CN104901278A - 差动保护误动作控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种差动保护误动作控制方法及系统，其中差动保护误动作控制方法，包括：通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流。通过平衡二次负载阻抗，可以避免差动保护装置在电机启动时发生误动作，从而保证了注水电机能够正常启动投入运行。

Description

差动保护误动作控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种差动保护误动作控制方法及系统。

背景技术

高压注水电机为油田泵站的动力装置，其安全正常启动对于油田正常生产具有重要作用。

在油田原油生产中，为保证注水电机的安全运行，在容量2000kW以上的电机电路中都设置有差动保护装置以及与差动保护装置连接的两组电流互感器（Current Transformer,简称CT），图1为现有技术中电机差动保护的原理图，图2为现有技术中电机差动保护二次接线图，图中的电机M装设在注水站，距离开关室比较远, 差动保护的两组电流互感器, 一组电流互感器TA2装于 6kV开关室的开关柜内, 另一组电流互感器TA1装于电机本体内三相绕组中性点处, 差动保护装置I-I安装在开关柜上。电流互感器用于获取电路中的电流信号，而差动保护装置用于根据两组电流互感器的电流信号确定是否动作，当回路中电流异常时，差动保护装置动作，使继电器触发跳闸切断电机电源以进行保护。但是在实际生产中，在每次的电机启动瞬间，经常出现差动保护装置误动作的现象，使得高压注水电机无法正常投入运行，从而严重影响油田的正常生产任务。

发明内容

为解决上述差动保护误动作的问题，本发明提供一种差动保护误动作控制方法及系统，以使注水电机时能够正常启动投入运行。

本发明提供的一种差动保护误动作控制方法，包括：通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流。

在一实施例中，通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗，具体为：在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中并联电缆以增加电缆截面积。

在一实施例中，通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗，具体为：在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中启动过程中串联电阻以增加阻抗，串联的电阻并联有短接连片。

本发明还提供一种差动保护误动作控制系统，包括：平衡模块，用于通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流。

在一实施例中，所述平衡模块为并联在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中的并联电缆。

在一实施例中，所述平衡模块为串联在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中的串联电阻，串联的电阻并联有短接连片。

本发明实施例通过平衡保护电路中两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流，使得差动保护装置在电机启动时的误动作得到有效控制，从而避免了在电机启动瞬间继电器触发跳闸的问题，保证了注水电机能够正常启动投入运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电机差动保护的原理图；

图2为现有技术中电机差动保护二次接线图；

图3为所示为LZX - 10、D 级电流互感器10%误差曲线

图4为本发明改进的电机差动保护二次接线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在实际的油田变电站，如图2所示的差动保护装置一般设置在高压电机开关柜内，差动保护中的两组电流传感器采用的是两组容量相同的电流互感器，一组安装在高压开关柜内，另一组安装于电机本体内三相绕组的中性点处，连接装于开关柜内的电流互感器与差动保护装置之间的电缆A411,B411,C411很短，大概有3米,而连接于电机本体三相绕组的中性点处的电流互感器与差动保护装置之间的电缆A421,B421,C421比较长，一般都超过130米，甚至达到200多米，由于电流互感器的二次电缆采用截面积为 2.5mm²的铜芯电缆, 如果连接中性点处电流互感器的电缆过长时, 线路的电阻就会增大, 使电流互感器二次负荷超过其额定负荷, 一方面易致使电流互感器误差增大,另一方面两组电流互感器之间的电流差值变大超出设定的电流阈值，从而可导致差动保护动作。

具体分析如下：图3所示为LZX - 10、D 级电流互感器10%误差曲线,该曲线表示的是在比值误差fi(%)=10%时,一次电流倍数m与二次负荷Z2en的关系曲线。理论分析证明,按 10%选择电流互感器即能满足继电保护的灵敏性和选择性要求。在使用该曲线时:首先计算电流互感器一次侧电流倍数 m,然后从10%误差曲线上找出与m对应的二次负荷 Z2en,当实际二次负荷阻抗小于Z2en时,即能够保证所选用的电流互感器误差小于10%。电流互感器的二次负荷可用下式计算:

                                                                   （1）               

式中 K_rc为继电器的接线系数，Z_r为差动保护装置的阻抗 (Ω)，K_lc为连接导线的连线系数，Z_l为连接导线的阻抗(Ω)，Z_t为接触电阻, 一般约为 0.05Ω ～ 0.1Ω 。为简化说明，以两相星形接线方式的计算公式进行说明，正常情况下, 二次负荷计算公式为:

              （2）

差动保护装置绕组的阻抗很小, 大约为0.04Ω即 Zr=0.04Ω；接触电阻可按 0.1Ω计算, 即Zt=0.1Ω , 如果按照电机的启动电流为其额定电流的(6～8)倍,取6倍计算, 从图1所示的电流互感器10%倍数曲线可以看出, 6倍电流值的二次负荷不应该大于 2.5Ω 。将上述数值代人公式(2), 可算出 Z_l=1.36Ω也就是连接导线电阻 Z_l≤1.36Ω才能满足电流互感器二次负荷的要求。按照铜的电阻率为 1.75×10-2Ω·m，电缆芯截面积为 2.5mm², 通过计算可得到电缆长度: L=R*S/2ρ=Z_l*S/2ρ=1.36×2.5/(2×0.0175)=97m。就是说连接电流互感器的二次电缆的长度超过97m时,电流互感器实际二次负荷就会超过电流互感器10%误差曲线对应的二次负荷Z2en,从而导致电流互感器误差大于10%。然而实际应用中连接装于中性点处电流互感器电缆长近200米远远大于97米,说明连接装于中性点处电流互感器的二次电流就超差，而安装于开关柜内的电流互感器的连接电缆很短只有3米, 在电流互感器二次负荷允许范围内, 该电流互感器的二次电流就不超差，因此两组电流互感器中一个误差大, 一个指示正确, 导致流过差动保护装置的电流差值过大, 造成差动误动作。

根据上述分析可知差动保护误动作的原因是两组电流互感器的二次阻抗不匹配，使设置中性点侧的电流互感器过饱和而开关柜侧电流互感器未饱和，从而产生的不平衡电流，导致差动保护装置动作，而这种动作并非是由于电路中电流异常而引起的动作，在实际中是应该得到有效控制的。因此，为控制这种不必要的误动作，本发明实施例提供一种差动保护误动作控制方法，其通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流，从而可避免差动保护装置不必要的误动作，这种改进方式不仅无需提高差动保护装置的动作电流阈值，也无需通过改变电流互感器二次回路的接线方式以调整接线系数，就能够有效避免差动保护装置的误动作。由于采用提高差动动作电流阈值和差动接线系数以避开误动作, 可能会降低保护在正常工作时的灵敏度,而且由于电机启动中的电流暂态过程复杂,并和启动时电机条件有很大关系,兼顾灵敏度的情况下,即使提高差动动作电流阈值和差动接线系数,也不一定能可靠躲过启动过程。

在具体应用中，可采取多种方式进行平衡两组电流互感器的二次负载阻抗，本发明实施例具体通过在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中并联电缆以增加电缆截面积，或者通过在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中串联电阻以增加阻抗两种方式进行改进。实际上，相比差动保护装置的阻抗和二次接触电阻, 电流互感器的二次负载可以认为主要都取决于二次电缆的阻抗, 减小二次电缆的阻抗就可以有效减小电流互感器二次回路总的阻抗，用一根备用电缆芯分别与原来的中性点电流互感器二次连接线并联使用, 即增大电流回路的电缆截面积，从而可将原来的连接导线阻抗减小一半, 大大减小了二次回路的阻抗，这种改进方式经过多次启动试验及实际运行, 差动保护未再出现误动情况；还可以补偿高压开关柜一侧电流互感器在电机启动过程中的二次阻抗，使得差动保护用的两组电流互感器二次负载阻抗大小保持平衡。这两种方式都能够有效解决了现有的差动保护中易出现的误动作问题，不仅采用的措施简单，而且对现有的电路改动不大。

本发明实施例通过平衡保护电路中两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流，使得差动保护装置在电机启动时的误动作得到有效控制，从而避免了在电机启动瞬间继电器触发跳闸的问题，保证了注水电机能够正常启动投入运行。

在上述实施例的差动保护误动作控制方法中，还可以通过电机微机保护软件进行控制，即在电机微机保护软件中采用启动过程中差动定值自动翻倍系数使差动保护在启动过程中自动提高整定值而躲过去误动。

本发明实施例还提供一种差动保护误动作控制系统，包括：平衡模块，用于通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流，在具体实施中，该平衡模块可以为并联在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中的并联电缆，也可以为串联在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中的串联电阻，串联的电阻并联有短接连片。通过在电流互感器二次侧增加并联电缆或串联电阻，可使得两组电流互感器的二次负载阻抗不平衡性得以缓解，从而减少了不平衡电流。图4为本发明改进的电机差动保护二次接线图，如图4所示，在连接于电机本体三相绕组的中性点处的电流互感器与差动保护装置之间的电缆A421,B421,C421中串联有电阻，由于串联电阻会增加电路功耗，为降低电机启动后串联电阻的功耗，图4中还在串联的电阻上并联有短接连片，该短接连片在电机启动过程中不连通电阻两端的电缆，而在启动后连通电阻两端的电缆，使得电机启动过程中能够串联电阻，而在启动后短路连接片能够将串联电阻短路，以减少功耗，这样既保证了电机启动瞬间不会出现差动保护误动作，又使得电路不增加额外的功耗。

本实施例可用于实施上述方法实施例的技术方案，其工作原理及达到的技术效果类似，不再详细赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种差动保护误动作控制方法，其特征在于，包括：通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗，具体为：在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中并联电缆以增加电缆截面积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗，具体为：在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中串联电阻以增加阻抗。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对串联的电阻并联短接连片，以使差动保护的电机启动后将串联的电阻进行短路。

5.一种差动保护误动作控制系统，其特征在于，包括：平衡模块，用于通过平衡两组电流互感器的二次负载阻抗以减少不平衡电流。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述平衡模块为并联在二次负载阻抗较大的电流互感器二次回路中的并联电缆。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述平衡模块为串联在二次负载阻抗较小的电流互感器二次回路中的串联电阻。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，串联的电阻并联有短接连片。