【正文】 了 3 個發(fā)展階段：從 8位單 CPU結(jié)構(gòu)的微機保護問世，不到 5 年時間就發(fā)展到多 CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應用。 南京電力自動化研究院一開始就研制了 16 位 CPU 為基礎的微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究 32 位保護硬件系統(tǒng)。天津大學一開始即研制以 16位多 CPU為基礎的微機線路保護， 1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號處理器 (DSP)為基礎的保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設備公司合作研制成一種功能齊全的 32 位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機。 CPU 的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是 32 位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存 (Cache)和浮點數(shù)部件都集成在 CPU 內(nèi)。這就要求微機保護裝置具有相當 于一臺 PC 機的功能。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現(xiàn)實的。天津大學已研制成用同微機保護裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。 (2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護 裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。 繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。 網(wǎng)絡化 計算機網(wǎng)絡作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活 的面貌發(fā)生了根本變化。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍 (這是首要任務 )，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡化。 對于一般的非系統(tǒng)保護，實現(xiàn)保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。對自適應保護原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護的計算機網(wǎng)絡化，才能做到 這一點。天津大學 1993年針對未來三峽水電站 500kV 超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護的原理，初步研制成功了這種裝置。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成使母線整個被切除的惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。 保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一 體化 在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡上的一個智能終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 5 據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制 、 測量、數(shù)據(jù)通信一體化。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復雜。如果用光纖作為網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾。在采用 OTA 和 OTV 的情況下，保護裝置應放在距OTA 和 OTV 最近的地方，亦即應放在 被保護設備附近。從主控室通過網(wǎng)絡可將對被保護設備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系 統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應用，在繼電保護領(lǐng)域應用的研究也已開始［ 7］。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。將這些人工智能方法適當結(jié)合可使求解速度 更快?？梢灶A見，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問 [1]。各電氣元件及系統(tǒng)整體一般處于正常運行狀態(tài)，但也可能出現(xiàn)故障或異常運行狀態(tài)，如短路，斷線、過負荷等狀態(tài)。短路點的電弧及短路電流的熱效應和機械效應會直接損壞電氣設備， 電壓下降會破壞電能用戶的正常工作，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以各種形式的短路是故障中最常見，危害最大的。例如，長時間的過負荷會使電氣元件的載流部分和絕緣材料的溫度過高，從而加速設備的絕緣老化，或損壞設備。 為防止事故發(fā)生，電力系統(tǒng)繼電保護就是裝設在每一個電氣設備上，用來反映它們發(fā)生和異常運行情況，從而動作于短路器挑閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。 （ 2）反應電氣設備的不正常工作情況 ,并根據(jù)不正常 工作情況和設備運行維護條件的不同 (例如有無經(jīng)常值班人員 )發(fā)出信號 ,以便值班人員進行處理 ,或由裝置自動地進行調(diào)整 ,或?qū)⒛切├^續(xù)運行而會引起事故的電氣設備予以切除。 繼電保護的特點 電力系統(tǒng)各元件之間通常用斷路器 DL 互相連接，每臺斷路器都裝有相應的繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 7 繼電保護裝置，可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖。實際上，每一電氣元件一般都有兩種保護裝置；主保護和后備保護，必要時還另外增設輔助保護。 圖 21 后備保護的構(gòu)成結(jié)構(gòu) 后備保護：當主保護拒動時起作用，從而動作于相應斷路器以切除故障元件。當主保護或其斷路器拒動時，由相鄰元件或線路的保護實現(xiàn)后備的，叫遠后備。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 8 3 繼電保護的基本要求 繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的基本要求。 為保證對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內(nèi)有配合要求的兩元件 (如啟動與跳閘元件或閉鎖與動作元件 )的選擇性 ,其靈敏系數(shù)及動作時間 ,在一般情況下應相互配合。一般從裝設速動保護 (如高頻保護、差動保護 )、充分發(fā)揮零序接地瞬時段保護及相間速斷保護的作用、減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面入手來提高速動性。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 9 目前常 用的無時限整套保護的動作時間為： 帶方向或不帶方向的電流電壓速斷保護裝置 。 可靠性 可靠性是 指 在 保護 裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應該反應的故障時，保護裝置應可靠的動作；而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，則不應該動作。 上述四點基本要求是互相聯(lián)系又相互矛盾的，是分析研究各種繼電保護裝置的基礎。 （ 2）電流延時速斷保護：故障電流超過速斷保護整定值時，帶一定延時后發(fā)出 跳閘命令。 （ 4）過電壓保護：故障電壓超過保護整定值時，發(fā)出跳閘命令或過電壓信號。 （ 7）單相接地保護：當一相發(fā)生接地后對于接地系統(tǒng)，發(fā)出跳閘命令，對于中性點不接地系統(tǒng)，發(fā)出接地報警信號。 （ 9）距離保護：根據(jù)故障點到保護安裝處的距離（阻抗）發(fā)出跳閘命令稱為距離保護。 （ 11）高頻保護：利用弱電高頻信號傳遞故障信號來進行選擇性跳閘的保護稱為高頻保護。 （ 13）瓦斯保護：對于油浸變壓器，當變壓器內(nèi)部發(fā)生匝 間短路出現(xiàn)電氣火花，變壓器油被擊穿出現(xiàn)瓦斯氣體沖擊安裝在油枕通道管中的瓦斯繼電器，故障嚴重，瓦斯氣體多，沖擊力大，重瓦斯動作于跳閘，故障不嚴重，瓦斯氣體少，沖擊力小，輕瓦斯動作于信號。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 11 （ 15）主保護：滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，出現(xiàn)故障后能以最快速度有選擇性的切除被保護設備或線路的保護。主保護拒動，本電力 系統(tǒng)或線路的另一套保護發(fā)出跳閘命令的為近后備保護。 （ 17）輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能，或當主保護和后備保護檢修退出時而增加的簡單保護。 （ 19）跳閘回路斷線：斷路器跳閘回路斷線后，繼電保護發(fā)出跳閘命令斷路器也不能跳開，所以跳閘回路斷線時應發(fā)出報警信號。繼電保護發(fā)出跳閘命令斷路器跳開后馬上再發(fā)出合閘命令，稱為重合閘。有了重合閘功能之后，在發(fā)生故障后，繼電保護先不考慮保護整定時間，馬上進行跳閘，跳閘后，再進行重合閘，重合后故障不能切除，然后再根據(jù)繼電保護整定時間進行跳閘，此種重合閘為前加速重合閘。 繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 12 5 繼電保護的原理 電流速斷保護原理 （ 1）電流速斷保護（第Ⅰ段）： 對于僅反應于電流增大而瞬時動作電流保護，稱為電流速斷保護。 （ 3）限時電流速斷保護（第Ⅱ段） ①任何情況下能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性 ②在滿足要求①的前提下，力求動作時限最小。 （ 4）整定值的計算和靈敏性校驗 為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮其保護范圍不超出下一條線路第Ⅰ段的保護范圍。 動作電流 ： 動作時間： Δ t 取 ，稱時間階梯。此時： 動作電流： （ 5）構(gòu)成： 與第Ⅰ段相同：僅中間繼電器變?yōu)闀r間繼電器。其起動電流按躲最大負荷電流來整定的保護稱為過電流保護，此保護不僅能保護本線路全長，且能保護相鄰線路的全長。 電動機自起動電流要大于它正常工作電流，因此引入自起動系數(shù) KZq m axm ax ?? ? fzqzq IKI m a xm a x ?? ????? fzqIIIkzqIIIkh IKKIKI (57) ??IIIkK ??zqK ?hK 顯然，應按計算動作電流，且由式可見， Kh 越大， IdZ 越小， Klm 越大。（過電流繼電器的返回系數(shù)為～ ） ④動作時間 在網(wǎng)絡中某處發(fā)生短路故障時，從故障點至電源之間所有線路上的電流保護第Ⅲ段的測量元件均可能動作。為了保證選擇性，須加延時元件且其動作時間必須相互配合。 （ 10）電流保護的接線方式 ①定義：指保護中電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。 ③三相星行接線的特點：每相上均裝有 CT 和 LJ、 Y 形接線； LJ的觸點并聯(lián)。接線系數(shù)： (58) （ 12） IdZ與 IdZ..J之間的關(guān)系： （ 13）比較： ①對各種相角短路，兩種接線方式均能正確反映。 電網(wǎng)相間短路的方向性電流保護原理 功率方向繼電器的工作原理： 圖 55 功率方向繼電器的工作原理 電流規(guī)定方向：從母電流向線路為正。 00 270180 ???021 180a r g ????dAdI NAU ??0co s ?? ?AAIUP繼電保護狀態(tài)檢修實際應用的研究 18 6 設計內(nèi)容 整定計算的一般規(guī)則 繼電保護的設置與系統(tǒng)的運行方式密切相關(guān)，所以繼電保護的優(yōu)化配置要以系統(tǒng)的主要或經(jīng)常采用的運行方式為主，并兼顧系統(tǒng)故障后或因停電檢修時而轉(zhuǎn)換成其它運行方式。在保證選擇性方面，以保證主保護的選擇性為主，并兼顧后備保護的選擇性，特殊情況下，可放 棄后備保護的選擇性，保證其可靠性。在保證靈敏性方面，以保證主保護和近后備保護的靈敏性為主，并兼顧遠后備保護的靈敏度，若遠后備保護的靈敏度過低，也可放棄遠后備保護。下列參數(shù)必須使用實測值： （ 1）三相三柱式變壓器的零序阻抗； （ 2）架空線路和電纜 線路的零序阻抗； （ 3）平行線之間的零序互阻抗； （ 4）雙回線同名相間的和零序的差電流系數(shù)等。 （ 2）發(fā)電機和調(diào)相器的正序電抗，可以采用 t=0s 時的初瞬值 Xd 的飽和值。 （ 3）假定旋轉(zhuǎn)電機的負序電抗等于正序電抗，即 x2=x1。 （ 5）在大多情況下不計線路電容電流和變壓器勵磁電流的影響。對短路咱臺過程中的非周期分量電流所造成的影響，則應在設計保護裝置時和整定計算是予以考慮。對過量保護通常都是根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式來確定保護整定 值，以保證選擇性。 （ 1）最大運行方式 根據(jù)電力系統(tǒng)最大負荷的需要，電力系統(tǒng)中的發(fā)電設備都投入運行以及選擇的接地中性點全部接地的系統(tǒng)運行方式稱為最大運行方式。 （ 2）最小運行方式 根據(jù)系統(tǒng)最小負荷，投入與之相適應的發(fā)電設備且系統(tǒng)中性點只有少部分接地的運行方式稱為最小運行方式。 （ 3）正常運行方式 根據(jù)系統(tǒng)正常負荷的需要，投入與之相適應數(shù)量的發(fā)電機、變壓器和線路的運行方式稱為正常運行方式。 對于某些特殊運行方式，運行時間很短，對保護的選擇性或靈敏性有困難時，且保護拒動或誤動不會引起大面積停電的情況下，可不予考慮 [4]。遇到因變壓器檢修等原因使變電所的零序阻抗有較大變化的特殊運行方式時，應根據(jù)規(guī)程規(guī) 定或?qū)嶋H情況臨時處理。當變壓器檢修時，可作特殊運行方式處理，例如改定值或按規(guī)定停用、起用有關(guān)保護段。如果由于某些原因，變電所正常必須有兩臺變壓器中性點直接接地運行，當其中一臺中性點直接接地的變壓器停運時，若有第三臺變壓器則將第三臺變壓器改為中性點直接接地 運行。