電力系統(tǒng)繼電保護 01 緒論

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

2、料的溫度超過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)電廠并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，從而使事故擴大，甚至導(dǎo)致整個系統(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)場統(tǒng)計數(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220kV電網(wǎng)共有輸電線路3884條，線路總長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220kV電網(wǎng)輸電(shdin)線路故障統(tǒng)計表1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護的任務(wù)和作用共二十九頁電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞時，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常工作狀態(tài)(zhungti)。如因負荷超過供電設(shè)備的額定值引起的電流升高，稱過負荷，就是

4、一種常見的不正常工作狀態(tài)(zhungti)。在過負荷時，電氣設(shè)備的載流部分和絕緣材料過度發(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)電機突然甩負荷而產(chǎn)生的過電壓，以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等，都屬于不正常運行狀態(tài)(zhungti)。電力系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故是指系統(tǒng)全部或部分正常運行遭到破壞，電能質(zhì)量變到不能容許的程度，以致造成對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)計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護

5、不當(dāng)而引起的。因此，只有充分發(fā)揮人的主觀能動性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強對設(shè)備的維護和檢修，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，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)安全運行，縮小事故影響范圍。由于電力系統(tǒng)是一個整體，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用是同時完成，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，在很短的時間就影響到整個電力系統(tǒng)的其他部分，為此要求切除故障設(shè)備或輸電線路的時間必須很短，通常切除故障的時間小到十分之幾秒到百分之幾秒。顯然要在這樣短的時間內(nèi)由

6、運行人員及時發(fā)現(xiàn)并手動將故障切除是絕對不可能的。因此，只有借助于裝設(shè)在每個電氣設(shè)備或線路上的自動裝置，即繼電保護裝置才能實現(xiàn)。這種裝置到目前為止，有一部分仍然由單個繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成，故稱為繼電保護裝置。1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護的任務(wù)和作用共二十九頁在電子式靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式保護裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器多已被電子元件或計算機取代(qdi)，但仍沿用此名稱。在電業(yè)部門常常用繼電保護一詞泛指繼電保護技術(shù)或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。繼電保護裝置一詞則指各種具體的裝置。繼電保護裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷

7、路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務(wù)是：(1) 自動、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，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。(2) 反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件(如有無經(jīng)常值班人員)而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。(3) 繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故

8、停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。由此可見，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性，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，如果沒有專門的繼電保護裝置，要想維持系統(tǒng)的正常運行是根本不可能的。 1.1 電力系統(tǒng)(din l x tn)繼電保護的任務(wù)和作用共二十九頁1.2 繼電保護(j din bo h)的基本原理為了完成上述第一個任務(wù)，繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故

9、障的功能。保護裝置要實現(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。 短路時故障點與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上(l shng)的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。(2) 電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為，三相短路時，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，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180+(

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

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

12、年代以來發(fā)展的計算機保護則屬于數(shù)字型的。這兩類繼電保護的基本原理是相同的，但其實現(xiàn)方法和構(gòu)成卻大不相同。模擬型繼電保護又可分為機電型繼電保護和靜態(tài)型繼電保護兩類。機電型繼電保護是由若干個不同功能的繼電器組成。繼電器是一種能自動動作的電器，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到一定數(shù)值時，它就會動作，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，輸出信號。每個繼電器都由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個主要部分組成。感受元件用來測量控制量的變化，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行比較，并將比較結(jié)果的信號輸入執(zhí)行元件；執(zhí)行元件執(zhí)行繼電器動作輸出信號的任務(wù)。繼電器按動作

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(如中間時間和信號繼電器等)。由于這些繼電器都具有機械(jxi)的可動部分和接點，故稱為機電型繼電器。由這類繼電器組成的繼電保護裝置稱為機電型繼電保護。靜態(tài)繼電保護裝置是應(yīng)用晶體管或集成電路等電子元件來實現(xiàn)的，它由若干個不同功能的回路，如測量比較或比相觸發(fā)延時邏輯和輸出等回路組成。具有體積小重量輕、功耗小靈敏度高動作快和不怕震動可以實現(xiàn)無觸點等一系列的優(yōu)點。模擬型繼電保護裝置的種類很多，一般而言，它們都由測

14、量回路邏輯回路和執(zhí)行回路三個主要部分組成，其原理框圖如圖1.1所示。1.3 繼電保護的組成(z chn)及分類共二十九頁圖1.1 模擬型繼電保護裝置(zhungzh)原理框圖1.3 繼電保護的組成(z chn)及分類共二十九頁測量回路的作用是測量與被保護電氣設(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)不正常運行情況；邏輯回路的作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)測量回路的輸出信號，進行邏輯判斷，以確定保護是否應(yīng)該動作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的信號；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行情況的信號。

15、現(xiàn)以最簡單的過電流保護裝置為例，來說明繼電保護的組成和基本工作原理。在圖1.2所示線路過電流保護裝置的原理接線圖中,電流繼電器KA的線圈接于被保護線路電流互感器TA的二次回路，這就是保護的測量回路，它監(jiān)視被保護線路的運行狀態(tài)，用以測量線路中電流的大小。在正常運行情況下，線路中通過最大負荷電流時，繼電器不動作；當(dāng)被保護線路發(fā)生短路故障時，流入繼電器KA線圈回路的電流大于繼電器的動作電流時，電流繼電器立即動作，觸點閉合，接通邏輯回路中時間繼電器KT的線圈回路，時間繼電器啟動并經(jīng)延時后觸點閉合，接通執(zhí)行回路中的信號繼電器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(

16、j din bo h)的組成及分類共二十九頁圖1.2 線路過電流保護裝置單相(dn xin)原理接線圖1.3 繼電保護(j din bo h)的組成及分類共二十九頁數(shù)字型的計算機繼電器保護是把被保護設(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，利用計算機進行處理和判斷。計算機由硬件(yn jin)部分和軟件部分組成，硬件(yn jin)部分主要采用微型計算機或微處理器來實現(xiàn)，計算機保護硬件(yn jin)部分的原理框圖如圖1.3所示。1.3 繼電保護(j din bo h)的組成及分類圖1.3 微機繼電保護硬件部分原理框圖共二十九頁被保護設(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算機保護的輸入通道。由于需要同時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保護用的低電壓量(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，進入采樣保持(S/H)電路，將一個在時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間上的離散量，完成(wn chng)對輸入模擬量的采樣。通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)將多個輸入電氣量按輸入時間前后分開，依次送到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入計算機系統(tǒng)進行運算處理，判斷是否發(fā)生故障，通過開關(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，啟動調(diào)整回路。人機接口部分的作用是建立起微機保護與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對裝置進行人工操作、調(diào)試和信息反饋。外部通信接口的作用是提供計算機局域通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)絡(luò)的信息通道。軟件部分是根據(jù)保護的工作原理和動作要求編制的計算程序，不同原理的保護計算程序不同。微機保護的計算程序是根據(jù)保護工作原理的數(shù)學(xué)模型即數(shù)學(xué)表達式來編制的。這種數(shù)學(xué)模型稱為計算機繼電保護的算法。通過不同的算法便可以實現(xiàn)各種保護功能。各種類型保護的計算機硬件和外圍設(shè)備可以是通用的，只要計算程序不同，就可以得到不同原理的保護，而且計算機可以根據(jù)系統(tǒng)運行方式的改變自動改變動作的整定值，使保護具有更大的靈活性。保護用計

19、算機有自診斷能力，不斷地檢查和診斷保護本身的故障，并及時進行處理，大大地提高了保護裝置的可靠性，并能實現(xiàn)快速動作的要求。1.3 繼電保護的組成(z chn)及分類共二十九頁電力系統(tǒng)的繼電保護根據(jù)被保護對象不同，分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護和輸電線路的繼電保護。前者是指發(fā)電機、變壓器、母線和電動機等元件的繼電保護，簡稱為元件保護；后者是指電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)中輸電線路的繼電保護，簡稱線路保護。按作用的不同繼電保護又可分為主保護、后備保護和輔助保護。主保護是指被保護元件內(nèi)部發(fā)生的各種短路故障時，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設(shè)備或線路故障的保護。后備保護是指當(dāng)主保護或斷路器

20、拒絕動作時，用以將故障切除的保護。后備保護可分為遠后備和近后備保護兩種，遠后備是指主保護或斷路器拒絕時，由相鄰元件的保護部分實現(xiàn)的后備；近后備是指當(dāng)主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護來實現(xiàn)的后備，當(dāng)斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現(xiàn)后備。輔助保護是指為了補充主保護和后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。繼電保護裝置需有操作電源供給保護回路，斷路器跳、合閘及信號等二次回路。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)，因蓄電池是一種獨立電源，最大的優(yōu)點是工作可靠，但缺點是投資較大、維護麻煩。交流操作電源的

21、優(yōu)點是投資少、維護簡便，但缺點是可靠性差。因此，交流操作電源的繼電保護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 繼電保護的組成(z chn)及分類共二十九頁繼電保護裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于(duy)作用于繼電器跳閘的繼電保護，應(yīng)同時滿足四個基本要求，而對于(duy)作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求如速動性可以降低。現(xiàn)將其基本要求分述如下。1.4 對繼電保護(j din bo h)裝置的要求共二十九頁1.4.1 可靠性可靠(kko)性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求

22、。所謂安全性是要求繼電保護在不需要它動作時可靠(kko)不動作，即不發(fā)生誤動。所謂信賴性是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠(kko)動作，即不拒動。安全性和信賴性主要取決于保護裝置本身的制造質(zhì)量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成元件質(zhì)量越高、回路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時正確的調(diào)試、整定、運行及維護，對于提高保護的可靠性都具有重要的作用。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害。然而，提高不誤動的安全措施與提高不拒動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，誤動和拒動的危害程度不同，

23、因而提高安全性和信賴性的側(cè)重點在不同的情況下有所不同。例如，對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，如果保護誤動，使某條線路、某臺發(fā)電機或變壓器誤動切除，給整個電力系統(tǒng)造成直接經(jīng)濟損失較小。但如果保護裝置拒動，將會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)該更強調(diào)保護不拒動的信賴性，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、工作回路完全獨立的快速保護，采取各自獨立跳閘的方式，提高不拒動的信賴性。而對于母線保護，由于它的誤動將會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重后果，因此更強調(diào)不誤動的安全性，一般是以兩套保護出口觸點串

24、聯(lián)后啟動跳閘回路的方式。 1.4 對繼電保護(j din bo h)裝置的要求共二十九頁即使對于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)(dinwng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。例如，一個更高一級電網(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，切除一個元件就會對系統(tǒng)產(chǎn)生很多影響，此時，防止誤動就最為重要；隨著電網(wǎng)(dinwng)建設(shè)的發(fā)展，聯(lián)絡(luò)線路愈來愈多，聯(lián)系愈來愈緊密，防止拒動就變?yōu)樽钪匾?。在說明防止誤動更重要的時候，并不是說拒動不重要，而是說，在保證防止誤動的同時，要充分防止拒動；反之亦然。1.4 對繼電保護(j din bo h)裝置的要求共二

25、十九頁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，其繼電保護僅將故障(gzhng)的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障(gzhng)設(shè)備或線路的保護或斷路器拒動時，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護將故障(gzhng)切除。如圖1.4所示電網(wǎng)，當(dāng)k1點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由故障線路上的保護1和2動作，將故障線路切除，這時變電所B則仍可由另一條非故障線路繼續(xù)供電。當(dāng)k3點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由線路的保護6動作，使斷路器6QF跳閘，將故障線C-D切除，這時只有變電所D停電。由此可見，繼電保護有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對用戶的供電。在要求保護動作有選擇性的同

26、時，還必須考慮保護或斷路器有拒動的可能性，因而就需要考慮后備保護的問題。如圖1.4所示，當(dāng)k3點發(fā)生短路故障時，距短路點最近的保護6應(yīng)動作切除故障，但由于某種原因，該處的保護或斷路器拒動，故障便不能消除，此時如其前面一條線路(靠近電源測)的保護5動作，故障也可消除。此時保護5所起的作用就稱為相鄰元件的后備保護。同理保護1和3又應(yīng)該作為保護5和7的后備保護。由于按以上方式構(gòu)成的后備保護是在遠處實現(xiàn)的，因此又稱為遠后備保護 1.4 對繼電保護裝置(zhungzh)的要求共二十九頁一般情況下遠后備保護動作切除故障時將使供電中斷的范圍擴大。在復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中，當(dāng)實現(xiàn)遠后備保護有困難時，也可采用近后備保

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

28、明圖1.4 對繼電保護裝置的要求共二十九頁 1.4.3 速動性所謂速動性就是指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備(shbi)及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設(shè)備(shbi)的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價格昂貴，對大量的中、低壓電力設(shè)備(shbi)，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性的要求應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護設(shè)備(shbi)的具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。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、變壓器和電動機內(nèi)部故

29、障。(3) 中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。(4) 可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或鐵路信號造成強烈干擾的故障。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。故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s0.08s，最快的可達0.01s0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s0.15s，最快的可達0.02s0.06s。但應(yīng)指出，要求保護切除故障達到最小時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、件來確定。實際上，對不同電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，切除故障的最小時間有不同的要求。例如，對于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。目前國產(chǎn)的繼電保護裝置，在一般情況下，完全可以滿足上述電網(wǎng)對快速切除故障的要求。對于反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。1.4 對繼電保護裝置(zhungzh)的要求共二十九頁 1.4.4 靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應(yīng)能力。能滿足(

31、mnz)靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。所謂系統(tǒng)最大運行方式就是被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運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，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。靈敏系數(shù)表示式為1.4 對繼電保護裝置(zhungzh)的要求共二十九頁 (1) 對于反應(yīng)故障參量增加

32、(如過電流)的保護裝置：(2) 對于反應(yīng)故障參量降低(如低電壓)的保護裝置：故障參數(shù)如電流、電壓和阻抗等的計算，應(yīng)根據(jù)實際可能的最不利的運行方式和故障類型來進行。增加靈敏性，即增加了保護動作的信賴性，但有時與安全性相矛盾。對不同作用的保護及被保護的設(shè)備和線路，所要求的靈敏系數(shù)不同，其值見附錄1。以上四個基本要求是設(shè)計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎(chǔ)。這四個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)，辯證地進行統(tǒng)一。1.4 對繼電保護裝置(zhungzh)的要求共二十九頁繼電保護技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起

33、來的。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，為了保護發(fā)電機免受短路電流的破壞(phui)，首先出現(xiàn)了反應(yīng)電流超過一預(yù)定值的過流保護。熔斷器就是最早的、最簡單的過電流保護。這種保護方式時至今日仍廣泛應(yīng)用于低壓線路和用電設(shè)備。熔斷器的特點是融保護裝置與切斷電流的裝置于一體，因而最為簡單。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設(shè)備功率、發(fā)電機的容量不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝置(斷路器)的過電流繼電器。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、才開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護。這個時期可認為是繼電器保護技術(shù)發(fā)展的開端。1901年出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器。1908年提出了比較被保護元件兩端電流的電流差動保護原理。1910年方向電流保護開始得到應(yīng)用，在此時期也出現(xiàn)了將電流與電壓比較的保護原理，并導(dǎo)致了1920年后距離保護裝置的出現(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裝置。20世紀(jì)50年代就出現(xiàn)了利用故障點產(chǎn)生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設(shè)想，經(jīng)過20余年的研究，終于誕生了行波保護裝置。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

35、必須廣泛的應(yīng)用。1.5 繼電保護(j din bo h)的發(fā)展簡史共二十九頁以上是繼電保護(j din bo h)原理的發(fā)展過程。與此同時，構(gòu)成繼電保護(j din bo h)裝置的元件、材料、保護裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革。經(jīng)歷了機電式保護裝置、靜態(tài)保護裝置和數(shù)字式保護裝置三個發(fā)展階段。機電式保護裝置由具有機械傳動部件帶動觸點斷開、閉合的機電式繼電器如電磁型、感應(yīng)型和電動型組成，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)長的時間，特別是單個繼電器目前仍在電力系統(tǒng)中廣泛使用。但由于這種保護裝置體積大、動作速度慢、觸點易磨損和粘連，調(diào)試維護比較復(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)了晶體管保護裝置。這種保護裝置體積小、動作速度快、無機械轉(zhuǎn)動部分，經(jīng)過20余年的研究與實踐，晶體管式保護裝置的抗干擾問題從理論和實際都得到了滿意的解決。20世紀(jì)70年代，晶體管保護在我國被大量采用。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。20世紀(jì)80年代后期，靜態(tài)繼電保護裝置由晶體管式向集成電路式過渡，成為靜態(tài)繼電保護的主要形式。1.5 繼電保護(j din bo h)的發(fā)展簡史共二十九頁20世紀(jì)60年代末，有人就提出了用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設(shè)想，但由于小型計算機當(dāng)

37、時價格昂貴，難于實際采用。由此開始了對繼電保護計算機算法的大量研究，這為后來微型計算機式保護的發(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保護樣機并投入運行。20世紀(jì)80年代微機保護在硬件和軟件技術(shù)方面已趨成熟，進入90年代，微機保護已在我國大量應(yīng)用，主運算器由8位機、16位機發(fā)展到目前(mqin)的32位機；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)字信號處理器(DSP)。這種由計算機技術(shù)構(gòu)成的繼電保護稱為數(shù)字式繼電保護。這種保護可用相同的硬件實現(xiàn)不同原理的保護，使制造大為簡化，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化，硬件可靠性高；具有強大的存儲、記憶和運算功能，可以實現(xiàn)復(fù)雜原理的保護，為新原理保護的發(fā)展提高了實現(xiàn)條件