顧橋煤礦10kv供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)

顧橋煤礦10kv供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)

110不接地系統(tǒng)發(fā)生事故的情況電力系統(tǒng)由五個要素組成：電源、供電、供電和當(dāng)前能源消耗。在電力系統(tǒng)中,各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。由于其覆蓋的地域極其遼闊、運行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響,電氣故障的發(fā)生是不可避免的。由于電力系統(tǒng)的特殊性,上述五個環(huán)節(jié)應(yīng)是環(huán)環(huán)相扣、時時平衡、缺一不可,又幾乎是在同一時間內(nèi)完成的。在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故,都有可能對電力系統(tǒng)的運行產(chǎn)生重大影響。例如,當(dāng)系統(tǒng)中的某工礦企業(yè)的設(shè)備發(fā)生短路事故時,由于短路電流的熱效應(yīng)和電動力效應(yīng),往往造成電氣設(shè)備或電氣線路的致命損壞,還有可能嚴(yán)重到使系統(tǒng)的穩(wěn)定運行遭到破壞;當(dāng)10kV不接地系統(tǒng)中的某處發(fā)生一相接地時,就會造成接地相的電壓降低,其他兩相的電壓升高,常此運行就可能使系統(tǒng)中的絕緣遭受損壞,也有進(jìn)一步發(fā)展為事故的可能。10kV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運行,不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的暢通,而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。由于10kV系統(tǒng)中包含著一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。又由于一次系統(tǒng)比較簡單、更為直觀,在考慮和設(shè)置上較為容易;而二次系統(tǒng)相對較為復(fù)雜,并且二次系統(tǒng)包括了大量的繼電保護(hù)裝置、自動裝置和二次回路。所謂繼電保護(hù)裝置就是在供電系統(tǒng)中用來對一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制和保護(hù),由繼電器來組成的一套專門的自動裝置。為了確保10kV供電系統(tǒng)的正常運行,必須正確的設(shè)置繼電保護(hù)裝置。2基本組成2.1大的應(yīng)屬短路事故電力系統(tǒng)中的故障種類很多,但最為常見、危害最大的應(yīng)屬各種類型的短路事故。一旦出現(xiàn)短路故障,就會伴隨其產(chǎn)生三大特點,即:電流將急劇增大、電壓將急劇下降、電壓與電流之間的相位角發(fā)生變化。2.2油浸變壓器主要保護(hù)類型在電力系統(tǒng)中以上述物理量的變化為基礎(chǔ),利用正常運行和故障時各物理量的差別就可以構(gòu)成各種不同原理和類型的繼電保護(hù)裝置。如:反映電流變化的電流保護(hù),有定時限過電流保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和零序電流保護(hù)等;反映電壓變化的電壓保護(hù),有過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù);既反映電流的變化又反映電壓與電流之間相位角變化的方向過電流保護(hù);反映電壓與電流之間比值,也就是反映短路點到保護(hù)安裝處阻抗的距離保護(hù);反映輸入電流與輸出電流之差的差動保護(hù),其中又分為橫聯(lián)差動和縱聯(lián)差動保護(hù);用于反映系統(tǒng)中頻率變化的周波保護(hù);專門用于反映變壓器內(nèi)部故障的氣體保護(hù)(即瓦斯保護(hù)),其中又分為輕瓦斯和重瓦斯保護(hù);專門用于反映變壓器溫度變化的溫度保護(hù)等。另外,10kV系統(tǒng)中一般可在進(jìn)線處裝設(shè)電流保護(hù);在配電變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)電流保護(hù)、溫度保護(hù)(油浸變壓器根據(jù)其容量大小尚應(yīng)考慮裝設(shè)氣體保護(hù));高壓母線分段處應(yīng)根據(jù)具體情況裝設(shè)電流保護(hù)等。3一些一般的電流保護(hù)分析3.1繼電器保護(hù)的基本原理繼電保護(hù)的動作時間與短路電流的大小有關(guān),短路電流越大,動作時間越短;短路電流越小,動作時間越長,這種保護(hù)就叫做反時限過電流保護(hù)。(1)繼電器的構(gòu)成。反時限過電流保護(hù)是由GL-15(25)感應(yīng)型繼電器構(gòu)成的。這種保護(hù)方式廣泛應(yīng)用于一般工礦企業(yè)中,感應(yīng)型繼電器兼有電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)和電磁式中間繼電器(作為出口元件)的功能,用以實現(xiàn)反時限過電流保護(hù);另外,它還有電磁速斷元件的功能,又能同時實現(xiàn)電流速斷保護(hù)。采用這種繼電器,就可以采用交流操作,無須裝設(shè)直流屏等設(shè)備;通過一種繼電器還可以完成兩種保護(hù)功能(體現(xiàn)了繼電器的多功能性),也可以大大簡化繼電保護(hù)裝置。這種繼電器雖外部接線簡單,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,調(diào)試?yán)щy;在靈敏度和動作的準(zhǔn)確性、速動性等方面也遠(yuǎn)不如電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置。(2)反時限過電流保護(hù)的基本原理。當(dāng)供電線路發(fā)生相間短路時,感應(yīng)型繼電器KA1或(和)KA2達(dá)到整定的一定時限后動作,首先使其常開觸點閉合,這時斷路器的脫扣器YR1或(和)YR2因有KA1或(和)KA2的常閉觸點分流(短路),而無電流通過,故暫時不會動作。但接著KA1或(KA2)的常閉觸點斷開,因YR1或(和)YR2因“去分流”而通電動作,使斷路器跳閘,同時繼電器本身的信號牌掉下,給出信號。在這里應(yīng)予說明,在采用“去分流”跳閘的反時限過電流保護(hù)裝置中,如繼電器的常閉觸點先斷開而常開觸點后閉合時,則會出現(xiàn)下列問題:繼電器在其常閉觸點斷開時即先失電返回,因此其常開觸點不可能閉合,因此跳閘線圈也就不能通電跳閘;繼電器的常閉觸點如先斷開,CT的二次側(cè)帶負(fù)荷開路,將產(chǎn)生數(shù)千伏的高電壓、比差角差增大、計量不準(zhǔn)以及鐵心發(fā)熱有可能燒毀絕緣等,這是不允許的。3.2充放電保護(hù)參數(shù)的選擇繼電保護(hù)的動作時間與短路電流的大小無關(guān),時間是恒定的,時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的,這種保護(hù)方式就稱為定時限過電流保護(hù)。(1)繼電器的構(gòu)成。定時限過電流保護(hù)是由電磁式時間繼電器(作為時限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作,須設(shè)置直流屏。定時限過電流保護(hù)簡單可靠、完全依靠選擇動作時間來獲得選擇性,上、下級的選擇性配合比較容易、時限由時間繼電器根據(jù)計算后獲取的參數(shù)來整定,動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。這種保護(hù)方式一般應(yīng)用在10kV~35kV系統(tǒng)中比較重要的變配電所。(2)定時限過電流保護(hù)的基本原理。在10kV中性點不接地系統(tǒng)中,廣泛采用的兩相兩繼電器的定時限過電流保護(hù)的原理接線圖。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時間繼電器和一只信號繼電器構(gòu)成。當(dāng)被保護(hù)線路只設(shè)有一套保護(hù),且時間繼電器的容量足大時,可用時間繼電器的觸點去直接接通跳閘回路,而省去出口中間繼電器。當(dāng)被保護(hù)線路中發(fā)生短路故障時,電流互感器的一次電流急劇增加,其二次電流隨之成比例的增大。當(dāng)CT的二次電流大于電流繼電器的起動值時,電流繼電器動作。由于兩只電流繼電器的觸點是并聯(lián)的,故當(dāng)任一電流繼電器的觸點閉合,都能接通時間繼電器的線圈回路。這時,時間繼電器就按照預(yù)先整定的時間動作使其接點吸合。這樣,時間繼電器的觸點又接通了信號繼電器和出口中間繼電器的線圈,使其動作。出口中間繼電器的觸點接通了跳閘線圈回路,從而使被保護(hù)回路的斷路器跳閘切斷了故障回路,保證了非故障回路的繼續(xù)運行。而信號繼電器的動作使信號指示牌掉下并發(fā)出警報信號。過電流保護(hù)的保護(hù)范圍:過流保護(hù)可以保護(hù)設(shè)備的全部,也可以保護(hù)線路的全長,還可以作為相臨下一級線路穿越性故障的后備保護(hù)。由此不難看出,保護(hù)裝置的動作時間只決定于時間繼電器的預(yù)先整定的時間,而與被保護(hù)回路的短路電流大小無關(guān),所以這種過電流保護(hù)稱為定時限過電流保護(hù)。3.3瞬時電流速斷保護(hù)的基本原理電流速斷保護(hù)是一種無時限或略帶時限動作的一種電流保護(hù)。它能在最短的時間內(nèi)迅速切除短路故障,減小故障持續(xù)時間,防止事故擴(kuò)大。電流速斷保護(hù)又分為瞬時電流速斷保護(hù)和略帶時限的電流速斷保護(hù)兩種。(1)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成。電流速斷保護(hù)是由電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構(gòu)成的。它一般不需要時間繼電器。常采用直流操作,須設(shè)置直流屏。電流速斷保護(hù)簡單可靠、完全依靠短路電流的大小來確定保護(hù)是否需要啟動。它是按一定地點的短路電流來獲得選擇性動作,動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調(diào)試比較準(zhǔn)確和方便。(2)瞬時電流速斷保護(hù)的整定原則和保護(hù)范圍。瞬時電流速斷保護(hù)與過電流保護(hù)的區(qū)別,在于它的動作電流值不是躲過最大負(fù)荷電流,而是必須大于保護(hù)范圍外部短路時的最大短路電流。即按躲過被保護(hù)線路末端可能產(chǎn)生的三相最大短路電流來整定。從而使速斷保護(hù)范圍被限制在被保護(hù)線路的內(nèi)部,從整定值上保證了選擇性,因此可以瞬時跳閘。當(dāng)在被保護(hù)線路外部發(fā)生短路時,它不會動作。所以不必考慮返回系數(shù)。由于只有當(dāng)短路電流大于保護(hù)裝置的動作電流時,保護(hù)裝置才能動作。所以瞬時電流速斷保護(hù)不能保護(hù)設(shè)備的全部,也不能保護(hù)線路的全長,而只能保護(hù)線路的一部分。對于最大運行方式下的保護(hù)范圍一般能達(dá)到線路全長的50%即認(rèn)為有良好的保護(hù)效果;對于在最小運行方式下的保護(hù)范圍能保護(hù)線路全長的15%~20%,即可裝設(shè)。保護(hù)范圍以外的區(qū)域稱為“死區(qū)”。因此,瞬時電流速斷保護(hù)的任務(wù)是在線路始端短路時能快速地切除故障。當(dāng)線路故障時,瞬時電流速斷保護(hù)動作,運行人員根據(jù)其保護(hù)范圍較小這一特點,可以判斷故障出在線路首端,并且靠近保護(hù)安裝處;如為雙電源供電線路,則由兩側(cè)的瞬時電流速斷保護(hù)同時動作或同時都不動作,可判斷故障在線路的中間部分。(3)瞬時電流速斷保護(hù)的基本原理。瞬時電流速斷保護(hù)的原理與定時限過電流保護(hù)基本相同。只是由一只電磁式中間繼電器替代了時間繼電器。中間繼電器的作用有兩點:其一是因電流繼電器的接點容量較小,不能直接接通跳閘線圈,用以增大接點容量;其二是當(dāng)被保護(hù)線路上裝有熔斷器時,在兩相或三相避雷器同時放電時,將造成短時的相間短路。但當(dāng)放完電后,線路即恢復(fù)正常,因此要求速斷保護(hù)既不誤動,又不影響保護(hù)的快速性。利用中間繼電器的固有動作時間,就可避開避雷器的放電動作時間。(4)略帶時限的電流速斷保護(hù)。瞬時電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點是動作迅速,但只能保護(hù)線路的首端。而定時限過電流保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長,但動作時限太長。因此,常用略帶時限的電流速斷保護(hù)來消除瞬時電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”。要求略帶時限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)全線路。因此,它的保護(hù)范圍就必然會延伸到下一段線路的始端去。這樣,當(dāng)下一段線路始端發(fā)生短路時,保護(hù)也會起動。為了保證選擇性的要求,須使其動作時限比下一段線路的瞬時電流速斷保護(hù)大一個時限級差,其動作電流也要比下一段線路瞬時電流速斷保護(hù)的動作電流大一些。略帶時限的電流速斷保護(hù)可作為被保護(hù)線路的主保護(hù)。略帶時限的電流速斷保護(hù)的原理接線和定時限過電流保護(hù)的原理接線相同。3.4各段式電流保護(hù)的相互適用由于瞬時電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分,所以不能作為線路的主保護(hù),而只能作為加速切除線路首端故障的輔助保護(hù);略帶時限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長,可作為本線路的主保護(hù),但不能作為下一段線路的后備保護(hù);定時限過電流保護(hù)既可作為本級線路的后備保護(hù)(當(dāng)動作時限短時,也可作為主保護(hù),而不再裝設(shè)略帶時限的電流速斷保護(hù)。),還可以作為相臨下一級線路的后備保護(hù),但切除故障的時限較長。一般情況下,為了對線路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù),也常把瞬時電流速斷保護(hù)(或略帶時限的電流速斷保護(hù))和定時限過電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。對于第一段電流保護(hù),究竟采用瞬時電流速斷保護(hù),還是采用略帶時限的電流速斷保護(hù),可由具體情況確定。如用在線路——變壓器組接線,以采用瞬時電流速斷保護(hù)為佳。因在變壓器高壓側(cè)故障時,切除變壓器和切除線路的效果是一樣的。此時,允許用線路的瞬時電流速斷保護(hù),來切除變壓器高壓側(cè)的故障。也就是說,其保護(hù)范圍可保護(hù)到線路全長并延