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保護裝置的保護區是怎么劃分出來的?

發布時間:2020-01-03 責任編輯:xueqi

【導讀】首先,我們要將一次設備的電壓、電流量線性地轉化成適合保護裝置使用的電壓和電流量,并且將一次設備和二次設備隔離開。在我們的實際現場,這個功能由電流互感器、電壓互感器和互感器接到保護裝置的電纜實現。這部分叫做 “測量回路”。
 
Q:保護裝置由哪幾部分構成?每個部分有什么作用?
 
一般繼電保護裝置由 測量比較元件、 邏輯判斷元件、 執行輸出元件三部分構成。
 
測量比較元件負責把輸入元件的物理參量與給定的值進行比較,根據比較結果,輸出“0”或“1”性質的邏輯信號。根據實現原理不同,這個“0”或“1”可以表示電平的高低,也可以是觸點的斷開和閉合。
 
邏輯判斷元件將多個測量比較元件輸出邏輯信號的性質(是“0”還是“1”)、先后順序、持續時間等進行組合判斷,將多個測量元件輸出的邏輯信號變成“跳閘”、“發信號”或“不動作”的指令。
 
執行輸出元件根據邏輯判斷部分傳來的指令,發出跳閘脈沖及相應的動作信息、發出警報或不動作。
 
Q:繼電保護的工作回路包括哪些?
 
光靠一個保護裝置是不能完成保護任務的,要完成繼電保護的任務,還需要繼電保護的工作回路。
 
首先,我們要將一次設備的電壓、電流量線性地轉化成適合保護裝置使用的電壓和電流量,并且將一次設備和二次設備隔離開。在我們的實際現場,這個功能由電流互感器、電壓互感器和互感器接到保護裝置的電纜實現。這部分叫做 “測量回路”。
 
然后,我們還需要讓保護能夠控制開關跳閘,這就需要將保護裝置出口和開關跳閘線圈連接,這部分叫做 “控制回路”。
 
最后,我們在主控室,現場的保護裝置動作了,要想辦法讓我們知道。為了讓運行人員知道保護裝置動作情況,我們需要 “信號回路”。
 
此外,對于現在使用的微機保護,保護裝置的電源都集成在保護裝置內部。裝置取220V或110V直流電源,再在裝置內部的電源插件中將其轉化為適合集成電路芯片工作的電壓(5V、12V或24V)。
 
下圖是一個用電磁繼電器實現的過電流保護的工作回路。目前我們用的都是微機保護,已經見不到這樣的接線,但可以用它直觀體會保護裝置和工作回路的構成。
 
 
圖中的KA是一個電流繼電器,屬于測量比較元件。它通過測量回路接受來自電流互感器TA二次側的電流,并且和整定值進行比較。如果輸入電流大于整定值,電流繼電器觸點閉合,這個觸點的閉合就是一個邏輯信號。這個邏輯信號會啟動時間繼電器KT,這個時間繼電器屬于邏輯判斷元件。時間繼電器(邏輯判斷元件)接收到電流繼電器(測量比較元件)的邏輯信號,經過整定的時間延時(邏輯運算)之后,如果輸入的邏輯信號不變,則將跳閘指令傳給執行輸出部分,啟動中間繼電器KM(執行輸出元件),使KM接點閉合,通過控制回路使跳閘線圈YR帶電,斷路器跳開;同時通過信號回路使信號繼電器KS發出動作信號,提醒運行人員保護動作。
 
故障設備被切除后,短路電流消失,電流繼電器返回,整套保護裝置復歸,做好下次動作的準備。
 
Q:保護配置的原則?
 
什么元件要配置什么樣的保護,是由很多因素決定的。
 
首先,保護的配置取決于被保護元件的重要程度。如果一臺幾十萬容量的變壓器配置簡單的熔斷器保護,在發生故障時,保護有可能無法及時和靈敏動作,不能起到保護重要元件不受損害的目的。
 
其次,還需要考慮經濟性。給幾千萬的設備花幾十萬裝保護裝置還是很劃算的,但如果是我們家里,供電線路幾千塊,加上用電器也不過一兩萬,花兩萬塊裝保護裝置顯然不夠經濟。
 
最后,還需要符合規程的規定。
 
所以,雖然現在已經進入了微機保護的時代,但我們仍可以看到不同種類和形式的保護,從簡單的熔斷器到復雜的微機縱聯保護,都可以在現場的不同地方找到。
 
不止是保護配置,技術和經濟的比較在很多時候都是工程上我們需要考慮的重要問題。并不是越前沿的技術越好,還需要與經濟發展階段相對應。比如說,花十個億可以做到全年365天不停電,而只要花三萬塊就能做到364天不停電,這時候我們就需要斟酌:我們確實需要多花那么多錢實現那么高的可靠性嗎?
 
Q:保護區的劃分原則?
 
為了盡可能減小因故障跳閘引起的停電區域,我們給每一套保護劃分了保護范圍,也叫 保護區。保護區內發生的故障叫區內故障,保護區外發生的故障叫區外故障。
 
在電力系統中,能切除故障的元件只有一個,就是斷路器,所以 保護以斷路器的位置作為分區基準。 保護區的邊界取決于電流互感器的位置。一般來說,電流互感器的位置都會緊跟著斷路器。
 
以下圖為例。
 
 
發電機接到低壓母線,再通過升壓變壓器把電壓升高(比如說升高成220kV),經過輸電線路輸送到220kV變電站。這里就需要發電機保護、變壓器保護、母線保護和線路保護。對于發電機保護,我們希望發電機故障時只切除故障的發電機,不影響非故障設備正常運行,而只切除發電機出口斷路器就可以實現只停故障發電機的目標,所以我們把保護區的邊界劃到了發電機出口斷路器旁邊的電流互感器,如下圖:
 
 
我們繼續往后看??梢钥吹桨l電機接到了低壓母線,對于這個低壓母線的保護來說,要做到故障時只停母線而不停其它設備,只要讓保護在故障時切除和母線直接連接的四個斷路器就可以了。所以四個斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍就是這條母線保護的保護范圍。
 
 
同理,對于后面的升壓變壓器,斷開變壓器兩側的斷路器可以實現切除變壓器而不切除其它元件,所以保護范圍就是變壓器兩側斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍。
 
然后是變壓器連接的高壓母線。這條母線是分段的,我們希望哪段母線發生故障就只切這段母線而不切另一段,所以每段母線都需要一個單獨的保護區。按照上文的分區原則,我們可以很容易地確定出高壓母線和輸電線路的保護區,如下圖:
 
 
我們發現不同元件的保護區之間有重疊的部分。為了保證任何地方發生故障都在保護區內,這樣的重疊是必要的。如果沒有重疊區,會導致保護出現盲區,造成保護無法正確切除故障元件。但是我們希望重疊區盡可能小,因為重疊區內的故障會造成兩個保護區內所有的開關跳閘,擴大停電范圍。
 
現在再回頭看看站里主保護的保護區劃分,是不是直觀了很多?
 
 
Q:主保護的配置原則?
 
主保護通常指能實現全線快速切除故障的保護設備。這里的“全線”指“全保護范圍”或“全線路”。這里的“快速”在不同電壓等級里的定義是不同的。對于10kV,0.5秒就可以算快速;對于330kV,0.2秒以內切除就夠了;到了500kV,這個時間變成了0.12秒;750kV,0.1秒或0.08秒;1000kV,要求60ms,也就是三個周波以內切除故障。
 
所以我們可以看到,對于變壓器,采用差動保護,時間整定為0秒,因為這樣才能滿足“快速”;對于我們的配電網,兩段電流保護就可以組成一條線路的主保護,第一段時間整定為0秒,第二段時間整定為0.5秒,保證線路上的故障都能被切除,并且最多0.5秒就可以切除,滿足“全線快速”;而到了220kV,0.5秒的時間太慢了,所以主保護就變成了縱聯保護??v聯保護可以保證線路上任意點發生故障都能快速切除,滿足“全線快速”。
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