一、繼電保護(hù)的原理
繼電保護(hù)主要是利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時(shí)的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等)的變化構(gòu)成繼電保護(hù)動作的原理,還有其他的物理量,如變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高。大多數(shù)情況下,不管反應(yīng)哪種物理量,繼電保護(hù)裝置都包括測量部分(和定值調(diào)整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。
(一)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的參數(shù)(如電流、電壓、功率因數(shù)角)在正常運(yùn)行和故障情況時(shí)是有明顯區(qū)別的。繼電保護(hù)裝置就是利用這些參數(shù)的變化,在反映、檢測的基礎(chǔ)上來判斷電力系統(tǒng)故障的性質(zhì)和范圍,進(jìn)而作出相應(yīng)的反應(yīng)和處理(如發(fā)出警告信號或令斷路器跳閘等)。
(二)繼電保護(hù)裝置的原理分析
1、取樣單元
它將被保護(hù)的電力系統(tǒng)運(yùn)行中的物理量(參數(shù))經(jīng)過電氣隔離并轉(zhuǎn)換為繼電保護(hù)裝置中比較鑒別單元可以接受的信號,由一臺或幾臺傳感器如電流、電壓互感器組成。
2、比較鑒別單元
包括給定單元,由取樣單元來的信號與給定信號比較,以便下一級處理單元發(fā)出何種信號。(正常狀態(tài)、異常狀態(tài)或故障狀態(tài))比較鑒別單元可由4只電流繼電器組成,二只為速斷保護(hù),另二只為過電流保護(hù)。電流繼電器的整定值即為給定單元,電流繼電器的電流線圈則接收取樣單元(電流互感器)來的電流信號,當(dāng)電流信號達(dá)到電流整定值時(shí),電流繼電器動作,通過其接點(diǎn)向下一級處理單元發(fā)出使斷路器最終掉閘的信號;若電流信號小于整定值,則電流繼電器不動作,傳向下級單元的信號也不動作。鑒別比較信號“速斷”、“過電流”的信息傳送到下一單元處理。
3、處理單元
接受比較鑒別單元來的信號,按比較鑒別單元的要求進(jìn)行處理,根據(jù)比較環(huán)節(jié)輸出量的大小、性質(zhì)、組合方式出現(xiàn)的先后順序,來確定保護(hù)裝置是否應(yīng)該動作;由時(shí)間繼電器、中間繼電器等構(gòu)成。電流保護(hù):速斷---中間繼電器動作,過電流,時(shí)間繼電器動作。
4、執(zhí)行單元
故障的處理通過執(zhí)行單元來實(shí)施。執(zhí)行單元一般分兩類:一類是聲、光信號繼電器;(如電笛、電鈴、閃光信號燈等)另一類為斷路器的操作機(jī)構(gòu)的分閘線圈,使斷路器分閘。
5、控制及操作電源
繼電保護(hù)裝置要求有自己獨(dú)立的交流或直流電源,而且電源功率也因所控制設(shè)備的多少而增減;交流電壓一般為220伏、110V;見《GB50053-2013 20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》。
二、繼電保護(hù)的四性
對動作于跳閘的繼電保護(hù),在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求:選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。
(一) 可靠性
指保護(hù)該動作時(shí)動作,不該動作時(shí)不動作,就是既不能誤動也不能拒動,確保切除的是故障設(shè)備或線路。
(二)靈敏性
指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí),保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。保證有故障就切除。
指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi),對故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí),不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何,都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。
通常,靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量,并表示為Klm。
其中故障參數(shù)的最小、最大計(jì)算值是根據(jù)實(shí)際可能的最不利運(yùn)行方式、故障類型和短路點(diǎn)來計(jì)算的。
在《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程GB/T 14285-2016》中,對各類保護(hù)的靈敏系數(shù)Klm的要求都作了具體規(guī)定。
(三)選擇性
指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障,當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動時(shí),才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。避免大面積停電。
選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),保護(hù)裝置僅將故障元件切除,而使非故障元件仍能正常運(yùn)行,以盡量縮小停電范圍。
選擇性就是故障點(diǎn)在區(qū)內(nèi)就動作,區(qū)外不動作。當(dāng)主保護(hù)未動作時(shí),由近后備或遠(yuǎn)后備切除故障,使停電面積最小。因遠(yuǎn)后備保護(hù)比較完善(對保護(hù)裝置DL、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起后備作用)且實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì),應(yīng)優(yōu)先采用。
(四)速動性
指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障。其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度,縮小故障波及范圍,提高自動重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動投入的效果等。
快速切除故障。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;減少用戶在低電壓下的動作時(shí)間;減少故障元件的損壞程度,避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。
一般的快速保護(hù)動作時(shí)間為0.06~0.12s,最快的可達(dá)0.01~0.04s。
一般的斷路器的動作時(shí)間為0.06~0.15s,最快的可達(dá)0.02~0.06s。
繼電保護(hù)基本任務(wù)是:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí),在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi),自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除,或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源,以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。
以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù),又是分析評價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的,但往往又存在著矛盾。因此,在實(shí)際工作中,要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì),辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。
三、四性的先后順序
(一)可靠性
(二)靈敏性
(三)選擇性
(四)速動性。
四、四性的矛盾性
(一)靈敏性和可靠性是相互矛盾的。
如果要滿足靈敏性,保護(hù)動作定值就不能定的太高。但是保護(hù)定植如果太低,保護(hù)可能就不可靠。例如過負(fù)荷時(shí),在受到擾動時(shí)保護(hù)就動作了。
(二)選擇性和速動性是相互矛盾的。
電流保護(hù)一般分為三段式保護(hù),其中三段有個(gè)配合的問題,靠保護(hù)定植的不同和時(shí)間的不同來配合。這樣就需要靠時(shí)間躲避保護(hù)區(qū)域交叉的問題,例如一段保護(hù)時(shí)間200ms,二段一般取500ms,當(dāng)一段失靈的時(shí)候要靠二段來動作,500ms的時(shí)間無法滿足速動性的要求。
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