继电器误动的可能。对电压继电器而言,与电流继电器相比,线圈匝数多,阻抗大。当含有谐波的畸变电压作用于继电器时,动作值总是比基波时整定值大,所以过电压继电器可能会拒动,而对欠电压继电器却可能会误动。电磁型继电器的动作速度较慢,对定值误差也要求不高,在谐波含量小于10%时,谐波对其影响不太大。但是,在谐波含量很大并且各次谐波衰减又较慢的场合,电磁型继电器误动也会造成大的系统事故。

              (2) 谐波对整流型继电器的影响

      整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流,或者将几个输入交流量组合后进行整流,继电器的动作特性取决于整流后的电压信号(或电流信号)及其动作判据。整流型距离保护装置(如LH-21型)的振荡闭锁经常动作,产生这些现象的原因是利 用负序滤波器将三相电流转变为单项电压(正比于负序电流),该滤波器由接在一相内的电流互感器和接在两相内的电抗互感器构成。当系统电流中含有谐波,并且三相谐波不相等也不对称时,负序滤波器就有很大的谐波输出,加之裂相回路对谐波的进一步放大作用,使整流出的直流脉动很大,因而使保护误起动。

              (3) 谐波对距离保护的影响

      整流型方向阻抗继电器的阻抗特性,理想状态下其动作特性曲线是一个圆,但输入电流中谐波含量较大时,其动作曲线将出现凹凸,从而导致动作阻抗值和最大灵敏角发生变化。距离保护装置中的测距元件,通常按线路的基波阻抗整定。在故障情况下,当有谐波电流时(特别是3次谐波),所测的阻抗相对于基波阻抗值可能会有相当大的误差。因而,当故障电流流经高阻性的阻抗接地时,接地阻抗将是主要的。如果电流中谐波分量较大,应采取滤波措施,否则造成继电器误动的可能性很大。通过试验,谐波含量在5%以下时,谐波对继电器的影响不大。

              (4) 谐波对零序保护的影响

      零序保护装置中通常是依据躲过线路最大不平衡的零序电流,当通过线路电流只有基波时,线路的不平衡的零序电流较小,但是当线路中含有大量3次谐波时,使得零序电流会大大的增加,可能会造成零序保护的误动。

              (5) 谐波对保护启动量的影响

      谐波对负序量起动保护有很大影响,在谐波的影响下,负序电流保护可能误动。对负序功率方向高频保护的影响在于谐波透过负序电流滤波器和负序电压滤波器,而可能使高频闭锁方向保护的“正向动作回路”起动,且无闭锁信号时,导致保护误动。对相差高频保护的影响对于起动元件采用负序电流元件,操作电流采用I1+KI2的相差高频保护,在系统谐波电流干扰下,起动元件和操作元件均可能起动,从而导致保护误动。 在光纤差动保护中,当TA断线时,本侧的保护起动,存在差流,但收不到对侧的信号而不会误动,如果谐波使对侧的保护也起动,那么在TA断线的情况下,保护就可能误动。 变压器的差动保护通常都采用突变量作为起动判据。采用相电流采样值的突变量作为起动判据或者采用基于半周积分算法的相电流工频变化量作为判据,两者都无法完全消除谐波的影响,都可能导致保护不正常起动。

              3、在了解谐波的危害之后,我们深入了解如何才能抑制谐波对继电保护影响

              1)、 抑制谐波措施

              严格执行国家标准GB/T14549-1993,将谐波控制在允许范围内,抑制谐波可采用交流无源滤波装置、静止无功补偿和有源滤波器等装置,近年来,采用有源滤波器越来越成为抑制谐波的一个趋势。

              2)、减小谐波对继电保护影响措施

              A、 变压器差动保护中的差动继电器,利用速饱和变流器以及二次谐波制动。

              B、 保护装置尽量不要选取对谐波敏感的元件或动作原理,例如采用弱电继电器、半波比相判断的方式以及过零点检测等等。

              C、 继电保护和自动装置应合理利用硬件滤波器和数字滤波软件,对进入TA、TV二次侧的谐波量进行滤波处理,来预防谐波的干扰。

              D、 为了防止二次系统的谐波感抗与容抗之间可能发生谐振,二次系统固有频率远离系统中含量较高整次谐波的频率,设计合理的消谐回路,抑制谐波引起的谐振过电压。

              E、 不得已情况下,灵敏系数能满足要求的情况下,提高整定动作值,但在多数情况下,会过分降低故障响应灵敏度,并不能完全避免谐波影响。


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