继电保护的基本原理和保护装置的组成
为完成继电保护所担负的任务,显然应该要求它能够正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别,以实现保护。
在电力系统正常运行时,每条线路上都流过由它供电的负荷电流,越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时,个变电所母线上的电压,一般都在额定电压±5%~10%的范围内变化,而且靠近于电源端母线上的电压较高。线路始端电压与电流之间的相位角决定与由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。由电压与电流之比值所代表的“测量阻抗”,则是线路始端所感受到的、由负荷所反应出来的一个等效阻抗,其只值一般很大。
当系统发生故障时,假定在线路上发生了三相短路,则短路点的电压降低到零,从电源到短路点之间均将流过很大的短路电流,各变电所线上的电压也将在不同程度上有很大的降低,距短路点越近时降低的越多。设以Zd表示短路点到变电所B母线之间的阻抗,则母线上的残余电压应为U(B)=IdZd。此时,U(B)与Id之间的相位角就是Zd的阻抗角,在线路始端的测量阻抗就是Zd,此测量阻抗的大小正比于短路点到变电所B母线之间的距离。
在一般的情况下,发生短路以后,总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小,以及电压与电流之间的相位角的变化。因此利用正常运行与故障时这些基本参数的区别,便可以构成不同原理的继电保护,例如:(1)反应与电流增大而动作的过电流保护;(2)反应与电压降低而动作的低压保护;
(3)反应与短路点到保护安装地点之间的距离(则测量阻抗的减小)而动作的距离保护(或低阻抗保护)等。
利用每一个电气元件内部故障与外部故障(包括正常运行情况)时,两侧电流相位或功率方向的差别,就可以构成各种差动原理的保护,如纵联差动保护、相位高频保护、方向高频保护等。差动原理的保护只能在被保护元件的内部故障时动作,而不反应外部故障。因而被认为具有绝对的选择性。
在按照上述原理构成各种继电保护装置时,可以使它们的参数反应与每相中的电流和电压,也可以使之仅反应与其中的没一个对称分量(如负序、零序或正序)的电流和电压。由于在正常运行情况下,负序和零序不会出现,而在发生不对称接地短路时,它们都具有较大的数值,在发生不接地不对称短路时,虽然没有零序分量,但负序分量却很大,因此,利用这些分量构成的保护装置,一般都具有良好的选择性和灵敏性,这正是这种保护装置获得广泛应用的原因。
除上述反应各种电气量的保护以外,还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。例如,当变压器油箱内部的绕组短路时,反应于油被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护;反应于电动机绕组的温度升高而构成的过负荷或过热保护等。
以上的各种原理的保护,可以一个或若干个继电器连接在一起组成保护装置来实现(关于继电器的分类、型号和表示方法参见附录一)。
就一般情况而言,整套继电保护装置是有测量部分,逻辑部分和执行部分组成的,现分述如下。
(1)测量部分
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量,并与已给定正定的整定值进行 比较,根据比较的结果,给出“是”、“非”;“大于”、“不大于”等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号,从而判断保护是否应该启动。
(2)逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”、“延时返回”以及“记忆”等回路。
(3)执行部分
执行部分是根据逻辑部分传送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。如故障时,动作于跳闸;不正常运行时,不动作等。
继电保护的基本原理和保护装置的组成
为完成继电保护所担负的任务,显然应该要求它能够正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别,以实现保护。
在电力系统正常运行时,每条线路上都流过由它供电的负荷电流,越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时,个变电所母线上的电压,一般都在额定电压±5%~10%的范围内变化,而且靠近于电源端母线上的电压较高。线路始端电压与电流之间的相位角决定与由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。由电压与电流之比值所代表的“测量阻抗”,则是线路始端所感受到的、由负荷所反应出来的一个等效阻抗,其只值一般很大。
当系统发生故障时,假定在线路上发生了三相短路,则短路点的电压降低到零,从电源到短路点之间均将流过很大的短路电流,各变电所线上的电压也将在不同程度上有很大的降低,距短路点越近时降低的越多。设以Zd表示短路点到变电所B母线之间的阻抗,则母线上的残余电压应为U(B)=IdZd。此时,U(B)与Id之间的相位角就是Zd的阻抗角,在线路始端的测量阻抗就是Zd,此测量阻抗的大小正比于短路点到变电所B母线之间的距离。
在一般的情况下,发生短路以后,总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小,以及电压与电流之间的相位角的变化。因此利用正常运行与故障时这些基本参数的区别,便可以构成不同原理的继电保护,例如:(1)反应与电流增大而动作的过电流保护;(2)反应与电压降低而动作的低压保护;
(3)反应与短路点到保护安装地点之间的距离(则测量阻抗的减小)而动作的距离保护(或低阻抗保护)等。
利用每一个电气元件内部故障与外部故障(包括正常运行情况)时,两侧电流相位或功率方向的差别,就可以构成各种差动原理的保护,如纵联差动保护、相位高频保护、方向高频保护等。差动原理的保护只能在被保护元件的内部故障时动作,而不反应外部故障。因而被认为具有绝对的选择性。
在按照上述原理构成各种继电保护装置时,可以使它们的参数反应与每相中的电流和电压,也可以使之仅反应与其中的没一个对称分量(如负序、零序或正序)的电流和电压。由于在正常运行情况下,负序和零序不会出现,而在发生不对称接地短路时,它们都具有较大的数值,在发生不接地不对称短路时,虽然没有零序分量,但负序分量却很大,因此,利用这些分量构成的保护装置,一般都具有良好的选择性和灵敏性,这正是这种保护装置获得广泛应用的原因。
除上述反应各种电气量的保护以外,还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。例如,当变压器油箱内部的绕组短路时,反应于油被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护;反应于电动机绕组的温度升高而构成的过负荷或过热保护等。
以上的各种原理的保护,可以一个或若干个继电器连接在一起组成保护装置来实现(关于继电器的分类、型号和表示方法参见附录一)。
就一般情况而言,整套继电保护装置是有测量部分,逻辑部分和执行部分组成的,现分述如下。
(1)测量部分
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量,并与已给定正定的整定值进行 比较,根据比较的结果,给出“是”、“非”;“大于”、“不大于”等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号,从而判断保护是否应该启动。
(2)逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号,并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”、“延时返回”以及“记忆”等回路。
(3)执行部分
执行部分是根据逻辑部分传送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。如故障时,动作于跳闸;不正常运行时,不动作等。