電流上升率和電流增量保護的定量測量.docVIP

航空學報電流上升率和電流增量保護的定量測量 張目然 (廣州市地下鐵道總公司 廣州510030) 摘要 介紹廣州地鐵二號線直流牽引系統(tǒng)DPU96保護控制單元的基本保護功能，闡述了電流上升率保護和電流增量保護的基本原理，針對目前DPU96校驗采用定性測量方法的不足，提出一種模擬現(xiàn)場條件定量測量的方法，對提高校驗精確度具有一定價值。關鍵詞 電流上升率保護 電流增量保護 定量測量Quantitive Measurement of Current Step Change Protection and Rate of Current Rise Protection Zhang Muran(Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510030) Abstract: This paper introduces the protective functions of DPU96 digital protective unit and controller in Guangzhou Metro Line 2 and the principle of current step change protection as well as rate of current rise protection . According to the insufficiencies in the qualitative measurement of DPU96 nowadays, a method of quantitive measurement simulating the actual condition which is useful to obtain high accuracy in test is introduced.Key words: Current step change protection ; Rate of current rise protection ; Quantitive measurement都市快軌交通第 卷 第 期 2007年 月 5隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)保、便利、高效的交通手段越來越受到人們的關注。電牽引的軌道交通系統(tǒng)就可以完全適應現(xiàn)代交通的發(fā)展和要求。而直流牽引軌道交通系統(tǒng)得到了最為廣泛的應用，其主要優(yōu)點是：快捷、站間距離短和行車密度大。為了使直流牽引供電系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮作用，必須要求高效安全的保護系統(tǒng)。廣州地鐵二號線直流饋線開關柜的保護和控制單元使用的是西門子SITRAS DPU96 數(shù)字式保護和控制裝置。該裝置以微處理器為基礎研究開發(fā)，用于避免直流開關設備和接觸網設備出現(xiàn)過負荷和短路情況，并根據電流的變化在達到最大短路電流之前檢測出短路的發(fā)生，啟動相應保護來跳開開關，切除故障回路，保護供電設備的安全。通常對于饋線保護的日常校驗是做定性試驗，通過加適度的電壓量來模擬實際情況檢測保護控制單元是否正常，但加壓量完全憑經驗試值，受人為影響較作者簡介：張目然，女，學士學位，電氣助理工程師， 大。且加量值由DPU96的屏幕讀數(shù)確定。這樣相當于試驗前提是DPU96的檢測準確無誤，如果這一前提不能滿足，那么就不能夠準確的判定保護能否在額定值動作，試驗結果受到影響,且目前保護校驗均需在設備上進行，對新進備件無法進行獨立測試。為提高試驗的規(guī)范性和精確度，本文提出一種定量測量的嘗試，雖不成熟，但希望能夠作為一個開端，日后完善這一測量方法。1電流上升率保護和電流增量保護原理DPU96設置的保護有：A、電流絕對值保護B、過電流保護C、電流增量保護D、電流變化率保護E、電纜熱過負荷保護其中電流上升率和電流增量保護是根據故障電流和正常工作電流在上升率上的巨大差異來實現(xiàn)保護，對保護校驗的要求較高。實際中，兩種保護是配合實現(xiàn)保護的，其啟動條件通常都是同一個電流上升率。但啟動后，兩種保護進入各自的延時時間，互不影響，哪個保護先達到動作條件，就由它出口。通常，電流上升率保護作為中遠端非金屬性短路故障的主保護，電流增量保護則主要針對中近距離的非金屬性短路故障（金屬性直接短路故障由斷路器本身的大電流脫扣裝置來切除）。兩種保護的動作過程如下：1.1電流上升率保護（簡稱保護）在運行中，保護裝置不斷檢測電流上升率，當電流上升率高于保護設定的電流上升率時，保護起動，進入延時階段，若在整個延時階段，電流的上升率都高于保護設定值，那么保護出口跳閘；若在延時階段，電流上升率回落到保護設定值之下，那么保護返回。 圖1 電流上升率保護原理圖1反映了一個電流波形在兩種保護整定值下的動作情況，分別用“（1）”和“（2）”來代表這兩種情況。在點由于電流上升率高于整定值，保護起動。對于情況（1），在點，電流達到保護延時整定，且在間電流上升率始終高于整定值，保護動作。對于情況（2），在點，電流上升率回落到保護整定值下，而此時保護延時整定值尚未達到，保護返回。1.2 電流增量保護（簡稱保護）電流增量保護需設置如下四項參數(shù)：跳閘整定值、延時整定值、返回延時整定值、斜率。在電流上升率保護起動的同時電流增量保護也起動，進入保護延時階段，從電流增量保護起動的時刻起，繼電器開始以起動時刻的電流作為基準點計算相對電流增量值。若電流上升率一直維持在電流增量保護要求的斜率整定值之上，且在達到額定延時后，電流增量值達到跳閘整定值，則保護動作。在計算電流增量的過程中允許電流上升率在相對較短的時間內回落到斜率整定值之下，只要這段時間不超過電流上升率返回延時整定值，保護不返回；反之，保護返回。圖2反映了電流增量保護針對幾種典型電流的動作情況。圖2電流增量保護原理電流（1）：保護未動作，電流增量雖然超過跳閘整定值，但延時時間不足。電流（2）：保護動作，電流增量超過跳閘整定值，延時時間滿足。電流（3）：保護動作，電流增量超過跳閘整定值，延時時間滿足。在電流上升的過程中，雖然電流上升率曾經回落到斜率整定值（整定值）以下，但未達到返回延時值，因此保護未返回。電流（4）：保護未動作，在電流上升的過程中，電流上升率回落到斜率整定值以下，且超過返回延時值，因此保護返回，在點保護重新起動，并以點作為新基準點。2 測量原理2.1測量設備A、DPU96備品B、Tektronix AFG320 信號發(fā)生器一臺C、Tektronix TDS2000 四通道示波器一臺2.2 保護功能的實現(xiàn)原理 圖3 保護功能實現(xiàn)如圖3所示，直流饋線電流經過分流器R1，其壓降通過變送器U20隔離、放大，轉換成標準信號后，由光纖傳入保護控制單元。直流接觸器K0、限流電阻R0和電阻分壓器A22構成線路檢測回路，在斷路器合閘前，由該回路檢測線路是否具備送電條件。測量時使用接觸器模擬開關狀態(tài)。測量接線如圖4所示。DPU96的端子說明: 工作電源（DC110V）：2、3接地端：1輸出電源給隔離放大器：1、27DPU96輸出公用24V電源：16DPU96輸出公共地：10狀態(tài)量輸入：斷路器分閘狀態(tài) 44斷路器合閘狀態(tài) 45斷路器不在試驗位 26斷路器不在運行位 40分閘命令輸出 3直接合閘命令 23其中26端子接24V電源，40端子置空，模擬斷路器位置在運行位。DPU96發(fā)出分閘指令時，接觸器線圈失電，1-2為接觸器的常閉觸點， 3-4為接觸器的常開觸點。測量時，將信號源接入U20的25、27 圖4 測量接線接口，模擬跳閘信號，同時接給示波器；將分閘命令脈沖出口3接入示波器的另一通道，采用觸發(fā)掃描的方式。當DPU96發(fā)分閘命令時出口3電平由高變低，與跳閘信號相比較，可得保護時間。根據電流上升率和電流增量的典型定值（見表1），啟動兩種保護的電流上升率為40，電流經分流器變比為，故輸入隔離變送器的實際值為0.06。信源步幅5，最小幅值50，選用頻率5的鋸齒波，通過調整鋸齒波峰峰值來模擬不同斜率的電流，測試DPU96的反應。用1.1倍整定值來測試保護延時。電流增量保護測量同理。表1 電流上升率和電流增量保護定值表3 數(shù)據分析3.1 電流上升率保護跳閘值測量數(shù)據采用不同斜率鋸齒波模擬跳閘電流，測量數(shù)據見表2。由于信源步幅精度所限，可選輸入值較少，測量數(shù)據不夠穩(wěn)定。123456峰峰值 ()120130140150120130頻率 ()555555信源 ()404347504043是否動作是是是是是是DPU96顯示值()384044504043表2 電流上升率保護跳閘值測量數(shù)據3.2 電流上升率保護延時的測量數(shù)據以同一信源輸入多次測量，取平均值。以為例：，。測量數(shù)據見表3。123456延時 （）323040504540DPU96顯示動作值()434042403840表3 電流上升率保護延時測量數(shù)據信源輸出相同，但DPU96的測量顯示值不同。延時由示波器顯示的兩波形對比得出，誤差較大。保護類型整定項目整定值電流上升率跳閘 trip 40延時 duration 30電流增量跳閘 trip 4000延時 delay 1斜率 40延時返回trip duration 1 由于動作值和時間測量的數(shù)值不夠理想，故沒有列出。4 結論 該測試方法理論上是可行的，但實際測量有一定誤差，主要原因有以下幾點：A. 信號源所發(fā)信號精度限制測量。B. 沒有使用屏蔽線，干擾較大，影響測量，尤其是時間的測量精度影響較大。C. 測量時間時主要是人工比較圖形加以判斷，在要求精度較高時，其誤差不容忽略。此次試驗只是對測量方法的初步探討，結果不夠理想，但可將此試驗進一步完善，爭取在現(xiàn)場應用，實現(xiàn)DPU96裝置的