管延寶

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一、繼電保護(hù)發(fā)展歷史

繼電保護(hù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)，這時(shí)期是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的開端。最早的繼電保護(hù)裝置是熔斷器。從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年的時(shí)間里，繼電保護(hù)完成了發(fā)展的4個(gè)階段，即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展。

二、繼電保護(hù)概述

(一)電力系統(tǒng)存在的問題

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，由于風(fēng)、雨、雷電的影響，設(shè)備的缺陷和絕緣老化、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)和操作錯(cuò)誤等原因，致使組成電力系統(tǒng)的電氣元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸電線路、電動(dòng)機(jī)等)可能發(fā)生各種故障和不正常工作狀態(tài)。其中變壓器發(fā)生的故障主要是各種類型的短路，包括三相短路、兩相短路、單相接地短路，以及同一相繞組的匝間短路。故障的危害：故障點(diǎn)的電弧可能燒壞變壓器；電力系統(tǒng)部分地區(qū)的電壓大幅度下降，影響用戶的正常生產(chǎn)；破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。

(二)繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

任何電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，必須考慮到系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障和不正常狀態(tài)，并利用繼電保護(hù)裝置予以消除，以保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)被保護(hù)的電氣元件發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，使斷路器跳閘，將故障的電氣元件從電力系統(tǒng)中切除，使其損壞程度減至最小，并保證無故障部分繼續(xù)正常運(yùn)行?；蛘弑槐Ｗo(hù)的電氣元件出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出信號(hào)，告訴運(yùn)行人員予以處理。在無人值班的變電所，保護(hù)可作用于減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。為了使繼電保護(hù)裝置能及時(shí)、正確地完成它所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，對(duì)反應(yīng)短路故障的繼電保護(hù)裝置有以下四個(gè)基本要求：選擇性、快速性、靈敏性和可靠性。

三、變壓器保護(hù)

(一)差動(dòng)保護(hù)

大型變壓器必須裝設(shè)單獨(dú)的變壓器差動(dòng)保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)通常為三側(cè)電流差動(dòng)，即高壓側(cè)電流引自高壓斷路器處的電流互感器，而中低壓側(cè)電流分別引自變壓器中壓側(cè)電流互感器和低壓側(cè)電流互感器。差動(dòng)保護(hù)范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域(即變壓器本體，高壓側(cè)引線和中低壓側(cè)的引線)，可以反應(yīng)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變繞組匝間短路故障。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)是最重要的保護(hù)之一。變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理與發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)相同，但由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、電量特征均各有特點(diǎn)，產(chǎn)生了一系列特有技術(shù)問題，因此，差動(dòng)在構(gòu)成上與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)有較大的區(qū)別。例如：需要根據(jù)變壓器各側(cè)繞組的連接組別的不同來確定多側(cè)差動(dòng)接線方式，又如必須妥善處理大勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的問題等。

(二)瓦斯保護(hù)

大型變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)及其它反應(yīng)電量的保護(hù)均不能動(dòng)作，而瓦斯保護(hù)卻能動(dòng)作，因此，瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的重要的保護(hù)裝置。瓦斯保護(hù)有輕、重瓦斯保護(hù)之分，裝于油箱與油枕之間的連接導(dǎo)管上。當(dāng)變壓器嚴(yán)重漏油或輕微故障時(shí)，在所產(chǎn)生的氣體壓力作用下，引起輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)于報(bào)警；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，變壓器油和絕緣材料分解產(chǎn)生大量氣體，油箱內(nèi)氣體經(jīng)導(dǎo)管沖向油枕，沖動(dòng)重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，瞬間作用于跳閘。輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作值采用氣體容積大小表示，整定范圍：250-300cm3。重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值采用油流速度大小表示，整定范圍：0.6-1.5cm3。需要說明的是：瓦斯保護(hù)雖然簡單、靈敏、經(jīng)濟(jì)，但它動(dòng)作速度較慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部的故障，因此，瓦斯保護(hù)需要與差動(dòng)保護(hù)共同使用。

(三)零序保護(hù)

1.中心點(diǎn)直接接地變壓器的零序電流保護(hù)

當(dāng)變壓器的中性點(diǎn)采用直接接地的運(yùn)行方式時(shí)，其接地保護(hù)一般采用零序電流保護(hù)。保護(hù)用電流互感器接于中性點(diǎn)引出線上。零序電流保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于被保護(hù)側(cè)母線引出線零序過電流保護(hù)的動(dòng)作電流，即按靈敏性相配合的條件整定。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比引出線零序過電流保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級(jí)差Δt。

2.并列運(yùn)行變壓器部分中性點(diǎn)接地時(shí)的零序保護(hù)

在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)發(fā)生接地短路時(shí)，零序電流的大小和分布與變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)目與位置有關(guān)。因此，當(dāng)變電所中有兩臺(tái)及以上變壓器并列運(yùn)行時(shí)，僅將部分變壓器的中性點(diǎn)接地，另一部分變壓器的中性點(diǎn)不接地，以使零序電流的大小和分布少受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)無零序電流和零序電壓，電流繼電器和電壓繼電器均不動(dòng)作，保護(hù)不動(dòng)作。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地線中出現(xiàn)3倍運(yùn)行電流，電流繼電器動(dòng)作，起動(dòng)時(shí)間繼電器，瞬間動(dòng)作觸點(diǎn)接通，中性點(diǎn)不接地變壓器的接地保護(hù)裝置獲得操作電源將中性點(diǎn)不接地的變壓器切除。如果故障仍舊存在，時(shí)間繼電器整定延時(shí)觸點(diǎn)接通，將中性點(diǎn)接地變壓器切除。