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保护装置的保护区是怎么划分出来的?

发布时间:2020-01-03 责任编辑:xueqi

【导读】首先,我们要将一次设备的电压、电流量线性地转化成适合保护装置使用的电压和电流量,并且将一次设备和二次设备隔离开。在我们的实际现场,这个功能由电流互感器、电压互感器和互感器接到保护装置的电缆实现。这部分叫做 “测量回路”。
 
Q:保护装置由哪几部分构成?每个部分有什么作用?
 
一般继电保护装置由 测量比较元件、 逻辑判断元件、 执行输出元件三部分构成。
 
测量比较元件负责把输入元件的物理参量与给定的值进行比较,根据比较结果,输出“0”或“1”性质的逻辑信号。根据实现原理不同,这个“0”或“1”可以表示电平的高低,也可以是触点的断开和闭合。
 
逻辑判断元件将多个测量比较元件输出逻辑信号的性质(是“0”还是“1”)、先后顺序、持续时间等进行组合判断,将多个测量元件输出的逻辑信号变成“跳闸”、“发信号”或“不动作”的指令。
 
执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令,发出跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
 
Q:继电保护的工作回路包括哪些?
 
光靠一个保护装置是不能完成保护任务的,要完成继电保护的任务,还需要继电保护的工作回路。
 
首先,我们要将一次设备的电压、电流量线性地转化成适合保护装置使用的电压和电流量,并且将一次设备和二次设备隔离开。在我们的实际现场,这个功能由电流互感器、电压互感器和互感器接到保护装置的电缆实现。这部分叫做 “测量回路”。
 
然后,我们还需要让保护能够控制开关跳闸,这就需要将保护装置出口和开关跳闸线圈连接,这部分叫做 “控制回路”。
 
最后,我们在主控室,现场的保护装置动作了,要想办法让我们知道。为了让运行人员知道保护装置动作情况,我们需要 “信号回路”。
 
此外,对于现在使用的微机保护,保护装置的电源都集成在保护装置内部。装置取220V或110V直流电源,再在装置内部的电源插件中将其转化为适合集成电路芯片工作的电压(5V、12V或24V)。
 
下图是一个用电磁继电器实现的过电流保护的工作回路。目前我们用的都是微机保护,已经见不到这样的接线,但可以用它直观体会保护装置和工作回路的构成。
 
 
图中的KA是一个电流继电器,属于测量比较元件。它通过测量回路接受来自电流互感器TA二次侧的电流,并且和整定值进行比较。如果输入电流大于整定值,电流继电器触点闭合,这个触点的闭合就是一个逻辑信号。这个逻辑信号会启动时间继电器KT,这个时间继电器属于逻辑判断元件。时间继电器(逻辑判断元件)接收到电流继电器(测量比较元件)的逻辑信号,经过整定的时间延时(逻辑运算)之后,如果输入的逻辑信号不变,则将跳闸指令传给执行输出部分,启动中间继电器KM(执行输出元件),使KM接点闭合,通过控制回路使跳闸线圈YR带电,断路器跳开;同时通过信号回路使信号继电器KS发出动作信号,提醒运行人员保护动作。
 
故障设备被切除后,短路电流消失,电流继电器返回,整套保护装置复归,做好下次动作的准备。
 
Q:保护配置的原则?
 
什么元件要配置什么样的保护,是由很多因素决定的。
 
首先,保护的配置取决于被保护元件的重要程度。如果一台几十万容量的变压器配置简单的熔断器保护,在发生故障时,保护有可能无法及时和灵敏动作,不能起到保护重要元件不受损害的目的。
 
其次,还需要考虑经济性。给几千万的设备花几十万装保护装置还是很划算的,但如果是我们家里,供电线路几千块,加上用电器也不过一两万,花两万块装保护装置显然不够经济。
 
最后,还需要符合规程的规定。
 
所以,虽然现在已经进入了微机保护的时代,但我们仍可以看到不同种类和形式的保护,从简单的熔断器到复杂的微机纵联保护,都可以在现场的不同地方找到。
 
不止是保护配置,技术和经济的比较在很多时候都是工程上我们需要考虑的重要问题。并不是越前沿的技术越好,还需要与经济发展阶段相对应。比如说,花十个亿可以做到全年365天不停电,而只要花三万块就能做到364天不停电,这时候我们就需要斟酌:我们确实需要多花那么多钱实现那么高的可靠性吗?
 
Q:保护区的划分原则?
 
为了尽可能减小因故障跳闸引起的停电区域,我们给每一套保护划分了保护范围,也叫 保护区。保护区内发生的故障叫区内故障,保护区外发生的故障叫区外故障。
 
在电力系统中,能切除故障的元件只有一个,就是断路器,所以 保护以断路器的位置作为分区基准。 保护区的边界取决于电流互感器的位置。一般来说,电流互感器的位置都会紧跟着断路器。
 
以下图为例。
 
 
发电机接到低压母线,再通过升压变压器把电压升高(比如说升高成220kV),经过输电线路输送到220kV变电站。这里就需要发电机保护、变压器保护、母线保护和线路保护。对于发电机保护,我们希望发电机故障时只切除故障的发电机,不影响非故障设备正常运行,而只切除发电机出口断路器就可以实现只停故障发电机的目标,所以我们把保护区的边界划到了发电机出口断路器旁边的电流互感器,如下图:
 
 
我们继续往后看。可以看到发电机接到了低压母线,对于这个低压母线的保护来说,要做到故障时只停母线而不停其它设备,只要让保护在故障时切除和母线直接连接的四个断路器就可以了。所以四个断路器旁边的电流互感器围成的范围就是这条母线保护的保护范围。
 
 
同理,对于后面的升压变压器,断开变压器两侧的断路器可以实现切除变压器而不切除其它元件,所以保护范围就是变压器两侧断路器旁边的电流互感器围成的范围。
 
然后是变压器连接的高压母线。这条母线是分段的,我们希望哪段母线发生故障就只切这段母线而不切另一段,所以每段母线都需要一个单独的保护区。按照上文的分区原则,我们可以很容易地确定出高压母线和输电线路的保护区,如下图:
 
 
我们发现不同元件的保护区之间有重叠的部分。为了保证任何地方发生故障都在保护区内,这样的重叠是必要的。如果没有重叠区,会导致保护出现盲区,造成保护无法正确切除故障元件。但是我们希望重叠区尽可能小,因为重叠区内的故障会造成两个保护区内所有的开关跳闸,扩大停电范围。
 
现在再回头看看站里主保护的保护区划分,是不是直观了很多?
 
 
Q:主保护的配置原则?
 
主保护通常指能实现全线快速切除故障的保护设备。这里的“全线”指“全保护范围”或“全线路”。这里的“快速”在不同电压等级里的定义是不同的。对于10kV,0.5秒就可以算快速;对于330kV,0.2秒以内切除就够了;到了500kV,这个时间变成了0.12秒;750kV,0.1秒或0.08秒;1000kV,要求60ms,也就是三个周波以内切除故障。
 
所以我们可以看到,对于变压器,采用差动保护,时间整定为0秒,因为这样才能满足“快速”;对于我们的配电网,两段电流保护就可以组成一条线路的主保护,第一段时间整定为0秒,第二段时间整定为0.5秒,保证线路上的故障都能被切除,并且最多0.5秒就可以切除,满足“全线快速”;而到了220kV,0.5秒的时间太慢了,所以主保护就变成了纵联保护。纵联保护可以保证线路上任意点发生故障都能快速切除,满足“全线快速”。
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