什么是繼電保護(hù)?
繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測(cè),從而發(fā)出報(bào)警信號(hào),或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。
研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況,以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過(guò)程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等),使之免遭損害,所以也稱繼電保護(hù);救蝿(wù)是:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí),在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi),自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除,或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源,以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。
基本原理
繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障,是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)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(lái)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(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過(guò)負(fù)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(shí),系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降,且越靠近短路點(diǎn),電壓越低。
(3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角,一般約為20°,三相短路時(shí),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60°~85°,而在保護(hù)反方向三相短路時(shí),電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°~85°)。
(4)測(cè)量阻抗發(fā)生變化。測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí),測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗;金屬性短路時(shí),測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫路阻抗,故障后測(cè)量阻抗顯著減小,而阻抗角增大。
不對(duì)稱短路時(shí),出現(xiàn)相序分量,如兩相及單相接地短路時(shí),出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量;單相接地時(shí),出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。
利用短路故障時(shí)電氣量的變化,便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。
此外,除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外,還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護(hù),如瓦斯保護(hù)。
基本要求
繼電保護(hù)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(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。對(duì)于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù),應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè)基本要求,而對(duì)于作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置,這四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。
1)選擇性
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(shí),其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除,當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí),應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。
2)速動(dòng)性
速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障,以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間,降低設(shè)備的損壞程度,提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。
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(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障。
(3)中、低壓線路導(dǎo)線截面過(guò)小,為避免過(guò)熱不允許延時(shí)切除的故障。
(4)可能危及人身安全、對(duì)通信系統(tǒng)造成強(qiáng)烈干擾的故障。
故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間,一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.04s~0.08s,最快的可達(dá)0.01s~0.04s,一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s~0.15s,最快的可達(dá)0.02s~0.06s。
對(duì)于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置,一般不要求快速動(dòng)作,而應(yīng)按照選擇性的條件,帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào)。
3)靈敏性
靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí),保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。
能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù),在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí),不論短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何,以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻,都能正確反應(yīng)動(dòng)作,即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作,而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)較大的過(guò)渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。
系統(tǒng)最大運(yùn)行方式:被保護(hù)線路末端短路時(shí),系統(tǒng)等效阻抗最小,通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式;
系統(tǒng)最小運(yùn)行方式:在同樣短路故障情況下,系統(tǒng)等效阻抗為最大,通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。
保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。
4)可靠性
可靠性包括安全性和信賴性,是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求。
安全性:要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作,即不發(fā)生誤動(dòng)。
信賴性:要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作,即不拒動(dòng)。
繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重危害。
即使對(duì)于相同的電力元件,隨著電網(wǎng)的發(fā)展,保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化。
以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù),又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的,但往往又存在著矛盾。因此,在實(shí)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(jìn)行統(tǒng)一。