CN114498540B - 一种厂用配电系统辅助保护在线整定及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体公开了一种厂用配电系统辅助保护在线整定及控制方法，可实现厂用变压器(厂高变或厂低变等)在设计容量不足的情况下，利用实时动态变化的容量余额，将被控制负荷(新增接入的电动机、馈线等)接入配电系统，并通过设置一套实时调整的辅助保护定值及策略，提醒监盘人员合理分配负荷，在发生短路故障时能快速灵敏动作。

Description

一种厂用配电系统辅助保护在线整定及控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，属于发电厂厂用配电 系统辅助保护在线整定及控制领域。

背景技术

发电厂的厂用配电系统，配置的厂用变压器(厂高变或厂低变 等)设计容量一般裕度较小，变压器设计的最高效率一般为50-60％ 额定负荷，随着环保设施或安全生产的需要，厂用配电系统的负荷 容量会不断增大，在新增负荷或临时施工电源时，经常会遇到额定 计算负荷已超容量，但实际运行负荷电流因系统方式影响，一般不 会满载，不投运又无法满足需求，如果强制投运，有超负荷运行的 可能性，仅靠运行人员根据经验进行手动调整或常规保护定值进行 限制，均有较大的安全隐患。如何设置配电系统辅助保护的定值及 控制策略，既能解决厂用变压器(厂高变或厂低变等)容量不足的 条件下接入配电系统，又能在超负荷异常运行状态下自动发出信号 或采取调整措施，实时提醒监盘人员合理分配负荷达到节能的目 的，而在发生短路故障时又能灵敏动作，是行业亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种厂用配电系统辅助保护在线整定及控 制方法，可实现厂用变压器(厂高变或厂低变等)在设计容量不足 的情况下，利用实时动态变化的容量余额，将被控制负荷(新增接 入的电动机、馈线等)接入配电系统，并通过设置一套实时调整的 辅助保护定值及策略，提醒监盘人员合理分配负荷，在发生短路故 障时能快速灵敏动作。

本发明的技术方案是，一种厂用配电系统辅助保护在线整定及 控制方法，包括如下步骤：

步骤一，按照配电变压器的额定容量(KVA)、档位设置、电压 等级、等效功率因素等，综合计算归算到低压侧的额定容量SE，并 以此作为该段母线上需在线整定、控制的负荷开关，实时计算被控 负荷开动态额定电流值Ie^*该段母线包括母线A段和母线B段；

步骤二，母线A段所有负荷开关均配置测控或综保装置，将辅 助保护装置安装被控负荷开关间隔内，采用485总线通讯的方式实 时采集测控或综保装置相关参数数据，依据负荷的重要程度及通讯 地址进行编号映射，确定在线整定、控制的负荷开关实际运行参数，对不同负荷特性采取不同的在线整定策略；

步骤三，考虑到电动机、变压器、馈线等负荷的启动时间一般 不会超过15秒，短时过负荷能力不会低于15秒，为消除负荷波 动，辅助保护装置以15秒为一个采样周期，每隔5秒进行一次集中 采样，共连续采集三次，任一次采样值与上一次采样值误差不超过 10％，则本次采样作为第一次采样，继续进行下一次采样，直到最近 三次采样值误差均在10％内，认为有效合格采样值，按照最后三次 有效合格采样值取算术平均值，计算实测参数，最大限度的去除短 时干扰信号，将母线A段工作电源进线、备用电源进线(指母联开 关)的总容量求矢量和，并与步骤1计算额定容量SE比较，计算配 电变压器的分配容量Sf及冗余度F％,作为被控负荷的整定依据；

步骤四，辅助保护装置的在线整定策略：在一个逻辑周期内 (设置为15秒)，将配电变压器可分配容量Sf与被控负荷的额定 容量Sn比较，若Sf<0,则执行步骤五，按照策略减负荷；若 Sf>Sn，则执行步骤六，可按照策略接入被控负荷；若Sn>Sf>0,则 执行步骤七，参考容量冗余度F％，调整运行方式；

步骤五，此运行方式下，说明配电变压器已处于过负荷状态， 需调整负荷分配或降低负荷出力等技术措施，辅助保护装置将会根 据映射的地址识别具体负荷，并对所有负荷按照重要程度设置标 号，如S1,S2,S3…,标记为S1的将首先提示需要降低负荷或停运，并开出报警信号提醒运行值班员，延时15秒或信号被复归后，将重 新判断，确认S1负荷已降低大于30％额定容量或已断开的情况 下，若仍不满足要求，则标记为S2的将提示需要降负荷或停运，并 开出报警信号提醒运行值班员，延时15秒或信号被复归后，将重新 判断，确认S2负荷…，以此类推，直到Sf>0为止；

步骤六，此运行方式下，说明配电变压器有足够的备用容量， 被控负荷可正常接入，接入后再实时计算可分配容量Sf，若Sf>0, 则可长期保持运行，并实时将此负荷标记为S1,原S1自动标记为S2, 原S2自动标记为S3,…以此类推，若Sf<0,则执行步骤五；

步骤七，此运行方式下，说明配电变压器有可分配容量，但不 满足被控负荷的接入容量，此时原则上禁止启动被控负荷，若被控 负荷接入后，因负荷波动，导致实时容量S>10％SE,延时一个采样周 期，即5秒钟，且开关合闸位置，则认为已在运行中，则进入辅助保护判据，将被控负荷开关断开；若被控负荷实时容量S<10％SN且 被控负荷开关已断开，则开出禁止启动闭锁信号,接入被控负荷的合 闸回路，同时开出信号提醒运行值班员。同时，辅助保护装置将参 考冗余度F％，实时提示负荷调整方法。提醒运行人员手动调整运行方式，将部分负荷转移至母线B段，直到Sf>Sn，执行步骤六；

步骤八，被控负荷保护定值的整定策略:采取动态调整额定电流 值的方式，实时计算额定电流Ie，辅助保护动作定值均以动态调整 后的额定电流Ie^*为基准。其中额定电流Ie^*按照以下原则整定：

被控负荷确认已投运的情况下，当配电变压器可分配容量Sf>0 时，则被控负荷的额定电流Ie取铭牌参数；

当配电变压器可分配容量Sf<0时,将实时采集的被控负荷电流值 Is,减去可分配容量Sf差额折算的最大电流作为额定电流Ie^*，且最 大不超过铭牌参数的额定电流Ie；

步骤九，当配电变压器备用容量不足的情况下，被控负荷自身正 常运行时，将会自动降低负荷允许量，采取过负荷反时限动作曲 线，一旦达到设置值可自动通过保护动作的方式切除，实现自动负 荷的自动调整，而被控负荷出现短路故障时，也会通过降低额定电 流的方式提高保护动作的灵敏度。

本发明既能解决厂用变压器(厂高变或厂低变等)容量不足的 条件下接入配电系统，又能在超负荷异常运行状态下自动发出信号 或采取调整措施，实时提醒监盘人员合理分配负荷达到节能的目 的，而在发生短路故障时又能灵敏动作，解决了行业亟待解决的技术难题。

附图说明

图1是本发明厂用配电系统典型接线示意图。

具体实施方式

下面通过附图1和实例，对本发明一种厂用配电系统辅助保护定 值在线整定及控制方法做进一步的详细描述。

如附图1所示，厂用配电系统采用单母线分段接线方式，设置 两段母线和母联，其中一段是母线A段，另外一段是母线B段，两 台厂用变压器一般分别接带一母线段，通过母联开关互为备用，其 中任一母线段均配置工作电源进线、备用电源进线(指母联开 关)、多台电动机负荷、多条馈线负荷等，配置的各类综合保护或 测控装置均支持RS485通讯，支持MODBUS协议等通用通信接口，在 被控负荷开关间隔内加装一台辅助保护装置。

步骤一，假设#1配电变压器归算至低压侧的额定容量为 SE＝1250kVA，额定线电压0.4kV,,被控负荷为P＝30kW,Ie＝15A功率 因素cosθ＝0.8的电动机。

步骤二，在母线A段任一开关间隔内，安装一台辅助保护装置， 将母线A段上所有测控装置的RS485口通过总线的方式并接，采用 MODBUS协议，将工作电源进线开关、备用电源进线及各负荷开关的 电流、电压、总功率、功率因素、接触器或断路器分、合闸位置信号，实时采集并存储到实时数据库中，并按照通讯地址进行编号映 射，确定在线整定、控制的负荷开关实际运行参数，对不同负荷特 性采取不同的在线整定策略。

例如电动机负荷1定义为S1,电动机负荷2定义为S2，馈线1定 义为S3...Sn等，其中S1为最高优先级，其次为S2，再次S3… 等，当配电变压器容量不足时，按照S1,S2...,的顺序依次切除。

步骤三，辅助保护装置将每隔15秒进行一次集中采样，每次采 样间隔5秒，假设第一次采样值：母线A段工作电源进线容量为 SL＝1200KVA，母联开关容量为SM＝0KVA(流入母线为正值，流 出母线为负值)；假设第二次采样值：母线A段工作电源进线容量 为SL＝950KVA,母联开关容量为SM＝0KVA；假设第三次采样值： 母线A段工作电源进线容量为SL＝1050KVA，母联开关容量为 SM＝0KVA(流入母线为正值，流出母线为负值)；因第二次采样值比第一次采样值误差为认为无效，继续 采集第四次：母线A段工作电源进线容量为SL＝1000KVA，母联开 关容量为SM＝0KVA，则取最近三次有效采样值的平均值 />#1配电变压器(母线A段)实际 可分配容量：Sf＝SN-(SL+SM)＝1250-1000＝250kVA；冗余度 F％＝250/1250＝20％；

步骤四，若被控负荷的额定容量P＝30kW，功率因素cosθ＝0.8：因SK＜Sf，配电变压器有足够的备用容量，被控 负荷可正常接入。

步骤五，若被控负荷P＝300kW，功率因素cosθ＝0.8，则 此时SK＞Sf，配电变压器备用容量不足，辅助保 护装置开出禁止启动闭锁信号,接入被控负荷的合闸回路，禁止被控 负荷接入。

步骤六，若已接入被控负荷后(判据为：实时容量S>10％SE,且开 关在合闸位置，延时一个采样周期，即5秒钟，则认为已在运行 中)，负荷运行工况发生变化，导致Sf<0，即配电变压器已处于过 负荷状态，则自动将被控负荷定义为S1，原定义为S1的电动机负 荷1自动定义为S2，原定义为S2的电动机负荷2自动定义为S3， 以此类推。按照容量差额，实时提示负荷调整方法，提醒运行人员 手动调整运行方式，首先对标号为S1的负荷降负荷，负荷降低30％ 仍不满足，则切除S1负荷，仍不满足则对标号为S2的负荷降负 荷，负荷降低30％仍不满足，则切除S2负荷...，直到Sf>0为止， 同时可将部分已切除负荷转移至母线B段接带。

步骤七，被控负荷保护定值的整定方法：辅助保护动作定值额定 电流Ie^*

(1)被控负荷确认已投运,配电变压器可分配容量Sf>0时，则被 控负荷的额定电流Ie＝15A(铭牌值)；

(2)当配电变压器可分配容量Sf<0时,将实时采集的被控负荷电 流值Is＝12A，减去可分配容量Sf差额折算的最大电流Im＝2A 作为额定电流Ie^*＝12-2＝10A(最大不能超过额 定电流电流15A)。

步骤八，根据不同工况动态调整额定电流值Ie^*,被控负荷辅 助保护以动态调整额定电流值Ie^*为依据，时间常数T根据配电变 压器或被控负荷的性质，过负荷能力等因素确定，采取过负荷反时 限动作曲线，代入以下公式实时计算过负荷跳闸时间，确保辅助保护动作后可自动切除被控负荷，配电变压器不会发生过负荷。

一般可取35秒。

步骤九，当配电变压器备用容量不足的情况下，被控负荷出现短 路故障时，因额定电流Ie*随着可分配容量降低，如上述，额定电流 Ie*由15A降低到10A，其配置的速断保护(12Ie*)等短路保护动作值 也会相应降低，当发生短路时，保护动作的灵敏度就会相应提高， 这样可避免了容量不足导致的短路保护拒动的现象。

以上所述，仅仅是本发明的具体实施方式，但本发明保护范围并 不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围 内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种厂用配电系统辅助保护在线整定及控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一，按照配电变压器的额定容量(KVA)、档位设置、电压等级、等效功率因素，综合计算归算到低压侧的额定容量SE，并以此作为该段母线上需在线整定、控制的负荷开关，实时计算被控负荷开动态额定电流值Ie^*,该段母线包括母线A段和母线B段；

步骤二，母线A段所有负荷开关均配置测控或综保装置，将辅助保护装置安装被控负荷开关间隔内，采用485总线通讯的方式实时采集测控或综保装置相关参数数据，依据负荷的重要程度及通讯地址进行编号映射，确定在线整定、控制的负荷开关实际运行参数，对不同负荷特性采取不同的在线整定策略；

步骤三，为消除负荷波动，辅助保护装置以15秒为一个采样周期，每隔5秒进行一次集中采样，共连续采集三次，任一次采样值与上一次采样值误差不超过10％，则本次采样作为第一次采样，继续进行下一次采样，直到最近三次采样值误差均在10％内，认为有效合格采样值，按照最后三次有效合格采样值取算术平均值，计算实测参数，最大限度的去除短时干扰信号，将母线A段工作电源进线、备用电源进线的总容量求矢量和，并与步骤一计算的额定容量SE比较，计算配电变压器的可分配容量Sf及冗余度F％,作为被控负荷的整定依据；

步骤四，辅助保护装置的在线整定策略：在一个15秒的逻辑周期内，将配电变压器的可分配容量Sf与被控负荷的额定容量Sn比较，若Sf<0,则执行步骤五，按照策略减负荷；若Sf>Sn，则执行步骤六，按照策略接入被控负荷；若Sn>Sf>0,则执行步骤七，参考容量冗余度F％，调整运行方式；

步骤五，若Sf<0,此运行方式下，说明配电变压器已处于过负荷状态，需调整负荷分配或降低负荷出力技术措施，辅助保护装置将会根据映射的地址识别具体负荷，并对所有负荷按照重要程度设置标号，如S1,S2,S3…，标记为S1的将首先提示需要降低负荷或停运，并开出报警信号提醒运行值班员，延时15秒或信号被复归后，将重新判断，确认S1负荷已降低大于30％额定容量或已断开的情况下，若仍不满足要求，则标记为S2的将提示需要降负荷或停运，并开出报警信号提醒运行值班员，延时15秒或信号被复归后，将重新判断，以此类推，直到Sf>0为止；

步骤六，若Sf>Sn，此运行方式下，说明配电变压器有足够的备用容量，被控负荷可正常接入，接入后再实时计算可分配容量Sf，若Sf>0,则长期保持运行，并实时将此负荷标记为S1,原S1自动标记为S2,原S2自动标记为S3,…以此类推，若Sf<0,则执行步骤五；

步骤七，若Sn>Sf>0,此运行方式下，说明配电变压器有可分配容量，但不满足被控负荷的接入容量，此时原则上禁止启动被控负荷，若被控负荷接入后，因负荷波动，导致实时容量S>10％SE,延时一个采样周期5秒钟，且开关合闸位置，则认为已在运行中，则辅助保护装置进入异常逻辑的判据，将被控负荷开关断开；若被控负荷实时容量S<10％SN且被控负荷开关已断开，则开出禁止启动闭锁信号,接入被控负荷的合闸回路，同时开出信号提醒运行值班员；同时，辅助保护装置将参考容量冗余度F％，实时提示负荷调整方法，提醒运行人员手动调整运行方式，将部分负荷转移至母线B段，直到Sf>Sn，执行步骤六；

步骤八，被控负荷保护定值的整定策略:采取动态调整额定电流值的方式，实时计算额定电流Ie，辅助保护动作定值均以动态调整后的额定电流Ie^*为基准，其中额定电流Ie^*按照以下原则整定：

被控负荷确认已投运的情况下，当配电变压器可分配容量Sf>0时，则被控负荷的额定电流Ie取铭牌参数；

当配电变压器可分配容量Sf<0时,将实时采集的被控负荷电流值Is,减去可分配容量Sf差额折算的最大电流作为额定电流Ie^*，且最大不超过铭牌参数的额定电流Ie；

步骤九，当配电变压器备用容量不足的情况下，被控负荷自身正常运行时，将会自动降低负荷允许量，采取过负荷反时限动作曲线，一旦达到设置值可自动通过保护动作的方式切除，实现自动负荷的自动调整，而被控负荷出现短路故障时，也会通过降低额定电流的方式提高保护动作的灵敏度。