高压电源快切对企业电网继电保护影响的研究

刘筱颖

摘 要：为了保证重要负荷供电正常，钢铁、石油化工等等企业都会采用双回路的方式进行供电，一旦某一条电源侧线路发生故障，可以使用高压快切装置立即切换到另一侧电源。但是，电源在切换过程中，会产生低电压以及冲击电流，如果冲击电压过大又会引发继电保护装置动作，导致切换失败。下文主要就高压电源快切装置对企业电网继电保护的影响进行分析探讨。

关键词：双回路供电 高压电源快切 电网继电保护

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0026-02

双回路供电是保证企业重要负荷不间断工作的重要方法，但双路电源切换的过程中会对电力系统造成冲击，如果冲击过大，可能会导致电网彻底断电，因此下文主要就高压电源切换装置的电源切换过程进行简单的讨论分析，重点讨论切换过程中可能会导致保护装置误动的原因，提出一种减小电源切换冲击的方法，从而保证负荷的正常供电。

1 高压电源快切过程概述

电力负荷的供电电源可能会由于设备故障等等导致母线的电源进线断路器跳闸，此时，与母线连接的电动机内还存在着残留的定子电流和转子电流，电动机的定子绕组会产生残留电压，随着时间的延长，残留电压的频率以及大小会逐渐减少，而母线上连接的负荷的大小、电动机的台数等相关因数会影响到残留电压衰减的速度。母线残压用uM表示，则uM表达式如下所示：

母线残留电压的存在说明这种情况下，电动机在发电状态下运行，感生电势为交流电，初始频率为（1-s0）ωs，异步电动机失电瞬间感生电势的频率为会发生突变，ω的初始值为s0ωs 。将母线残压进行简化，可以得到。

电源切换的过程中，备用电源和工作母线之间的频率的差值以及差拍电压会随着时间的延长不断增加，各相电流起始的角度差值会呈现周期性的变化，此时母线残留电压、备用电源以及差拍电压的变化规律见图1。

由图1可以明显的看出，差拍电压幅值ΔV在不断的振荡，当母线的残留电压衰减为0时，差拍电压不再发生变化，与备用电源额定电压值相同。

B、D、F点对应的压拍电压为额定电压的1.1倍，B点为快速切换方式下压拍电压最大的点，E点为同期捕捉切换方式下压拍电压最大的点。

2 电源切换对企业电网继电保护的影响

某企业电网系统有两条电源进线，两条电源进线的供电母线相同，因此两侧电源电压初始相角差可以记为0，它们分别通过降压变压器带一段母线，电网正常工作时，两段母线分裂运行，断路器呈现断开状态，当某一母线发生故障跳闸之后，快切装置动作，断路器闭合，两段母线同时由同一台变压器带动工作。故障电源与备用电源进行切换的过程中，母线残留电压逐渐减小，差拍电压的存在会冲击到供电系统，当冲击达到一定程度之后，电网中的继电保护装置可能会误动，电源切换对企业电网继电保护的影响主要有以下几个方面。

（1）电源切换过程中，差动保护装置两侧会呈现不同的TA暂态特性，差动回路在冲击电流的作用下会产生不平衡电流，会引发差动保护装置动作；由于差动保护二次回路接线会存在较大的差别，装置两侧的TA暂态特性、TA输出阻抗等等因素都会有所不同，电源切换过程中差动回路在冲击电流的作用下会产生较大的不平衡电流，会引发继电保护装置动作。

（2）电源切换过程中，两段母线间的备用电源变压器支路和联络线会出现冲击电流，一般情况下，联络线上都设置有定时限过流保护装置以及电流速断保护装置，如果电源切换过程中操作不当，可能会使这部分继电保护装置动作。备用电源变压器或者线路上也会安装定时限过流保护装置以及电流速断保护装置，这部分速断保护装置的设定值是根据电网中三相短路电流的最大值确定的，过流保护装置的设定值则是根据自启动电流与变压器励磁涌流的和确定，电源切换过程中，如果冲击电流较大，可能会引发备用电源的支路保护装置动作，导致切换失败。

（3）电源切换过程中，随着时间的延长，工作母线残留电压会逐渐减小，当残留电压小于一定值后，可能会引起电动机低电压保护装置动作，因此电源切换时间不宜过长。

3 快切装置与继电保护配合的措施

高压电源切换时，无论采用何种切换方式都会产生冲击，导致继电保护装置误动，使得备用电源切换失败，为了有效地防止继电保护装置跳闸，保证电源切换的成功，必须采取一定的解决措施。

（1）工作母线失压后，将不重要的负荷切除只留下系统中一些重要的负荷能够有效地减小电源切换过程中产生的冲击电流。实际的切换过程中，将部分负荷切除不会对母线残留电压的衰减产生较大的影响，但是冲击电流的峰值会大幅度降低，因此可以有效的避免继电保护装置误动作，提高电源切换的成功率。

（2）在继电保护中适当延时。电源切换时产生的冲击电流会存在一个较大的峰值，但峰值衰减十分迅速，暂态过程大概能够保持200 ms，为了让保护装置能够避过电流峰值，以避免继电保护装置误动，可以对系统中安装的继电保护装置进行适当的延时。部分情况下，电源切换过程中产生的冲击电流最大值可能不是第一个峰值，比如在与同期捕捉点相近的区域进行切换，因此，实际的延时设定需要根据具体的切换方案以及系统的详细情况进行分析讨论。工作人員须注意，继电保护参数不能随意修改，否则会影响到装置的安全性及可靠性。

（3）备用电源的电压和母线中残留的电压符合电源快速切换的需求时，为了保证母线残留电压衰减幅度较小，应该尽可能缩短切换时间，只有这样才能够有效减小差拍电压，保证电源切换时产生的冲击电流较小，一般情况下，为了提高电压快速切换的成功率，断路器合闸的时间应该保证在100 ms以下，真空断路器的合闸时间在50 ms左右，可满足这一需求。

（4）增加限流电抗器也是防止继电保护装置误动作，提高电源切换成功率的有效方法。电源切换过程中，备用电源变压器支路以及母线联络线中都会出现冲击电流，且电流的幅值较大，将故障限流器安装在这两个部位的低压侧能够增加线路的阻抗，可以限制故障电流，因此能够减小暂态过程中的冲击电流，避免继电保护装置误动作，但这种改进方法会增加系统的安装成本，仅作为一种备用方案使用。

（5）同期捕捉切换也是电压切换的重要方式之一，某些情况之下，与快速切换相比，这种切换方式对于电力系统的影响可能比较小，快速切换时，母线电压下降幅度比较小，但是与同期捕捉切换相比，母线残留电压与备用电源电压之间的相角差相对较大。实际的电压切换过程中，如果备用电源电压与工作母线电压之间的初始相角较大，电源切换时，母线残留电压与备用电源电压之间的相角差会更大，此时的冲击电流很可能会引起继电保护装置动作，使得电源切换失败，此时可以使用同期捕捉切换的方式进行，尤其是在工作母线负荷容量较大时，使用同期捕捉切换的方式进行切换电源，产生的冲击电流比较小。在某企业的电网降压站系统采用这种切换方式进行仿真实验，仿真结果如表1所示。

由仿真结果发现，E点是同期捕捉切换方式下最佳的切换点，将在该点进行电源切换产生的冲击电流与使用快速切换方式进行电源切换相对比，发现同期捕捉切换冲击电流较小。

4 结语

快切装置的使用对于提高企业内部部分重要负荷供电连续性十分有利，可以有效地避免负荷失电，为企业带来重大经济损失。但是，电源切换过程中存在着差拍电压，它会对系统带来一定的冲击，当冲击达到一定程度后，会使得系统的继电保护装置动作，导致电源切换失效，影响到系统的正常运行，为企业带来严重的损失。该文针对这一问题提出了几点相对应的解决措施，仅为相关企业的备用电源切换工作提供简单的参考。

参考文献

[1] 周雪松，崔立强，马幼捷，等.高压电源快切对企业电网继电保护影响的研究[J].电工电能新技术，2012（7）：45-49.

[2] 马小娜，李广志，王澜.石化供电系统中快切装置技术特点及应用[J].自动化应用，2010（5）：63-64.