電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 01 緒論

1、第1章 緒 論 返回(fnhu)總目錄 共二十九頁(yè)本章(bn zhn)內(nèi)容 1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)(rn wu)和作用 1.2 繼電保護(hù)的基本原理 1.3 繼電保護(hù)的組成及分類 1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求 1.5 繼電保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 思考題與習(xí)題共二十九頁(yè)1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)(rn wu)和作用電力系統(tǒng)在運(yùn)行中可能發(fā)生各種故障(gzhng)和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障(gzhng)是各種類型的短路。發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下后果：(1) 數(shù)值較大的短路電流通過(guò)故障點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生電弧，使故障設(shè)備損壞或燒毀。(2) 短路電流通過(guò)非故障元件時(shí)，使電氣設(shè)備的載流部分和絕緣材

2、料的溫度超過(guò)散熱條件的允許值而不斷升高，造成載流導(dǎo)體熔斷或加速絕緣老化和損壞，從而可能發(fā)展成為故障；(3) 電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大下降，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量。(4) 破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，從而使事故擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)瓦解。各種類型的短路包括三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。不同類型短路發(fā)生的概率是不同的，不同類型短路電流的大小也不同，一般為額定電流的幾倍到幾十倍。大量的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在高壓電網(wǎng)中，單相接地短路次數(shù)占所有短路次數(shù)的85%以上，2002年我國(guó)220kV電網(wǎng)共有輸電線路3884條，線路總長(zhǎng)150026km，共

3、發(fā)生故障1487次，故障率為0.99次/(100 km年)。表1-1給出2002年我國(guó)220kV電網(wǎng)輸電線路各種類型故障發(fā)生的次數(shù)和百分比。共二十九頁(yè)故障類型三相短路兩相短路兩相短路接地單相接地短路其他故障故障次數(shù)172891131932故障百分 比1.14%1.88%6.12%88.7%2.16%表1-1 2002年我國(guó)220kV電網(wǎng)輸電(shdin)線路故障統(tǒng)計(jì)表1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護(hù)的任務(wù)和作用共二十九頁(yè)電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞時(shí)，但沒(méi)有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常工作狀態(tài)(zhungti)。如因負(fù)荷超過(guò)供電設(shè)備的額定值引起的電流升高，稱過(guò)負(fù)荷，就是

4、一種常見(jiàn)的不正常工作狀態(tài)(zhungti)。在過(guò)負(fù)荷時(shí)，電氣設(shè)備的載流部分和絕緣材料過(guò)度發(fā)熱，從而使絕緣加速老化，甚至損壞，引起故障。此外。系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生的過(guò)電壓，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等，都屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)(zhungti)。電力系統(tǒng)中發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障時(shí)，都可能引起系統(tǒng)事故。事故是指系統(tǒng)全部或部分正常運(yùn)行遭到破壞，電能質(zhì)量變到不能容許的程度，以致造成對(duì)用戶的停止供電或少供電，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。系統(tǒng)事故的發(fā)生，除了自然條件的因素(如雷擊、架空線路倒桿等)外，一般都是由于設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)

5、不當(dāng)而引起的。因此，只有充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和檢修，就可以大大減少事故發(fā)生的幾率。在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項(xiàng)積極措施消除或減少事故發(fā)生的可能性外，還應(yīng)能做到設(shè)備或輸電線路一旦發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)盡快地將故障設(shè)備或線路從系統(tǒng)中切除，保證非故障部分繼續(xù)安全運(yùn)行，縮小事故影響范圍。由于電力系統(tǒng)是一個(gè)整體，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用是同時(shí)完成，各設(shè)備之間都有電或磁的聯(lián)系，因此，當(dāng)某一設(shè)備或線路發(fā)生短路故障時(shí)，在很短的時(shí)間就影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的其他部分，為此要求切除故障設(shè)備或輸電線路的時(shí)間必須很短，通常切除故障的時(shí)間小到十分之幾秒到百分之幾秒。顯然要在這樣短的時(shí)間內(nèi)由

6、運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并手動(dòng)將故障切除是絕對(duì)不可能的。因此，只有借助于裝設(shè)在每個(gè)電氣設(shè)備或線路上的自動(dòng)裝置，即繼電保護(hù)裝置才能實(shí)現(xiàn)。這種裝置到目前為止，有一部分仍然由單個(gè)繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成，故稱為繼電保護(hù)裝置。1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護(hù)的任務(wù)和作用共二十九頁(yè)在電子式靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器多已被電子元件或計(jì)算機(jī)取代(qdi)，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門(mén)常常用繼電保護(hù)一詞泛指繼電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)裝置一詞則指各種具體的裝置。繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷

7、路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：(1) 自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。(2) 反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件(如有無(wú)經(jīng)常值班人員)而動(dòng)作于信號(hào)，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會(huì)引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免暫短地運(yùn)行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾而引起的誤動(dòng)。(3) 繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故

8、停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。由此可見(jiàn)，繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。因此，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的必不可少的技術(shù)措施之一。在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有專門(mén)的繼電保護(hù)裝置，要想維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行是根本不可能的。 1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護(hù)的任務(wù)和作用共二十九頁(yè)1.2 繼電保護(hù)(j din bo h)的基本原理為了完成上述第一個(gè)任務(wù)，繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故

9、障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)成。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：(1) 電流增大。 短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上(l shng)的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過(guò)負(fù)荷電流。(2) 電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為，三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為，而在保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180+(

10、)。(4) 測(cè)量阻抗發(fā)生變化。測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時(shí)，測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測(cè)量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。共二十九頁(yè)不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。利用短路故障時(shí)電氣(dinq)量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。例如，據(jù)短路故障時(shí)電流的增大，可構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)；據(jù)短路故障時(shí)電壓的降低，可構(gòu)成電壓保護(hù)；據(jù)短路故障時(shí)電流與電壓之間相角的變化，可構(gòu)成功率方向保護(hù)；據(jù)電壓與電流比值的變化，可構(gòu)成距離保

11、護(hù)；據(jù)故障時(shí)被保護(hù)元件兩端電流相位和大小的變化，可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)；據(jù)不對(duì)稱短路故障時(shí)出現(xiàn)的電流電壓的相序分量，可構(gòu)成零序電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)；高頻保護(hù)則是利用高頻通道來(lái)傳遞線路兩端電流相位大小和短路功率方向信號(hào)的一種保護(hù)。此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護(hù)，如超高壓輸電線路的行波保護(hù)電力變壓器的瓦斯保護(hù)及反應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組溫度升高的過(guò)負(fù)荷或過(guò)熱保護(hù)等。1.2 繼電保護(hù)(j din bo h)的基本原理共二十九頁(yè)繼電保護(hù)實(shí)際上是一種自動(dòng)控制裝置。以控制過(guò)程信號(hào)的不同，可分為模擬型和數(shù)字型兩大類。多年來(lái)應(yīng)用的常規(guī)繼電保護(hù)裝置都屬于模擬型的，而20世紀(jì)70

12、年代以來(lái)發(fā)展的計(jì)算機(jī)保護(hù)則屬于數(shù)字型的。這兩類繼電保護(hù)的基本原理是相同的，但其實(shí)現(xiàn)方法和構(gòu)成卻大不相同。模擬型繼電保護(hù)又可分為機(jī)電型繼電保護(hù)和靜態(tài)型繼電保護(hù)兩類。機(jī)電型繼電保護(hù)是由若干個(gè)不同功能的繼電器組成。繼電器是一種能自動(dòng)動(dòng)作的電器，只有加入某種物理量(如電流或電壓等)，或者加入的物理量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，它就會(huì)動(dòng)作，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出信號(hào)。每個(gè)繼電器都由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個(gè)主要部分組成。感受元件用來(lái)測(cè)量控制量的變化，并以某種形式傳送到比較元件；比較元件將接收的控制量與整定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果的信號(hào)輸入執(zhí)行元件；執(zhí)行元件執(zhí)行繼電器動(dòng)作輸出信號(hào)的任務(wù)。繼電器按動(dòng)作

13、原理的不同分為：電磁型、感應(yīng)型和整流型等；按反應(yīng)物理量的不同可分為：電流、電壓、功率方向和阻抗繼電器等；按繼電器在保護(hù)裝置中的作用不同可分為：主繼電器(如電流電壓和阻抗繼電器等)和輔助繼電器(如中間時(shí)間和信號(hào)繼電器等)。由于這些繼電器都具有機(jī)械(jxi)的可動(dòng)部分和接點(diǎn)，故稱為機(jī)電型繼電器。由這類繼電器組成的繼電保護(hù)裝置稱為機(jī)電型繼電保護(hù)。靜態(tài)繼電保護(hù)裝置是應(yīng)用晶體管或集成電路等電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它由若干個(gè)不同功能的回路，如測(cè)量比較或比相觸發(fā)延時(shí)邏輯和輸出等回路組成。具有體積小重量輕、功耗小靈敏度高動(dòng)作快和不怕震動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。模擬型繼電保護(hù)裝置的種類很多，一般而言，它們都由測(cè)

14、量回路邏輯回路和執(zhí)行回路三個(gè)主要部分組成，其原理框圖如圖1.1所示。1.3 繼電保護(hù)的組成(z chn)及分類共二十九頁(yè)圖1.1 模擬型繼電保護(hù)裝置(zhungzh)原理框圖1.3 繼電保護(hù)的組成(z chn)及分類共二十九頁(yè)測(cè)量回路的作用是測(cè)量與被保護(hù)電氣設(shè)備或線路工作狀態(tài)有關(guān)(yugun)的物理量的變化，如電流、電壓等的變化，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生了短路故障或出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況；邏輯回路的作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)測(cè)量回路的輸出信號(hào)，進(jìn)行邏輯判斷，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)；執(zhí)行回路的作用是執(zhí)行邏輯回路的判斷，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖或指示不正常運(yùn)行情況的信號(hào)。

15、現(xiàn)以最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)裝置為例，來(lái)說(shuō)明繼電保護(hù)的組成和基本工作原理。在圖1.2所示線路過(guò)電流保護(hù)裝置的原理接線圖中,電流繼電器KA的線圈接于被保護(hù)線路電流互感器TA的二次回路，這就是保護(hù)的測(cè)量回路，它監(jiān)視被保護(hù)線路的運(yùn)行狀態(tài)，用以測(cè)量線路中電流的大小。在正常運(yùn)行情況下，線路中通過(guò)最大負(fù)荷電流時(shí)，繼電器不動(dòng)作；當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生短路故障時(shí)，流入繼電器KA線圈回路的電流大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，電流繼電器立即動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合，接通邏輯回路中時(shí)間繼電器KT的線圈回路，時(shí)間繼電器啟動(dòng)并經(jīng)延時(shí)后觸點(diǎn)閉合，接通執(zhí)行回路中的信號(hào)繼電器KS和斷路器QF跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除故障。1.3 繼電保護(hù)(

16、j din bo h)的組成及分類共二十九頁(yè)圖1.2 線路過(guò)電流保護(hù)裝置單相(dn xin)原理接線圖1.3 繼電保護(hù)(j din bo h)的組成及分類共二十九頁(yè)數(shù)字型的計(jì)算機(jī)繼電器保護(hù)是把被保護(hù)設(shè)備和線路輸入的模擬電氣量經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字量，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和判斷。計(jì)算機(jī)由硬件(yn jin)部分和軟件部分組成，硬件(yn jin)部分主要采用微型計(jì)算機(jī)或微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)保護(hù)硬件(yn jin)部分的原理框圖如圖1.3所示。1.3 繼電保護(hù)(j din bo h)的組成及分類圖1.3 微機(jī)繼電保護(hù)硬件部分原理框圖共二十九頁(yè)被保護(hù)設(shè)備或線路的交流電流、電壓經(jīng)電流互感器和

17、電壓互感器輸入到計(jì)算機(jī)保護(hù)的輸入通道。由于需要同時(shí)輸入多路電壓和電流(如三相電壓和三相電流)，因此需要配置多路輸入通道。在輸入通道中，首先經(jīng)變換器將電流和電壓變換為適于微機(jī)保護(hù)用的低電壓量(5V10V)，再由模擬低通濾波器濾除直流分量、低頻分量和高頻及各種干擾波后，進(jìn)入采樣保持(S/H)電路，將一個(gè)在時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上的離散量，完成(wn chng)對(duì)輸入模擬量的采樣。通過(guò)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)將多個(gè)輸入電氣量按輸入時(shí)間前后分開(kāi)，依次送到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷是否發(fā)生故障，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出通道輸出，經(jīng)光電隔離電路送到出口繼電器，從而接通

18、跳閘線圈，啟動(dòng)調(diào)整回路。人機(jī)接口部分的作用是建立起微機(jī)保護(hù)與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對(duì)裝置進(jìn)行人工操作、調(diào)試和信息反饋。外部通信接口的作用是提供計(jì)算機(jī)局域通信網(wǎng)絡(luò)以及遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的信息通道。軟件部分是根據(jù)保護(hù)的工作原理和動(dòng)作要求編制的計(jì)算程序，不同原理的保護(hù)計(jì)算程序不同。微機(jī)保護(hù)的計(jì)算程序是根據(jù)保護(hù)工作原理的數(shù)學(xué)模型即數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)編制的。這種數(shù)學(xué)模型稱為計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的算法。通過(guò)不同的算法便可以實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。各種類型保護(hù)的計(jì)算機(jī)硬件和外圍設(shè)備可以是通用的，只要計(jì)算程序不同，就可以得到不同原理的保護(hù)，而且計(jì)算機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變自動(dòng)改變動(dòng)作的整定值，使保護(hù)具有更大的靈活性。保護(hù)用計(jì)

19、算機(jī)有自診斷能力，不斷地檢查和診斷保護(hù)本身的故障，并及時(shí)進(jìn)行處理，大大地提高了保護(hù)裝置的可靠性，并能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作的要求。1.3 繼電保護(hù)的組成(z chn)及分類共二十九頁(yè)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象不同，分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護(hù)和輸電線路的繼電保護(hù)。前者是指發(fā)電機(jī)、變壓器、母線和電動(dòng)機(jī)等元件的繼電保護(hù)，簡(jiǎn)稱為元件保護(hù)；后者是指電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)中輸電線路的繼電保護(hù)，簡(jiǎn)稱線路保護(hù)。按作用的不同繼電保護(hù)又可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)。主保護(hù)是指被保護(hù)元件內(nèi)部發(fā)生的各種短路故障時(shí)，能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全要求的、有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備或線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)是指當(dāng)主保護(hù)或斷路器

20、拒絕動(dòng)作時(shí)，用以將故障切除的保護(hù)。后備保護(hù)可分為遠(yuǎn)后備和近后備保護(hù)兩種，遠(yuǎn)后備是指主保護(hù)或斷路器拒絕時(shí)，由相鄰元件的保護(hù)部分實(shí)現(xiàn)的后備；近后備是指當(dāng)主保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備，當(dāng)斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。輔助保護(hù)是指為了補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的不足而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。繼電保護(hù)裝置需有操作電源供給保護(hù)回路，斷路器跳、合閘及信號(hào)等二次回路。按操作電源性質(zhì)的不同，可以分為直流操作電源和交流操作電源。通常在發(fā)電廠和變電所中繼電保護(hù)的操作電源是由蓄電池直流系統(tǒng)供電(n din)，因蓄電池是一種獨(dú)立電源，最大的優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，但缺點(diǎn)是投資較大、維護(hù)麻煩。交流操作電源的

21、優(yōu)點(diǎn)是投資少、維護(hù)簡(jiǎn)便，但缺點(diǎn)是可靠性差。因此，交流操作電源的繼電保護(hù)適合于中小型變電所，特別是農(nóng)村小型變電所的使用。1.3 繼電保護(hù)的組成(z chn)及分類共二十九頁(yè)繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。對(duì)于(duy)作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù)，應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè)基本要求，而對(duì)于(duy)作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，這四個(gè)基本要求中有些要求如速動(dòng)性可以降低。現(xiàn)將其基本要求分述如下。1.4 對(duì)繼電保護(hù)(j din bo h)裝置的要求共二十九頁(yè)1.4.1 可靠性可靠(kko)性包括安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求

22、。所謂安全性是要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠(kko)不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。所謂信賴性是要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠(kko)動(dòng)作，即不拒動(dòng)。安全性和信賴性主要取決于保護(hù)裝置本身的制造質(zhì)量、保護(hù)回路的連接和運(yùn)行維護(hù)的水平。一般而言，保護(hù)裝置的組成元件質(zhì)量越高、回路接線越簡(jiǎn)單，保護(hù)的工作就越可靠。同時(shí)正確的調(diào)試、整定、運(yùn)行及維護(hù)，對(duì)于提高保護(hù)的可靠性都具有重要的作用。繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重危害。然而，提高不誤動(dòng)的安全措施與提高不拒動(dòng)的信賴性措施往往是矛盾的。由于不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在電力系統(tǒng)中的位置不同，誤動(dòng)和拒動(dòng)的危害程度不同，

23、因而提高安全性和信賴性的側(cè)重點(diǎn)在不同的情況下有所不同。例如，對(duì)220kV及以上系統(tǒng)，由于電網(wǎng)聯(lián)系比較緊密，聯(lián)絡(luò)線較多，系統(tǒng)備用容量較多，如果保護(hù)誤動(dòng)，使某條線路、某臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器誤動(dòng)切除，給整個(gè)電力系統(tǒng)造成直接經(jīng)濟(jì)損失較小。但如果保護(hù)裝置拒動(dòng)，將會(huì)造成電力元件的損壞或者引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成大面積的停電。在這種情況下，一般應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)保護(hù)不拒動(dòng)的信賴性，目前，要求每回220kV及以上輸電線路都裝設(shè)兩套工作原理不同、工作回路完全獨(dú)立的快速保護(hù)，采取各自獨(dú)立跳閘的方式，提高不拒動(dòng)的信賴性。而對(duì)于母線保護(hù)，由于它的誤動(dòng)將會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重后果，因此更強(qiáng)調(diào)不誤動(dòng)的安全性，一般是以兩套保護(hù)出口觸點(diǎn)串

24、聯(lián)后啟動(dòng)跳閘回路的方式。 1.4 對(duì)繼電保護(hù)(j din bo h)裝置的要求共二十九頁(yè)即使對(duì)于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)(dinwng)的發(fā)展，保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化。例如，一個(gè)更高一級(jí)電網(wǎng)(dinwng)建設(shè)初期或大型電廠投產(chǎn)初期，由于聯(lián)絡(luò)線較少，輸送容量較大，切除一個(gè)元件就會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生很多影響，此時(shí)，防止誤動(dòng)就最為重要；隨著電網(wǎng)(dinwng)建設(shè)的發(fā)展，聯(lián)絡(luò)線路愈來(lái)愈多，聯(lián)系愈來(lái)愈緊密，防止拒動(dòng)就變?yōu)樽钪匾?。在說(shuō)明防止誤動(dòng)更重要的時(shí)候，并不是說(shuō)拒動(dòng)不重要，而是說(shuō)，在保證防止誤動(dòng)的同時(shí)，要充分防止拒動(dòng)；反之亦然。1.4 對(duì)繼電保護(hù)(j din bo h)裝置的要求共二

25、十九頁(yè)1.4.2 選擇性所謂選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障(gzhng)的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障(gzhng)設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障(gzhng)切除。如圖1.4所示電網(wǎng)，當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)由故障線路上的保護(hù)1和2動(dòng)作，將故障線路切除，這時(shí)變電所B則仍可由另一條非故障線路繼續(xù)供電。當(dāng)k3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)由線路的保護(hù)6動(dòng)作，使斷路器6QF跳閘，將故障線C-D切除，這時(shí)只有變電所D停電。由此可見(jiàn)，繼電保護(hù)有選擇性的動(dòng)作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對(duì)用戶的供電。在要求保護(hù)動(dòng)作有選擇性的同

26、時(shí)，還必須考慮保護(hù)或斷路器有拒動(dòng)的可能性，因而就需要考慮后備保護(hù)的問(wèn)題。如圖1.4所示，當(dāng)k3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，距短路點(diǎn)最近的保護(hù)6應(yīng)動(dòng)作切除故障，但由于某種原因，該處的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)，故障便不能消除，此時(shí)如其前面一條線路(靠近電源測(cè))的保護(hù)5動(dòng)作，故障也可消除。此時(shí)保護(hù)5所起的作用就稱為相鄰元件的后備保護(hù)。同理保護(hù)1和3又應(yīng)該作為保護(hù)5和7的后備保護(hù)。由于按以上方式構(gòu)成的后備保護(hù)是在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)的，因此又稱為遠(yuǎn)后備保護(hù) 1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置(zhungzh)的要求共二十九頁(yè)一般情況下遠(yuǎn)后備保護(hù)動(dòng)作切除故障時(shí)將使供電中斷的范圍擴(kuò)大。在復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，當(dāng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)后備保護(hù)有困難時(shí)，也可采用近后備保

27、護(hù)的方式。即當(dāng)本元件的主保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)作為后備保護(hù)；當(dāng)斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，由同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)的有關(guān)斷路器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)后備。為此，在每一個(gè)元件上應(yīng)裝設(shè)簡(jiǎn)單的主保護(hù)和后備保護(hù)，并裝設(shè)必要的斷路器失靈保護(hù)。由于這種后備保護(hù)作用是在主保護(hù)安裝處實(shí)現(xiàn)，因此稱為近后備保護(hù)。應(yīng)當(dāng)指出，遠(yuǎn)后備保護(hù)的性能是比較完善的，它對(duì)相鄰元件的保護(hù)裝置、斷路器、二次回路和直流電源引起的拒絕動(dòng)作，均能起到后備作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，因此，在電壓較低的線路上應(yīng)優(yōu)先采用，只有(zhyu)當(dāng)遠(yuǎn)后備不能滿足靈敏度和速動(dòng)性的要求時(shí)，才考慮采用近后備的方式。圖1.4 單側(cè)電源(dinyun)網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動(dòng)作的說(shuō)

28、明圖1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求共二十九頁(yè) 1.4.3 速動(dòng)性所謂速動(dòng)性就是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備(shbi)及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備(shbi)的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。動(dòng)作迅速而又能滿足選擇性要求的保護(hù)裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)大量的中、低壓電力設(shè)備(shbi)，不一定都采用高速動(dòng)作的保護(hù)。對(duì)保護(hù)速動(dòng)性的要求應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護(hù)設(shè)備(shbi)的具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。一般必須快速切除的故障有：(1) 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。(2) 大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故

29、障。(3) 中、低壓線路導(dǎo)線截面過(guò)小，為避免過(guò)熱不允許延時(shí)切除的故障。(4) 可能危及人身安全、對(duì)通信系統(tǒng)或鐵路信號(hào)造成強(qiáng)烈干擾的故障。在高壓電網(wǎng)中，維持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性往往成為繼電保護(hù)快速性的決定性因素，故障切除愈快，暫態(tài)穩(wěn)定極限(維持故障切除后系統(tǒng)的穩(wěn)定性所允許的故障前輸送功率)愈高，愈能發(fā)揮電網(wǎng)的輸電效能。故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.04s0.08s，最快的可達(dá)0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s0.15s，最快的可達(dá)0.02s0.06s。但應(yīng)指出，要求保護(hù)切除故障達(dá)到最小時(shí)間并不是在任何情況下都是合理的，故障必須根據(jù)技術(shù)條

30、件來(lái)確定。實(shí)際上，對(duì)不同電壓等級(jí)和不同結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，切除故障的最小時(shí)間有不同的要求。例如，對(duì)于35kV60kV配電網(wǎng)絡(luò)，一般為0.5s0.7s；110kV330kV高壓電網(wǎng)，約為0.15s0.3s；500kV及以上超高壓電網(wǎng)，約為0.1s0.12s。目前國(guó)產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置，在一般情況下，完全可以滿足上述電網(wǎng)對(duì)快速切除故障的要求。對(duì)于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，一般不要求快速動(dòng)作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào)。1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置(zhungzh)的要求共二十九頁(yè) 1.4.4 靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。能滿足(

31、mnz)靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能正確反應(yīng)動(dòng)作，即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)較大的過(guò)渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。所謂系統(tǒng)最大運(yùn)行方式就是被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)最小運(yùn)行方式就是在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。靈敏系數(shù)表示式為1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置(zhungzh)的要求共二十九頁(yè) (1) 對(duì)于反應(yīng)故障參量增加

32、(如過(guò)電流)的保護(hù)裝置：(2) 對(duì)于反應(yīng)故障參量降低(如低電壓)的保護(hù)裝置：故障參數(shù)如電流、電壓和阻抗等的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能的最不利的運(yùn)行方式和故障類型來(lái)進(jìn)行。增加靈敏性，即增加了保護(hù)動(dòng)作的信賴性，但有時(shí)與安全性相矛盾。對(duì)不同作用的保護(hù)及被保護(hù)的設(shè)備和線路，所要求的靈敏系數(shù)不同，其值見(jiàn)附錄1。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(píng)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(linx)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。1.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置(zhungzh)的要求共二十九頁(yè)繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起

33、來(lái)的。電力系統(tǒng)發(fā)生短路是不可避免的，短路必然伴隨著電流的增大，因而，為了保護(hù)發(fā)電機(jī)免受短路電流的破壞(phui)，首先出現(xiàn)了反應(yīng)電流超過(guò)一預(yù)定值的過(guò)流保護(hù)。熔斷器就是最早的、最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)。這種保護(hù)方式時(shí)至今日仍廣泛應(yīng)用于低壓線路和用電設(shè)備。熔斷器的特點(diǎn)是融保護(hù)裝置與切斷電流的裝置于一體，因而最為簡(jiǎn)單。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設(shè)備功率、發(fā)電機(jī)的容量不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門(mén)的斷流裝置(斷路器)的過(guò)電流繼電器。1890年后出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式(直接反應(yīng)于一次短路電流)的電磁型過(guò)電流繼電器。19世紀(jì)初，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器

34、才開(kāi)始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)。這個(gè)時(shí)期可認(rèn)為是繼電器保護(hù)技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。1901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過(guò)電流繼電器。1908年提出了比較被保護(hù)元件兩端電流的電流差動(dòng)保護(hù)原理。1910年方向電流保護(hù)開(kāi)始得到應(yīng)用，在此時(shí)期也出現(xiàn)了將電流與電壓比較的保護(hù)原理，并導(dǎo)致了1920年后距離保護(hù)裝置的出現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)載波通信的發(fā)展，在1927年前后，出現(xiàn)了利用高壓輸電線上高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功率方向或電流相位的高頻保護(hù)裝置。20世紀(jì)50年代就出現(xiàn)了利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波實(shí)現(xiàn)快速繼電保護(hù)的設(shè)想，經(jīng)過(guò)20余年的研究，終于誕生了行波保護(hù)裝置。顯然，隨著光纖通信將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護(hù)

35、必須廣泛的應(yīng)用。1.5 繼電保護(hù)(j din bo h)的發(fā)展簡(jiǎn)史共二十九頁(yè)以上是繼電保護(hù)(j din bo h)原理的發(fā)展過(guò)程。與此同時(shí)，構(gòu)成繼電保護(hù)(j din bo h)裝置的元件、材料、保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革。經(jīng)歷了機(jī)電式保護(hù)裝置、靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置三個(gè)發(fā)展階段。機(jī)電式保護(hù)裝置由具有機(jī)械傳動(dòng)部件帶動(dòng)觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合的機(jī)電式繼電器如電磁型、感應(yīng)型和電動(dòng)型組成，由于其工作比較可靠，不需要外加電源，抗干擾性能好，使用了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，特別是單個(gè)繼電器目前仍在電力系統(tǒng)中廣泛使用。但由于這種保護(hù)裝置體積大、動(dòng)作速度慢、觸點(diǎn)易磨損和粘連，調(diào)試維護(hù)比較復(fù)雜，難于滿足超高

36、壓、大容量電力系統(tǒng)的需要。20世紀(jì)50年代，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管保護(hù)裝置。這種保護(hù)裝置體積小、動(dòng)作速度快、無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，經(jīng)過(guò)20余年的研究與實(shí)踐，晶體管式保護(hù)裝置的抗干擾問(wèn)題從理論和實(shí)際都得到了滿意的解決。20世紀(jì)70年代，晶體管保護(hù)在我國(guó)被大量采用。隨著集成電路的發(fā)展，可以將許多晶體管集成在一塊芯片上，從而出現(xiàn)了體積更小、工作更可靠的集成電路保護(hù)。20世紀(jì)80年代后期，靜態(tài)繼電保護(hù)裝置由晶體管式向集成電路式過(guò)渡，成為靜態(tài)繼電保護(hù)的主要形式。1.5 繼電保護(hù)(j din bo h)的發(fā)展簡(jiǎn)史共二十九頁(yè)20世紀(jì)60年代末，有人就提出了用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但由于小型計(jì)算機(jī)當(dāng)

37、時(shí)價(jià)格昂貴，難于實(shí)際采用。由此開(kāi)始了對(duì)繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)算法的大量研究，這為后來(lái)微型計(jì)算機(jī)式保護(hù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展和價(jià)格的急劇下降，在20世紀(jì)70年代后期，便出現(xiàn)了性能比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)并投入運(yùn)行。20世紀(jì)80年代微機(jī)保護(hù)在硬件和軟件技術(shù)方面已趨成熟，進(jìn)入90年代，微機(jī)保護(hù)已在我國(guó)大量應(yīng)用，主運(yùn)算器由8位機(jī)、16位機(jī)發(fā)展到目前(mqin)的32位機(jī)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理器件由A/D轉(zhuǎn)換器、壓頻轉(zhuǎn)換器(VFC)，發(fā)展到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。這種由計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成的繼電保護(hù)稱為數(shù)字式繼電保護(hù)。這種保護(hù)可用相同的硬件實(shí)現(xiàn)不同原理的保護(hù)，使制造大為簡(jiǎn)化，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化，硬件可靠性高；具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)、記憶和運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜原理的保護(hù)，為新原理保護(hù)的發(fā)展提高了實(shí)現(xiàn)條件