机电一体化论文-继电保护技术探析.doc

1 继电保护技术探析继电保护技术探析 摘要摘要 在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。 由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故 障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时 时平衡、缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。根据继电保护的缺陷提出了相 对应的措施来应对突发事件的发生。回顾了我国电力系统继电保护技术发展的过程， 概述了微机继电保护技术的成就，提出了未来继电保护技术发展的趋势是：计算机、 网络和人工智能技术的发展,继电保护必将向综合自动化技术方向发展。 关键词：关键词：电力系统 继电保护 微机保护 2 目录目录 引言 3 1. 继电保护的基本概念4 1.1 继电保护装置4 1.2 继电保护的作用与组成4 1.3 继电保护的基本原理4 1.4 继电保护基本要求5 2. 10KV 继电保护的基本介绍5 2.1 继电保护在 10KV 供电系统中的重要位置5 2.2 10KV 系统中应配置的继电保护5 2.3 10KV 供电系统的几种运行状况6 3. 继电器的选择.6 3.1 按使用环境选型6 3.2 按输入信号不同确定继电器种类6 4. 继电保护的缺陷和维护.7 4.1 继电保护的缺陷的危险性7 4.2 继电保护运行的缺陷及维修措施7 4.2.1 直流接地.7 4.2.2 控制回路断线.8 结论 9 参考文献.10 致谢 11 3 引言引言 电力系统继电保护是保证电力系统安全运行、提高经济效益的有效技术。计算机控 制技术成功运用到电力系统继电保护中,使得未来继电保护技术发展趋势具有计算机 化、网络化、智能化等特点。 我国继电保护学科、技术、继电器制造和人才队伍培养从无到有,在小活吸收国 外先进继电保护设备和运行技术的基础上,建成了一支具有深厚理论功底和丰富运行 经验的继电保护队伍。经过 60 年的发展和探索,我国已经建成了继电保护研究、设 计、加工制造、运行维护和教学的完整体系。 4 1.1. 继电保护的基本概念继电保护的基本概念 1.11.1 继电保护装置继电保护装置 继电保护装置是一种由继电器和其它辅助元件构成的安全自动装置。它能反映电 气元件的故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号。 (1)故障：将故障元件切除； (2)不正常状态自动发出信号以便及时处理，可预防事故的发生和缩小事故影响 范围，保证电能质量和供电可靠性。 图 1.1 线路过电流保护装置单相原理接线图 1.21.2 继电保护的作用与组成继电保护的作用与组成 在电力系统中，继电保护装置的基本任务（作用）是: （1）当电力系统中的电气设备发生短路故障时，能自动、迅速、有选择性地将 故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分 迅速恢复正常运行。 （2）当电力系统中的电气设备出现不正常运行状态时，并根据运行维护的条件， 动作于发出信号、减负荷或跳闸。继电保护的组成一般由测量部分、逻辑部分和执 行部分组成。 继电保护装置主要都包括三个部分：测量部分、逻辑部分、执行部分。 （保护装置结构方框图） 1.31.3 继电保护的基本原理继电保护的基本原理 现以最简单的过电流保护装置为例，来说明继电保护的组成和基本工作原理。 在图 1.1 所示的输电线路过电流保护装置的原理接线图中,电流继电器 KA 的线 圈接于被保护线路电流互感器 TA 的二次回路，这就是保护的测量回路，它监视被保 5 护线路的运行状态，测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，线路中通过负荷 电流时，电流继电器 KA 不动作；当被保护线路发生短路故障时，流入继电器 KA 线 圈回路的电流大于继电器的动作电流时，电流继电器立即动作，其接点闭合，接通 逻辑回路中时间继电器 KT 的线圈回路，时间继电器起动并经延时后接点闭合，接 通执行回路中的信号继电器 KS 和断路器 QF 跳闸线圈 Y 回路，使断路器 QF 跳闸，切 除故障 可见，这种继电保护装置的核心是电流继电器，它通过电流互感器受电， 经常测量着线路电流值的变化，并与整定值进行比较，一旦超过整定值就动作，向 断路器跳闸机构送出跳闸命令，同时发出继电保护动作信号。 1.41.4 继电保护基本要求继电保护基本要求 为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动 性、灵敏性和可靠性。对继电保护装臵有哪些基本要求 要求是：选择性、快速性、 灵敏性、可靠性。 选择性：系统中发生故障时，保护装臵应有选择地切除故障部 分，非故障部分继续运行； 快速性“短路时，快速切除故障这样可以缩小故障 范围，减少短路电流引起的破坏；减少对用记的影响；提高系统的稳定性； 灵敏性：指继电保护装臵对保护设备可能发生的故障和正常运行的情况，能够灵敏 的感受和灵敏地作，保护装臵的灵敏性以灵敏系数衡量。 可靠性：对各种故障和 不正常的运方式，应保证可靠动作，不误动也不拒动，即有足够的可靠。 2.2. 10KV10KV 继电保护的基本介绍继电保护的基本介绍 2.12.1 继电保护在继电保护在 10KV10KV 供电系统中的重要位置供电系统中的重要位置 随着电力系统的高速发展，电网规模日益壮大，电力系统网络结构更显复杂，提 高电力系统的安全运行水平尤为重要。电力系统是电能生产、变换、输送、分配和 使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。在电力 系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆 盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生 是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、 缺一不可，又几乎是在同一时间内完成的。 2.22.2 10KV10KV系统中应配置的继电保护系统中应配置的继电保护 按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求，在10KV的供电线路、配电变压器 和分段母线上一般应设置以下保护装置： 10KV线路一般均应装设过电流保护。当过电流保护的时限不大于0.5s0.7s,并 没有保护配合上的要求时，可不装设电流速断保护；自重要的变配电所引出的线路 应装设瞬时电流速断保护。当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设略 带时限的电流速断保护。 6 2.32.3 10KV10KV 供电系统的几种运行状况供电系统的几种运行状况 （1 1） 供电系统的正常运行供电系统的正常运行 这种状况系指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作；各种信号、指 示和仪表均工作在允许范围内的运行状况； （2 2） 供电系统的故障供电系统的故障 这种状况系指某些设备或线路出现了一、10kV配电系统的保护配置情况 大部分工厂企业及居民小区用电是10kV供电，并设置配电房，一般情况下一个 配电房安装一台或二台10kV/400V的配电变压器，用380V/220V电压供用户用电，一 次系统接线图，如图1。 用电单位的保护配置存在下面几种情况： 1.10kV配电房单台变压器容量小于800kVA时，为了简化和节省费用，10kV侧往 往只装环网柜，内配设负荷开关和熔断器，不装设断路器和继电保护装置，所以当 发生短路故障时，只能靠熔断器熔断来保护变压器。这种配置的缺点，一是变压器 没有过载保护；二是熔断器熔断电流有分散性、时限不稳定，容易发生越级跳闸， 造成停电扩大。 2.当变压器单台容量大于800kVA及以上时，10kV侧开关柜内均装设断路器并配 置继电保护装置，配置保护的型式有两种： 装设GL-10系列反时限过电流继电器，构成过电流保护，电流定值可以从端子 上做阶梯状调节，缺点是时限调节误差较大，构成上下级保护时限配合难度大。 装设微机保护比较完善，具有过负荷保护信号、过电流保护和速断保护作用 跳闸，保护定值和时间调整比较精确和方便，建议推广选用。 3.3. 继电器的选择继电器的选择 3.13.1 按使用环境选型按使用环境选型 使用环境条件主要指温度、湿度、低气压、振动和冲击。此外，尚有封装方式、 安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力 学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按 整机的环境力学条件或高一级的条件选用。 3.23.2 按输入信号不同确定继电器种类按输入信号不同确定继电器种类 按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电 7 继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继 电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。 4.4. 继电保护的缺陷和维护继电保护的缺陷和维护 4.14.1 继电保护的缺陷的危险性继电保护的缺陷的危险性 继电保护运行过程中不可避免地出现一些影响正常运行的缺陷，有些缺陷甚至迫 使继电保护退出运行，从而影响了整个电网的运行可靠性。继电器保护继电器的原 因很多，根据职责分工，操作和维修管理部门的责任，包括操作和维修不良、误操 作、接线错误，不正确的安装及调试，原理和软件缺陷；基础设施部门的责任，调 试质量差；设计部门设计不合理，设计错误，还有其他的责任和不明原因。基础设 施设计部门责任造成的问题，可以加强全过程技术监督检验来解决；但保护装置制 造不良造成的问题必须依靠厂家解决。 4.24.2 继电保护运行的缺陷及维修措施继电保护运行的缺陷及维修措施 如何快速有效地消除缺陷，恢复继电保护的正常运行，从而保证电网的安全稳定 运行，是每个继电保护工作者所要解决的问题。以下就变电站常见的几种类型的继 电保护缺陷消除方法进行探讨。 4.2.1.4.2.1.直流接地直流接地 直流电源作为电力系统的重要组成部分，为一些重要常规负荷、继电保护及自 动装置提供不间断供电电源，并提供事故照明电源。直流系统发生一点接地时，不 会产生短路电流，可继续运行。但是必须及时查找接地点并尽快消除接地故障，否 则当发生另一点接地时，有可能造成直流电源短路，引起熔断器熔断，或快分电源 开关断开，使设备失去操作电源，引发电力系统严重故障乃至事故。因此，不允许 直流系统在一点接地情况下长时间运行，必须加强在线监测，迅速查找并排除接地 故障，杜绝因直流系统接地而引起的电力系统故障。 直流接地是变电站最常见的缺陷之一，直流接地时应及时找出接点，尽快消除。 发生直流接地时，首先要到绝缘监测装置上查看是哪一支路接地，然后查看这一支 路接了哪些保护装置或回路。处理直流接地的步骤是：根据运行方式、操作情况、 气候影响进行判断可能接地的处所，采用拉路寻找、逐段排除的方法，以先信号部 分后操作部分，先室外部分后室内部分为原则。 (1)(1)拉路法进行判断法拉路法进行判断法 直流接地回路一旦从直流系统中脱离运行，直流母线的正负极对地电压就会出 现平衡。所以人们通常从直流接地回路瞬间停电，确定直流接地是否发生在该回路， 这就是所谓的“拉路法” 。直流系统是个不间断电源，基于它的特性，人们不能随意 停电。 (2)(2)逐段排除法逐段排除法 让直流负荷分段开环运行，再断开直流母线分段开关及回路环路开关，然后采 用拉路法，故障范围更容易确定。但在切断各专用直流回路时，切断时间不得超过 3s。 如发生接地时有人在工作，则在工作设备上发生接地的可能性最大，此时应先 8 断开工作设备的直流电源，查看直流接地信号是否消失，如消失则应根据工作情况 及地点查找出接地点，如若不是则继续用拉路法寻找。 以上是处理直流接地的一般原则。 4.2.2.4.2.2.控制回路断线控制回路断线 (1(1）控制回路断线常见原因）控制回路断线常见原因 (1)接线松动。 (2)断路器机构的闭锁继电器损坏或其他闭锁触点未闭合。 (3)断路器辅助触点异常。 (4)保护操作箱的位置继电器损坏。 (5)断路器分合闸线圈烧坏。 (2(2）控制回路断线故障处理步骤）控制回路断线故障处理步骤 (1)检查控制电源是否正常，查看操作箱上 HWJ 或 TWJ 灯是否亮，如灯亮说明控 制回路完好，可能是 HWJ 或 TWJ 继电器提供的信号触点有问题或者分合闸回路接线 有松动，当然也不排除是信号回路的问题。 (2)用万用表在开关机构上测量分合闸线圈是否完好，分合闸回路线圈完好，一 般测量电阻是 30-200（不同厂家，不同直流电压而定） 。如果测量值正常，则说 明分合闸线圈没问题，若测量发现分合闸线圈有问题，应该立刻对线圈进行更换。 (3)检查发现线圈完好，如果控制电源空开跳闸，说明分合闸回路上有短路点， 应该进行绝缘检查，逐级排除。 9 结论结论 建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了 4 个时代。随着电力系统的高速 发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国 内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，智能化，综合自动化，这对 继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。就变电站常见的几 种类型的继电保护缺陷消除方法进行探讨，为专业人员介绍一种便捷快速的工作思 路，有益于专业人员快速有效地消除继电保护缺陷，恢复继电保护的正常运行，从 而保证电网的安全稳定运行。 10 参考文献参考文献 1 严兴畴.继电保护技术极其应用 科技资讯，2007 2 周培华.浅谈电力系统中继电保护的发展趋势.科技咨询导报，2007 3 沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化，1983 4 葛耀中.数字计算机在继电保护中的应用.继电器，1978 5 杨奇逊.微型机继电保护基础.北京：水利电力出版社，1988 6 吴斌，刘沛.继电保护中的人工智能及其应