颜红建YanHongjian
（华菱涟钢有限公司能源环保中心，娄底417009）
（EnergyandEnvironmentalProtectionCenterofHualingLYSteelCo.，Ltd.，Loudi417009，China）
摘要：本文对微机型保护装置在冶金企业的相关问题进行总结，结合微机保护在华菱钢铁应用中所表现出的影响安全运行的问题，提出影响微机保护在冶金电网运行的主要因素和解决措施。通过对解决措施的具体分析认为，微机保护在冶金企业应用与在电网应用有其不同的特殊性，保护生产厂与冶金企业应共同探讨提高微机保护的可靠性。
Abstract:Thispapersummarizestheissuesofcomputerprotectiondeviceinthemetallurgicalenterprises,combineswiththeproblemsofcomputerprotectionapplicationsinHualingIron&Steelthatdemonstratedthesafeoperation,proposesthemetallurgicalfactorsthatimpactthecomputerprotectioninthemetallurgypowergridandthesolutions.Throughspecificanalysisofsolutions,thispaperthinksthatcomputerprotectionhasdifferentspecificityinmetallurgicalenterprisesandgridapplications,andthecomputerprotectionplantandmetallurgicalenterprisesshouldworktogetheronwaysofimprovingthereliabilityofcomputerprotection.
关键词：微机保护；冶金电网；非周期分量；谐波；CT饱和
Keywords:computerprotection；metallurgicalnetwork；non-periodiccomponent；harmonic；CTsaturation
中图分类号：[TF-9]文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）07-0033-02
0引言
冶金企业供电系统存在馈线多、供电线路短、开闭所多、谐波多、电动机多的特殊性，微机保护在其应用中出现了一些问题，给企业的生产和设备造成了影响。因此、对微机保护在冶金企业电网应用中出现的问题进行深入分析和探讨十分必要。本文总结并列举出微机保护在冶金企业应用中出现的主要问题，从原理上进行分析，并提出相应的处理措施，以其与同行进行交流，共同探索如何将微机保护更好地应用于冶金企业，保证冶金企业及供电网安全。
1微机保护在冶金企业出现的主要问题
1.1冲击电流和非周期分量对保护的影响冶金企业供电系统中，大型电机多、变频调速多，冲击电流大且含有大量的非周期分量和谐波分量，对于以基波计算的微机保护，会出现计算偏差，产生误动。
一种情况是非周期分量对大型电机差动保护的影响。对于CT二次阻抗不一致造成的不平衡电流在工程设计上难以避免，究其原因，主要是由于大型电动机差动保护两组CT在空间上相距较远，连接到差动保护装置二次线的长度相差很大，这样两侧CT的二次负载是不平衡的，它们的非周期分量衰减时间常数也是迥然不同，由此造成了冲击负荷或外部故障时产生严重的不平衡分量，在电动机差动保护中产生差流启动跳闸。
另一情况是变压器励磁涌流的影响。当主变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，变压器绕组中将出现很大的励磁涌流，其值可达变压器额定电流的6～8倍，极端情况下，峰值可达近似短路电流值。这样大的电流将导致CT饱和，在差动回路中引起很大的不平衡电流，从而启动主变微机差动保护误动作。
1.2谐波对微机保护的影响冶金企业电气设备与电力系统不同，有其特殊性，有大量的电力电子设备、变频设备、电炉炼钢设备，这些设备产生的谐波大，时间长，对本企业电网及电力系统的影响大；谐波造成微机保护精度不够，内部逻辑出错。华菱涟钢的一个35KV变电站就因谐波启动微机备自投装置，误跳进线开关；另一新建220KV变电站的微机保护装置在谐波的影响下经常误启动。谐波是微机保护装置主要的干扰源。
1.3环境对微机保护及自动装置的影响冶金企业的环境比较恶劣，有高温、导电灰尘、震动、空气湿度大及酸碱雾气等，微机保护长期工作在这种环境中，极易损坏保护装置模块，使装置内部印刷板、元器件短路或开路，引起保护误动或拒动，并大大缩短保护装置使用寿命。笔者在处理保护及自动装置问题时就碰到过由于环境造成的如下情况：
1.3.1由于环境温度高，220KV主变保护操作箱的信号和出口模块印刷板烧坏、电阻烧坏、出口继电器外壳烧熔、装置报警。
1.3.2由于空气中含有导电粉尘及弱腐蚀性气体，220KV微机线路保护装置运行4年后就有多块印刷板被腐蚀掉。
1.3.3给高炉供风的一大型同步电机的进口励磁调节变频器，由于空气灰尘大、环境及运行温度高，连续运行7年后，变频器电源板、控制板突然损坏，造成风机机组跳闸。
1.4CT饱和对微机保护的影响由于冶金企业供电母线的特殊性，所挂燃气发电、余热发电机组多，母线短路电流大，有些高达24000A以上，这么高的短路电流使CT饱和，对于用得较多的线路差动保护而言，是一极大的考验，虽然在配置线路两端CT时，基本将两侧CT的伏安特性选择一致，短路时位于短路点近端与另一端CT的饱和程度会不一样。由此、当区外短路故障时，穿越性电流会在差动保护中产生一定的不平衡电流，从而使线路差动保护误动。对于因CT饱和对变压器差动保护的影响，与上述线路差动保护大体相同。
另一情况是CT变比选择小的影响，一般情况下，单台设备的CT变比选择为100/5～200/5，故障时短路电流可能使CT饱和。目前微机保护的输入量程一般都在100－150安培以内，短路电流可能超越保护量限，这会带来一系列后果，如烧坏装置的CT线圈、损伤AD芯片、内部寄存器溢出、程序走飞等等。
2解决冶金企业微机保护问题分析
2.1微机保护应对非周期分量及励磁涌流的主要措施
2.1.1解决非周期分量对电动机保护的影响在差动保护中引入非周期分量制动方案，保护装置在一个周波内采样到非周期分量时，自动闭锁差动保护。
2.1.2解决励磁涌流对变压器保护的影响目前、主要采用二次谐波制动原理和间断角原理识别主变励磁涌流。
随着变压器铁芯材料的改进，励磁涌流中二次谐波含量可能小于10%，而保护装置二次谐波整定值一般在15%左右，因而不能对变压器差动保护进行制动，造成主变压器差动保护误动，二次谐波制动有其局限性。
2.1.3微机变压器保护对涌流的其它措施
①短时投交叉闭锁逻辑，闭锁时间约为：40～80ms，之后自动开放差动保护。
②启用以下临时定值：1）提高差动动作门槛，Idzj=1.0～1.3IN；2）将二次谐波制动值降低到10%左右；3）降低后备保护定值，将复压过流降低至：0.6～1.0IN、时间调至0.3～0.5S，主变投运后，自动启动第二组定值（差动保护正常定值）运行。
③采用自适应的比率差动。有些微机差动保护装置，为防止非周期分量产生的不平衡电流而出现差流，利用检测某相三次谐波与该基波的比值大于定值，自动提高比率制动差动动作值,改变比率制动系数和最小制动电流。
总之、解决非周期分量及励磁涌流对微机保护的影响最主要的是：一是正确判别非周期分量、励磁涌流及故障电流；二是非周期分量及励磁涌流能可靠制动保护；三是故障电流时快速开放保护；满足这些条件关键是在保护原理上进行完善。
2.2微机保护应对CT饱和的对策
2.2.1差动保护CT饱和的测量判据有些微机差动保护装置采用三次谐波分量作为CT饱和判别。
判别方程为：
I03＞K3*I0
任一相电流满足上式，比率差动保护自动改变该相最小制动电流、最小动作电流和比率制动系数，以避免保护误动。
2.2.2提高微机保护对CT变比的适应性如前所述、小变比CT会产生一系列问题，那么、在工程设计时放大CT变比会大大改善保护性能，这又会引发保护装置采样分辨率不够的问题，因此要求保护装置具备较高的采样精度，以适应CT变比的扩大。
2.2.3其它方式改善CT饱和性能
2.2.3.1选用二次电流为1A的CT由于CT功耗与电流的平方成正比，将二次电流为5A的CT换成1A，则功耗能降低25倍，CT不容易饱和。因此、愈来愈多的工程设计选用二次电流为1A的CT。
2.2.3.2选用TPY级、PR级、D级CT，使CT在一次电流很大时，也不易饱和。
2.2.3.3采用光电互感器，消除CT饱和。
2.3微机保护应对谐波影响的对策有些保护装置采用的差分算法来滤除高次谐波分量，相当于设置了高通滤波器，一个差分就是一个高通滤波器，它对高次谐波是放大的；这种滤波方式对于电力系统谐波不大，能满足要求。但冶金供电网中含有丰富的谐波分量，该方式就不适应了。全波傅氏滤波可完全滤除高次谐波，得到较为纯净的基波分量。
滤波方式决定了微机保护的抗干扰能力和可靠性，在冶金供电网的微机保护中全波傅氏算法是比较理想的。
2.4微机保护应对恶劣环境的对策
2.4.1应对高温环境从运行经验我们总结出：装置电源模块、CPU模块、操作箱等含有电阻、电容的装置在高温环境下损坏较多。从电子元件运行温度看，商用级0～70℃，工业级－25℃～85℃，军用级－55℃～105℃。因此、CPU芯片应选用工业级芯片，在温度高的地点可考虑使用军品。对于发热元件应主动缩短元件使用寿命，《华中电网有限公司预防重大事故措施》规定：“微机保护装置的开关电源宜在运行6年后予以更换”，实际他们在使用5年后就要求更换，这是提高微机保护抗高温性能及可靠性的重要措施。
2.4.2应对灰尘、酸碱环境。一是设计时将保护安装地点避开这种环境；二是提高装置的密封性，但全密封后要求装置功耗要低，选择低功耗的元器件；三是在印制板、元器件的表面喷涂防护漆，以增强防护能力。
2.4.3应对震动环境。保护装置模块采用直焊、表贴技术，选用进口高质量的接插件和高性能的极化继电器，以减少震动对装置运行的影响。
3结束语
本文简述了冶金企业电网的特殊性，总结了微机保护在冶金企业实践应用中出现的主要问题，分析认为：对保护的合理设计，装置内部的正确算法，改善装置运行环境，选择工业级电子元件，优化综自系统集成是微机保护适应冶金企业电网的关键；希望通过提出的应对措施与冶金企业同行和保护设计生产厂研究人员共同探讨，提高微机保护适应特性，确保冶金电网及设备安全。
参考文献：
[1]李艳艳,刘建飞.利用模糊识别法改进变压器差动保护二次谐波原理，继电器.2007增刊.中国继电保护应用技术学术研讨会,2007.
[2]胡大良,王曼,冶金行业微机继电保护经验介绍.继电保护应用技术学术研讨会,2006.
作者简介：颜红建（1962-），男，湖南娄底人，大专，高级技师，研究方向为继电保护技术应用及管理。