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供配电系统继电保护分析

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视频简介

本文深入探讨了电力系统中高压线路和变压器的保护原理及其应用。高压线路保护涵盖了相间短路、单相接地和过负荷保护,重点对比了定时限与反时限过电流保护的差异,及各继电器在保护电路中的功能。变压器保护则包括差动、瓦斯、过电流和过负荷保护,强调了CT和PT在精确测量电流和电压中的作用。文章还讨论了保护装置的整定原则、动作特性及设计优化,旨在提高电力系统的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。通过合理选择保护装置和整定值,确保在故障情况下能够准确快速地响应,保护设备免受损害。

视频脑图

         

视频要点

高压线路的机电保护中,相间短路保护是如何实现的?定时限过电流保护中的时间继电器起到什么作用?  

相间短路保护是通过电流继电器和时间继电器配合实现的。当电流超过设定的动作值时,电流继电器动作并经过一定时间延时后触发时间继电器闭合,进而激活信号继电器和中间继电器,发出信号并跳闸。断路器跳闸后,其辅助触点打开,自动取消跳闸指令。定时限过电流保护中的时间继电器用于设定一个固定的延时,确保在电流恢复正常后不会立即跳闸,而是经过预设时间后才动作,从而避免误跳闸。这个时间继电器(KT)是事先整定好的,根据线路情况决定动作时间和返回时间,确保保护的准确性。  

 

反时限过电流保护的工作原理是什么?定时限过电流保护与反时限过电流保护在设计和应用上的区别是什么?  

反时限过电流保护基于感应式电流继电器,其动作电流与动作时间成反比,即电流越大,动作时间越短;反之,电流越小,动作时间越长。当电流达到动作值时,反时限继电器会快速动作,直接串入跳闸回路,使开关跳闸。这种保护的特点是不受线路最大电流影响,更注重动作时间和灵敏度的调整。定时限过电流保护设计较为复杂,需要直流操作电源,且其动作时间相对固定,越靠近电源,动作时间越长,可能显得过长。而反时限过电流保护设备投资较小,动作时间与电流呈反比,动作特性较为灵活,适用于现代智能保护系统。尽管两者都能实现对线路故障的保护,但在整定原则、动作特性以及应用场景等方面存在显著差异。  

 

如何进行过电流保护的动作电流整定?  

过电流保护的动作电流整定需考虑线路的最大负荷电流以及可靠系数、接线系数等因素。具体计算时,需要除以CT变比来得到动作电流,并确保动作值大于线路最大电流,返回值也应大于最大电流。同时,不同类型的继电器有不同的动作时间和返回特性要求。  

 

电流速段保护的工作原理是什么?电流速断保护存在什么问题以及如何解决?  

电流速段保护是在过电流基础上去掉时间元件,当电流达到或超过整定值时立即发信号跳闸。其整定值设定为保护范围末端的最大短路电流,确保在该点不动作以避免越级跳闸。可靠系数根据不同类型的继电器取1.2到1.3或1.4到1.5,并结合接线系数和最大导电流来确定动作值。电流速断保护存在死区,即在特定条件下(如最严重的三相短路时)保护不会动作。为解决这个问题,需要配合使用带时限的保护装置,比如单相接地保护和绝缘监视装置,以及小电流选线装置来判断并隔离故障点。  

 

单相接地保护是如何工作的?  

单相接地保护利用开口三角形PT的电压变化进行工作。在正常运行时,开口三角形电压很小,而当系统发生单相接地时,该电压会上升至100伏,超过电压继电器的动作值后发出信号。通过小电流选线装置进一步确定是哪一相发生接地,并通过比较各相零序电流判断具体是哪条线路接地。  

 

电缆线路接地保护中连续CT的作用是什么?  

对于电缆线路的接地保护,连续CT用于监测零序电流的变化。当某条线路发生接地时,连续CT会检测到电流变化,并通过小电流选线装置找出接地线路。值得注意的是,电缆头的接地线在敷设时,若采用连续CT,则必须穿过零序电流互感器后再接地;若不使用连续CT,则可以直接在电缆下方接地,无需穿过互感器。  

 

在升压至5和6的线路中,电流是如何在电容两端产生并流动的?电流在经过电容时,为什么C1的电流会被抵消?  

在升压后的线路上,由于电容的存在以及对地形成的线电压,会在电容两端产生电流。这个电流会从一点出发,经过一个路径后回到D点,形成一个闭合回路。C1的电流之所以被抵消,是因为它在上行和下行过程中相位相反,因此在铁芯中无法感应出有效电流,从而抵消了C1的电流效应。  

 

那么I3电流是如何流动的,以及它是否会感应到铁芯?  

I3电流是从某点出发,先往上走,然后在中心点处再往D点走,形成一个完整的回路。虽然I3也有上行和下行的过程,但由于一上一下的相位差,其电流也会被抵消,但R3电流没有被抵消,所以会被线圈感应出来。  

 

对于非故障相(如3456段)的电容电流,为什么也会被电流继电器感应到?  

非故障相的电容电流在流动过程中不会被连续CT内部的线圈感应到,但如果电流从线圈外部穿越而未从内部穿过,那么即使非故障相的电流也会被线圈感应出来。  

 

接地保护装置的动作电流如何确定以及其灵敏度如何计算?  

接地保护装置的动作电流基于电容电流和返回系数,并结合电流变比来设定。其灵敏度通过特定公式计算,并且需要注意过负荷保护的动作值和延时设定。  

 

当变压器固定流过段时间过大时,应采取何种保护措施?  

当变压器固定流过的时间太长时,应该加装加速段保护;对于户外大于800千伏或户内大于等于400千伏的变压器,需要加装瓦斯保护;同时,若单台变压器大于1万千伏安或并列运行的多台变压器总容量大于6300千伏安,应加装差动保护。  

 

变压器过电流保护的原理是什么?  

变压器过电流保护主要用于外部故障保护,其组成原理与电力线路保护类似,动作值基于可靠系数、接线系数以及变压器一次侧额定电流的最大值,通常取1.5倍到3倍的额定电流,并可能带有延时功能以区分事故过负荷和正常过负荷情况。  

 

变压器过负荷保护和电流速断保护的整定原则是什么?瓦斯保护的接线和动作逻辑是怎样的?  

变压器过负荷保护是按照躲过变压器额定一次电流来整定的,具体为变压器一次侧额定电流除以电流变比再乘以1.2到1.3的可靠系数。而电流速断保护则是基于短路电流来整定,并设定动作时间为10到15秒。瓦斯保护通常有两套CT保护,一套用于保护,另一套可能用于计量或测量。当轻瓦斯动作时,仅发信号;而重瓦斯动作不仅发信号,还会跳闸。在检修或实验需要退出重瓦斯保护时,可将连接片打到“假负载”位置,用电阻代替跳闸线圈以防止误跳闸。同时,信号继电器(KS1、TS1/TS2)在轻重瓦斯动作时分别起到发信号和跳闸的作用。  

 

瓦斯继电器的工作原理及安装要求是什么?  

瓦斯继电器安装在油枕和油箱之间,内部有倾斜角度(1%到1.5%),使得气体能顺利流向顶部并在瓦斯继电器中存储。其结构包括用于跳闸或发信号的接线盒和放气阀,可采集气体送实验室化验以判断故障性质。正常运行时,两对触点在变压器油中飘浮不动作;清瓦斯动作时,由于气泡聚集导致油位下降,浮筒随之移动闭合轻瓦斯触点发信号;重瓦斯动作则意味着变压器发生严重事故,发热剧烈、体积膨胀,油流快速冲击重瓦斯触点导致其闭合并触发开关跳闸。  

 

当出现严重漏油情况时,瓦斯保护如何动作?  

在严重漏油的情况下,轻瓦斯首先动作发信号,若漏油持续,则重瓦斯也会动作,直接跳闸。此时,重瓦斯动作不再依赖于油流驱动,而是通过检测油位下降来触发跳闸,确保及时切断电源避免事故扩大。  

 

QF闭合后,其辅助触点如何运作以及与主触点的关系是什么?为什么停要同时跳闸QF1和QF2?  

QF闭合时,其辅助触点也会跟着闭合。主触点和辅助触点使用同一个名称,当KM动作时,辅助触点闭合,这会导致Y2得电并成为一个跳闸线圈。这个跳闸线圈的作用是在得电后让QF跳闸,跳闸后由于QF已经打开,会撤销掉跳闸指令。KM动作后会接通KS,进而触发KS接通QF1和QF2,因为差动保护动作时,为了隔离故障变压器的所有端口,需要QF1和QF2同时跳闸。  

 

电器设备的工作制有哪些分类,并举例说明?为什么需要将电器设备的工作制进行分类?  

电器设备的工作制分为3种类型:短时工作制、长时工作制和短时反复短时工作制。例如,跳闸线圈属于短时工作制,因为它仅在接收到脉冲时工作;电梯里的电动机则是短时反复工作制,因为它会频繁上下运行;而港口的高压电动机则属于连续工作制。将电器设备按工作制分类是为了在设计制造时针对不同需求选择合适的工作制类型。短时工作制设备无需考虑长期散热问题,设计简单经济,如跳闸线圈在完成一次动作后即停止工作;而长时工作制设备则需设计成能连续工作的结构,如港口电动机可以长时间运行。  

 

变压器纵连插座的作用是什么?差动保护的基本原理是什么?  

变压器纵连插座主要实现的是保护范围的划分,即在两个CT(T1和TA2)之间进行故障保护。当在保护区外发生短路时,纵连插座不会动作,只有在保护区内发生短路时才会动作,从而实现对变压器特定区域的短路保护。差动保护的基本原理是基于一次侧和二次侧电流互感器的二次侧电流之差。在正常运行或插动保护区域发生短路时,一次侧和二次侧电流不相等,产生差值,当这个差值达到一定条件时,驱动电流继电器动作并触发跳闸,实现变压器的差动保护。  

 

如何通过选择变比确保正常运行时电流继电器不动作?  

在正常运行时,需要选择适当的TA变比,使得一次侧和二次侧的电流互感器二次侧电流相等,比如通过调整变比使两者电流均为5安培,这样它们相减后的差值为零,电流继电器无电流通过,保持不动。  

 

纵连插座应如何躲过哪些情况下的误动作?  

纵连插座在设计时应能躲过变压器外部短路时出现的最大不平衡电流、变压器励磁涌流以及二次回路断线时的电流变化。具体来说,不应在保护区域外发生短路、空载投变压器时的励磁电流或者二次回路断线导致的大负荷电流下误动作。   

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