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继电保护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。(保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑)。
一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度。
1.3.4可靠性
继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动;再规定的保护范围内发生故障时,应可靠动作;而在不属于该保护动作的其他任何情况下,应可靠的不动作。(主保护对动作快速性要求相对较高;后备保护对灵敏性要求相对较高。)
1.4继电保护技术发展简史
上世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器,本世纪初,随着电力系统的发展,继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。
1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用,在此时期也出现了将电流与电压比较的保护原理,并导致了本世纪29年代初距离保护的出现。随着电力系统载波通讯的发展,在1927年前后,出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率或相位的高频保护装置。在50年代,微波中继通讯开始应用与电力系统,从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。早在50年代就出现了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想。经过20余年的研究,终于诞生了行波保护装置。显然,随着光纤通讯将在电力系统中的大量采用,利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时,构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革.50年代以前的继电保护装置都是由电磁型感应型或电动型继电器组成的这些继电器统称为机电式继电器.
本世纪50年代初由于半导体晶体管的发展开始出现了晶体管式继电保护装置称之为电子式静态保护装置.70年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期满足了当时电力系统向超高压大容量方向发展的需要.80年代后期标志着静态继电保护从第一代(晶体管式)向第二代(集成电路式)的过渡.目前后者已成为静态继电保护装置的主要形式.
在60年代末有人提出用小型计算机实现继电保护的设想由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究对后来微型计算机式继电保护(简称微机保护)的发展奠定了理论基础.
70年代后半期比较完善的微机保护样机开始投入到电力系统中试运行.
80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋于成熟并已在一些国家推广应用这就是第三代的静态继电保护装置.微机保护装置具有巨大的优越性和潜力因而受到运行人员的欢迎.进入90年代以来它在我国得到了大量的应用将成为继电保护装置的主要型式.可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来将成为未来电力系统保护控制运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.
2.35KV线路故障分析
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2.1常见故障分析 2.1.1相间短路
这里的“相”指三相对称制交流电源,是由三个单相交流电源所组成的电源系统——简称三相交流电源。我国所采用的供电方式称为三相四线制交流电源,三相发电机的绕组作星形连接。各绕组的首端称端线,端线与端线之间的电压称为线电压。各绕组的末端连接在一起称中线,与端线之间的电压称为相电压。相间短路是指端线与端线之间未经过负载(即用电器)而相连接所造成的电源短路。
2.1.2接地短路
在接地系统中,一相接地较大,可能构成系统短路。这时的接地电流叫做接地短路电流。在高压接地系统中,接地短路电流可能很大。接地短路电流在500A及500A以下者称为小接地短路电流系统;接地短路电流500A以上者均为大接地短路电流系统。
3、35KV线路继电保护的配置
相间短路保护采用两相两继电流保护,它是一种阶段式电流保护。以第Ⅰ段、第Ⅱ段电流速断保护作为主保护,以第Ⅲ段过电流保护作为后备保护。 2、单相接地故障的保护方式之一:
4.电网相间短路的电流保护
在电网中35kv及以下的较低电压的网络中主要采用三段式电流保护,最主要的优点就是简单、可靠,并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。 三段式过流保护包括:
1、瞬时电流速断保护(简称电流速断保护或电流ⅰ段) 2、限时电流速断保护(电流ⅱ段) 3、过电流保护(电流ⅲ段)。
电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应电流增大而动作的保护,它们相
互配合构成 一整套保护,称做三段式电流保护,它们的不同是保护范围不同。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中速 断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的,而过电流保护是按照躲开最 大负荷电流来整定的。?
1、瞬时电流速断保护:保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全长的85%
2、限时电流速断保护:保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15% 3、过电流保护:保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长
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4.1瞬时电流速断保护
输电线路发生短路时,电流突然增大,电压降低。利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置,称为电流保护。
通常输电线路电流保护采用阶段式电流保护,采用三套电流保护共同构成三段式电流保护。可以根据具体的情况,只采用速断加过流保护或限时速断加过流保护,也可以三段同时采用。
4.1.1 瞬时电流速断保护的工作原理
瞬时电流速断保护又称Ⅰ段电流保护,它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电
流保护。
图形符号: I>
当系统电源电势一定,线路上任一点发生短路故障时,短路电流的大小与短路点至电源之间的电抗(忽略电阻)及短路类型有关,三相短路和两相短路时,流过保护安装地点的短路电流可用下式表示 式中
I(3)kEs?Xs?X1lEs3?2Xs?X1l 2-1 2-2
Ik(2)?Es——系统等电源相电势;
Xs——系统等效电源到保护安装处之间的电抗; X1——线路千米长度的正序电抗;
l ——短路点至保护安装处距离。
由式(2.1-1)、式(2.1-2)可见,当系统运行方式一定时,Es和Xs是常数,流过保护安装处的短路电流,是短路点至保护安装处距离l的函数。短路点距离电源越远(l越大),短路电流值越小。
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4.1.2原理接线
信号图2.1——1 瞬时电流速断保护原理接线图
瞬时电流速断保护单相原理接线,如图(2.1—1)所示,它是由电流继电器KA(测量元件)、中间继电器KM、信号继电器KS组成。 正常运行时,流过线路的电流是负荷电流,其值小于其动作电流,保护不动作。当在被保护线路的速断保护范围内发生短路故障时,短路电流大于保护的动作值,KA常开触电闭合,启动中间继电器KM,KM触电闭合,启动信号继电器KS,并通过断路器的常开辅助触电,接到跳闸线圈YT构成通路,断路器跳闸切除故障线路。 因电流继电器的触电容量比较小,若直接接通跳闸回路,会被破坏,而KM的触点容量较大,可直接接通跳闸回路。另外,考虑当线路上装有管型避雷器时,当雷击线路使避雷器放电时,而避雷器放电的时间约为0.01s,相当于线路发生顺势短路,避雷器放电完毕,线路即恢复正常工作。在这个过程中,瞬时电流速断保护不应误动作,因此可利用带延时0.06~0.08s中间继电器来增大保护装置固有动作时间,以防止管型避雷器放电引起瞬时电流速断保护的误动作。信号继电器继电器KS的作用以指示保护动作,以便运行人员处理和分析故障。
4.1.3瞬时电流速断保护的整定计算
在继电保护装置的整定计算中,一般考虑两种极端的运行方式,即最大运行方式和最小运行方式。
流过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为系统最大运行方式,此时系统阻抗
Xs为最小;反之,当流过保护安装处的短路电流最小的运行方式称为系统最小运行方式,此时系统阻抗Xs为最大。图2.2—1中曲线Ik.max表示最大运行方式下三相短路电流随的变化曲线,曲线Ik.min表示最小运行方式下两相短路电流随 l 的变化曲线。
设保护1、2分别为线路曲线L1和L2的瞬时电流速断保护。在线路AB瞬时电流速 断保护区内发生故障时,保护1应瞬时动作;在线路BC瞬时保护的保护区内发生故障时,保护2应瞬时动作。
10 K2 IkNIk.maxM(2)Ik.minIop1lminlmaxIkB.maxl 图表2.2——1曲线表示最大运行方式 曲线表示最小运行方式 为保证选择性,对保护1而言,本线路末端短路时应瞬时动作切除故障;在相邻线路L2首端K2点短路时,不应动作,而应由保护2动作跳开断路器切除故障但由于被保护线路末端短路与相邻线路出口处K2短路的短路电流几乎相等,保护1无法区别被保护线路末端短路故障和K2点的短路故障。
因此,瞬时电流速断保护1的动作电流应按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定,即
IIIop?K1relIkB.max (2—3)
式中
IIop1—保护1无时限电流速断保护的动作电流,又称一次动作电流;
KrIe—可靠系数,考虑到继电器的整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的l影响等而引入的大于1的系数,一般取1.2~1.3。
IkB.ma—被保护线路末端末端B母线上三相短路时保护安装测量到的最大短路电x流,一般取次暂态短路电流周期分量的有效值。
瞬时电流速断保护按式(2.2—1)确定整定值时,保证了在相邻线路上发生短路故障保护1不会误动作。当然这样选择保护动作电流之后,瞬时电流速断保护必然不能保护线路全长。同时从图(2.2—1)还可以看出,瞬时电流速断保护范围随系统运行方式和短路类型而变。在最大运行方式下三相短路时,保护范围最大为lmax;在最小运行方式下两相短路时,保护范围最小为lmin。对于短线路,由于线路首末端短路时,短路电流数值相差不大,在最小运行方式下保护范围可能为零。瞬时电流速断保护的选择性是依靠保护整定值保证的
瞬时电流速断保护的灵敏系数,是用其最小保护范围来衡量的,规程规定,最小保护范围lmin不应小于线路全长的(15~20)%。
图(2.2—1)中在最小保护区末端(交点N)发生短路故障时,短路电流等于由式(2.2