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摘要:本文作者在阐述继电保护基理的基础上,结合相关实例,具体探讨继电保护配置与应用技术问题。
关键词:继电保护 安全稳定 电力调度 应用策略
当今,电力已作为现代社会的主要能源,与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系,然而供电不稳定,特别是大面积停电事故所造成的经济损失和社会影响是十分严重的。为此,探索如何正确应用继电保护技术,来有效地遏制电气故障,提高电力运行效率与质量就成为了我们面对的一个技术问题。
1电力运行面临的新课题与新任务
现代电力系统是一个由电能产生、输送、分配和用电环节组成的大系统。这个系统除了包括发电、送电、变电、配电和用电设备外,还包括监测系统、继电保护系统、调度通信系统、远动和自动调控设备等组成的二次系统。在这个大系统中,其设备众多,分布区域甚广,在电力调度过程中,要保证每一台装置设备或每一条输电线路在任何时候都不发生任何故障是绝对不可能的。而另一方面,目前我国已进入高电压、大电网、大机组时代,其电力系统已由原以省内为主,发展到跨省的大区电力系统,并且大区电网之间也已开始互联。而且大电力系统对安全性的要求更高,对运行技术和管理水平要求也更严格。当大电力系统发生事故,特别是发生稳定破坏和不可控的严重连锁反应时,停电波及的范围大,停电时间长,后果严重,若因电网结构薄弱,管理不善而缺乏必要的技术防范措施时,则某一电气设备故障可能发展成为全面的大面积停电事故。因此,对于中国电力系统,长期以来输变电工程建设落后于发电工程,而发电工程又远落后于负荷增长的需要,电网结构相对薄弱,而电力系统的容量不断增长,如何保证日益发展的大容量电力系统的安全稳定运行,更是一项紧急而又重大的任务。而继电保护作为维护电力系统稳定与安全运行的一项新技术,值得我们关注与推广。
2继电保护机理
2.1继电保护装置的定义
继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护,由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保高压供电系统的正常运行,必须正确的设置继电保护装置。
2.2继电保护的基本原理
继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。
2.3继电保护装置的任务
(1)在供电系统中运行正常时,它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况,为值班人员提供可靠的运行依据。
(2)如供电系统中发生故障时,它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分,保证非故障部分继续运行。
(3)当供电系统中出现异常运行工作状况时,它应能及时地、准确地发出信号或警报,通知值班人员尽快做出处理。
2.4继电保护装置的基本要求
(1)选择性。是指当供电系统中发生故障时,继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器,以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。
(2)灵敏性。是指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内,不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样,保护装置均不应产生拒绝动作;但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否,一般用灵敏系数来衡量。
(3)速动性。是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间,就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度,加快系统电压的恢复,从而为电气设备的自启动创造了有利条件,同时还提高了发电机并列运行的稳定性。
(4)可靠性。保护装置应能正确的动作,并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求,保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性,则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误;同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效,以提高保护的可靠性。
3系统中继电保护的配置与应用
3.1工厂企业高压供电系统
按照工厂企业高压供电系统的设计规范要求,在高压供电系统的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置适当的保护装置。
(1)系统线路继电保护配置
①高压供电系统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0.5s～0.7s,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。
②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。
(2)系统配电变压器继电保护的配置
①当配电变压器容量小于400KVA时,一般采用高压熔断器保护。
②当配电变压器容量为400～630KVA,高压侧采用断路器时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5s时,还应装设电流速断保护;对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护。
③当配电变压器容量为800KVA及以上时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5s时,还应装设电流速断保护;对于油浸式配电变压器还应装设气体保护;另外尚应装设温度保护。
(3)高压供电系统分段母线继电保护配置对于不并列运行的分段母线,应装设电流速断保护,但仅在断路器合闸的瞬间投入,合闸后自动解除;另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时,其瞬动部分应解除;对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。
3.2传统电磁式继电器保护35KV变电站继电
保护配置
⑴线路保护:一般采用二段式或三段式电流保护:①一段为电流速断保护;②二段为限时电流速断保护;③三段为过电流保护。
⑵母联保护:①限时电流速断保护;②过电流保护。
⑶主变保护:①主保护一般为重瓦斯保护、差动保护。②后备保护为:复合电压过流保护、过负荷保护。
⑷电容器保护:①过流保护;②零序电压保护;③过压保护;④失压保护。传统继电保护由于其技术及设备的局限性,在短线路及运行方式变化很大时,往往给继电保护的整定计算,特别是保护的配合方面带来很大的麻烦,甚至在某些运行方式下保护之间不能可靠配合。
3.3微机35KV变电站继电保护配置
微机保护的配置,由于生产厂家的不同、开发时间的先后,呈现丰富多彩、各显神通的局面,但其基本原理及要达到的目的是大同小异、基本一致的,现以重庆某公司开发生产的EDCS6000系列微机保护系统为例进行说明。
⑴线路保护:配置①电流速断保护;②限时电流速断保护;③复合电压过流保护;④反时限保护;⑤电流闭锁电压速断保护;⑥过负荷保护;⑦小电流接地保护。
⑵母联保护:和线路保护一样配置。
⑶主变保护:配置①主保护为重瓦斯保护、差动速断保护、比例差动保护。②后备保护为:限时电流速断保护;复合电压过流保护;低压过流保护;负序过流保护;过负荷保护。
⑷电容器保护:配置①速断保护;②过流保护;③零序电流保护;④过压保护;⑤失压保护;⑥不平衡电压保护:⑦不平衡电流保护。可见微机保护的配置,除了有可靠的主保护外,还有足够的后备保护作为其补充,且保护从不同的角度对设备的故障进行了数据采集和分析,使保护的动作更具有选择性、灵敏性、速动性、可靠性。
3.4 35kV变电站微机保护配置的应用实例
2009年,某公司成功将一个传统电磁式继电器保护的35kV变电所改造成微机保护装置系统的终端变电站。
(1)系统保护装置及监控系统
①系统保护装置。线路保护装置、主变保护装置——可完成变压器的主、后备保护、综合保护装置、线路保护装置、电容器保护装置、备用电源自投装置、小电流接地检测装置、综合数据采集装置。②监控系统的基本功能——数据采集、控制操作、画面制作、监视显示、事故处理、制表与打印。
(2)系统设计时的注意问题
①由于控制和保护单元都是采用微机装置,故一些必要的开关量和模拟量应从开关柜或户外设备引至微机采集、保护屏。根据控制和保护要求的不同,输入的量也不同。②開关柜与微机装置之间的端子接线较简单,大量的二次接线在微机采集控制单元和保护单元内部端子连接。③传统的继电保护整定计算结果不能直接输入到计算机,须转换为计算机整定值。
(3)应用效果
①该变电所投产运行后,除开始操作人员对微机系统不熟悉原因,使用过控制保护单元的紧急手动按钮外,基本上都在微机装置和监控计算机上操作,整个系统运行良好。②线路及站内设备的继电保护均采用计算机采集、运算、判断,反应灵敏、迅速,在设备或线路有故障时可靠切除故障点。③各种设备微机保护的配置齐全完善,能完美解决继电保护短线路及运行方式变化大时的各级保护的配合问题,因此该站正常运行后可靠性比原来显著提高,基本杜绝了越级跳闸的发生。
关键词:继电保护 安全稳定 电力调度 应用策略
当今,电力已作为现代社会的主要能源,与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系,然而供电不稳定,特别是大面积停电事故所造成的经济损失和社会影响是十分严重的。为此,探索如何正确应用继电保护技术,来有效地遏制电气故障,提高电力运行效率与质量就成为了我们面对的一个技术问题。
1电力运行面临的新课题与新任务
现代电力系统是一个由电能产生、输送、分配和用电环节组成的大系统。这个系统除了包括发电、送电、变电、配电和用电设备外,还包括监测系统、继电保护系统、调度通信系统、远动和自动调控设备等组成的二次系统。在这个大系统中,其设备众多,分布区域甚广,在电力调度过程中,要保证每一台装置设备或每一条输电线路在任何时候都不发生任何故障是绝对不可能的。而另一方面,目前我国已进入高电压、大电网、大机组时代,其电力系统已由原以省内为主,发展到跨省的大区电力系统,并且大区电网之间也已开始互联。而且大电力系统对安全性的要求更高,对运行技术和管理水平要求也更严格。当大电力系统发生事故,特别是发生稳定破坏和不可控的严重连锁反应时,停电波及的范围大,停电时间长,后果严重,若因电网结构薄弱,管理不善而缺乏必要的技术防范措施时,则某一电气设备故障可能发展成为全面的大面积停电事故。因此,对于中国电力系统,长期以来输变电工程建设落后于发电工程,而发电工程又远落后于负荷增长的需要,电网结构相对薄弱,而电力系统的容量不断增长,如何保证日益发展的大容量电力系统的安全稳定运行,更是一项紧急而又重大的任务。而继电保护作为维护电力系统稳定与安全运行的一项新技术,值得我们关注与推广。
2继电保护机理
2.1继电保护装置的定义
继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护,由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保高压供电系统的正常运行,必须正确的设置继电保护装置。
2.2继电保护的基本原理
继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。
2.3继电保护装置的任务
(1)在供电系统中运行正常时,它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况,为值班人员提供可靠的运行依据。
(2)如供电系统中发生故障时,它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分,保证非故障部分继续运行。
(3)当供电系统中出现异常运行工作状况时,它应能及时地、准确地发出信号或警报,通知值班人员尽快做出处理。
2.4继电保护装置的基本要求
(1)选择性。是指当供电系统中发生故障时,继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器,以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。
(2)灵敏性。是指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内,不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样,保护装置均不应产生拒绝动作;但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。保护装置灵敏与否,一般用灵敏系数来衡量。
(3)速动性。是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间,就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度,加快系统电压的恢复,从而为电气设备的自启动创造了有利条件,同时还提高了发电机并列运行的稳定性。
(4)可靠性。保护装置应能正确的动作,并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求,保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性,则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误;同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效,以提高保护的可靠性。
3系统中继电保护的配置与应用
3.1工厂企业高压供电系统
按照工厂企业高压供电系统的设计规范要求,在高压供电系统的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置适当的保护装置。
(1)系统线路继电保护配置
①高压供电系统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0.5s～0.7s,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。
②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。
(2)系统配电变压器继电保护的配置
①当配电变压器容量小于400KVA时,一般采用高压熔断器保护。
②当配电变压器容量为400～630KVA,高压侧采用断路器时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5s时,还应装设电流速断保护;对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护。
③当配电变压器容量为800KVA及以上时,应装设过电流保护,而当过流保护时限大于0.5s时,还应装设电流速断保护;对于油浸式配电变压器还应装设气体保护;另外尚应装设温度保护。
(3)高压供电系统分段母线继电保护配置对于不并列运行的分段母线,应装设电流速断保护,但仅在断路器合闸的瞬间投入,合闸后自动解除;另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保护时,其瞬动部分应解除;对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。
3.2传统电磁式继电器保护35KV变电站继电
保护配置
⑴线路保护:一般采用二段式或三段式电流保护:①一段为电流速断保护;②二段为限时电流速断保护;③三段为过电流保护。
⑵母联保护:①限时电流速断保护;②过电流保护。
⑶主变保护:①主保护一般为重瓦斯保护、差动保护。②后备保护为:复合电压过流保护、过负荷保护。
⑷电容器保护:①过流保护;②零序电压保护;③过压保护;④失压保护。传统继电保护由于其技术及设备的局限性,在短线路及运行方式变化很大时,往往给继电保护的整定计算,特别是保护的配合方面带来很大的麻烦,甚至在某些运行方式下保护之间不能可靠配合。
3.3微机35KV变电站继电保护配置
微机保护的配置,由于生产厂家的不同、开发时间的先后,呈现丰富多彩、各显神通的局面,但其基本原理及要达到的目的是大同小异、基本一致的,现以重庆某公司开发生产的EDCS6000系列微机保护系统为例进行说明。
⑴线路保护:配置①电流速断保护;②限时电流速断保护;③复合电压过流保护;④反时限保护;⑤电流闭锁电压速断保护;⑥过负荷保护;⑦小电流接地保护。
⑵母联保护:和线路保护一样配置。
⑶主变保护:配置①主保护为重瓦斯保护、差动速断保护、比例差动保护。②后备保护为:限时电流速断保护;复合电压过流保护;低压过流保护;负序过流保护;过负荷保护。
⑷电容器保护:配置①速断保护;②过流保护;③零序电流保护;④过压保护;⑤失压保护;⑥不平衡电压保护:⑦不平衡电流保护。可见微机保护的配置,除了有可靠的主保护外,还有足够的后备保护作为其补充,且保护从不同的角度对设备的故障进行了数据采集和分析,使保护的动作更具有选择性、灵敏性、速动性、可靠性。
3.4 35kV变电站微机保护配置的应用实例
2009年,某公司成功将一个传统电磁式继电器保护的35kV变电所改造成微机保护装置系统的终端变电站。
(1)系统保护装置及监控系统
①系统保护装置。线路保护装置、主变保护装置——可完成变压器的主、后备保护、综合保护装置、线路保护装置、电容器保护装置、备用电源自投装置、小电流接地检测装置、综合数据采集装置。②监控系统的基本功能——数据采集、控制操作、画面制作、监视显示、事故处理、制表与打印。
(2)系统设计时的注意问题
①由于控制和保护单元都是采用微机装置,故一些必要的开关量和模拟量应从开关柜或户外设备引至微机采集、保护屏。根据控制和保护要求的不同,输入的量也不同。②開关柜与微机装置之间的端子接线较简单,大量的二次接线在微机采集控制单元和保护单元内部端子连接。③传统的继电保护整定计算结果不能直接输入到计算机,须转换为计算机整定值。
(3)应用效果
①该变电所投产运行后,除开始操作人员对微机系统不熟悉原因,使用过控制保护单元的紧急手动按钮外,基本上都在微机装置和监控计算机上操作,整个系统运行良好。②线路及站内设备的继电保护均采用计算机采集、运算、判断,反应灵敏、迅速,在设备或线路有故障时可靠切除故障点。③各种设备微机保护的配置齐全完善,能完美解决继电保护短线路及运行方式变化大时的各级保护的配合问题,因此该站正常运行后可靠性比原来显著提高,基本杜绝了越级跳闸的发生。