吳立智,季小偉

(海峽之聲廣播電臺(tái)廈門(mén)分臺(tái),福建廈門(mén)361024)

0 引 言

海峽之聲廣播電臺(tái)廈門(mén)分臺(tái)的高壓供電系統(tǒng)采用的是兩路10 kV電源供電(中性點(diǎn)不接地),二者分段聯(lián)絡(luò),互為主備,可自動(dòng)倒換。這樣做的好處在于能夠在一路外電停電后,另一路可迅速的投入使用,保證其它機(jī)器設(shè)備正常安全穩(wěn)定運(yùn)行。但同時(shí)這也對(duì)其高壓二次控制回路中的過(guò)流繼電保護(hù)系統(tǒng),特別是速動(dòng)性和靈敏性上提出了更高的要求,以避免因本站設(shè)備故障時(shí),過(guò)流保護(hù)拒動(dòng)而造成上一級(jí)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作,同時(shí)影響到兩路外電系統(tǒng),造成停電事故的擴(kuò)大化。

1 改造前的二次控制回路中的過(guò)流繼電保護(hù)的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

整個(gè)10 kV系統(tǒng)包括高壓一次回路系統(tǒng)和二次控制回路系統(tǒng),而起到控制和保護(hù)作用的主要是二次控制回路系統(tǒng)。

改造前主要由兩個(gè)電流互感器2LHa、2LHc和兩只過(guò)流繼電器1LJ、2LJ(圖1),再加上一些中間繼電器、時(shí)間繼電器以及防跳繼電器TBJ和相關(guān)的輔助元器件共同構(gòu)成高壓二次控制回路(圖2)。

圖1 改造前過(guò)流繼電保護(hù)回路簡(jiǎn)圖

其中過(guò)流保護(hù)采用兩相兩繼電器的反時(shí)限過(guò)流繼電保護(hù)。反時(shí)限過(guò)流保護(hù)是指保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間與通過(guò)繼電器的電流(或故障電流)大小成反比關(guān)系。本文中使用的是GL-21型反時(shí)限繼電器(圖3)。GL型反時(shí)限繼電器的工作原理是復(fù)合式的,由公用一個(gè)線圈的感應(yīng)式和電磁式的兩個(gè)元件組成。當(dāng)繼電器的線圈通以交流電流時(shí),則在鐵芯的遮蔽與未遮蔽部分產(chǎn)生兩個(gè)具有一定相位差的磁通。此磁通與其在圓盤(pán)中感應(yīng)的渦流相互作用,在圓盤(pán)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在20%～40%的動(dòng)作電流整定值下,圓盤(pán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。此時(shí)由于扇齒與蝸桿沒(méi)有咬合,故繼電器不動(dòng)作。當(dāng)線圈但同時(shí),這類繼電器也有著很大的缺點(diǎn),即動(dòng)作時(shí)間整定比較復(fù)雜,繼電器動(dòng)作誤差較大,當(dāng)短路電流較小時(shí),其動(dòng)作時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng),延長(zhǎng)了故障持續(xù)時(shí)間,并且GL型繼電器在10倍整定動(dòng)作電流下的動(dòng)作時(shí)間最快也僅僅為0.5 s,因此在靈敏性和速動(dòng)性上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如現(xiàn)在的智能式繼電器構(gòu)成過(guò)流繼電保護(hù)裝置。

圖2 改造前二次控制回路簡(jiǎn)圖

圖3 GL-21型反時(shí)限過(guò)流繼電器

2 智能化改造設(shè)備的選型

針對(duì)前面所述GL反時(shí)限過(guò)流繼電器的缺點(diǎn),有必要對(duì)高壓二次回路的過(guò)流繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造,以達(dá)到消除隱患,保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。經(jīng)過(guò)多方考察論證,選用了許繼電器的PMF700L-B型配電線路保護(hù)測(cè)控儀(圖4)組成的智能保護(hù)系統(tǒng)作為改造方案,主要是該產(chǎn)品在過(guò)流保護(hù)的靈敏性、速動(dòng)性上較好,整定設(shè)置簡(jiǎn)單方便,符合改造要求,并且整機(jī)基于小型化中的電流增大至整定電流時(shí),電磁力矩大于彈簧的反作用力矩,框架轉(zhuǎn)動(dòng),使扇齒與蝸桿咬合,扇齒上升。此時(shí)繼電器的動(dòng)鐵在扇齒頂桿的推動(dòng)下,使導(dǎo)磁鐵右邊氣隙減少,左邊氣隙增大,因而動(dòng)鐵被導(dǎo)磁鐵吸合,使繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)繼電器線圈中的電流為整定值時(shí),感應(yīng)元件的動(dòng)作時(shí)限與電流的平方成反比。隨著電流的增加,導(dǎo)磁體飽和,動(dòng)作時(shí)限逐漸趨于定值。當(dāng)線圈中的電流大到某一電流倍數(shù)時(shí),電磁元件瞬時(shí)動(dòng)作,因而繼電器的動(dòng)作時(shí)限具有有限反延時(shí)的特性。

采用反時(shí)限繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于所用繼電器數(shù)量大為減少,一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的電流繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器和信號(hào)繼電器等一系列繼電。因此采用這類反時(shí)限繼電保護(hù)電路投資少,接線簡(jiǎn)單,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù),并且由于GL型繼電器的觸點(diǎn)容量大,所以可直接接通跳閘線圈,適合交流操作。設(shè)計(jì)理念,確保用戶安裝使用方便,便于老系統(tǒng)的改造。此外該設(shè)備還具有以下的優(yōu)點(diǎn):

圖4 PMF700L-B型配電線路保護(hù)測(cè)控儀

(1)采用后插拔方式,加強(qiáng)型單元機(jī)箱按抗強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)干擾設(shè)計(jì)、便于安裝在開(kāi)關(guān)柜上運(yùn)行;

(2)采用32位ARM 處理器,功耗低,內(nèi)含大容量的RAM和Flash Memory;數(shù)據(jù)處理、邏輯運(yùn)算和信息存儲(chǔ)能力強(qiáng),運(yùn)行速度快,可靠性高;

(3)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),模塊化編程;實(shí)時(shí)性好;

(4)按智能繼電器設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì),整定簡(jiǎn)單,使用方便;

(5)高精度A/D采樣,測(cè)量精度高;

(6)可保存不少于80個(gè)最近發(fā)生的運(yùn)行信息和故障信息記錄,為運(yùn)行優(yōu)化和事故分析提供充分的數(shù)據(jù)信息;

(7)提供豐富的指示燈信號(hào),采用中文圖形液晶顯示,操作簡(jiǎn)單,報(bào)文清晰易懂,人機(jī)接口友好;

(8)高標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性能,能在惡劣環(huán)境(如強(qiáng)電磁場(chǎng),低溫,潮濕,灰塵等)下可靠運(yùn)行。

3 高壓供電系統(tǒng)過(guò)流繼電保護(hù)的智能化改造方案

圖5、圖6為對(duì)高壓供電系統(tǒng)過(guò)流繼電保護(hù)的智能化改造后的過(guò)流繼電保護(hù)回路簡(jiǎn)圖和二次控制回路簡(jiǎn)圖。圖7為PMF700L-B型配電線路保護(hù)測(cè)控儀的背板端子圖。

圖5 改造后過(guò)流繼電保護(hù)回路簡(jiǎn)圖

圖6 改造后二次控制回路簡(jiǎn)圖

圖7 PMF700L-B型背板端子圖

可以看出,采用此方案進(jìn)行改造,方便簡(jiǎn)單,并不需要改動(dòng)太多的線路,主要是用PMF700L-B型配電線路保護(hù)測(cè)控儀取代GL-21型反時(shí)限繼電器的反時(shí)限過(guò)流保護(hù)功能。該設(shè)備反時(shí)限過(guò)流保護(hù)的原理框圖如下(圖8)。

圖8 PMF700L-B型反時(shí)限過(guò)流保護(hù)原理框圖

PMF700L-B型配電線路保護(hù)測(cè)控儀設(shè)有三種反時(shí)限,其反時(shí)限特性方程如下:

式中,I為故障電流;IP為整定電流;tp為時(shí)間整定常數(shù);t為動(dòng)作時(shí)間。

這三種反時(shí)限特性可以由控制字選擇(0為一般反時(shí)限,1為非常反時(shí)限,2為極端反時(shí)限)。其過(guò)流動(dòng)作時(shí)間可在 0～100 s范圍內(nèi)控制,延時(shí)誤差在0～2 s范圍內(nèi)時(shí)不超過(guò)40 ms,各種保護(hù)動(dòng)作精度小于±2.5%,能很好地滿足改造的預(yù)設(shè)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這次高壓供電系統(tǒng)過(guò)流繼電保護(hù)的智能化改造后,在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中,配電線路保護(hù)測(cè)控儀不誤動(dòng)、不拒動(dòng),出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作后能夠通過(guò)運(yùn)行信息和故障信息記錄找到原因,及時(shí)排除故障,保證其它機(jī)器設(shè)備能夠正常的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]GL-20系列過(guò)流繼電器使用手冊(cè)[Z].1995.

[2]PMF700系列配電保護(hù)測(cè)控儀技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].2010.