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继电保护的基本原理和继电保护装置的组成

2020-9-15 22:16:50  165
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由各种类型的发电厂、输电设备和配电设施以及用电设备组成的电能消费系统,我们把它统称为电力系统。一般将电能通过的设备成为电力系统成为电力电力系统的一次设备,如发电机、变压器、断路器、输电电路等,对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备,被称为电力系统的二次设备。继电保护装置就属于电力系统的二次设备。
一、继电保护装置的基本原理为了完成继电保护的任务,继电保护就必须能够区别是正常运行还是非正常运行或故障,要区别这些状态,关键的就是要寻找这些状态下的参量情况,找出其间的差别,从而构成各种不同原理的保护。
1.利用基本电气参数的区别发生短路后,利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化,可以构成如下保护:
(1)过电流保护。单侧电源线路如图1-1所示,若在BC段上发生三相短路,则从电源到短路点k之间将流过很大的短路电流Ik,可以使保护2反应这个电流增大而动作于跳闸。
(2)低电压保护。如图1所示,短路点k的电压Uk降到零,各变电站母线上的电压都有所下降,可以使保护2反应于这个下降的电压而动作。   

图1:单侧电源线路
(3)距离保护。距离保护反应于短路点到保护安装地之间的距离(或测量阻抗)的减小而动作。如图1所示,设以Zk表示短路点到保护2(即变电站B母线)之间的阻抗,则母线上的残余电压为:
UB=IkZko ZB
就是在线路始端的测量阻抗,它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。
2.利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位(或功率方向)的差别图2所示为双侧电源网络。若统一规定电流的正方向是从母线流向线路,则对线路AB两侧电流相位(或功率方向)的分析如下。

图2:双侧电源网络
a——正常运行情况;b——线路AB外部短路情况;c——线路AB内部短路情况
正常运行时,A、B两侧电流的大小相等,相位相差180°;当线路AB外部故障时,A、B两侧电流仍大小相等,相位相差180°;当线路AB内部短路时,A、B两侧电流一般大小不相等,在理想情况下(两侧电动势同相位且全系统的阻抗角相等),两侧电流同相位。从而可以利用电气元件在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构成各种差动原理的保护(内部故障时保护动作),如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。
3.序分量是否出现电气元件在正常运行(或发生对称短路)时,负序分量和零序分量为零;在发生不对称短路时,一般负序和零序都较大。因此,根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置具有良好的选择性和灵敏性。
4.反应于非电气量的保护反应于变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成气体(瓦斯)保护;反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。
二、继电保护装置的组成继电保护的种类虽然很多,但是在一般情况下,都是有三个部分组成的,即测量部分、逻辑部分和执行部分。其原理结构如图3所示。

图3:继电保护装置的原理结构图
1.测量部分测量部分是测量被保护元件工作状态(正常工作、非正常工作或故障状态)的一个或几个物理量,并和已给的整定值进行比较,从而判断保护是否应该启动。
2.逻辑部分逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定的逻辑程序工作,后传到执行部分。
3.执行部分执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号,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,发出信号;正常运行时,不动作。

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