配电系统中线路电压故障的解决方案.doc

1、1配电系统中线路电压故障的解决方案【摘要】本文通过对瞬时电压的特征及闭锁方式的研究,利用微功耗单片机，实现了瞬时加压检测和闭锁的目的。该方案不仅能有效地检测出瞬时电压, 可靠地闭锁配电终端设备,还有效地避免了因雷击等冲击而出现误闭锁问题。 【关键词】配电系统 线路故障瞬时电压 解决方案 中图分类号：U224 文献标识码： A 文章编号： 一.前言 从 20 世纪 80 年代起，计算机技术、微电子技术、电力电子技术被越来越多地应用于配电系统中，技术更新、功能更强的集成电路保护、微机综合保护已成为继电保护装置的重要形式；但有触点的机电型继电保护因具有经济、实用、维修方便等特点仍被广泛使用在配电系统

2、保护线路中。而在配电系统中, 配电线路电压的故障检测方式得到了广泛的应用,本文通过对配电线路瞬时电压产生的原因的分析, 利用纳瓦级微功耗单片机，提出了一种瞬时电压测量和闭锁的解决方案, 该方案能有效地检测出瞬时电压, 有效的避免了雷电波产生的误闭锁。 二.瞬时电压闭锁的基本原理 在配电系统中,在线路发生永久性故障,出线保护动作, 一定时限后重合闸动作, 重合于故障或手动合闸于故障, 保护继电器将后加速跳闸,表现出的电压特征就是出现几个周波的电压, 然后消失, 出现的电压有2明显的故障特征, 称之为瞬时电压。故障检测器检测到瞬时电压应闭锁终端设备, 避免再次重合或环网供电带来的故障冲击, 在满足

3、一定的条件下解除闭锁。没有后备蓄电池的电压型配电终端设备, 失电后检测瞬时电压很困难,采用储能充电方式会出现停电时间稍长而闭锁失效, 而且容易受雷击影响出现误闭锁。 在配电线路中发生永久性故障, 馈出线的故障隔离方式用图说明, 图中 QF1、QF2 为断路器, QS1QS5 为带有电压型故障检测器的负荷开关, QS3 为环网点。故障检测器检测的电压来自于负荷开关的两侧电压互感器( PT) , 配电系统中的典型接线方式是一侧取 Uab, 另一侧取 Ubc, 二次回路中将两侧 PT 的 B 相短接。单侧来电或单侧失电是指 Uab 和 Ubc 两个中任一个有电压而另一个没有电压, 两侧来电是指 Ua

4、b 和 Ubc 都有电压, 两侧失电是指 Uab 和 Ubc 都没有电压。以图 1 中 QS1 和 QS2 之间 d1 点永久性故障为例说明瞬量限制器起不起作用都无所谓。因为有这种观念的存在, 所以起重量限制器在平时往往被工人所忽视。经检查大约有 90?以上的塔机起重量限制器失效, 或达不到塔式起重机安全规程(GB5144- 2006) 6.1.2 ( 当起重量大于相应挡位的额定值并小于该额定值的 110%时, 应切断上升方向的电源 , 但机构可作下降方向的运动 ) 的要求。 当 d1 点发生永久性故障, 保护动作, QF1 跳闸,QS1、QS2 失压脱扣, 故障检测器失电。保护 1 重合闸动

5、作, 一定时限后电压型故障检测器 QS1发出合闸指令, 由于 d1 点发生永久性故障, 保护 1 后加速动作, 这种情况要求故障检测器应闭锁负荷开关 QS1 和 QS2。电压型故障检测器 QS13和 QS2 都将出现瞬时电压: 1.对于故障检测器 QS2, 保护第一次动作后两侧失压, QS1 合闸 QS2左侧出现瞬时电压后, 再次两侧失电。故障检测器 QS1 能够根据单侧( 左侧) 来电合闸后, 一定时限内跳闸, 可靠地判别为开关 QS1 和 QS2 之间永久性故障, 闭锁开关 QS1。故障检测器 QS2 惟一的判别依据是左侧出现瞬时电压, 由于出现瞬时电压的大小与短路点的位置和短路点的过渡电

6、阻以及 PT 接线方式有关, 现有的重合器多采用通过环网点 QS3 按时限合闸后, 再次短路, 由保护 2 动作, 故障检测器 QS2 才能可靠闭锁。这种方式就增加了一次故障, 使经 QF2 供电的 QS5QS7 出现一段停电时间。如果故障检测器 QS2 能够检测出瞬时电压, 闭锁负荷开关, 可以避免使系统再一次经受故障冲击。 2.于故障检测器 QS1, 首先出现单侧( 左侧 )来电, 合闸后出现瞬时电压后两侧失电。由于配电线路相邻负荷开关间的线路距离较短, 不考虑在这段线路上短路点位置的影响, PT 接线方式和短路点的过渡电阻大小与瞬时电压的测量有关: （一） 过渡电阻大小的影响。如果短路点

7、是金属性三相短路, 瞬时电压基本为零, 故障检测器不可能检测到瞬时电压。当有过渡电阻存在时, 提高检测瞬时电压的灵敏度, 对于电压型故障检测器非常重要。 （二）PT 接线方式的影响。故障检测器如接入了故障侧的三相电压, 发生相间短路( 含相间接地短路) 时, 由于有非故障相电压的存在, 瞬时电压幅值较大, 故障检测器能可靠地检测和闭锁负荷开关。但实际接线中一般只引入一侧的线电压, 瞬时电压的检测与短路的相别有关。 4从上述分析可以看出, 基于电压的故障检测器在没有通信通道的情况下不能完全可靠闭锁, 有原理的缺陷。但是, 利用可测量的瞬时电压实现闭锁,可以避免使系统再一次经受故障冲击, 缩小停电

8、范围, 在实际应用中有价值。瞬时加压闭锁解除的方式有手动和自动两种。 瞬时电压出现即可确定该侧发生永久性故障, 由此, 其自动解除闭锁的条件就是确定发生永久性故障侧恢复正常供电。运行人员在线路检修完成后可以就地手动解除闭锁。 三.瞬时电压的检测 在配电系统中,在线路发生永久性故障,出线保护动作, 一定时限后重合闸动作, 重合于故障或手动合闸于故障, 保护继电器将后加速跳闸,表现出的电压特征就是出现几个周波的电压, 然后消失, 出现的电压有明显的故障特征, 称之为瞬时电压。 由于电压型的故障检测器一般没有后备蓄电池, 瞬时电压只能持续几个周波, 且带有明显的故障特性, 故障检测器是在完全失电时检

9、测瞬时电压。采用最新的纳瓦级微功耗单片机可以大大降低电源功耗。微功耗 CPU 运行在 1MHz、2V 时, 电流只消耗 150A, 在休眠状态所需电流为0.1A, 普通的纽扣电池( 1200mA?h) , 可以供 CPU 全速运行 8000h, 通过采用节电技术, 可以达到故障检测器使用期内免维护, 为失电检测瞬时电压提供了条件。瞬时电压的测量与正常电压测量的精度不同,不需要过高精度, 采用一个专用的微功耗单片机作为瞬时电压的检测, 故障检测器正常运行时用另一个主 CPU 实现, 主 CPU 上电时查询微功耗 CPU, 确定是否有瞬时电压存在和闭锁方式。故障检测器失电时用电池供电, 有5电时用

10、系统电源, 失电时没有瞬时电压, CPU 处于休眠状态。纳瓦级微功耗单片机由电池供电, Uab 或 Ubc 任一侧有电, 电池都不工作, 节省电能。当两侧停电时, 纳瓦级微功耗单片机处于休眠状态, Uab 或 Ubc 出现电压, 触发休眠的 CPU, CPU 启动采集回路, 根据计算和带电的时间确定是否瞬时加压, 并将瞬时加压闭锁信息保存, 等待主 CPU 查询。为了节省电池电能, 对 AD 前的运算放大器的供电采用纳瓦级微功耗单片机的 IO 口供电, 由 CPU 打开和关闭 IO,这样就保证了在纳瓦级微功耗 CPU 休眠时, 运算放大器不消耗电池电能。 四.结束语 随着现代电力系统发生的重大

11、变化，实施公开和鼓励竞争的电力市场运行机制，常常出现一些电力系统质量问题，特别是配电系统中线路电压故障问题，引起了国内外电力工作者及相关用户的高度关注。本文提出了配电系统中线路电压故障问题的原因及其解决方法，利用微功耗单片机，有效的测出来瞬间电压，大大减少了配电系统中线路电压故障，有助于实现配电系统自动化发展。 参考文献： 1崔晨耕，电压跌落及其抑制J;西安航空技术高等专科学校学报;2010 年 01 期 2游家训;彭明伟;唐跃中;罗小山;钟磊;郭创新，混合量测系统中利用潮流信息的电网故障诊断J高电压技术，2010 年 02 期 3王彦辉;刘福广，浅谈供电可靠性的提高J 民营科技， 2010年 01 期 6