【正文】 高壓送電線路自動重合閘的特點(diǎn) 第六節(jié) ZCH 與繼電保護(hù)的墅合 復(fù)習(xí)思考題 第／＼竄 電力主設(shè)備唇護(hù)’ 第一節(jié)板述 第二節(jié) 電力變壓器保護(hù) 第三節(jié) 發(fā)電機(jī)保護(hù) ‘第四節(jié) 母線保護(hù)與斷路器失靈保護(hù) 復(fù)習(xí)思考題 ‘露九章微機(jī)保護(hù)橇論 第一節(jié) 發(fā)展簡史和瞻望此外，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)。這種保護(hù)裝置直到目前為止，大多是由單個(gè) 繼電器或繼電器與其附屬設(shè)備的組合構(gòu)成的，故稱為繼電保護(hù)裝置。 二、繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù) 裝置的組成 為完成繼電保護(hù)所擔(dān)負(fù)的 任務(wù)， 顯然應(yīng)該要求它能夠正確地區(qū)分系統(tǒng) 正常運(yùn)行與發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀 態(tài)之間的差別，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其狀況如圖 1— 1(凸 )所示。如果我們統(tǒng)一 規(guī)定電流的正方向都是從母線流向線路，那么，按照規(guī)定的正方向，月 — 月兩側(cè)電流的大小 相等，而相位相差 180’。 ??? MMJ III 保護(hù)區(qū)內(nèi)故障： 039。例如，當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時(shí)，反應(yīng)于油被分解所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的瓦斯 保護(hù)；反應(yīng)于電動機(jī)繞組的溫度升高而構(gòu)成的過負(fù)荷或過熱保護(hù)等。 三、對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求 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，即選擇性、速動性、靈 傲性和可靠性，現(xiàn)分別討論如下。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)。 快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，縮小故障元件的損壞程度。15s，最快的可達(dá) 0． 02— 0。 可靠性主要指保護(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平而言。在此情況下，提高繼電 保護(hù)不拒動的．可靠性比提高不誤動的可靠性更為重要。在它們之間， 既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一，面。 每個(gè)設(shè)備都有其特有的運(yùn)行特性和故障時(shí)的工作行為。計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)等新理論新技術(shù)有著密切的關(guān)系。僅有理論分析不能認(rèn)為對保護(hù)性能的了解是充 分的。 五、繼電保護(hù)的發(fā)展簡史 繼電保護(hù)技術(shù)是隨著中力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。本世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的 ￡展，繼電器才開始廣泛應(yīng)用于電力系 統(tǒng)的保護(hù)。顯然，隨著光纖通訊將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護(hù)必將得到廣泛的應(yīng)用。 80 年代后期，標(biāo)志著靜態(tài)繼電保護(hù)從第一 、 代 (晶體管式 )向第二代 (集成電路式 )的過渡。微機(jī)保護(hù)可連續(xù)不斷地對本身的工作情況進(jìn)行自檢，其工作可靠性很高。在線圈 1 中的電流／，產(chǎn)生磁通由，它將通過由鐵心、空氣隙和可動舌片組成的磁路。 此外，征古斤轉(zhuǎn)勸 ag 遼程甲， d：必壩兄服田厚源刀所廣土嗣厚憬朽怨 Mm， 具值 可認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，不隨 d 的改變而變化。因此繼電器能夠返回的條件是 對應(yīng)這一電磁轉(zhuǎn)矩、能使繼電器返回原位的最大電流值稱為繼電器的返回電流， 以／。對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動作的電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。另一種辦法就是在個(gè)別情況下，當(dāng)快速切 除故障是＼首要條件時(shí)，就采用無選擇性的速斷保護(hù)，而以自動重合閘來糾正這種無選擇性動作，對 批我們將在第五章里再進(jìn)行分析。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型改變時(shí)， d 都將隨之變化。即● 引入可靠系數(shù)的原因，是由于理論計(jì)算與實(shí)際情況之間存在著一定的差別， 即必須考慮實(shí)際上存在的各種誤差的影響，如： (1)實(shí)際的短路電流大于計(jì)算值； (2)對瞬時(shí)動作的保護(hù)還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響， (3)保護(hù)裝置中電流繼電器的實(shí)際起動電流可能小于整定值， (4)考慮必要的裕度。 電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖 2— 6 所示，電流繼電器接于電流互感器乙 的二次 側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)串聯(lián)信號繼電器而接通斷路器的跳閘線圈TO，使斷路器跳閘。一般放電時(shí)間可能持續(xù)到 0． 04— 0． 06 9。正是由于它能以較小的時(shí)限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為限時(shí)電流速斷保護(hù)。 2．動作時(shí)限的選擇 從以上分析中已經(jīng)得出，限時(shí)速斷的動作時(shí)限心， 應(yīng)選擇得比下一條線路速斷保護(hù)的 動作時(shí)限168。例如，當(dāng)采用晶體管電流繼電器時(shí) (見圖 2— 3)， 由于濾波回路時(shí)間常數(shù)的影響，在加入繼電器的故障電流消失以后，觸發(fā)器不能立即返回，此延遲返回時(shí)間與上述時(shí)間常 數(shù)有關(guān)，在設(shè)計(jì)制造和使用時(shí)應(yīng)予以注意。對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)的含義是 當(dāng)校驗(yàn)靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，那就意味著將來真正發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于上述不 利因素的影響保護(hù)可能起動不了，也就是達(dá)不到保護(hù)線路全長的目 的，這是不允許的。 1．工作原理和整定計(jì)算的基本原則 為保證在正常運(yùn)行情況下過電流保 護(hù)絕不動作，顯然保護(hù)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(fù)荷電流。 ax 之比，即 保護(hù) 4 和 5 在這個(gè)電流的作用下必須立即返回。這樣當(dāng) Jl 點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù) 1— 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(yīng)該只有保護(hù) 1 動作，切除故障，而保護(hù) 2～ 5 在故障切除之后應(yīng)立即返回。 1 號 (電動機(jī) )保護(hù)的動作時(shí)間； 3．過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn) 過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)仍采用 (2— 18)式， 當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路的主保 護(hù) 時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求 X。 *五、階段式電流保護(hù)的應(yīng)用及對它的評價(jià) 電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保 護(hù)都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護(hù)裝置。繼續(xù)分析保護(hù) 3，其過電流保護(hù)由于要和保護(hù) 2 配合，因此動作時(shí)限要整定為 1～ 1． 2s， 一般在這種情況下，就需要考慮增設(shè)電流速斷或同時(shí)裝設(shè)電流速斷和限時(shí)速斷，此時(shí)保護(hù) 3 可能是兩段式也可能是三段式。對相間短路的電流保護(hù)， 目前廣泛使用的是三相星形接線和兩相星形接線這兩種方式。因此， 當(dāng)保護(hù)裝置的起動電流整定為“，時(shí)，㈣ amp。 又如圖 2— 24 所示， 在變電所引出的放射形線路上，發(fā)生兩點(diǎn)接地短路時(shí)，希望任意切除一條線路即可。 當(dāng)過電流保護(hù)接于降壓變壓器的高壓側(cè)以作為低壓側(cè)線路故障的后備保護(hù)時(shí)，如果保護(hù)是采用三相星形接線，則接于召相上的繼電器由于流有較其它兩相大一倍的電流，因此靈敏系數(shù)增 大一倍，這是十分有利的。 由于兩相星形接線 (包括圖 2— 25 的情況 )較為簡單經(jīng)濟(jì)，因此在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng) 和非直接接地電網(wǎng)中，都是廣泛地采用它作為相簡短路的保護(hù)。其特點(diǎn)是每個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)都不是緊靠地畫在一個(gè)圖形里，而是根據(jù)實(shí)際動作的情況分別畫在圖中不同的位置上，但仍然用同一 個(gè)符號來標(biāo)注， 以便查對。 第二節(jié) 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護(hù) 一、方向性電流保護(hù)的工作原理 上一節(jié)所講的三段式電流保護(hù)是以單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的，各保護(hù)都安裝在 被保護(hù)線路靠近電源的一側(cè)，在發(fā)生故障時(shí)，它們都是在短路功率 (一般指短路時(shí)某點(diǎn)電 隨著電力工業(yè)的發(fā)展和用戶對供電可靠性要求的提高，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)實(shí)際上都是由 很多電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)，上述簡單的保護(hù)方式已不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。 展開圖接線簡單，層次清楚，在掌握了其構(gòu)成的原則以后，更便于閱讀和檢查，因此，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這種情況下，采用兩相星形接線就可以保證有 2／ 3 的機(jī)會只切除一條線路， 這一點(diǎn)比之用三相星形接線是有優(yōu)越性的。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以在兩相星形接線的中線上再接入一個(gè)繼電器，如圖 2— 25(口 )所示，其中流過的電流為 (幾 +／ Z)／／ 2，即為電流／彭／ o，因此利用這個(gè)繼電器就能提高靈敏系數(shù)。如果采用兩相星形接線，即使是出現(xiàn)，的情況，它也能保證有 2／ 3 的機(jī)會只切除任一條線路，這是因?yàn)橹灰骋粭l線路上具有 6 相一點(diǎn)接地，由于，月相未裝保護(hù)，因此該線路就不被切除。 1．對中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中的各種相間短路 前面所述兩種接線方式均能正確反應(yīng)這些故障，不同之處僅在于動作的繼電器數(shù)目不一樣，三相星形接線方式在各種兩相短路時(shí)，均有兩個(gè)繼電器動作，而兩相星形接線方式在月 S 和召 C 相間短路時(shí)只有一個(gè)繼電器動作。 +／， +／。 具有上述配合關(guān)系的保護(hù)裝置配置情況，以及各點(diǎn)短路時(shí)實(shí)際切除故障的時(shí)間也相應(yīng) 地表示在圖 2— 15 的下面，由圖可見， 當(dāng)全網(wǎng)任何地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如果不發(fā)生保護(hù)或斷路器拒絕動作的情況， 則故障都可以在 0． 5s 以內(nèi)的時(shí)間予以切除。即速斷是按照躲開某一點(diǎn)的最大短 路電流來整定，限時(shí)速斷是按照躲開前方各相鄰元件電流速斷保護(hù)的動作電流整定，而過 電流保護(hù)則是按照躲開最大負(fù)荷電流來整定?！?1． 2。 3 號 (線路刀 — C)保護(hù)的動作時(shí)間。 保護(hù) 1 位于電網(wǎng)的最末端，只要電動機(jī)內(nèi)部故障，它就可以瞬時(shí)動作予以切除，／ 1 即為保護(hù)裝置本身的固有動作時(shí)間。大于。例如在圖 2— 13 所示的網(wǎng)絡(luò)接線中，當(dāng) dl 點(diǎn)短路時(shí)，短路電流將通過保護(hù) 3，這些保護(hù)都要起動，但是按照選擇性的要求應(yīng)由保護(hù) 3 動作切除故障，然后保護(hù) 4 和 5 由于電流已經(jīng)減小而立即返回原位。 4．限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線 限時(shí)電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖 2— 12 所示，它和電流速斷保護(hù)接線 (見圖 2—6) 的主要區(qū)別是用時(shí)間繼電器代替了原來的中間繼電器，這樣當(dāng)電流 繼電器動作后，還必須經(jīng)過時(shí)間繼電器的延時(shí)心才能動作于跳閘。但不必考慮可能性很小的特殊情況。 按照上述原則整定的時(shí)限特性如圖 2— 11(口 )所示?，F(xiàn)以線路刀 — C 上發(fā)生故障時(shí)，保護(hù) 2 與保護(hù) 1 的配合關(guān)系為 例，說明確定 J／的原則如下： (1) 刀 f 應(yīng)包括故障線路斷路器 DL 的跳閘時(shí)間／ Dil(即從操作電流送入跳閘線圈 的瞬間算起，直到電弧熄滅的瞬間為止 )， 因?yàn)樵谶@一段時(shí)間里，故障并未消除，因此保護(hù)2 在故障電流的作用下仍處于起動狀態(tài)?！疄榱耸惯@一時(shí)限盡量縮短，照例都是首先考慮使它的保護(hù)范圍不超出下一條線路速斷保護(hù)的范圍，而動作時(shí)限 則比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)間階段，此時(shí)間階段以 J／表示。 (2)如圖 2— 8 所示為被保護(hù)線路長短不同的情況，當(dāng)線路較長時(shí)，’其始端和末端短 路電流的差別較大，因而短路電流變化曲線比較陡，保護(hù)范圍比較大， 圖 2— 6 電流速斷保護(hù)的單相 圖 2— 7 系統(tǒng)運(yùn)行方式變化對電流 原理接線圖 速斷保護(hù)的影響 電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 45 tt ? 起動電流與 Zd 無關(guān)，所以在圖 2— 5 上是直線，它與曲線 I 和Ⅱ各有一個(gè)交點(diǎn)。對不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的實(shí)際情況選取其最大和最小運(yùn)行方式。 1 對反應(yīng)于電流升高而動作的電流速斷保護(hù)而言，能使該保護(hù)裝置起動的最小電流值稱為保護(hù)裝置的起動電流， 以／ l 表示， 顯然必須當(dāng)實(shí)際的短路電流／ d≥巧：時(shí)，保護(hù)裝置才 08 起動。但是這種愿望是否能 實(shí)現(xiàn)，需要作具體分析。 JdzJ II .? 時(shí)，繼電器不動作； JdzJ II .? 時(shí)，繼電器迅速動作； JdzI.JfhJ II .? 時(shí)，繼電器保持動作； JfhJ II .? 時(shí)，繼電器迅速返回； 閉合其觸點(diǎn)；在繼電器動作以后，只當(dāng)電流減小到／ +／，．，時(shí)，繼 電器又能立即突然地返回原位，觸點(diǎn)重新打開。繼電器能夠動作的條件是 滿足這個(gè)條件的，能使繼電器動作的最小電流值，稱為繼電器的動作電流 (習(xí)慣上又稱為起動電流 )，以／ d．．，表示，對應(yīng)此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù) (2— 1)式可表示為 圖 2— 1 電磁型電流繼電器的原理結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩 曲線 (‘ 1 原理結(jié)構(gòu)圖 1 一線圈， 2 一鐵心： 3 一空氣隙： 4 一被吸引的可動舌片： 5 一可動觸點(diǎn)： 6 一固定 觸點(diǎn)， 7 一彈簧， 8 一止檔 (^)電磁轉(zhuǎn)矩及反作用轉(zhuǎn)矩與舌片行程的關(guān)系 1 一起動電磁轉(zhuǎn)矩： 2 一起動時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩， 3 一返 回時(shí)的反作用轉(zhuǎn)矩； 4 一返回時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 圖 2— 1(凸 )表示了當(dāng)舌片由起始位置 (氣隙為 d， )轉(zhuǎn)動到終端位置 (氣隙為 d： )時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩及機(jī)械反抗轉(zhuǎn)矩與行程的關(guān)系曲線。 電磁吸力與 O’成正比。微 機(jī)保護(hù)除了保護(hù)功能外，還可兼有故障錄波、故障測距、事件順序記錄，和調(diào)度計(jì)算機(jī)交換信息等輔助功能，這對簡化保護(hù)的調(diào)試、事故分析和事故后的處理等都有重大意義。 ． 在 60 年代末，有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想。這種護(hù)裝置體積小，功率消耗小，動作速度快，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部分，稱為電子式靜態(tài)保 護(hù)裝置。與此同時(shí)，構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的元件、材料、保護(hù) 裝置的結(jié)構(gòu)型