基于电流采样值的相敏过电流保护.pdf

第1 8 卷第3 期 2 0 0 6 年6 月 电力系统及其自动化学报 P r o c e e d i n g so ft h eC S U E P S A V 0 1 ．1 8N o ．3 J u n ．2 0 0 6 基于电流采样值的相敏过电流保护 冯建勤，宋寅卯 郑州轻工业学院电气信息工程学院，郑州4 5 0 0 0 2 摘要针对中低压电网中过流保护存在灵敏度低的缺点，提出了一种新型微机式过电流保护即基于电流采样 值的相敏过电流保护，并分析了它的基本原理、具体的实现方法及可靠性问题。这种相敏过电流保护既利用 了故障时电流大小的变化，也利用了电流相位的变化，有较高的灵敏度。由于它能够根据故障电流的相位进 行相位整定，对故障电流反应敏感而对非故障电流反应不敏感，能适应不同的相位变化情况因此具有很大的 灵活性和适用性。此外，它还具有结构简单、实现容易、成本较低等优点。 关键词过电流保护；相敏保护；微机保护；电流采样值 中图分类号T M 7 7 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 3 8 9 3 0 2 0 0 6 0 3 一0 0 7 7 一0 4 N e wT y p e0 fP h a s e S e n s i t i V eo V e r c u r r e n tP r O t e c t i o n B a s e do nS a m p l e dV a l u eo fC u r r e n t F E N GJ i a n q i n ，S O N GY i n m a o C o l l e g eo fE 1 e c t r i ca n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，Z h e n g z h o uU n i V e r s i t yo fL i g h tI n d u s t r y ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t An e wt y p eo fo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o n ，p h a s e s e n s i t i v eo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o nb a s e do ns a m p l e d v a I u eo fc u r r e n t ， i ss u g g e s t e di n t h i sp a p e r ． A n di t sb a s i cp r i n c i p l e ，h a r d w a r es t r u c t u r e ，m e t h o do f r e a l i z a t i o na n dr e l i a b i l i t ya r ea n a l y z e d ．F u r t h e r m o r e ，t h ep h a s e s e n s i t i v eo v e r c u r r e n tp r o t e c t i o nd i s t i n g u i s h e s s h o r t c i r c u i tf a u l t sb ym e a n so fc h a n g e so fb o t hm a g n i t u d ea n dp h a s ea n g l eo fc u r r e n t ．S oi tcano p e r a t e c o r r e c t l yw i t hh i g hs e n s i t i v i t y ． A n db e c a u s ei tcanb es e ta st h ep h a s ea n g l eo ff a u l tc u r r e n t ，i ta l w a y s r e s p o n d st o f a u l tc u r r e n ts e n s i t i v e l yr a t h e rt h a na n yo t h e rn o f a u l tc u r r e n t ．A sar e s u l t ，i th a sg r e a t f l e x i b i l i t ya n da d a p t a b i l i t y ．I k s i d e s ，i ta l s oh a sm a n yo t h e ra d v a n t a g e ss u c ha ss i m p l e rh a r d w a r es t r u c t u r e ， l o w e rc o s t 。e a s i e rr e a l i z a t i o n ，e t c ． K e yw o r d s o v e r c u r r e n tp r o t e c t i o n ； p h a s e s e n s i t i v ep r o t e c t i o n ；m i c r o p r o c e s s o r b a s e dp r o t e c t i o n ；s a m p l e d v a l l l eo fc u r r e n t 1 前言 在中低压电网中，过电流保护由于可靠性高、 实现简单、价格低廉等优点而获得广泛应用。但是， 过电流保护仅仅利用故障前后电流大小的变化来 判断短路故障，存在灵敏度低的缺点，因而限制了 它的应用[ 1 4 ] 。为此，人们提出了相敏保护方案。成 熟的相敏保护既利用了故障时电流大小的变化，也 利用了电流相位的变化，所以有较高的灵敏 度[ 1 4 ] 。但是，现行的相敏保护方案只能用于特定 收稿日期2 0 0 5 一0 7 2 1 ；修回日期；2 0 0 5 一0 9 2 9 场合，由于缺乏灵活性和适用性而受到限制。同时， 现行的相敏保护方案还存在实现复杂、成本较高等 缺点。 本文提出的基于电流采样值的相敏过电流保 护仍然基于电流的大小判断故障，但同时考虑了电 流相位的变化，具有较高的灵敏度。它既具有相敏 保护的优点，又继承了电流保护实现简单、价格低 廉等优点。更重要的是，它能适应不同的相位变化 情况，具有很大的灵活性和适用性，可广泛应用于 中低压电网中。 万方数据 7 8 电力系统及其自动化学报2 0 0 6 年6 月 2 基本原理 2 ．1 传统过电流保护 设线路电压为“ f ，线路电流为i f ，正常运 行时的最大负荷电流为i t ￡ ，短路时的最小故障电 流为i f f ，i 滞后“的相角为妒，i t 滞后“的相角为 饲，i f 滞后“的相角为僻，则有 “ ￡ 一√2Us i n 埘 1 i f 一 ／2 ，s i n 伽一曲 2 f l ￡ 一√2J l s i n 叫￡一翰 3 i f ￡ 一／虿，f s i n 嘶一瞻 4 传统过电流保护的动作值按式 5 整定 k 警，。 5 式中Kr e ．为可靠系数，取K 一≥1 ．2 ；K 。。为自起动 系数，取K 。。 1 ，由网络接线和负荷性质确定；K 。 为返回系数，取K 。 o ．9 ～o ．9 5 ；，。为线路最大负 荷电流 有效值 。 过电流保护的动作方程为 ，≥J 。。 6 式中J 为线路电流的有效值。 最小灵敏系数按式 7 计算。 ，， K 。。。一} 7 』O p 式中，t 为线路最小短路电流 有效值 。 2 ．2 相敏过电流保护 设甜上升过零，特定采样时刻f f 。 0 ≤≈ i 。 9 其最小灵敏系数为 愚一塑生l Z ；型墅 堕二丝U 一“”“ i 。， ／可，。。I s i n 伽，一翰 I l 粤笔[ 巢IK s e 。 1 0 s i n 研p ～饲 I 一”“ “” 由式 1 0 可知，如果短路故障前后电流的相 位角不变，即盼一翰，则愚。。。一K 。。。，即灵敏度为一 常数而与采样时刻无关，且与传统过流保护的灵敏 度相同。如果短路故障前后电流的相位角发生变 化，则保护的灵敏度与选定的采样时刻及故障前后 电流的相位角有关。只要根据不同翰和髂，适当选 取采样时刻昂，使I s i n 叫。一住 1 I s i n 叫，一 翰 I ，就有五。。 K 。。。。也就是说，只要适当选取采样 时刻f 。，就可以使基于电流瞬时值即采样值的相敏 过电流保护的灵敏度高于传统的过流保护。 2 ．3 相位整定 为使相敏过电流保护达到最高的灵敏度，可使 s i n ∽，一僻 一1 ，即埘。一识一詈，故采样时刻可 按式 1 1 确定。 f ，一 丢 罢 T 一号≤筛 警 1 1 这时，对于故障电流，i 岛 一i f 气 一√2 ，t 最大，故保护对故障电流反应最敏感。如僻一一9 0 。 TT 时，f p o ；纷一o 。时，￡p ；纷一9 0 。时，“一音。 显然，f 。一。时，保护对相位超前电压9 0 。的电流反 应最敏感；f 。一时，保护对与电压同相位的电流 反应最敏感；￡。一时，保护对相位滞后电压9 0 。 的电流反应最敏感。 对于非故障电流，由于其相位不同于故障电流 即住≠翰，则J s i n ∽，一张 I 1 ，所以，J i z ， J l i 。 f 。 1 i 。p 1 3 式中咒。为与岛对应的离散时间，咒，一O ，1 ，2 ，3 ，⋯， Ⅳ一1 。 3 ．3 保护整定 根据式 8 ，基于电流采样值的相敏过电流微 机保护的动作电流应按式 1 4 整定。 i 。p 一 ／2 ，。pI s i n 凹2 p 7 1 。一翰 1 1 4 根据式 1 1 ，挖。可由式 1 5 确定并取整， 以，一 { 芸 乒 o ．5 一号≤纷 i 。， 1 9 总之，从硬件和软件两方面采取适当措施，可 很好地解决基于电流采样值的相敏过电流保护装 置的可靠性问题。 采取上述措施后，在实验环境下施加人为干 扰，对采用该原理的微机保护装置进行测试，结果 表明，这一装置能可靠工作、可靠动作。 5 结语 基于电流采样值的相敏过电流保护利用了故 障前后电流大小的变化和电流相位的变化，具有较 高的灵敏度，它既有相敏保护的高灵敏度，又具有 过电流保护实现简单的优点。由于它能根据不同的 相位变化情况进行适当的整定，故具有很大的灵活 性和适用性，可广泛应用于中低压电网的保护中， 尤其适用于正常负荷时电流相角变化不大而短路 前后电流相角变化较大的场合。 参考文献 [ 1 ] 宋建成，石宗义，杨毅，等 S o n gJ i a n c h e n g ，S h iZ o n g y i ，Y a n gY i ，甜“ ．矿井电网过电流特征分析及其保 护系统的研究 s t u d yont h eo v e r c u r r e n tc h a r a c t e r a n a l y s i sa n di t sp r o t e c t i v es y s t e mo fu n d e r g r o u n dL V d i s t r i b u t i o nn e t w o r k s [ J ] ．煤炭学报 J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 0 1 ，2 6 1 8 1 8 6 ． [ 2 ]宋建成，梁翼龙，盂润泉 S o n gJ i a n c h e n g ，L i a n g Y i l o n g ，M e n gR u n q u a n ．矿用隔爆型真空馈电开关 中的过电流保护 o v e r c u r r e n tp r o t e c t i o ni nu n d e r g r o u n de x p l o s i o n p r o o fv a c u u mf e e d e rs w i t c h g e a 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