功率方向继电器的实验与开发-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ： 学 号： 学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 功率方向继电器的实验与开发指 导 教 师 :2013 年 3 月 6 日毕 业 设 计 开 题 报 告文 献 综 述1 研究背景、历史及意义随 着 经 济 的 不 断 发 展 ， 对 电 力 的 需 求 越 来 越 大 ， 电 力 供 应 开 始 出 现 紧 张 ， 在 很 多地 方 出 现 了 供 电 危 机 ， 使 其 不 得 不 采 取 限 电 、 停 电 等 措 施 ， 以 缓 解 电 力 供 应 的 紧 张 局面 。 因 而 ， 加 强 对 电 力 系 统 的 安 全 保 护 及 其 应 用 与 发 展 至 关 重 要 ， 继 电 器 的 保 护 作 用对 电 力 系 统 有 着 重 大 的 意 义 1。 继电器保护是电力系统设计出现有关事故时减小停电范围、限制事故对设备损害影响这样一个装置 2。器保护设计与配置是否合理，直接影响电力系统运行安全。如果设计与配置不当，继电器保护将不能正确动作，从而会扩大事故的停电范围。给广大人民群众的生产和生活带来严重的影响，严重时还会导致人身伤亡和设备安全事敞。为了保证变电站的正常运行，要设置变电站所需要的保护装置，并根据满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性进行整定值，使整个系统的各种继电器保护有机协调地布置，正确地发挥作用 3。电 力 系 统 及 电 力 传 输 系 统 供 电 过 程 中 出 现 异 常 故 障 ， 由 于 故 障 的 不 可 预 见 性 会 引起 电 流 的 徒 增 或 者 电 压 的 陡 降 ， 同 时 电 流 电 压 间 的 相 位 角 也 会 发 生 变 化 ， 为 了 避 免 上述 问 题 继 电 保 护 根 据 不 同 的 功 能 和 原 理 出 现 不 同 原 理 和 类 型 的 继 电 保 护 器 4。 早期 的 继 电 器 是 采 用 熔 断 器 串 联 于 供 电 线 路 中 ， 当 发 生 短 路 时 ， 短 路 电 流 线 熔 断 熔 断 器 ，断 开 短 路 的 设 备 。 随 着 继 电 器 的 发 展 ， 后 面 又 出 现 了 感 应 型 过 电 流 继 电 器 、 方 向 性 电流 保 护 继 电 器 、 距 离 保 护 继 电 器 、 以 及 行 波 保 护 继 电 器 。 与 此 同 时 ， 随 着 材 料 、 器 件 、制 造 技 术 等 相 关 学 科 的 发 展 ， 继 电 保 护 装 置 的 结 构 、 形 式 和 制 造 工 艺 也 发 生 着 巨 大 的变 化 ， 经 历 了 机 电 式 保 护 装 置 、 静 态 继 电 保 护 装 置 和 数 字 式 继 电 保 护 装 置 三 个 发 展 阶段 5。随 着 电 力 工 业 的 发 展 和 用 户 对 供 电 可 靠 性 要 求 的 提 高 ， 现 代 的 电 力 系 统 实 际 上 都是 由 很 多 电 源 组 成 的 复 杂 网 络 ， 简 单 的 继 电 保 护 方 式 已 不 能 满 足 系 统 运 行 的 要 求 6。现 在 的 电 力 系 统 网 络 一 般 都 是 双 侧 电 源 网 络 ， 分 析 双 侧 电 源 供 电 的 情 况 下 所 出 现 的新 矛 盾 ， 可 以 发 现 ， 误 动 作 的 保 护 都 是 在 自 己 所 保 护 的 线 路 反 方 向 发 生 的 故 障 ， 由 对侧 电 源 供 给 的 短 路 电 流 所 引 起 的 。 对 误 动 作 的 保 护 而 言 ， 实 际 短 路 功 率 的 方 向 照 例 都是 由 线 路 流 向 母 线 。 显 然 与 其 所 应 保 护 的 线 路 故 障 时 的 短 路 功 率 方 向 相 反 。 因 此 ， 为了 消 除 这 种 无 选 择 的 动 作 ， 就 需 要 在 可 能 误 动 作 的 保 护 上 增 设 一 个 功 率 方 向 闭 锁 元 件 ，该 元 件 只 当 短 路 功 率 方 向 由 母 线 流 向 线 路 时 动 作 ， 而 当 短 路 功 率 方 向 由 线 路 流 向 母 线时 不 动 作 ， 从 而 使 继 电 保 护 的 动 作 具 有 一 定 的 方 向 性 ， 这 类 原 件 就 叫 做 功 率 方 向 继电 器 7。2 研究现状国内外科研人员对功率方向继电器进行了大量的研究，其主要分为这几个个方面：零序功率方向继电器正确接线的判定和校验、相间短路保护中功率方向继电器的接线方式、发电机负序功率方向继电器动作分析、功率方向继电器 90接线的分析与改进、同杆双回线上零序功率方向继电器的误判问题、LG-11 型功率方向继电器的实验 8。2.1 零序功率方向继电器正确接线的判定和校验零序功率方向继电器的正确接线，应使其动作特性为：当被保护线路或元件发生正方向接地故障时，零序电压和零序电流的相位关系应可靠进入继电器的灵敏动作区，而反方向接地故障时，继电器可靠不动作 9。零序功率方向继电器的接线判断具有一定的难度、错误接线时有发生。便于正确掌握零序功率方向继电器的接线的判定和校验，将零序功率方向继电器在极坐标上的动作区和方向阻抗继电器在 R，X 阻抗复平面上的动作区建立统一联系，把零序功率方向继电器的电压电流向量图和线路功率送受的四象限图建立统一联系 10。然后分三种情况讨论正确接线和校验：单向系统的方向继电器，三相系统的零序功率方向继电器，带负荷测量零序功率方向继电器 11。2.2 相间短路保护中功率方向继电器的接线方式在双电源供电系统中为了消除无选择的动作就需要在保护上增设功率方向闭锁原件，该元件只在短路功率从母线流向线路时动作，从而市机电保护的动作具有一定方向性。在90接线方式中通过比较三相短路、近处两相短路和远处两相短路时继电器的内角变化范围可知当线路短路阻抗角在090时，为使功率方向继电器均能动作应选择的继电器内角范围3060 12。最后得出90接线的优点是：适当选择最大灵敏角线路上各种相间短路都能正确动作并且保证了较高的灵敏性；在发生两相和单相接地短路时，没有死区，在三相短路时出现的电压死区较小 13。2.3 发电机负序功率方向继电器的动作分析在发电机零序电压式匝间短路保护中，为防止发电机外部及内部发生不对称短路故障时的保护误动，必须有防误动闭锁元件 14。 通过分析发电机负序功率方向继电器的电原理图，而得到其动作特性。对比该负序功率方向继电器和纵向零序电压继电器所组成的匝间保护接线方式的区别，因为该负序功率方向继电器无常闭接点输出而不能起到传统匝间保护中的闭锁作用，但又按照传统匝间保护接线，因此造成了误动 15。从负序功率方向继电器的接线方式、区内外故障时流过发电机负序分量、和继电器动作特性可得出：为使发电机匝间保护能正确动作，现场将负序功率方向继电器的二次电流回路极性倒个相。实际通电试验，该保护能正确动作。通过近两年的实际运行，并经过了两次区外故障考验，负序功率方向继电器均未误动 16。2.4 功率方向继电器90接线的分析与改进功率方向继电器可以明确判别发生故障的方向，一直受到继电保护研发人员的青睐。在双侧电源网络中，为了明确区分故障发生在保护安装处的哪一侧，一般需要安装方向元件防止保护无选择地动作。90接线方式也有他的缺点：电力系统中电缆或架空线路的阻抗角均在 (O，90)围内，选取 3060可以保证线路上发生不对称短路时方向的选取。实际运行中通常取 =30或 45，方向元件能安全可靠的使用。但如果在 y。-11 接线的变压器后发生相间短路，安装在线路或变压器上的方向元件可能会不正确动作。由于功率方向继电器具有明确的方向性，在多电源的网络接线中可以保证各保护之间动作的选择性，但是随着电网结构复杂性增加、故障类型以及参数变化的影响，在某些故障情况下会失去选择性，如在大容量母线的y。一11变压器的三角形侧发生相间短路时，90线的线路保护方向元件可能会误动 17。2.5 同杆双回线上零序功率方向继电器的误判问题同杆双回线由于输送容量大，节约线路走廊，随着电力系统的发展，越来越多地在我国电网中得到应用。目前在单回线微机线路保护中广泛采用零序功率方向继电器配合零序过流构成零序方向过流保护， 纵联零序保护中也要用到零序功率方向继电器。参考文献从理论上分析了同杆双回线上发生各种故障时，零序功率方向继电器的性能，并通过动模试验进行了验证，从中可以得到以下几点结论：1. 同杆双回线发生回线故障时，回线即非故障线保护的零序功率方向继电器判断结果会随着故障点由近端到远端的移动而变化。在平衡点 P 远发生回线接地故障时，回线保护的零序功率方向继电器判为正方向。在平衡点 P 以近发生故障时，回线保护的零序功率方向继电器判为反方向，但此时的故障对于回线来说是背后故障，方向继电器判为反方向是正确的。2. 发生不跨线故障时，故障线路两侧保护的零序功率方向继电器均判为正方向； 相邻的非故障线路两侧保护的零序功率方向继电器必然是一侧判为正方向、另一侧判为反方向。若同杆双回线采用串联电容补偿装置，则故障线路两侧保护的零序功率方向继电器也可能一侧判为正方向、另一侧判为反方向。3.发生反方向故障时双回线保护的零序功率方向继电器均能正确判断方向 18。2.6 LG-11 型功率方向继电器的实验LG-11型功率方向继电器作为方向元件广泛应用于电力系统方向性保护中，通过判别电流、电压间的相位关系，确定故障发生在保护安装处正向还是反向，保证保护可靠工作。在运行过程中，需要定期对功率方向继电器进行检验，在试验过程中，由于不注意参考量的选择，不能正确使用相位表测量相位差，会出现一些试验差错，从而不能正确确定继电器的动作区。LG-11型功率方向继电器的实验主要包括参考量的选择和相位差的测量。其中相位差的测量有以下两种常用方法：利用D3-型电动式相位表测量相位差，利用数字式双钳相位表测量相位差 19。3 功率方向继电器未来的发展目前常用的功率方向继电器有感应型、整流型、晶体管型和集成电路型等不同型势，但就其构成原理来说，主要有幅值比较和相位比较两种。这些传统的方向继电器，在电力系统的各种方向电流保护中起着重要的作用，但也存在着结构复杂、灵敏度低、调试不便等缺点。另外，传统的方向继电器还存在着通用性较差的问题 20。今后，继电器市场开发的重点是与 IC 兼容的 TO5 继电器和 1/2 晶体罩继电器。军用继电器将加速向工业/商业化转移。美国军用继电器约占继电器总额的 20。通用继电器市场继续向小型、薄型和塑封方向发展。小型印制板用继电器仍将是通用继电器市场发展的主流产品，固体继电器将更趋广泛，价格将继续下降，并向高可靠、小体积、高抗浪涌电流冲击和抗干扰性靠拢。舌簧继电器市场将继续扩大。参考文献1 徐志明，钱晓云.浅谈在电力系统中继电器保护的应用与发展.浙江：安装，20122 王玉.继电器保护的论述.哈尔滨电业局：中国科技博览，2012（6）3 刘亚娟. 浅析在电力系统中继电器保护的应用与发展.江苏：城市建设理论研究，2011（33）4 邹鸣. 继电保护在电力系统中的应用与研究.湖南：北京电力高等专科学校学报，2011,28（12）5 张保会，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社，2005（5）6 赵连印. 电力系统维护继电器保护技术的分析及对策.河北：山西建筑，2008,34(26)7 Dai Xuean, A Brief Discussion on the Protection Relay Based on Power Frequency Variation Principle, Automation of Electric Power 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