【正文】 II各有一個交點。在交點以前短路時，由于短路電流大于起動電流，保護裝置都能動作。而在交點以后短路時，由于短路電流小于起動電流，保護將不能起動，由此可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護線路的全長。 因此，速斷保護對被保護線路內(nèi)部故障的反應能力(即靈敏性)，只能用保護范圍的大小來衡量，此保護范圍通常用線路全長的百分數(shù)來表示。由圖21可見，當系統(tǒng)為最大運行方式時，電流速斷的保護范圍為最大，當出現(xiàn)其它運行方式或兩相短路時，速斷的保護范圍都要減小，而當出現(xiàn)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路時，電流速斷的保護范圍為最小。一般情況下，應銨這種運行方式和故障類型來校驗其保護范圍[7]。 電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應用。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響。 II段限時電流速斷保護 由于有選擇性的電流速斷不能保護本線路的全長，因此可考慮增加一段新的保護，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷的后備，這就是限時電流速斷保護。對這個新的保護的要求，首先是在任何情況下都能保護本線路的全長，并具有足夠的靈敏性，其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。正是由于它能以較小的時限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為限時電流速斷保護。 由于要求限時速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發(fā)生短路時，它就要起動，在這種情況下，為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶有一定的時限，此時限的大小與其延伸的范圍有關(guān)。為了使這一時限盡量縮短，照例都是首先考慮使它的保護范圍不超出下一條線路速斷保護的范圍，而動作時限則比下一條線路的速斷保護高出一個時間階段，此時間階段以表示。 現(xiàn)以圖2 2的保護2為例，來說明限時電流速斷保護的整定方法。 設保護1裝有電流速斷，其起動電流按(23)式計算后為，它與短路電流變化曲線的交點M即為保護l電流速斷的保護范圍，當在此點發(fā)生短路時，短路電流即為，瞬時速斷保護剛好能動作。根據(jù)以上分析保護2的限時電流速斷不應超出保護1電流速斷的范圍。因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的起動電流就應該整定為 （2 5）圖22 限時電流速斷動作特性的分析在上式中能否選取兩個電流相等？如果選取的相等，就意味著保護2限時速斷的保護范圍正好和保護1瞬時速斷的范圍重合，這在理想的情況下雖是可以的，但是在實踐中是不允許的，因為保護2相保護1安裝在不同的地點，使用的是不同的電流互感器和繼電器，因此它們之間的特性很難完全一樣，如果正好遇到保護1的電流速斷出現(xiàn)正誤差，其保護范圍比計算值縮小，而保護2的限時速斷是負誤差，其保護范圍比計算值增大，那么實際上，當計其的保護范圍末端短路時，就會出現(xiàn)保護1的電流速斷已不能動作，而保護2的限時速斷仍然會起動的情況。由于故障位于線路BC的范圍以內(nèi)，當其電流速斷不動之后，本應由保護1的限時速斷切除故障，而如果保護2的限時速斷也起動了，其結(jié)果就是兩個保護的限時速斷同時動作于跳閘，因而保護2失去了選擇性。為了避免這種情況的發(fā)生，就不能采用兩個電流相等的整定方法，而必須使，引入可靠系數(shù)，則得 （2 6）對于，考慮到短路電流中的非周期分量已經(jīng)衰減，故可選取得比速斷保護的小一些，~。從以上分析中已經(jīng)得出，限時速斷的動作時限，應選擇得比下一條線路速斷保護的動作時限高出一個時間階段，即=+ （2 7）從盡快切除故障的觀點來看，越小越好，但是為了保證兩個保護之間動作的選擇其值又不能選擇得太小?，F(xiàn)以線路置BC上發(fā)生故障時，保護2與保護l的配合關(guān)系為說明確定的原則如下： （1）應包括故障線路斷路器QF的跳閘時間(即從操作電流送入跳閘線圈Y的瞬間算起，直到電弧熄滅的瞬間為止)，因為在這一段時間里，故障并末消除，因此保護2在故障電流的作用下仍處于起動狀態(tài)。（2）應包括故障線路保護1中時間繼電器的實際動作時間比整定值要大才能動作。(當保護1為速斷保護時，保護裝置中不用時間繼電器，即可以不考慮這一項的影響)。（3）應包括保護2中時間繼電器可能比預定的時間提早動作閉合它的觸點。（4）如果保護2中的測量元件(電流繼電器)在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回時，則中還應包括測量元件延遲返回慣性時間。 （5）考慮一定的裕度，再增加一個裕度時間，就得到和之間的關(guān)系為 （28）或 （29） 對于通常采用的斷路器和間接作用的二次式繼電器而言，~。 為了能夠保護本線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，具有足夠的反應能力，這個能力通常用靈敏系數(shù)來衡量。對反應于數(shù)值上升而動作的過量保護裝置。靈敏系數(shù)的含義是 （210）式中故障參數(shù)(如電流、電壓等)的計算值，應根據(jù)實際情況合理地采用最不利于保護動作的系線運行方式和故障類型來選定。但不必考慮可能性很小的特殊情況。對保護2的限時電流速斷而言，即應采用系統(tǒng)最小運行方式下線路AB末端發(fā)生兩相短路時的短路電流作為故障參數(shù)的計算值。設此電流代入上式中則靈敏系數(shù)為 （2 11）為了保證在線路末端短路時，保護裝置一定能夠動作，對限時電流速斷保護應要求。 III段過電流保護過電流保護通常是指其起動電流按照躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置。它在正常運行時不應該起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應于電流的增大而動作，在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用。為保證在正常運行情況下過電流保護絕不動作，顯然保護裝置的起動電流必須整定得大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負荷電流。然而，在實際上確定保護裝置的起動電流時，還必須考慮在外部故障切除后，保護裝置是否能夠返回的問題。例如在圖2 3所示的網(wǎng)絡接線中，當點短路時，短路電流將通過保護3，這些保護都要起動，但是按照選擇性的要求應由保護3動作切除故障，然后保護4和5由于電流已經(jīng)減小而立即還回原位。圖2 3選擇過電流保護動作電流和動作時間的網(wǎng)絡圖實際上當外部故障切除后，流經(jīng)保護4的電流是仍然在繼續(xù)運行中的負荷電流。還必須考慮到，由于短路時電壓降低，變電所B母線上所接負荷的電動機被制動，因此，在故障切除后電壓恢復時，電動機要有一個自起動的過程。電動機的自起動電流要大于它正常工作的電流，因此，引入一個自起動系數(shù)來表示自起動時最大電流與正常運行時最大負荷電流之比，即保護4和5在這個電流的作用下必須立即返回。為此應使保護裝置的返回電流大于。引入可靠系數(shù)段，則有 （2 12）由于保護裝置的起動與返回是通過電流繼電器來實現(xiàn)的，因此，繼電器返回電流與起動電流之間的關(guān)系也就代表著保護裝置返回電流與起動電流之間的關(guān)系。引入繼電器的返回系數(shù)，則保護裝置的起動電流即為 （2 13）式中 ——可靠系數(shù)， ~； ——自起動系數(shù)，數(shù)值大于l，應由網(wǎng)絡具體接線和負荷性質(zhì)確定； ——電流繼電器的返回系數(shù)， 由這一關(guān)系可見，當越小時，則保護裝置的起動電流越大，因而其靈敏性就越差，這是不利的。這就是為什么要求過電流繼電器應有較高的返回系數(shù)的原因。如圖24所示，假定在每個電氣元件上均裝有過電流保護，各保護裝置的起動電流均按照躲開被保護元件上各自的最大負荷電流來整定。這樣當k1點短路時，保護l~5在短路電流的作用下都可能起動，但要滿足選擇性的要求，應該只有保護1動作，切除故障，而保護2~5在故障切除之后應立即返回。這個要求只有依靠使各保護裝置帶有不同的時限來滿足。圖2 4 單側(cè)電源發(fā)射形網(wǎng)絡中過電流保護保護l位于電網(wǎng)的最末端，只要電動機內(nèi)部故障，它就可以瞬時動作予以切除，t1即為保護裝置本身的固有動作時間。對保護2來講，為了保證k1點短路時動作的選擇性，則應整定其動作時限。引入時間級差，則保護2的動作時限為 保護2的時限確定以后，當k2點短路時，它將以的時限切除故障，此時為了保證保護3動作的選擇性，又必須整定。引入以后則得保護3的動作時限應為 依次類推，保護5的動作時限分別為 。 當故障越靠近電源端時，短路電流越大。而由以上分析可見，此時過電流保護動作切除故障的時限反而越長，因此，這是一個很大的缺點。正是由于達個原因，所以在電網(wǎng)中廣泛采用電流速斷和限時電流速斷來作為本線路的主保護，以快速切除故障，利用過電流保護來作為本線路和相鄰元件的后備保護。由于它作為相鄰元件后備保護的作用是在遠處實現(xiàn)的，因此是屬于遠后備保護。由以上分析也可以看出，處于電網(wǎng)終端附近的保護裝置(如1和2)，其過電流保護的動作時限并不長，因此在這種情況下它就可以作為主保護兼后備保護，而無需再裝瞬時電流速斷或限時電流速斷保護。過電流保護靈敏系數(shù)的校驗仍采用(2 10)式，當過電流保護作為本線路的主保護時，應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求是；當作為相鄰線路的后備保護時，則應采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗、此時要求是。此外，在各個過電流保護之間還必須要求靈敏系數(shù)相互配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應具有越高的靈敏系數(shù)。例如在圖2 6的網(wǎng)絡中，當k1點短路時，應要求各保護的靈敏系數(shù)之間只有下列關(guān)系 （2 14）在單側(cè)電源的網(wǎng)絡接線中，由于越靠近電源端時，保護裝置的定值越大，而發(fā)生故障后，各保護裝置均流過同一個短路電流，因此上述靈敏系數(shù)應互相配合的要求是自然能夠滿足的。 在后備保護之間，只有當靈敏系數(shù)和動作時限都互相配合時，才能切實保證功作的選擇性，這—點在復雜網(wǎng)絡的保護中，尤其應該注意。當過電流保護的靈敏系數(shù)不能滿足要求時，應該采用性能更好的其它保護方式。 三相一次重合閘 在電力系統(tǒng)的各種故障中，輸電線路的故障約占90%左右。因此，采取措施提高輸電線路的可靠性具有非常重要的意義。 就輸電線路故障的性質(zhì)而言，大多數(shù)是瞬時性故障，此類故障幾率是線路故障的70%~80%。所謂瞬時性故障，就是在故障后，繼電保護快速動作，使斷路器迅速跳閘，短路點的電弧立即熄滅，周圍介質(zhì)的絕緣強度也迅速恢復，故障便自行消除。如采用自動重合閘裝置，就能將被切除的線路重新投入系統(tǒng)運行，從而提高了線路供電的可靠性。在雙電源供電的線路上采用自動重合閘裝置[2]，能使兩側(cè)系統(tǒng)在重合閘后穩(wěn)定運行，對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性是很有利的。另外，線路開關(guān)如發(fā)生誤碰跳閘、繼電保護誤動作時，自動重合閘可以給予糾正。由此可見，自動重合閘裝置就是將跳閘后的斷路器自動重新投入的裝置，簡稱為AAR裝置。 如果AAR裝置[8]將斷路器重合到永久性故障線路上(如倒桿斷線等)，保護裝置將斷路器重新跳開，而AAR裝置將不再動作，我們稱這種情況為重合閘不成功?？梢杂弥睾铣晒Φ拇螖?shù)與重合總動作次數(shù)之比的百分數(shù)來表示重合閘的成功率，運行資料表明，重合閘成功率一般在60%~70%之間。由于自動重合閘是保證電力系統(tǒng)安全運行、可靠供電、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一項有效措施，并且所需費用極低，自動重合閘裝置極為廣泛的應用在我國各種電壓等級的線路上，特別是35kV電壓等級以下的重合閘成功率更高。 當然，若重合于永久性故障上時，它也將帶來一些不利的影響，如：（1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊；（2）由于斷路器在很短的時間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣。特別是油斷路器，在第一次跳閘時，由于電弧的作用，已使油的絕緣強度降低，在重合后的第二次跳閘時，是在絕緣已經(jīng)降低的不利條件下進行的，因此，油斷路器在采用了重合閘后，其遮斷容量要有不同程度的降低。因而，在短路容量比較大的電力系統(tǒng)中，不利的條件限制了重合閘的使用。 一般情況下，對于 110kV 及以下線路，采用三相一次重合閘，即三相同時合上；對于 220kV 及以上線路，采用綜合重合閘，各相可以分別合閘。而母線、主變、發(fā)電機等則不進行重合閘。重合閘的啟動方式有兩種：不對應啟動方式、保護啟動方式，前者在斷路器偷跳的情況下啟動，后者在過電流保護動作后啟動。 零序保護 作為相間短路故障的電流保護雖也能反應接地故障，但靈敏度不高，而輸電線路故障大部分是單相接地故障，所以，必須專門配置接地保護。針對35kV以下的電網(wǎng)中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的特點，采用小接地電流系統(tǒng)的零序保護[9]。 電力系統(tǒng)中性點的工作方式有：中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地。中性點的接地方式，是綜合考慮供電可靠性、系統(tǒng)絕緣水平、系統(tǒng)過電壓、繼電保護的要求、對通信線路的干擾以及系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求等因素確定的。一般 110kV 及以上電壓等級電網(wǎng)都采用中性點直接接地方式，35kV 以下的電網(wǎng)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。 3微機保護裝置硬件設計 微機保護裝置實際上是一個具有繼電保護功能的計算機系統(tǒng)。當然應包括硬件和軟件兩部分。微機保護的硬件電路隨所采用的單片機不同而有很大差別。另外，隨所保護對象的不同在硬件上也有所不同。因此，微機保護裝置除具有一般微機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外，為了實現(xiàn)繼電保護功能還有其自己的獨特之處。3. 2硬件總體結(jié)構(gòu) 微機保護綜合自動化系統(tǒng)的硬件平臺[10]如圖31所示。整個系統(tǒng)分為模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、CPU主機系統(tǒng)和人機監(jiān)控電路等五個部分。模擬量變換模塊的功能是實現(xiàn)直流、交流強電與系統(tǒng)主模塊的電隔離，并使模擬輸出電平與主模塊中的采樣及A/D轉(zhuǎn)換的電平相一致；開關(guān)量輸入電路用于將各種外部開關(guān)的狀態(tài)(滅磁開關(guān)狀態(tài)、各種隔離開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、分合閘回路狀態(tài)、彈簧