配电系统中线路电压故障的解决方案

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1说明,图中QF1、QF2为断路器,QS1～QS5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Uab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QS1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QS5～QS7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。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150μA,在休眠状态所需电流为0.1μA,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,有电时用系统电源,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