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保護(hù)裝置的保護(hù)區(qū)是怎么劃分出來的?

發(fā)布時(shí)間:2020-01-03 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】首先,我們要將一次設(shè)備的電壓、電流量線性地轉(zhuǎn)化成適合保護(hù)裝置使用的電壓和電流量,并且將一次設(shè)備和二次設(shè)備隔離開。在我們的實(shí)際現(xiàn)場,這個(gè)功能由電流互感器、電壓互感器和互感器接到保護(hù)裝置的電纜實(shí)現(xiàn)。這部分叫做 “測量回路”。
 
Q:保護(hù)裝置由哪幾部分構(gòu)成?每個(gè)部分有什么作用?
 
一般繼電保護(hù)裝置由 測量比較元件、 邏輯判斷元件、 執(zhí)行輸出元件三部分構(gòu)成。
 
測量比較元件負(fù)責(zé)把輸入元件的物理參量與給定的值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果,輸出“0”或“1”性質(zhì)的邏輯信號。根據(jù)實(shí)現(xiàn)原理不同,這個(gè)“0”或“1”可以表示電平的高低,也可以是觸點(diǎn)的斷開和閉合。
 
邏輯判斷元件將多個(gè)測量比較元件輸出邏輯信號的性質(zhì)(是“0”還是“1”)、先后順序、持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行組合判斷,將多個(gè)測量元件輸出的邏輯信號變成“跳閘”、“發(fā)信號”或“不動作”的指令。
 
執(zhí)行輸出元件根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令,發(fā)出跳閘脈沖及相應(yīng)的動作信息、發(fā)出警報(bào)或不動作。
 
Q:繼電保護(hù)的工作回路包括哪些?
 
光靠一個(gè)保護(hù)裝置是不能完成保護(hù)任務(wù)的,要完成繼電保護(hù)的任務(wù),還需要繼電保護(hù)的工作回路。
 
首先,我們要將一次設(shè)備的電壓、電流量線性地轉(zhuǎn)化成適合保護(hù)裝置使用的電壓和電流量,并且將一次設(shè)備和二次設(shè)備隔離開。在我們的實(shí)際現(xiàn)場,這個(gè)功能由電流互感器、電壓互感器和互感器接到保護(hù)裝置的電纜實(shí)現(xiàn)。這部分叫做 “測量回路”。
 
然后,我們還需要讓保護(hù)能夠控制開關(guān)跳閘,這就需要將保護(hù)裝置出口和開關(guān)跳閘線圈連接,這部分叫做 “控制回路”。
 
最后,我們在主控室,現(xiàn)場的保護(hù)裝置動作了,要想辦法讓我們知道。為了讓運(yùn)行人員知道保護(hù)裝置動作情況,我們需要 “信號回路”。
 
此外,對于現(xiàn)在使用的微機(jī)保護(hù),保護(hù)裝置的電源都集成在保護(hù)裝置內(nèi)部。裝置取220V或110V直流電源,再在裝置內(nèi)部的電源插件中將其轉(zhuǎn)化為適合集成電路芯片工作的電壓(5V、12V或24V)。
 
下圖是一個(gè)用電磁繼電器實(shí)現(xiàn)的過電流保護(hù)的工作回路。目前我們用的都是微機(jī)保護(hù),已經(jīng)見不到這樣的接線,但可以用它直觀體會保護(hù)裝置和工作回路的構(gòu)成。
 
 
圖中的KA是一個(gè)電流繼電器,屬于測量比較元件。它通過測量回路接受來自電流互感器TA二次側(cè)的電流,并且和整定值進(jìn)行比較。如果輸入電流大于整定值,電流繼電器觸點(diǎn)閉合,這個(gè)觸點(diǎn)的閉合就是一個(gè)邏輯信號。這個(gè)邏輯信號會啟動時(shí)間繼電器KT,這個(gè)時(shí)間繼電器屬于邏輯判斷元件。時(shí)間繼電器(邏輯判斷元件)接收到電流繼電器(測量比較元件)的邏輯信號,經(jīng)過整定的時(shí)間延時(shí)(邏輯運(yùn)算)之后,如果輸入的邏輯信號不變,則將跳閘指令傳給執(zhí)行輸出部分,啟動中間繼電器KM(執(zhí)行輸出元件),使KM接點(diǎn)閉合,通過控制回路使跳閘線圈YR帶電,斷路器跳開;同時(shí)通過信號回路使信號繼電器KS發(fā)出動作信號,提醒運(yùn)行人員保護(hù)動作。
 
故障設(shè)備被切除后,短路電流消失,電流繼電器返回,整套保護(hù)裝置復(fù)歸,做好下次動作的準(zhǔn)備。
 
Q:保護(hù)配置的原則?
 
什么元件要配置什么樣的保護(hù),是由很多因素決定的。
 
首先,保護(hù)的配置取決于被保護(hù)元件的重要程度。如果一臺幾十萬容量的變壓器配置簡單的熔斷器保護(hù),在發(fā)生故障時(shí),保護(hù)有可能無法及時(shí)和靈敏動作,不能起到保護(hù)重要元件不受損害的目的。
 
其次,還需要考慮經(jīng)濟(jì)性。給幾千萬的設(shè)備花幾十萬裝保護(hù)裝置還是很劃算的,但如果是我們家里,供電線路幾千塊,加上用電器也不過一兩萬,花兩萬塊裝保護(hù)裝置顯然不夠經(jīng)濟(jì)。
 
最后,還需要符合規(guī)程的規(guī)定。
 
所以,雖然現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代,但我們?nèi)钥梢钥吹讲煌N類和形式的保護(hù),從簡單的熔斷器到復(fù)雜的微機(jī)縱聯(lián)保護(hù),都可以在現(xiàn)場的不同地方找到。
 
不止是保護(hù)配置,技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的比較在很多時(shí)候都是工程上我們需要考慮的重要問題。并不是越前沿的技術(shù)越好,還需要與經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相對應(yīng)。比如說,花十個(gè)億可以做到全年365天不停電,而只要花三萬塊就能做到364天不停電,這時(shí)候我們就需要斟酌:我們確實(shí)需要多花那么多錢實(shí)現(xiàn)那么高的可靠性嗎?
 
Q:保護(hù)區(qū)的劃分原則?
 
為了盡可能減小因故障跳閘引起的停電區(qū)域,我們給每一套保護(hù)劃分了保護(hù)范圍,也叫 保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生的故障叫區(qū)內(nèi)故障,保護(hù)區(qū)外發(fā)生的故障叫區(qū)外故障。
 
在電力系統(tǒng)中,能切除故障的元件只有一個(gè),就是斷路器,所以 保護(hù)以斷路器的位置作為分區(qū)基準(zhǔn)。 保護(hù)區(qū)的邊界取決于電流互感器的位置。一般來說,電流互感器的位置都會緊跟著斷路器。
 
以下圖為例。
 
 
發(fā)電機(jī)接到低壓母線,再通過升壓變壓器把電壓升高(比如說升高成220kV),經(jīng)過輸電線路輸送到220kV變電站。這里就需要發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)和線路保護(hù)。對于發(fā)電機(jī)保護(hù),我們希望發(fā)電機(jī)故障時(shí)只切除故障的發(fā)電機(jī),不影響非故障設(shè)備正常運(yùn)行,而只切除發(fā)電機(jī)出口斷路器就可以實(shí)現(xiàn)只停故障發(fā)電機(jī)的目標(biāo),所以我們把保護(hù)區(qū)的邊界劃到了發(fā)電機(jī)出口斷路器旁邊的電流互感器,如下圖:
 
 
我們繼續(xù)往后看。可以看到發(fā)電機(jī)接到了低壓母線,對于這個(gè)低壓母線的保護(hù)來說,要做到故障時(shí)只停母線而不停其它設(shè)備,只要讓保護(hù)在故障時(shí)切除和母線直接連接的四個(gè)斷路器就可以了。所以四個(gè)斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍就是這條母線保護(hù)的保護(hù)范圍。
 
 
同理,對于后面的升壓變壓器,斷開變壓器兩側(cè)的斷路器可以實(shí)現(xiàn)切除變壓器而不切除其它元件,所以保護(hù)范圍就是變壓器兩側(cè)斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍。
 
然后是變壓器連接的高壓母線。這條母線是分段的,我們希望哪段母線發(fā)生故障就只切這段母線而不切另一段,所以每段母線都需要一個(gè)單獨(dú)的保護(hù)區(qū)。按照上文的分區(qū)原則,我們可以很容易地確定出高壓母線和輸電線路的保護(hù)區(qū),如下圖:
 
 
我們發(fā)現(xiàn)不同元件的保護(hù)區(qū)之間有重疊的部分。為了保證任何地方發(fā)生故障都在保護(hù)區(qū)內(nèi),這樣的重疊是必要的。如果沒有重疊區(qū),會導(dǎo)致保護(hù)出現(xiàn)盲區(qū),造成保護(hù)無法正確切除故障元件。但是我們希望重疊區(qū)盡可能小,因?yàn)橹丿B區(qū)內(nèi)的故障會造成兩個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)所有的開關(guān)跳閘,擴(kuò)大停電范圍。
 
現(xiàn)在再回頭看看站里主保護(hù)的保護(hù)區(qū)劃分,是不是直觀了很多?
 
 
Q:主保護(hù)的配置原則?
 
主保護(hù)通常指能實(shí)現(xiàn)全線快速切除故障的保護(hù)設(shè)備。這里的“全線”指“全保護(hù)范圍”或“全線路”。這里的“快速”在不同電壓等級里的定義是不同的。對于10kV,0.5秒就可以算快速;對于330kV,0.2秒以內(nèi)切除就夠了;到了500kV,這個(gè)時(shí)間變成了0.12秒;750kV,0.1秒或0.08秒;1000kV,要求60ms,也就是三個(gè)周波以內(nèi)切除故障。
 
所以我們可以看到,對于變壓器,采用差動保護(hù),時(shí)間整定為0秒,因?yàn)檫@樣才能滿足“快速”;對于我們的配電網(wǎng),兩段電流保護(hù)就可以組成一條線路的主保護(hù),第一段時(shí)間整定為0秒,第二段時(shí)間整定為0.5秒,保證線路上的故障都能被切除,并且最多0.5秒就可以切除,滿足“全線快速”;而到了220kV,0.5秒的時(shí)間太慢了,所以主保護(hù)就變成了縱聯(lián)保護(hù)??v聯(lián)保護(hù)可以保證線路上任意點(diǎn)發(fā)生故障都能快速切除,滿足“全線快速”。
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