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輸配電系統安全管理研究
導讀：電力系統的規模日益擴大。電力系統繼電保護整定計算結果關(guān)系到電力系統運行的安全性。所有這些過(guò)流保護都可分為定時(shí)限過(guò)流保護和反時(shí)限過(guò)流保護。
關(guān)鍵詞：電力系統，繼電保護，限過(guò)流保護
我國電網(wǎng)結構較薄弱，規模也較小，卻能維持當前如此大負荷下的穩定運行，這與我國目前“統一調度、分級管理”的調度管理體制密切相關(guān)，采用二次設備和管理上的優(yōu)勢來(lái)補足一次設備的薄弱，對確保電網(wǎng)安全起到了非常重要的作用。但近年來(lái)隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求日益增長(cháng)，電力系統的規模日益擴大，每年、每天電網(wǎng)高負荷運行的時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，網(wǎng)絡(luò )結構更加龐大更加復雜化，對系統運行安全性和可靠性的要求也在不斷提高。電力系統繼電保護整定計算結果關(guān)系到電力系統運行的安全性。繼電保護裝置是電力系統最重要的二次設備之一，其可靠動(dòng)作對電力系統的安全穩定運行起著(zhù)重要的作用，正確的保護定值是防止事故發(fā)生和擴大的基礎，在電力生產(chǎn)運行工作和電力工程設計中， 繼電保護整定計算是一項必不可少的內容。隨著(zhù)電力系統網(wǎng)絡(luò )規模的不斷擴大，繼電保護整定值的計算與保護配合的工作量越來(lái)越高，所以，對電網(wǎng)保護間的協(xié)調整定研究也是非常必要的。
一、電力系統繼電保護的作用
(一)電力系統故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果
在電力系統中，由于自然條件(如雷擊或鳥(niǎo)獸跨接電氣設備)、設備制造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當等諸方面因素，使電力系統中各組成部分(發(fā)電機、母線(xiàn)、輸電線(xiàn)、電抗器、電容器、電動(dòng)機等)發(fā)生短路故障或異常運行情況是不可能完全避免的。最常見(jiàn)的同時(shí)也是最危險的故障是各種形式的短路。其中以單相接地最為常見(jiàn)。此外，輸電線(xiàn)路有時(shí)可能發(fā)生斷線(xiàn)故障或幾種故障同時(shí)發(fā)生的復合故障。發(fā)生故障可能的后果是:
1、故障點(diǎn)通過(guò)很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設備燒壞。
2、系統中設備，在通過(guò)短路電流時(shí)產(chǎn)生的熱和電動(dòng)力使設備縮短使用壽命。
3、因電壓降低，破壞用戶(hù)工作的穩定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量。
4、破壞系統并列運行的穩定性，產(chǎn)生振蕩，甚至使整個(gè)系統瓦解。
最常見(jiàn)的不正常工作狀態(tài)是過(guò)負荷。所謂過(guò)負荷就是電氣設備的負荷電流超過(guò)了額定電流。此外，發(fā)電機有功功率不足所引起的頻率降低，水輪發(fā)電機突然甩負荷所引起的過(guò)電壓，系統發(fā)生振蕩等屬于不正常運行狀態(tài)。由于過(guò)負荷，加速了設備絕緣材料的老化和損壞，甚至引起事故擴大造成嚴重故障�？傊�，不正常工作狀態(tài)往往影響電能的質(zhì)量、設備的壽命、用戶(hù)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量等。
(二)繼電保護裝置及任務(wù)
為防止電力系統中發(fā)生事故一般應采取如下對策:
1、改進(jìn)設計制造，加強維護檢修，提高運行水平和工作質(zhì)量。采取各項措施消除或減少發(fā)生故障的可能性。
2、一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇地切除故障元件，保證無(wú)故障部分的正常運行。
繼電保護裝置，就是指反應電力系統中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是:
1、發(fā)生故障時(shí)，有選擇地將故障元件從電力系統中快速、自動(dòng)地切除，使其損壞程度減至最輕，并保證最大限度地迅速恢復無(wú)故障部分的正常運行。
2、反應電氣元件的異常運行工況，根據運行維護的具體條件和設備的承受能力，發(fā)出警報信號、減負荷或延時(shí)跳閘。
3、根據實(shí)際情況，盡快自動(dòng)恢復停電部分的供電。
可見(jiàn)，繼電保護實(shí)際上是一種電力系統的反事故自動(dòng)裝置，它在電力系統中的地位十分重要。繼電保護裝置的投資占電站和電網(wǎng)總投資的比重較小，在滿(mǎn)足技術(shù)要求的前提下，一定要保證繼電保護裝置性能的完善，以免因保護裝置性能不佳，出現拒動(dòng)或誤動(dòng)所造成的巨大經(jīng)濟損失。
二、繼電保護的構成、基本要求
(一)繼電保護的構成
繼電保護的種類(lèi)雖然很多，但在一般情況下，繼電保護裝置包括測量部分、邏輯部分、執行部分，測量部分從保護對象輸入有關(guān)信號，再與給定的整定值相比較，決定保護是否動(dòng)作，根據測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、出現的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定保護應有的動(dòng)作行為，由執行部分立即或延時(shí)發(fā)出警報信號或跳閘信號。
(二)繼電保護的要求
電力系統繼電保護裝置為能保障電網(wǎng)的安全正常運行，就必須在技術(shù)上滿(mǎn)足以下四個(gè)基本的要求:
1、可靠性。即當故障發(fā)生在該保護裝置的保護范圍內時(shí)，不應拒絕動(dòng)作;在任何其它該保護不應該動(dòng)作的情況下，則不應誤動(dòng)作。
2、選擇性。即要繼電保護在可能最小的范圍內將故障部分自電網(wǎng)中斷開(kāi)，最大限度保證非故障部分繼續供電。有時(shí)當遇到保護裝置拒動(dòng)或斷路器失靈時(shí)，需要采用后備保護。
3、速動(dòng)性。指繼電保護以可能最短的時(shí)限將故障或異常情況自電網(wǎng)中切除或消除，快速性不僅能減輕故障設備的損壞程度，加快非故障部分的恢復供電，更重要的是提高超高壓電網(wǎng)系統運行的穩定性。
4、靈敏性。即對保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。滿(mǎn)足要求的保護裝置是在規定的保護范圍內故障時(shí)，無(wú)論短路點(diǎn)的位置以及短路類(lèi)型如何，它都能敏銳感覺(jué)，正確反應。保護裝置的靈敏性通常用靈敏系數衡量，靈敏系數越大，保護的靈敏度就越高，反之則越低。
四個(gè)基本要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對不同的使用條件，分別地進(jìn)行協(xié)調。
三、過(guò)流保護概述
電力系統中的短路是不可避免的。短路必然伴隨著(zhù)電流的增大，因而為了保護發(fā)電機等設備免受短路電流的破壞，首先出現了反應電流超過(guò)某一預定值的過(guò)電流保護。熔斷器就是最早的、最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護。這種保護方式時(shí)至今日仍廣泛應用于低壓線(xiàn)路和用電設備。隨著(zhù)電力系統的發(fā)展，熔斷器己不能滿(mǎn)足選擇性和快速型的要求，于是出現了過(guò)電流繼電器。過(guò)電流繼電器的發(fā)展經(jīng)歷了感應型過(guò)電流繼電器、晶體管式過(guò)電流繼電器、集成電路型過(guò)電流保護等幾個(gè)階段，直至今日的微機保護裝置。
所有這些過(guò)流保護都可分為定時(shí)限過(guò)流保護和反時(shí)限過(guò)流保護。定時(shí)限過(guò)流保護的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小無(wú)關(guān)，按照其動(dòng)作電流躲過(guò)負荷電力來(lái)整定，并以時(shí)限來(lái)保證動(dòng)作選擇性的一種保護。電網(wǎng)正常運行時(shí)它不應該動(dòng)作，而發(fā)生短路時(shí)，則都反應電流的增大而動(dòng)作，在保護啟動(dòng)后出口的動(dòng)作時(shí)間是固定的動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作時(shí)間與輸入量的大小無(wú)關(guān)，它的整定配合比較簡(jiǎn)單;而反時(shí)限過(guò)流保護其動(dòng)作時(shí)間與輸入量動(dòng)作值的大小成反比，輸入量越大，動(dòng)作時(shí)間越快，輸入量越小，動(dòng)作時(shí)間越慢(輸入量的大小必須滿(mǎn)足動(dòng)作條件)，動(dòng)作時(shí)間的快慢與系統或電氣元件故障的嚴重程度成正比，這種保護具有某種自適應功能的特性。
隨著(zhù)國內微機保護的發(fā)展，更多的微機保護中都增加了反時(shí)限功能，從而反時(shí)限過(guò)流保護在發(fā)電廠(chǎng)、各種工礦企業(yè)、配電網(wǎng)等場(chǎng)合得到更廣泛的應用。于是在保護裝置選型、保護與保護之間的配合、保護與被保護設備之間的配合等方面，需要處理大量的過(guò)流保護整定配合。
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