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(gè)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(guò)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(yùn)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(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)是環(huán)環(huán)相扣、時(shí)時(shí)平衡、缺一不可,又幾乎是在同一時(shí)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(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)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(shí),由于短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)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(yùn)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(shí),就會(huì)造成接地相的電壓降低,其他兩相的電壓升高,常此運(yùn)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(yùn)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(yùn)行。因此要全面地理解和執(zhí)行地區(qū)電業(yè)部門(mén)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及相應(yīng)的國(guó)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(jiǎn)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(duì)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(dòng)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(lái)對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù),由繼電器來(lái)組成的一套專門(mén)的自動(dòng)裝置。為了確保10kV供電系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jiàn)、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(huì)伴隨其產(chǎn)生三大特點(diǎn),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(yùn)行和故障時(shí)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過(guò)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(guò)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(guò)電流保護(hù);反映電壓與電流之間比值,也就是反映短路點(diǎn)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(dòng)保護(hù),其中又分為橫聯(lián)差動(dòng)和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù);用于反映系統(tǒng)中頻率變化的周波保護(hù);專門(mén)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(mén)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(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān),短路電流越大,動(dòng)作時(shí)間越短;短路電流越小,動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng),這種保護(hù)就叫做反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。(1)繼電器的構(gòu)成。反時(shí)限過(guò)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(dòng)元件)、電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)限元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)和電磁式中間繼電器(作為出口元件)的功能,用以實(shí)現(xiàn)反時(shí)限過(guò)電流保護(hù);另外,它還有電磁速斷元件的功能,又能同時(shí)實(shí)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(wú)須裝設(shè)直流屏等設(shè)備;通過(guò)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(jiǎn)化繼電保護(hù)裝置。這種繼電器雖外部接線簡(jiǎn)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(dòng)作的準(zhǔn)確性、速動(dòng)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)的基本原理。當(dāng)供電線路發(fā)生相間短路時(shí),感應(yīng)型繼電器KA1或(和)KA2達(dá)到整定的一定時(shí)限后動(dòng)作,首先使其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,這時(shí)斷路器的脫扣器YR1或(和)YR2因有KA1或(和)KA2的常閉觸點(diǎn)分流(短路),而無(wú)電流通過(guò),故暫時(shí)不會(huì)動(dòng)作。但接著KA1或(KA2)的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),因YR1或(和)YR2因“去分流”而通電動(dòng)作,使斷路器跳閘,同時(shí)繼電器本身的信號(hào)牌掉下,給出信號(hào)。在這里應(yīng)予說(shuō)明,在采用“去分流”跳閘的反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置中,如繼電器的常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)而常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合時(shí),則會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題:繼電器在其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)即先失電返回,因此其常開(kāi)觸點(diǎn)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(diǎn)如先斷開(kāi),CT的二次側(cè)帶負(fù)荷開(kāi)路,將產(chǎn)生數(shù)千伏的高電壓、比差角差增大、計(jì)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(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小無(wú)關(guān),時(shí)間是恒定的,時(shí)間是靠時(shí)間繼電器的整定來(lái)獲得的。時(shí)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)。(1)繼電器的構(gòu)成。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)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(dòng)元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作,須設(shè)置直流屏。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)簡(jiǎn)單可靠、完全依靠選擇動(dòng)作時(shí)間來(lái)獲得選擇性,上、下級(jí)的選擇性配合比較容易、時(shí)限由時(shí)間繼電器根據(jù)計(jì)算后獲取的參數(shù)來(lái)整定,動(dòng)作的選擇性能夠保證、動(dòng)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)的基本原理。在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,廣泛采用的兩相兩繼電器的定時(shí)限過(guò)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(shí)間繼電器和一只信號(hào)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(shí)間繼電器的容量足大時(shí),可用時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)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(shí),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(dòng)值時(shí),電流繼電器動(dòng)作。由于兩只電流繼電器的觸點(diǎn)是并聯(lián)的,故當(dāng)任一電流繼電器的觸點(diǎn)閉合,都能接通時(shí)間繼電器的線圈回路。這時(shí),時(shí)間繼電器就按照預(yù)先整定的時(shí)間動(dòng)作使其接點(diǎn)吸合。這樣,時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)又接通了信號(hào)繼電器和出口中間繼電器的線圈,使其動(dòng)作。出口中間繼電器的觸點(diǎn)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(yùn)行。而信號(hào)繼電器的動(dòng)作使信號(hào)指示牌掉下并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍:過(guò)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(zhǎng),還可以作為相臨下一級(jí)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(dòng)作時(shí)間只決定于時(shí)間繼電器的預(yù)先整定的時(shí)間,而與被保護(hù)回路的短路電流大小無(wú)關(guān),所以這種過(guò)電流保護(hù)稱為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。3.3瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的基本原理電流速斷保護(hù)是一種無(wú)時(shí)限或略帶時(shí)限動(dòng)作的一種電流保護(hù)。它能在最短的時(shí)間內(nèi)迅速切除短路故障,減小故障持續(xù)時(shí)間,防止事故擴(kuò)大。電流速斷保護(hù)又分為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和略帶時(shí)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(dòng)元件)、電磁式信號(hào)繼電器(作為信號(hào)元件)構(gòu)成的。它一般不需要時(shí)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(jiǎn)單可靠、完全依靠短路電流的大小來(lái)確定保護(hù)是否需要啟動(dòng)。它是按一定地點(diǎn)的短路電流來(lái)獲得選擇性動(dòng)作,動(dòng)作的選擇性能夠保證、動(dòng)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(shí)電流速斷保護(hù)的整定原則和保護(hù)范圍。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)的區(qū)別,在于它的動(dòng)作電流值不是躲過(guò)最大負(fù)荷電流,而是必須大于保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大短路電流。即按躲過(guò)被保護(hù)線路末端可能產(chǎn)生的三相最大短路電流來(lái)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(shí)跳閘。當(dāng)在被保護(hù)線路外部發(fā)生短路時(shí),它不會(huì)動(dòng)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(dòng)作電流時(shí),保護(hù)裝置才能動(dòng)作。所以瞬時(shí)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(zhǎng),而只能保護(hù)線路的一部分。對(duì)于最大運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍一般能達(dá)到線路全長(zhǎng)的50%即認(rèn)為有良好的保護(hù)效果;對(duì)于在最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍能保護(hù)線路全長(zhǎng)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(shí)電流速斷保護(hù)的任務(wù)是在線路始端短路時(shí)能快速地切除故障。當(dāng)線路故障時(shí),瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作,運(yùn)行人員根據(jù)其保護(hù)范圍較小這一特點(diǎn),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(shí)電流速斷保護(hù)同時(shí)動(dòng)作或同時(shí)都不動(dòng)作,可判斷故障在線路的中間部分。(3)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的基本原理。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理與定時(shí)限過(guò)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(shí)間繼電器。中間繼電器的作用有兩點(diǎn):其一是因電流繼電器的接點(diǎn)容量較小,不能直接接通跳閘線圈,用以增大接點(diǎn)容量;其二是當(dāng)被保護(hù)線路上裝有熔斷器時(shí),在兩相或三相避雷器同時(shí)放電時(shí),將造成短時(shí)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(dòng),又不影響保護(hù)的快速性。利用中間繼電器的固有動(dòng)作時(shí)間,就可避開(kāi)避雷器的放電動(dòng)作時(shí)間。(4)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速,但只能保護(hù)線路的首端。而定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)雖能保護(hù)線路的全長(zhǎng),但動(dòng)作時(shí)限太長(zhǎng)。因此,常用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)來(lái)消除瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”。要求略帶時(shí)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(huì)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(shí),保護(hù)也會(huì)起動(dòng)。為了保證選擇性的要求,須使其動(dòng)作時(shí)限比下一段線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)大一個(gè)時(shí)限級(jí)差,其動(dòng)作電流也要比下一段線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流大一些。略帶時(shí)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(shí)限的電流速斷保護(hù)的原理接線和定時(shí)限過(guò)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(shí)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(shí)限的電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路的全長(zhǎng),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(shí)限過(guò)電流保護(hù)既可作為本級(jí)線路的后備保護(hù)(當(dāng)動(dòng)作時(shí)限短時(shí),也可作為主保護(hù),而不再裝設(shè)略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。),還可以作為相臨下一級(jí)線路的后備保護(hù),但切除故障的時(shí)限較長(zhǎng)。一般情況下,為了對(duì)線路進(jìn)行可靠而有效的保護(hù),也常把瞬時(shí)電流速斷保護(hù)(或略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù))和定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相配合構(gòu)成兩段式電流保護(hù)。對(duì)于第一段電流保護(hù),究竟采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù),還是采用略帶時(shí)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(shí)電流速斷保護(hù)為佳。因在變壓器高壓側(cè)故障時(shí),切除變壓器和切除線路的效果是一樣的。此時(shí),允許用線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù),來(lái)切除變壓器高壓側(cè)的故障。也就是說(shuō),其保護(hù)范圍可保護(hù)到線路全長(zhǎng)并延