直流配电系统的继电保护改进方案分析

直流配电系统的继电保护改进方案分析

马晋生

国网阳泉供电公司山西阳泉045000

摘要：继电保护系统的主要目的是为了保护整个直流配电系统运行的安全可靠性，我国很多传统的配电网都是由交流电作为主要的配电系统，而直流配电系统则是在传统的配电系统基础上所进行的改进和优化，有较多优势。继电保护是直流配电系统中非常重要的内容，对此笔者将从继电保护中的超导电流器基本概念和改进方案等方面进行详细地论述，希望能够对我国配电系统的发展添加助力。同时也希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：直流配电系统;继电保护;改进方案

引言

社会经济的飞速发展带动人们生活水平的不断提升，对电能的需求也在成倍增长，此时就凸显了继电保护工作的重要性。继电保护装置的出现能够迅速定位电网系统中的故障，并进行及时维修。做好继电保护的调试，对维护整个电网的有序运行具有十分重要的意义。为了更好维护配电系统的安全性与稳定性，技术人员对直流配电系统中的继电保护装置开展进一步优化，提高超导限流器的使用效率。以下对继电保护的优化进行分析，以期在配电系统设计人员遇到问题时提供有效参考。

1电阻型超导限流器及其数学模型

电阻型超导限流器由超导电缆和并联电阻组成，其等效电路模型为一个可变电阻ＲSFCL和缓冲电阻并联，如图1所示。并联电阻的主要作用是降低故障时剧烈变化的电流引起过电压对超导电缆造成的损害。电阻型超导限流器利用超导材料的超导态和常规电阻态的转换来限制故障电流的增加。

当直流系统中故障发生时，电阻型超导限流器能够在微秒级的时间内响应，限流器电阻逐渐增加，达到限制故障电流的目的。而电阻型超导限流器能够快速响应故障电流，缺点是其失超恢复时间相对较长，不能满足电力系统重合闹要求。

2超导限流器

超导限流器就是将并联电阻与具有超导性质的电缆进行有效连接组合。通常来讲，与超导限流器效果一致的电路模型构成，换言之也就是一个缓冲电阻与可变电阻并联起来的闭合电路。超导限流器中的并联电路可以有效减少直流配电系统中的故障危害，避免由于电流变化而产生的电压不稳等情况。将超导限流器应用于直流配电系统中，其主要呈现出三种工作状态：超导的状态、流通量的流动状态以及电阻的常规状态。当出现超导状态时，超导限流器的电流流通密度始终维持在限值范围内，并以此保障直流配电系统观念中的继电保护装置呈现出正常运转状态。当发生磁通量的流动状态时，超导限流器内所流通的电流密度在达到设计上限，该超导限流器会始终处于磁通量的活跃状态，并表现为限流器两端不同程度的电场能量增强，导致电阻量成倍增长，从而引发超导限流器出现温度升高的现象。当出现电阻的常规状态时，超导限流器的两端磁场超出了电场限制的最大范围。因此，限流器的温度也会随之上升，并达到临界温度点，此时的超导限流器会处于常规工作状态中。在此期间，继电保护装置的超导限流器的运行不仅受到超导材料温度的影响，同时也会受到限流器内电流密度的影响。因此，技术人员务必在设计过程中对此引起重视，以此保障超导限流器的正常运行，维护直流配件系统的稳定安全。

3直流配电系统内继电保护的优化

3.1改进原理

通过电流实验模拟我们可以看出，当直流配电系统发生故障时，其具体位置与超导限流器中所通过电压之间的联系。基于理论角度而言，超导限流器在直流配电系统处于正常运转状态中时。故障产生的瞬间，电流极限值与直流配电系统中发生故障位置之间有着密不可分的联系。究其根本，由于直流配电系统出现故障时，通常是因为超导限流器的极限值所产生的变化引发的，而超导限流器的增长速率却不会受到配电系统故障的影响。换言之，超导限流器的电阻比直流配电系统中的阻抗力较强，这就表示在直流配电系统中，超导限流器充当着十分重要的保护角色。基于理论角度而言，直流配电系统中的线路抗阻能力可以随着外界因素而产生类似的线性变化。因此，我们不难看出超导限流器的电流极限值也同样是线性变化的一种，与直流配电系统中的抗阻能力变化趋势大同小异。在电路线路的控制问题方面，技术人员应处理好不同线路之间的控制工作，做好线路之间的对接处理与调整。根据直流电源系统的特性，调整好继电保护装置的工作电压，从而提高直流配电系统的运行效率，增加安全性。并且伴随直流配电系统各故障之间的距离不断变大，超导限流器内的电流极限值也会因此发生变化。但是这种小幅度的下降并不会影响到二者之间的相互作用力。

3.2暂态过电流保护机制

基于超导限流器在直流配电系统中的使用条件而言，暂态过电流对继电保护装置有着十分重要的影响作用。因此，我们可将暂态过电流的保护原则利用数学公式的方法进行深入研究，通过公式之间的转换，实现继电保护装置的优化。利用继电保护装置中超导限流器中所显示的电流极限值与其发生变化的各项数据进行比对。例如，使用时间、直流配电系统比值等。当使用时间超出电流极限值时，其末端所发生的电路断路故障必定对其极限值造成影响，从而延长变化过程发生的所需时间，拉大二者之间的数据比值。技术人员可以利用这一数学公式变化的判定方式，对过电流保护机制进行不断调整与完善，以此在满足实验条件基础上对继电保护装置进行优化。当继电保护装置中的超导限流器处于暂态过电流保护程度中时，不仅可以发挥其对直流配电系统内电路的保护作用，其功能发挥可超过搭板。

3.3限时低电压保护

直流配电系统中的限时低电压保护也是出了过电流保护之外继电保护系统中非常重要的部分，其主要目的是为了在暂态过电流保护的基础上通过对其设定延时，从而更好地与直流配电系统中的下游电路保护动作之间进行相互配合，从而实现限时低电压保护的基本目标。在配电系统中，限时低电压保护中所谓的“限时”指的是时间的延迟，该延迟时间一般为0．1秒左右或者超过0．1秒，具体的时长需要根据超导限流器与下游电路保护作业以及断路器的启动时间等因素之间的相互配合来综合考虑的，当超导限流器接入直流配电系统中时，系统发生短路之后的0．1秒之内，故障电流会处于一种相对来说较为稳定的状态，这时的故障电流与直流配电系统正常运行时的电流非常相似，因此传统的过电流保护设置不能被应用在超导限流器接入所谓直流配电系统中，而是需要引入限时低压保护，从而进一步实现直流配电系统中继电保护的优化。

结语

通过分析继电保护装置系统中的超导限流使用情况，对直流配电体统中的继电保护方案进行了优化探讨。虽然直流配电系统中的继电保护装置依然存在诸多不足之处，但是我们要相信，在技术人员的不断努力研发之下，继电保护装置必定会得到有效的完善与改进，并在不久的将来，改良后的继电保护装置必定会为我国直流配电系统带来更大的实用价值。

参考文献:

［1］陈超超．直流配电系统继电保护原理研究［D］．天津:天津大学，2014:127-125．

［2］叶风彩，姜云龙，姜德胜，刘禹辰．关于直流配电系统继电保护改进方案研究［J］．黑龙江电力，2017，39(03):229-234．

［3］陈文学．交直流配电网故障对继电保护的影响及方案研究［D］．淄博:山东理工大学，2017:148-152．