【文章內(nèi)容簡介】 ，就在相間產(chǎn)生了不平衡電流，使某一相的線路工作在過負荷狀態(tài)并增加線損。如果三相負荷平衡，則向量差為零。即：廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析8 (21)0??CBAII假設(shè)某三相四線制線路總負荷為 ，相線及中性線電阻皆為 ,則三相3R平衡時線路功率損耗為： (22)2bPIR??若三相負載不平衡，假設(shè)某相負荷為 ，另兩相分別為 ，線電流為： (23)(3/2)(3/2)?????? (24)27[).).1.]4PIRI??與平衡時相比．，可見三相負載不平衡造成線損增大。極端情況是全部負荷由一相供電，是三相平衡時的6倍，增大了5倍。功率損耗為: (25)??22318IRI??2) 線路電壓過高引起線路過負載。三相電壓不平衡會使某一相的線路電壓過高，造成線路過負荷運行。三相電量的不平衡度通常以負序分量與正序分量的百分比 %表示。21A三相電壓不平衡度的準確算式： (26)2136%A????4422()KLM??3) 線路電流過高引起線路過負載。通常在在補償電容器在合閘投入電網(wǎng)瞬間，由于電容器兩端電壓不能躍變，相當于電源合閘到短路上去．因而產(chǎn)生頻率，幅值很大的過渡性電流，稱為合閘涌流 一般情況下涌流為正常電流幅值的6～8倍，造成了線路過負荷工作。4) 電網(wǎng)高次諧波引起的過負荷。電網(wǎng)線路中由于大量非線性設(shè)備的投運，或是電路中的非完全正弦電勢的存在都會產(chǎn)生高次諧波。由于電網(wǎng)中的多次諧波大多是周期性的，因而可使用離散傅立葉分析，如圖23所示:廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析990Ph560Ph4120Ph330Ph2Ph15Mag51Mag4Mag3Mag210Mag1Harmonic wave41V200HzHarmonic wave1010V50Hz1Harmonic wave Fundamental wave 10V50HzInMagPhaseDiscrete Fourier4InMagPhaseDiscrete Fourier3InMagPhaseDiscrete Fourier2InMagPhaseDiscrete Fourier1InMagPhaseDiscrete Fourier5ConstantAdd圖23 離散Fourier分析高次諧波信號圖23中用離散Fourier 模塊分析了包含 3次，4次，11 次諧波在內(nèi)的電壓信號，通過Display模塊顯示出基波和3次諧波的電壓有效值和初相位角，誤差幾乎為0。負載在非正弦電壓作用下電網(wǎng)中由于大量非線性設(shè)備的投運，或是電路中的非完全正弦電勢的存在都會產(chǎn)生高次諧波，使得總電流有效值比基波電流值大得多，從而導(dǎo)致線路的過負荷運行。 線路運行于低電壓工作狀態(tài)當三相電壓不平衡，無功功率欠補，負載變化，或發(fā)生短路故障時，都會出現(xiàn)某一相的線路工作在低電壓狀態(tài)。當電壓下降到額定電壓的65%～ 70%時，無功靜態(tài)穩(wěn)定破壞，將發(fā)生電壓崩潰，造成大面積停電事故。電網(wǎng)低電壓的形成主要是由于發(fā)電廠向用戶輸送無功功率，而這些無功功率是使用大量的無功負荷造成的。由于負載在晝夜之間的變化，當負荷高峰時產(chǎn)生低電壓運行情況；也有在同一時間線路起點到中點電壓是滿足要廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析10求的，但在線路的終端卻出現(xiàn)了低電壓運行，發(fā)電機由于接地短路引起低電壓運行仿真電路如圖25所示: 10kwABCThreePhase FaultABCabcThreePhase BreakerTerminator2Terminator1TerminatorScope2Scope1ScopesignalmagnitudeangleFourier2signalmagnitudeangleFourier1signalmagnitudeangleFourier Display2Display1Display11Constantv+CACBTm mABCabcAsynchronous Machinepu Unitsv+ABA100km Parameters LineA B Cv+ BCRotor current ir_a (pu)Stator current is_a (pu)Electromagic torque Te (pu)Rotor speed (wm)Stator voltage vs_q (pu)Rotor voltage Vr_q (pu)圖25 發(fā)電機短路故障仿真電路 圖26 三相電源線路短路時定子與轉(zhuǎn)子電流和電壓 圖27 正常狀態(tài)下的定子與轉(zhuǎn)子的電流和電壓 電動機是電網(wǎng)中使用比較廣泛的設(shè)備， 當線路出現(xiàn)低壓運行狀態(tài)時，電動廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析11機不能正常工作，低壓對異步電動機的影響如圖28所示：wm* Step(.)vab (V)v+vabKrpmKpu2radpersecKpeak2rmsir,is (A)TmmABCasynchronous machines +Vbcs + VabsinABCThreePhase FaultABCabcThreePhase BreakerABCabcThreePhaseVI MeasurementRelayCRelayBRelayARMS Vab voltageN (rpm)remMathFunctionLookUpTablesignalmagnitudeangleFourierDemuxDemux 1/19802*pi/3*[ 0,1,1 ]ClockA B C 1okW Rotor current ir_a (A)Stator current is_a (A)Rotor speed (wm)圖28 異步電動機短路故障仿真電路 圖29 正常狀態(tài)的定子與轉(zhuǎn)子電流 圖210 短路故障下的定子與轉(zhuǎn)子的電流廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析12 圖211 正常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 圖212 接地短路故障下的定子轉(zhuǎn)速在圖28 中，由對比發(fā)現(xiàn)，異步電動機在低壓狀態(tài)下，定子與轉(zhuǎn)子的電流減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速明顯降低，此時由異步電動機驅(qū)動的設(shè)備如水泵等出力隨之下降。 線路運行于低頻減載工作狀態(tài)在事故情況下，由于發(fā)電廠的退出，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)有功功率供需不平衡，這將引起系統(tǒng)頻率下降，如果調(diào)頻裝置不能快速釋放備用容量，使系統(tǒng)頻率盡快恢復(fù)，那么自動減負荷裝置作為最后的補救措施而動作，將阻止系統(tǒng)頻率的繼續(xù)下降，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)“頻率崩潰 ”、“ 電壓崩潰”的結(jié)果。電力線路運行在低頻狀態(tài)下產(chǎn)生的影響包括：1)頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大,對于額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)，當頻率降低到45Hz附近時，某些汽輪機的葉片可能因產(chǎn)生共振而斷裂，造成重大事故。2)頻率下降到47~48Hz時，這種趨勢如果不能及時制止，就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不允許的程度，這種現(xiàn)象稱為頻率雪崩。3)電力系統(tǒng)頻率下降使異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使異步電動機和變壓器的無功消耗增加，從而使系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會造成發(fā)電機的電動勢下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低，引發(fā)電壓雪崩現(xiàn)象。4)電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準確性和性能，頻率過低時有些設(shè)備甚至無法工作。5)電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致所帶動機械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響用戶設(shè)備的正常運行。 控制回路異常一個正常的控制回路操作部分應(yīng)包括能滿足雙重化跳閘；跳合閘命令廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析13應(yīng)保持足夠長的時間；有防止多次跳躍動作的閉鎖措施；井對跳合閘回路的完好性應(yīng)能隨時監(jiān)視；能實現(xiàn)液壓氣壓低的閉鎖。在現(xiàn)場的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，控制回路常發(fā)生不能正常操作的問題：如開關(guān)彈跳，指示燈狀態(tài)全無等。這些異常情況主要由以下三方面引起：1) 控制回路中元件的質(zhì)量問題?？刂苹芈分兄饕ㄌl位置繼電器、合閘位置繼電器、防跳繼電器及壓力閉鎖繼電器等。這些機械觸點式電磁繼電器經(jīng)檢驗調(diào)整后幾乎不會出現(xiàn)故障，但這些電磁繼電器線圈上都并聯(lián)有消除線圈反電勢的滅磁二極管。當TWJ上并聯(lián)的滅磁二極管被軟擊穿后，相當于合閘信號一直加在合閘回路上，開關(guān)跳開后又通過此回路使斷路器自動合上。同理若HWJ上的滅磁二板管軟擊穿就會發(fā)生斷路器合上后自動跳開的現(xiàn)象。由此可見，控制回路中電子元件的選用很重要。 2)設(shè)計回路原理上不合理。一個邏輯回路設(shè)計不合理，不僅無法正確控制某設(shè)備或某一系統(tǒng)的工作狀態(tài)，而且將影響到被控系統(tǒng)的工作可靠性和安全性。例如回路不合理引起控制回路間產(chǎn)生迂回寄生回路，致使跳閘位置繼電器或合閘位置繼電器誤動。3)斷路器二次附加回路引起。 斷路器彈簧未儲能彈簧在任意伸長為 時的彈性勢能為： x (27)21PEkx?在斷路器合閘之前，首先通過儲能電機將電能轉(zhuǎn)化為動能，再將動能通過壓縮彈簧的形式儲存在彈簧里，當合閘命令到達時，通過一系列的機構(gòu)釋放彈簧里的能量使斷路器合閘。可見當彈簧未儲能時，斷路器無法及時合閘。 電壓互感器 TV 斷線當配電網(wǎng)的母線電壓超過3 kV時，必須使用電壓互感器 (TV)和電流互感器(TA) 實現(xiàn)對電能參數(shù)的檢測 。TV 和TA在運行時會出現(xiàn)兩類故障：短廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析14路和斷線。TV的短路和TA的斷線都是非常嚴重的事故，會嚴重影響電網(wǎng)的正常運行，這種故障一般不允許發(fā)生，也不便檢測。而TV的斷線和TA的短路則可能發(fā)生，它們的出現(xiàn)不會影響電網(wǎng)的正常運行，但會使電能計量裝置出現(xiàn)嚴重誤差。 繼 電 保 護 的 原 理 與 邏 輯 分 析根據(jù)上文分析的線路故障與異常工作狀態(tài)，線路繼電保護裝置需要設(shè)置如下保護功能。 兩段式電流保護的原理與邏輯分析1 兩段式電流保護的原理兩段式電流保護是對兩段的電流變化做出反應(yīng)。在主線上由于變壓器將主線分為了A，B，C ，三段。對 A段的電流保護要考慮其本身出問題的時候帶來的影響，這個稱為1段保護，要考慮B段對A 的影響，就要設(shè)置2段保護。第1段為主保護段，第2段為后備保護段。在實際應(yīng)用中，為簡化保護配置及整定計算，把瞬時電流速斷保護和定時限過電流保護相配合構(gòu)成兩段式電流保護。瞬時電流速斷保護和定時限過電流保護由電磁式中間繼電器(作為出口元件) 、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)組成。在本裝置中,電流的1段和2段保護均采用了定時限過電流保護。瞬時電流速斷保護最大的優(yōu)點是動作迅速，但只能保護線路的首端。而定時限過電流保護雖能保護線路的全長,但動作時限太長。因此,它的保護范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。這樣，當下一段線路始端發(fā)生短路時，保護也會起動。為了保證選擇性的要求，須使其動作時限比下一段線路的瞬時電流速斷保護大1個時限級差，其動作電流也要比下一段線路瞬時電流速斷保護的動作電流大一些。2 兩段式電流保護的定值與邏輯分析兩段式電流保護的定值和整定范圍如表 1 所示：表 1 兩段式電流保護的整定廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第二章 線路保護的原理分析15電流Ⅰ段定值 ～20In 電流Ⅰ段時限 0s～100s 1．電流Ⅰ段保護電流Ⅰ段壓板 投入或退出電流Ⅱ段定值 ～20In 電流Ⅱ段時限 0s～100s 2．電流Ⅱ段保護電流Ⅱ段壓板 投入或退出表 1 中電流 1 段和 2 段保護的定值范圍從 ～20In,In 為額定電流 整定步長為 。電流Ⅰ段保護時限范圍從 0s～100s，整定步長為 。兩段式電流保護的邏輯框圖如圖 213 所示：≥ 1amp。000電流保護投 / 退I a 過電流定值I b 過電流定值I c 過電流定值跳閘過電流跳閘信號（ 顯示遠傳 ）保護動作（ 中央信 號 ）圖 213 兩段式電流保護的邏輯框圖 過負荷保護的原理與邏輯分析1 過負荷保護的原理線路出現(xiàn)過負荷的原因在上文已經(jīng)分析了，三相負載不平衡、線路