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中圖分類號:TU99文獻標識碼:A文章編號:1003-2738(2011)12-0290-01
摘要:電動機保護器作為拖動系統中的重要組成部分,對電動機的起動和運行中保護起著至關重要的作用。本文分析了電動機保護器保護及構成原理,并闡述了電動機保護器在發展過程中的應用及選擇原則。
關鍵詞:電動機;保護器;保護原理;應用
一、引言
電動機是當前應用最廣泛的動力設備,是其他機電設備的動力源泉,電動機正常的輸出是其驅動的機電設備正常工作的前提,如今已被廣泛應用于工農業、交通運輸、國防等領域。電動機所帶的負載種類繁多,且往往是整個設備中的關鍵部分,因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要。電動機保護器(電機保護器)是發電、供電、用電系統的重要器件,是跨行業、量大面廣、節能效果顯著的節能機電產品[1]。電動機保護器的作用是給電機全面的保護控制,在電機出現過流、欠流、斷相、堵轉、短路、過壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。如今電動機保護器幾乎滲透到所有用電領域,在國民經濟和節能事業中有著不可替代的重要地位和作用。
二、電動機保護器的保護原理與構成
對電動機來說,其故障形式從機械角度可以分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。造成繞組損壞的主要原因有:1.電動機長時間的電、熱、機械和化學作用下,繞組的絕緣老化損壞,定轉子繞組匝間短路或是對地短路。2.電網供電質量差,電源電壓三相不平衡、電壓波動大、電網電壓波形畸變、高次諧波嚴重或者電動機斷相運行。3.電源電壓過低使得電動機啟動轉矩不夠,電動機不能順利啟動或者是在短時間內重復啟動,電動機長時間承受過大的啟動電流導致電機過熱。4.因機械故障或其它原因造成電動機轉子堵轉。5.某些大型電機冷卻系統故障或是長時間工作在高溫高濕環境下造成電機故障。
電動機保護原理的研究是保證電動機保護器性能高低的關鍵,根據三相對稱分量法的理論,三個不對稱的向量可以唯一分解成三組對稱的向量,分別為正序分量、負序分量和零序分量。對稱分量的計算公式如下:
(1)
上式是以A相為例,其中 為算子,即 , 分別是A相電流用對稱分量法分解得到的正序電流、負序電流和零序電流。
根據(1)式,電動機在發生對稱故障和不對稱故障時,電動機的三相電流都會發生變化。電動機故障條件流過繞組的電流過大,超過電動機的額定電流,因此可根據這一特征來對電動機過電流進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值。電源電壓欠壓,運行電流上升的比例將等于電壓下降的比例;電機過載時,常造成堵轉,此時的運行電流會大大超過額定電流。針對以上情況,電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測,根據運行電流的不同性質來確定不同的保護方式,從而對電機予以的斷電保護。電動機的故障類型分為過流保護、負序電流保護、零序電流保護、電壓保護和過熱保護等幾種。
通過對電動機保護器的保護原理分析可以看出,理想的電動機保護器應滿足可靠、經濟、方便等要素,具有較高的性能價格比。經過發展和更新,如今電動機保護器一般由電流檢測電路、溫度檢測電路、基準電壓電路、邏輯處理電路、時序處理電路、啟動封鎖及復位電路、故障記錄電路、驅動電路、電動機控制電路組成。電動機保護器的構成原理如圖l所示。
圖1 電動機保護器組成模塊和構成原理圖
三、電動機保護器的類型及應用分析
目前我國普遍采用的電動機保護器主要有熱繼電器、溫度繼電器和電子式電動機保護器。熱繼電器是五十年代初引進蘇聯技術開發的金屬片機械式電動機過載保護器,它在保護電動機過載方面具有反時限性能和結構簡單的特點[2]。但存在功能少,無斷相保護,對電機發生通風不暢,掃膛、堵轉、長期過載,頻繁啟動等故障不起保護作用。這主要是因為熱繼電器動作曲線和電動機實際保護曲線不一致,失去了保護作用。且重復性能差,大電流過載或短路故障后不能再次使用,調整誤差大、易受環境溫度的影響誤動或拒動,功耗大、耗材多、性能指標落后等缺陷。溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤式或其他形式的繼電器,在電動機中埋入熱元件,根據電動機的溫度進行保護,但電動機容量較大時,需與電流監測型配合使用,避免電動機堵轉時溫度急劇上升,由于測溫元件的滯后性,導致電動機繞組受損。溫度繼電器具有結構簡單、動作可靠,保護范圍廣泛等優點,但動作緩慢,返回時間長,3KW以上的三角形接法電動機不宜使用。目前在電風扇、電冰箱、空調壓縮機等方面大量使用。電子式電動機保護器通過檢測三相電流值和整定電流值,采用電位器旋鈕或拔碼開關操作來實現對電動機的保護,電路一般采用模擬式,采用反時限或定時限工作特性。
除了上述三種常見的電動機保護器,磁場溫度檢測型繼電器和智能型電動機保護器也在電動機故障保護中得到普遍應用。磁場溫度檢測型保護器通過在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭,根據電動機內部旋轉磁場的變化和溫度的變化進行保護,主要功能包括過載、堵轉、缺相、過熱保護和磨損監測,保護功能完善,缺點是需在電動機內部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。智能型電動機保護器能實現電動機智能化綜合保護,集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數字設定,通過操作面板按鈕來操作,用戶可以根據自己實際使用要求和保護情況在現場自行對各種參數修正設定,采用數碼管作為顯示窗口,或采用大屏幕液晶顯示,能支持多種通訊協議,目前高壓電動機保護均采用智能型
四、電動機保護器應用選擇原則
選用電動機保護裝置的目的,既能使電動機充分發揮過載能力,又能免于損壞,而且還能提高電力拖動系統的可靠性和生產的連續性。合理選用電機保護裝置,既能充分發揮電機的過載能力,又能免于損壞,從而提高電力拖動系統的可靠性和生產的連續性。具體的功能選擇應綜合考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環境、電機主體設備的重要程度、電機退出運行是否對生產系統造成嚴重影響等因素,力爭做到經濟合理。在能滿足保護要求的情況下首先考慮最簡單保護裝置,當簡單的保護裝置不能滿足要求時,或對保護功能和特性提出更高要求時,才考慮應用復雜的保護裝置,做到經濟性和可靠性的統一。
五、結束語
如今電動機保護器已發展到了微電子智能型時代,電動機保護器也朝著多元化方向發展。這就需要我們的工作人員在選型時應充分考慮電動機保護實際需求,超前、準確、及時地判斷電動機的故障,合理選擇保護功能和保護方式,實現對電動機的良好保護,達到提高設備運行可靠性,減少非計劃停車,減少事故損失的目的。
參考文獻
Key words: high impedance differential protection ratio error
論文關鍵詞:高阻抗差動保護 匝數比
論文摘要:本文闡述了大型電動機高阻抗差動保護原理及整定原則和整定實例。分析了CT匝數比誤差對高阻抗差動保護的影響,并介紹了匝數比誤差的測量方法。
1概述
高阻抗差動保護的主要優點:1、區外故障CT飽和時不易產生誤動作。2、區內故障有較高的靈敏度。它主要作為母線、變壓器、發電機、電動機等設備的主保護,在國外應用已十分廣泛。高阻抗差動保護有其特殊性,要保證該保護的可靠性,應從CT選型、匹配、現場測試、保護整定等多方面共同努力。現在我國應制定高阻抗差動保護和相應CT的標準,結合現場實際情況編制相應的檢驗規程,使高阻抗差動保護更好的服務于電網,保證電網安全。
2高阻抗差動保護原理及定值整定原則
2.1高阻抗差動保護的動作原理:
(1)正常運行時:原理圖見圖1,I1=I2 ij=i1-i2=0. 因此,繼電器兩端電壓:Uab= ij×Rj=0. Rj-繼電器內部阻抗。
電流不流經繼電器線圈,也不會產生電壓,所以繼電器不動作。
(2)電動機啟動時:原理圖見圖2,由于電動機啟動電流較大,是額定電流的6~8倍且含有較大的非周期分量。當TA1與TA2特性存在差異或剩磁不同,如有一個CT先飽和。假設TA2先飽和,TA2的勵磁阻抗減小,二次電流i2減小。由于 ij=i1-i2 導致ij上升,繼電器兩端電壓Uab上升。這樣又進一步使TA2飽和,直至TA2完全飽和時,TA2的勵磁阻抗幾乎為零。繼電器輸入端僅承受i1在TA2的二次漏阻抗Z02和連接電纜電阻Rw產生的壓降。
為了保證保護較高的靈敏度及可靠性,就應使Uab減少,也就是要求CT二次漏阻抗降低。這種情況下,繼電器的整定值應大于Uab,才能保證繼電器不誤動。
(3)發生區內故障:原理圖見圖3,i1=Id/n (n-TA1電流互感器匝數比) ij=i1-ie≈i1Uab=ij×Rj≈i1Rj此時,電流流入繼電器線圈、產生電壓,檢測出故障,繼電器動作。由于TA1二次電流i1可分為流向CT勵磁阻抗Zm的電流ie和流向繼電器的電流ij。因此,勵磁阻抗Zm越大,越能檢測出更小的故障電流,保護的靈敏度就越高。
2.2高阻抗差動保護的整定原則及實例
(1)整定原則:
a)、保證當一側CT完全飽和時,保護不誤動。
式中:U-繼電器整定值;US-保證不誤動的電壓值;IKMAX-啟動電流值;
b)、保證在區內故障時,CT能提供足夠的動作電壓:
Uk≥2US
(3)
式中:Uk-CT的額定拐點電壓。
CT的額定拐點電壓也稱飽和起始電壓:此電壓為額定頻率下的正弦電壓加于被測CT二次繞組兩端,一次繞組開路,測量勵磁電流,當電壓每增加10%時,勵磁電流的增加不能超過50%。
c)、校驗差動保護的靈敏度:在最小運行方式下,電動機機端兩相短路時,靈敏系數應大于等于2。
式中Iprim-保證繼電器可靠動作的一次電流;n、Us-同前所述;m-構成差動保護每相CT數目;Ie-在Us作用下的CT勵磁電流;Iu-在Us作用下的保護電阻器的電流;Rs-繼電器的內阻抗。
(2)、整定實例:
電動機參數:P=7460KW;Ir=816A。CT參數:匝數比n=600;Rin=1.774Ω;Uk=170V。
CT二次側電纜參數:現場實測Rm=4.21Ω。
差動繼電器(ABB-SPAE010)參數:整定范圍0.4-1.2Un ;Un=50、100、200可選;Rs=6K。
計算Us: US=IKMAX(Rin+Rm)/n=10Ir(Rin+Rm)/n=10×816(1.774+4.21)/600=81.38V
選取Us=82V
校驗Uk:Uk=170V Us在85V以下即可滿足要求。
確定繼電器定值:選取Un=100;整定點為0.82;實際定值為82V。
校驗靈敏度:通過查CT及保護電阻器的伏安特性曲線可得在82V電壓下的電流:Ie=0.03A Iu=0.006A Iprim=n(Us/Rs+mIe+Iu)=600(82/6000+2×0.03+0.006)=47.8A。
由此可見,高阻抗差動保護的靈敏度相當高,這也是該保護的主要優點之一。
3高阻抗差動保護的應用
3.1高阻抗差動保護在應用中除了應注意:
(1)、CT極性及接線應正確;(2)、二次接線端子不應松動;(3)、不應誤整定;(4)、CT回路應一點接地等。還應注意:(1)、CT二次應專用;(2)、高阻抗差動保護所用CT是一種特別的保護用CT。為了避免繼電器的誤動作,對CT有三個要求:勵磁阻抗高、二次漏抗低和匝數比誤差小。高阻抗差動保護用的CT設計要點是:依據拐點電壓及拐點電壓下的勵磁電流來確定鐵芯尺寸。對于高阻抗差動保護用CT的特性匹配至關重要,在實際選用時應采用同一廠家,同一批產品性相近、匝數比相同的CT。
3.2下面主要探討CT匝數比誤差對高阻抗差動保護的影響
(1)匝數比n為二次繞組的匝數與一次繞組匝數的比值。匝數比的誤差εt定義如下:
εt=(n-Kn)/Kn
(6)
式中,Kn-標稱電流比。
國外標準中規定此種CT的匝數比誤差為±0.25%。
(2)匝數比誤差要小:
當電動機啟動時(見圖2),電流互感器TA2未飽和,CT的二次電流接近于匝數比換算得來的數值,這是由于TA2未飽和時勵磁阻抗較高的原因。一般情況下高阻抗差動保護用CT勵磁阻抗為幾十千歐姆的數量級。如果匝數比的分散性很大,TA1和TA2的二次電流i1和i2不能互相抵消,該差值電流ij流經繼電器線圈,即成為產生誤動作的原因。
(3)、匝數比誤差規定為±0.25%,對于不同匝數比CT不盡合理。匝數較大CT容易滿足該規定并且能保證保護不發生誤動作。匝數較小CT即使滿足該規定,在電動機啟動時的差電壓也較大,足以造成保護誤動作。
下面列舉兩個例子:
a).兩側CT匝數比均滿足±0.25%。假設:n1=3609(正誤差);n2=3591(負誤差)。
匝數比誤差產生的不平衡電流:ij=(10×3600/3591-10×3600/3609)=0.05A
繼電器兩端不平衡電壓:Uj=ij×Rs=0.05×6000=300V
Uj大于繼電器整定值,保護在這種情況下將不可避免的發生誤動作。
b). 兩側CT匝數比相對誤差滿足±0.25。假設:n1=3609;n2=3600。
匝數比誤差產生的不平衡電流:
ij=(10×3600/3600-10×3600/3609)=0.025A
繼電器兩端不平衡電壓:Uj=ij×Rs=0.025×6000=150V
Uj小于繼電器整定值,可滿足工程要求。
例2:所有參數與整定計算實例相同。
a).兩側CT匝數比均滿足±0.25%。
設:n1=601(正誤差) ;n2=599(負誤差)。
匝數比誤差產生的不平衡電流:
Uj遠大于繼電器整定值(82V),保護將發生誤動作。
b). 兩側CT匝數比相對誤差滿足±0.25%,假設:n1=601 n2=600
匝數比誤差產生的不平衡電流:
Uj=ij×Rs=0.0226×6000=135V
Uj仍大于繼電器整定值,保護將發生誤動作。
通過上述兩例足以說明對于高阻抗差動保護CT選擇的苛刻條件,選擇時應遵守CT匝數比誤差相近的原則。建議在整定原則中增加繼電器整定電壓應大于由于匝數比誤差產生的差電壓,以保證高阻抗差動保護的可靠性。
3.3匝數比誤差的測量
測量的方法有兩種:
第一種:在CT二次側短路狀態下,測量流經額定一次電流i1時的比值差f1,設此時勵磁電流為i0,則 f1=-εt-i0/i1
二次回路連接與二次繞組阻抗相等的負荷,在額定一次電流的1/2電流下測量比值差f2,這時仍設勵磁電流為i0,則 f2=-εt-2i0/i1
匝數比誤差為:εt=f2-2f1
第二種方法:在測量CT伏安特性的同時測量一次繞組的電壓。
關鍵詞:繼電保護;模擬保護;微機化;課程改革
作者簡介:王思華(1968-),男,江蘇南通人,蘭州交通大學自動化學院,副教授;趙峰(1966-),男,上海人,蘭州交通大學自動化學院,教授。(甘肅 蘭州 730070)
基金項目:本文系蘭州交通大學教學改革項目資助的研究成果。
中圖分類號:G423.07 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)01-0058-02
由于電力電子技術、計算機技術、網絡技術及保護算法的不斷發展,微機保護已經得到了普遍采用,尤其是近年來測量、控制及保護技術的融和,新建的變電所和發電廠其二次系統一般都安裝了綜合自動化系統。在對老變電所和發電廠的改造過程中,遇到保護設備的更新,無一例外地都采用了微機保護裝置。因此,隨著模擬式機電型保護裝置退出和二次設備的不斷更新,電力系統繼電保護裝置的微機化已基本形成[1-2]。面對這樣的技術現實,結合目前繼電保護教學方面教材特點,如何讓學生在幾十學時里,既能對繼電保護的基本原理掌握好,又能對微機保護裝置有所掌握,這是擺在廣大繼電保護教師面前的一個比較大的現實問題。為了能解決和應對這個難題,對繼電保護教材和教學內容的調整勢在必行。
一、保護的微機化對傳統繼電保護的影響
目前,在現有電力系統繼電保護教材中,大多數教材在講述保護的基本原理的過程中,一般是結合模擬型繼電器來分析保護原理,尤其是機電型繼電器,這樣就花費了大量的篇幅用于分析介紹繼電保護裝置和傳統繼電保護的二次電路[3]。當然通過傳統的機電型保護的動作過程來讓學生學習和掌握保護原理是行之有效的方法,學生也容易理解,問題是在理解完了保護基本理論后,如何讓學生來認識微機保護,這在大多數教材中并沒有體現。而是對具體模擬電路或機電型保護元件參數的選擇、元件老化、頻率變化、過渡過程、管壓降(門檻值)、非線性問題等進行討論,不同類型的繼電器,其動作原理是不同的,結構也不同,特別是用機電型繼電器來實現較為高級保護,其結構尤為復雜,學生要掌握它很不容易,同時調試應用都不便。而微機保護,無論其功能如何,其硬件構成基本相似,無非是CPU及其擴展電路有所不同[1]。因此上述那些要討論的因素就相對涉及較少(或不存在)。由此可見,保護的微機化對繼電保護的教學內容影響很大。下面就繼電保護的課程內容進行討論。
1.電流保護的影響
電流保護單元是繼電保護課程的一個最基本、最重要的單元內容,也是在實踐中應用最廣的內容,通過這個單元學習讓學生對電力系統繼電保護有一個基本的認識。學好、理解、掌握和應用尤為重要。在目前大多數繼電保護教程中,在講述這一部分原理時,大多采用模擬型器件來講解保護,比如電壓、電流、時間等機電型繼電器或晶體管型繼電器組成的保護電路。對于機電型繼電器,通過它們來認識繼電保護是比較直觀的,對于學生剛接觸繼電保護是有好處的,其本身原理、結構簡單學生容易掌握,而對于由晶體管構成的繼電保護,相對來說結構要復雜些,尤其是對電子電路沒有學好的學生,讓他們通過晶體管保護來理解繼電保護的原理難以可行。而目前電流保護裝置基本是微機電流保護,它與傳統的電流保護的組成結構有本質的區別,學生在學好電流保護后對微機電流保護裝置不會用,不會整定,不會調整。
2.功率方向和距離保護的影響
功率方向保護及距離保護是一種較高等級的保護,其基本原理比較容易掌握,但其模擬器件的原理比較麻煩,一般的教材中花費了比較大的篇幅去介紹,如模擬式方向元件一般在線路出口相間短路時有死區,為防止在死區內短路時保護裝置拒動,一般都利用RLC回路的諧振對故障前的電壓相位實現記憶,記憶時間一般為70ms左右。如記憶時間過長,由于RLC回路的振蕩頻率與系統頻率的差異,會使得記憶電壓與故障前的電壓有相位差,這樣可能導致反向出口短路時誤動。在模擬式方向阻抗繼電器中為克服出口兩相短路的死區,還加入了第三相電壓,其目的是在出口兩相短路時保證極化電壓能保持與故障前的電壓同相。這些問題可以很方便在微機保護中利用算法加以解決,基本不需要什么硬件。再如阻抗繼電器的接線,為了保護證接線的靈敏度和測量準確問題,提出了“阻抗繼電器的接線方式”,微機式的距離保護是作為一個整體引入三相電流和三相電壓,不再借用電抗變換器參數的調整來改變整定阻抗和整定阻抗角,故沒有由于電抗變換器的特性(轉移阻抗)變化而導致的動作阻抗下降的問題,也就是說不存在精確工作電流的概念(只有A/D變換的分辨率問題)。
3.變壓器保護及發電機保護的影響
在變壓器及發電機保護的單元里,其保護的核心是差動保護問題,大多數教材中主要是以BCH2型繼電器作為差動保護的元件來介紹的,這種模擬元件主要問題是結構復雜,另外接線和動作的整定調整十分不便,而微機差動保護一般是帶制動的折線型保護,它對接線形式沒有太多的要求,是一種整體接線方式,對于不同的方式它由軟件來進行運算分析,消除角度誤差等因素的影響,另外整定不需要算出相應的元件的動作匝數及制動匝數等,而且整定通過良好的界面來進行,方便易于實現。
二、課程教學的改革
電力系統教學改革的目的是讓學生通過有限時間的學習,掌握保護的基本原理和方法,能夠自主進一步深入學習或應用繼電保護的原理去解決電網中的實際問題。
1.課程改革的思路
繼電保護課程的改革以基本原理為主,包括保護的基本原理、保護裝置和繼電器的基本原理。以模擬保護具體電路為輔,對于復雜模擬電路不作介紹,減輕學生的學習負擔。保護裝置結構以邏輯關系為主。不同型號的保護裝置只是實現方法不同,但邏輯關系不變,在模擬式保護中它體現為框圖或邏輯圖,在微機保護中它體現在程序的流程上。保護裝置和繼電器的應用舉例以微機型為主,可適當兼顧尚未退役用得較多的模擬式裝置和常用繼電器。在教學的實踐過程,應留出適當(不多)的時間,介紹當前繼電保護最新的技術和原理,同時鼓勵學生課后自主實驗。
2.課程改革的具體方法
(1)教學手段的改革。在教學過程中,教學手段十分關鍵,教學手段的好壞直接關系到能否激發學生的學習積極性,也就是說能否抓住學生。目前常用的教學手段主要是板書式教學、多媒體教學及討論式教學等。這些教學應該是經過長期實踐,證明是可行的,但對于不同的教學內容如果采用一種方式效果不理想,在教學過程中不能激發學生的學習動力,因此需針對不同的教學內容,合理采用不同的手段進行。比如在講解算法時,需要數學的推導,這時筆者主要采用板書式教學,讓學生順著老師的思路進行理解學習,在講解保護設備時,采用多媒體比較好,讓學生一下子了解設備及其一些應用,通過聲光一下吸引學生學習保護設備的積極性,提高學生學習動力和對新設備的認知。再如對于故障的分析學習,筆者采用討論法進行,充分調動學生積極性,發揮學生的思考及參與能力。因此,合理運用不同的教學手段是調動學生學習積極性的重要因素。
(2)教學內容的改革。
1)繼電保護教學內容的改革。繼電保護教學內容改革是核心,沒有一個好的內容,無論怎么改都不會成功,問題是繼電保護的內容很多,怎么從眾多的內容中選取是關鍵所在。筆者認為內容的改革需遵循夠用、發展、創新這樣的層次展開。所謂夠用就是繼電保護內容要包含基本的保護理論原理,比如常規的電流保護、功率方向保護、距離保護及差動保護等,對于這些原理的學習要完全掌握。對于利用傳統保護構成的裝置的學習,要簡單化學習,不必對具體的器件及復雜的模擬電路進行分析,如功率方向元件的幅值比較、電壓相位的記憶、變壓器差動繼電器匝數的調整等電路,主要是理解整個保護的邏輯關系,這樣學生容易掌握理論,又不至于陷入對模擬復雜電路的理解。所謂發展就是繼電保護的理論學習要與時俱進,對于目前不用的一些陳舊理論要敢于刪除,對于新的理論要補充。由于微機保護的大力發展,許多過去用模擬電路難以解決的問題,通過算法卻很容易解決,如功率保護的接線形式,差動保護的接線等問題。這些問題在模擬保護中靠裝置的反復移相變換進行解決,其理論比較復雜,學生在學習過程中掌握不好。現在只介紹一個過程和處理的方法,通過算法比較容易實現。當然由于微機保護引入,保護課程發生了大的變革,這要求學生需要更多的知識面,比如計算機、通信及較高的數學知識。這些知識雖然在基礎課有所學習,但并沒有相關的應用。因此,如何將上述相關知識應用到保護原理中,這對學生又是一個問題,所以筆者在教學過程中,主要強調保護的結構及邏輯關系,并對常用算法進行推導分析,引導學生進行數學理論的應用,注重微機保護模塊的學習。
2)繼電保護相關課程內容的改革。與繼電保護的相關教材有 《繼電保護原理》、《微機保護原理》、《變電站綜合自動化系統》、《自動裝置》,這幾門功課的內容重復和交叉,比如在《變電站綜合自動化系統》這門課中,涉及到微機保護的數據采集單元,微機保護的相關算法單元,這些內容又與《微機保護原理》的數據采集單元及保護原理相重疊。這幾門課程如果獨立開設,既耗費了很多學時,又不利于學生理解這些課程的相互關系和相關課程整體意識的構建,所以應統籌考慮和選取教學內容,以適合工作崗位的需要,對繼電保護密切相關的課程在教學內容上,課時上嘗試進行大幅度地整合。
(3)實驗的改革。本科“繼電保護”教學必須與工程實踐結合緊密。繼電保護是比較難學的課程,其原因在于繼電保護技術涉及到電力系統的運行、穩定、安全以及一、二次設備的技術細節,同時,其本身也是一門包含高深理論和最新科技的工程技術學科。作為一門實踐性很強的學科,繼電保護的實驗教學尤其重要,它是“電力系統繼電保護原理”課程教學工作的重要組成部分。通過實驗教學,不僅可以讓學生更好地理解理論教學的內容,而且可以讓學生掌握必要的工程技術、測試方法、先進設備和學科的基本研究方法,同時還可以培養學生的科學素養、實驗技能和創造性,所以必須要重視教學實驗環節。
1)實驗室的建設更新。目前傳統繼電保護以繼電器為主的繼電保護實驗室一般都已具備,通過傳統實驗可以使學生通過實際的保護二次接線的訓練,清晰直觀地觀察保護動作過程和現象。此外在保護實驗中可靈活模擬各種二次接線錯誤,然后讓學生根據錯誤結果分析原因,培養和鍛煉學生的分析能力;還可讓學生按實驗要求自己設計實驗方案、接線、調試實驗,使他們的動手能力得到提高。對于初學者來說,通過對常規保護的電氣接線、工作原理、動作過程的學習,也為理解微機保護和做好微機保護實驗打下良好的基礎。另一種就是加強微機保護實驗室建設。由于微機保護的接線少,信號質量相對較高,操作過程也相對簡單,可以設計內容不同、形式多樣的實驗內容對學生進行專門訓練,使學生較好地掌握保護測試技能、對濾波及保護算法進行初步的設計,甚至對自己設計的保護方案調試等。
2)改革實驗教學的要求和方法。作為工科院校的本科生,工程實踐能力是其基本素質,也是社會的基本要求。完善實驗環節,積極推進實驗教學環節的改革[5]。對于本科繼電保護的教學采用任務驅動法,在實踐過程中,可以按照電網施工的流程,將一些簡單實際的小型工程全程照搬入實驗室,老師提供相關的圖紙資料,學生們幾人一組,按照任務要求,進行保護的施工安裝,調試,對保護出現的故障進行分析查找,完成所調試設備的實驗報告,進一步提高學生的分析解決實際問題的能力,這就要求學生具備較強的二次識圖能力。另一方面,由于微機保護裝置功能強大,它能滿足眾多實驗內容的需要。
(4)考評的改革。考評是檢驗學生對知識學習和應用掌握一個重要環節,不同的考評制度可以檢驗出學生學習過程中的不同能力,因此,要促使學生學好知識,掌握原理,學會應用,需要老師設計好不同的考評方案。考核評價體系的改革要立足于正確引導學生在打好堅實理論基礎的基礎上,培養和提高分析問題與解決問題的能力,鼓勵學生發揮創新思維和創新能力[6]。從基礎理論知識的掌握、專業技能的運用、設計性實驗及綜合性實驗的實施等多方面進行綜合考核,加大實驗環節的考評比例,從制度上鼓勵學生進行發散思維、求異思維的培養。傳統考評往往是采用閉卷考試方式,這種方式有它的優點和公證性,但不能很好檢驗學生動手能力和應用繼電保護原理知識去解決實際問題的能力。對于原理性內容學習采用傳統閉卷考試,解決問題和分析問題能力采用具體實作考評。對于新原理的學習認識采用小論文形式拓展,最后分別設計一個系數求和,完成對一個學生的綜合評價。
三、課程改革的結果分析
任何一項改革,最終要經過實踐檢驗,當然教育實踐的檢驗有其特殊性,它是一個長期的復雜的過程。筆者在學校教改立項的支助下,對電氣2008級的電氣工程的4個班中的其中兩個班的繼電保護進行了課程內容教學改革,從上課的效果上看,學生上課活躍程度增加,學生對繼電保護原理的理解增強,對微機保護設備的認識和實踐能手動力大大提高,在課程結束后,請具有現場豐富經驗的繼電保護工件者根據目前現場對繼電保護工作人員理論知識和基本技能進行出題測試,最后測試結果成績分析為兩組,見表1、表2。
通過表1及表2的對比,可以明顯反映出改革前與改革后的成績的變化,通過對比和對學生的問卷調查,學生相對更喜歡改革后的教學方式。這也說明了這次課程內容調整和教學方式改革是比較成功的。
四、結論
大學的教育是培養高素質人才的一個重要階段。優化的教學內容,多樣的教學方式,合理的實踐是培養學生掌握基本原理,引導學生開拓創新及具有一定分析與解決問題能力重要環節。對繼電保護教學內容和方法的改革,經過驗證是可行的。
參考文獻:
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關鍵字:繼電保護;電力;維護
1 前言
電力作為當今社會的主要能源,對國民經濟的發展和人民生活水平的提高起著極其重要的作用。現代電力系統是一個由電能產生、輸送、分配和用電環節組成的大系統。電力系統的飛速發展對電力系統的繼電保護不斷提出新的要求,近年來,電子技術及計算機通信技術的飛速發展為繼電保護技術的發展注入了新的活力。如何正確應用繼電保護技術來遏制電氣故障,提高電力系統的運行效率及運行質量已成為迫切需要解決的技術問題。
2 繼電保護發展的現狀
上世紀60年代到80年代是晶體管繼電保護技術蓬勃發展和廣泛應用的時期。70年代中期起,基于集成運算放大器的集成電路保護投入研究,到80年代末集成電路保護技術已形成完整系列,并逐漸取代晶體管保護技術,集成電路保護技術的研制、生產、應用的主導地位持續到90年代初。與此同時,我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究,高等院校和科研院所起著先導的作用,相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原東北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定,并在系統中獲得應用,揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁,為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面,關于發電機失磁保護、發電機保護和發電機-變壓器組保護、微機線路保護裝置、微機相電壓補償方式高頻保護、正序故障分量方向高頻保護等也相繼通過鑒定,至此,不同原理、不同機型的微機線路保護裝置為電力系統提供了新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果,此時,我國繼電保護技術進入了微機保護的時代。
目前,繼電保護向計算機化、網絡化方向發展,保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化對繼電保護提出了艱巨的任務,也開辟了研究開發的新天地。隨著改革開放的不斷深入、國民經濟的快速發展,電力系統繼電保護技術將為我國經濟的大發展做出貢獻。
3 電力系統中繼電保護的配置與應用
3.1 繼電保護裝置的任務
繼電保護主要利用電力系統中原件發生短路或異常情況時電氣量(電流、電壓、功率等)的變化來構成繼電保護動作。繼電保護裝置的任務在于:在供電系統運行正常時,安全地。完整地監視各種設備的運行狀況,為值班人員提供可靠的運行依據;供電系統發生故障時,自動地、迅速地、并有選擇地切除故障部分,保證非故障部分繼續運行;當供電系統中出現異常運行工作狀況時,它應能及時、準確地發出信號或警報,通知值班人員盡快做出處理。
3.2 繼電保護裝置的基本要求
選擇性。當供電系統中發生故障時,繼電保護裝置應能選擇性地將故障部分切除。首先斷開距離故障點最近的斷路器,以保證系統中其它非故障部分能繼續正常運行。
靈敏性。保護裝置靈敏與否一般用靈敏系數來衡量。在繼電保護裝置的保護范圍內,不管短路點的位置如何、不論短路的性質怎樣,保護裝置均不應產生拒絕動作;但在保護區外發生故障時,又不應該產生錯誤動作。
速動性。是指保護裝置應盡可能快地切除短路故障。縮短切除故障的時間以減輕短路電流對電氣設備的損壞程度,加快系統電壓的恢復,從而為電氣設備的自啟動創造了有利條件,同時還提高了發電機并列運行的穩定性。
可靠性。保護裝置如不能滿足可靠性的要求,反而會成為擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性,必須確保保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試正確無誤;同時要求組成保護裝置的各元件的質量可靠、運行維護得當、系統簡化有效,以提高保護的可靠性。
3.3 保護裝置的應用
繼電保護裝置廣泛應用于工廠企業高壓供電系統、變電站等,用于高壓供電系統線路保護、主變保護、電容器保護等。高壓供電系統分母線繼電保護裝置的應用,對于不并列運行的分段母線裝設電流速斷保護,但僅在斷路器合閘的瞬間投入,合閘后自動解除。另外,還應裝設過電流保護,對于負荷等級較低的配電所則可不裝設保護。變電站繼電保護裝置的應用包括:①線路保護:一般采用二段式或三段式電流保護,其中一段為電流速斷保護,二段為限時電流速斷保護,三段為過電流保護。②母聯保護:需同時裝設限時電流速斷保護和過電流保護。③主變保護:主變保護包括主保護和后備保護,主保護一般為重瓦斯保護、差動保護,后備保護為復合電壓過流保護、過負荷保護。④電容器保護:對電容器的保護包括過流保護、零序電壓保護、過壓保護及失壓保護。隨著繼電保護技術的飛速發展,微機保護的裝置逐漸投入使用,由于生產廠家的不同、開發時間的先后,微機保護呈現豐富多彩、各顯神通的局面,但基本原理及要達到的目的基本一致。
4 繼電保護裝置的維護
值班人員定時對繼電保護裝置巡視和檢查,并做好各儀表的運行記錄。 在繼電保護運行過程中,發現異常現象時,應加強監視并向主管部門報告。
建立崗位責任制,做到每個盤柜有值班人員負責。做到人人有崗、每崗有人。 值班人員對保護裝置的操作,一般只允許接通或斷開壓板,切換開關及卸裝熔絲等工作,工作過程中應嚴格遵守電業安全工作規定。
做好繼電保護裝置的清掃工作。清掃工作必須由兩人進行,防止誤碰運行設備,注意與帶電設備保持安全距離,避免人身觸電和造成二次回路短路、接地事故。對微機保護的電流、電壓采樣值每周記錄一次,每月對微機保護的打印機進行定期檢查并打印。
定期對繼電保護裝置檢修及設備查評:①檢查二次設備各元件標志、名稱是否齊全;②檢查轉換開關、各種按鈕、動作是否靈活無卡涉,動作靈活。接點接觸有無足夠壓力和燒傷;③檢查控制室光字牌、紅綠指示燈泡是否完好;④檢查各盤柜上表計、繼電器及接線端子螺釘有無松動;⑤檢查電壓互感器、電流互感器二次引線端子是否完好;⑥配線是否整齊,固定卡子有無脫落;⑦檢查斷路器的操作機構動作是否正常。
關鍵詞:電力系統;繼電保護技術;措施;發展趨勢
中圖分類號: TM77 文獻標識碼:A 文章編號:
引言
近年來,隨著電子及計算機通信技術的快速發展為繼電保護技術的發展注入了新的活力,同時也給繼電保護技術不斷的提出了新的要求。作為繼電保護技術如何才能有效的遏制故障,使電力系統的運行效率及運行質量得到有效的保障,是繼電保護工作技術人員需要解決的技術問題。
1.繼電保護發展現狀
上世紀50年代,我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術,建立了繼電保護技術隊伍,對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。60到80年代,晶體管繼電保護技術蓬勃發展。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。在這方面某電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果,從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。目前,繼電保護技術發展迅速,正向計算機化、網絡化方向發展,實現保護、控制、測量、數據通信—體化和智能化。
2.線路的繼電保護技術
電壓等級高的輸電線路一般按雙側具有電源考慮,所接電網為大電流接地系統,斷路器一般采用分相操作,通常采用綜合重合閘方式。故障的形式包括:三相故障、兩相故障、兩相接地故障、單相接地故障共有不同相別的十種故障類型,同時要考慮非全相運行的問題、同桿并架雙回線的跨線故障問題等。高電壓等級輸電線路在電力系統中占據著十分重要的地位,對其繼電保護有較高的要求,微機保護后,線路保護一般均設計為成套保護,即一套保護完成所有的主保護和原理上的后備保護功能,為了實現設備上的后備,通常采用雙重化配置或多重化配置。
2.1輸電線路的距離保護
距離保護是通過反映故障點到保護安裝處的距離而動作的繼電保護裝置,通常應用于110kV及以上電壓等級的輸電線路,其原理也可以應用于35kV及以下電壓等級的配電線路。構成距離保護的核心就是測量故障點到保護安裝處的距離,并與一個事先整定的距離相比較,測量距離小于整定距離時保護動作。測量故障距離的方法包括阻抗法、行波法和雷達法,其中應用最多的是阻抗法。
2.2輸電線路的縱聯電流差動保護
基于基爾霍夫電流定律的縱聯電流差動保護,是到目前為止最為完善的繼電保護原理,在發電機、變壓器、母線、電抗器、大容量電動機和輸配電線路等電氣設備中都得到了應用。其基本工作原理如下:
正常及外部故障時即流入差動繼電器KD中點電流為0,繼電器不會動作。被保護設備發生故障時(區內故障時)流入KD的電流為故障電流的二次值,KD動作。
可見,在理想情況下,根據KD中是否有電流,就能夠區分出是否有內部故障,是否應將被保護設備從系統中切除。
3.繼電保護安全運行的措施
3.1定值區問題。微機保護的一個優點是可以有多個定值區,這極大方便了電網運行方式變化情況下的定值更改問題。但是還必須注意的是定值區的錯誤對繼電工作來說是一大忌,必須采用嚴格的管理和相應的技術手段來確保定值區的正確性。采取的措施是,在修改完定值后,必須打印定值單及定值區號,注意日期、變電站、修改人員及設備名稱,并重點在繼電保護工作記錄中注明定值編號,避免定值區出錯。
3.2做好繼電保護裝置檢驗。在繼電保護裝置檢驗過程中必須注意,將整組試驗和電流回路升流試驗放在本次檢驗最后進行,這兩項工作完成后,嚴禁再拔插件、改定值、改定值區、改變二次回路接線等工作。電流回路升流和電壓回路升壓試驗,也必須在其它試驗項目完成后最后進行。
3.3一般性檢查。不論何種保護,一般性檢查都是非常重要的。首先清點連接件是否緊固焊接點是否虛焊機械特性等。其次是應該將裝置所有的插件拔下來檢查一遍,將所有的芯片按緊,螺絲擰緊并檢查虛焊點。在檢查中,還必須將各元件保護屏、控制屏、端子箱的螺絲緊固作為一項重要工作來落實。
3.4工作記錄和檢查習慣。工作記錄必須認真、詳細,真實地反映工作的一些重要環節,這樣的工作記錄應該說是一份技術檔案在日后的工作中是非常有用的。繼電保護工作記錄應在規程限定的內容以外,認真記錄每一個工作細節、處理方法。工作完成后認真檢查一遍所接觸過的設備是一個良好的習慣,它往往會發現一些工作中的疏漏,對于每一位繼電保護工作人員來說都應該養成這一良好的工作習慣。
3.5接地問題。繼電保護工作中接地問題是非常突出的,大致分以下兩點:首先,保護屏的各裝置機箱屏障等的接地問題,必須接在屏內的銅排上,一般生產廠家已做得較好,只需認真檢查。最重要的是,保護屏內的銅排是否能可靠地接入地網,應該用較大截面的銅鞭或導線可靠緊固在接地網上,并且用絕緣表測電阻是否符合規程要求。
4.電力系統繼電保護技術的發展趨勢
隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用,新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中,以期取得更好的效果,從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展,出現了一些引人注目的新趨勢。
4.1網絡化。計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代的技術支柱,使人類生產和社會生活的面貌發生了根本變化。它深刻影響著各個工業領域,也為各個工業領域提供了強有力的通信手段。實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來,亦即實現微機保護裝置的網絡化。
4.2計算機化。隨著計算機硬件的迅猛發展,微機保護硬件也在不斷發展。電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能,強大的通信能力。與其他保護、控制裝置和調度聯網以共享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。
4.3一體化技術。一體化技術說到底,就是實現繼電保護裝置在數據處理上的一體進程,始終把單一的繼電保護裝置作為整個電網運行系統的一個終端設備,它可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數掘,也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。
4.4變電站綜合自動化技術。現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護、故障錄波、緊急控制裝置和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。繼電保護和綜合自動化的緊密結合已成為可能,它表現在集成與資源共享、遠控制與信息共享。
4.5智能化。由于人工智能的邏輯思維和快速處理能力,人工智能已成為在線狀態評估的重要工具,越來越多地應用于電力系統的多個方面中,特別是繼電保護方面,其在控制、管理及規劃等領域中也發揮著重要作用。
4.6自適應控制技術。自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代,它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態的變化而實時改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化,進一步改善保護的性能。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經濟效益等優點,在輸電線路的距離保護、變壓器保護、發電機保護、自動重合閘等領域內有著廣泛的應用前景。
5.結束語
電力系統繼電保護能夠快速、有效的切除故障設備,保證保證非故障設備的安全運行,能夠有選擇性的發出故障報警信號,維護電力系統的暢通。電力系統的發展也對機電保護提出了更高的要求,繼電保護裝置容易出現故障,只有對繼電保護裝置定期檢查并維護,及時發現故障并處理,保證電力系統正常運轉,保證供電的可靠性。
參考文獻:
[1]周培華.淺談電力系統中繼電保護的發展趨勢[J].科技咨詢導報2007
關鍵詞:智能變電站 技術 繼電保護 影響
中圖分類號:TM77 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)01(c)-0113-01
1 智能變電站及其技術特征
通過《智能變電站技術導則》可知,智能變電站涵義為:運用先進、低碳、環保及可靠的智能設備,使變電站符合通信平臺的網絡化、全站信息的數字化與信息共享的標準化等要求,并能自動完成有關信息的測量、采集、計量、控制及監測等功能,還可依據需求對電網的智能調節、實時自動控制與在線分析等高級功能給予支持,有效實現變電站間互動或者電網調度等的變電站。在ICE61850的標準下,智能變電站充分體現了設備智能化、網絡化、交互標準化與應用互動化等技術特征,其中,一次設備智能化作為智能變電站基礎建設,目前較多應用的是常規設備與智能組件所構成智能型的一次設備,像智能變壓器及智能斷路器等,具有真正意義的智能型一次設備并未投入運行,電子互感器與光纖網絡的應用,使得一次與二次設備間的數據交互實現了完全數字化,傳統意義上的二次回路被弱化,二次與一次設備間的通信連接所使用的是高速光纖網絡,有效實現了二次設備資源及數據共享,智能變電站設備間的數據通信執行ICE61850的標準,不同設備生產廠家均執行同一標準,有效簡化了設備安裝與檢修等流程。
2 智能變電站的架構體系
智能變電站結構并不是常規站間隔與主控設備的方式,它的邏輯構架可概括為三層兩網絡,三層為過程層、間隔層與站控層,兩網絡為過程層網絡與站控層網絡,主要在三層中間,如圖1所示。在智能變電站中,對繼電保護來說,過程層包含一次設備與之有關智能組件等,如隔離開關、變壓器、互感器及高壓斷路器等,其作用為采集數據、檢測各種設備的狀態,并控制命令執行等;間隔層主要包含各種監控設備與繼電保護等,其作用為實現各間隔設備監視、控制與保護等;而站控層主要由數據前置機、人機交互設備、工作站及服務器等所構成,其作用為傳輸整定值的召喚與修改,并錄波文件的傳送等,有效實現變電站集中控制。智能變電站中的繼電保護網絡所使用規則亦是ICE61850的標準,從模型上,將原來繼電保護裝置劃分成多個的邏輯設備,還劃分成采樣值處理、保護算法與跳閘回路等邏輯節點;從數據上看,詳細劃分了繼電保護的數據種類,并覆蓋了目前繼電保護的應用數據,擴展了數據種類方法;從通信協議看,其通信服務需要依照性能與類型對通信協議給予映射。與傳統變電站比較,智能變電站并不以裝置作為繼電保護的組織形態,而是以保護功能的模塊化作為組織形式,保護的分散或集中形式不再依賴裝置,主要取決自網絡性能與保護需求,使得繼電保護工作更為靈活,有效滿足了電網保護需求。
3 智能變電站技術下的繼電保護影響
3.1 數據信息與保護原理影響
從繼電保護內的數據信息角度看,智能型的變電站技術所帶來影響為下列方面,其一,電子互感器代替了電磁互感器,使得繼電保護元數據產生了很大變化,傳統電磁互感器中的一些算法與整定原則要重估與優化,電子互感器所帶來的數據延遲與同步等問題,給繼電保護也帶來了影響,要對其進行深入評估,在線性度、響應速度與頻帶寬度等方面優勢,會對繼電保護產生新算法與新源里;其二,在ICE61850的標準下,二次信息實施統一建模,讓繼電保護的數據處理與利用方法產生了很大變化,隨著ICE61850的應用,不同設備間的互通互聯及互換等,給IED設備及二次信息分離奠定了基礎,大量信息數據存儲挖掘,保護配置與雙重化,以及動態遷移組態等均帶來了新的保護組態與保護原理;其三,繼電保護的數據傳輸方法也發生了改變,由二次電纜連接變成了信息網絡傳輸,信息網絡傳輸讓跨間隔保護變得靈活簡便,促使了新實現方法與保護原理的產生,網絡的可靠性與實時性受到關注,處理小概率數據延遲、丟包與誤碼等成為繼電保護原理、算法與機制的新課題。
3.2 對繼電保護的實現機制、調試及維護等方面的影響
從繼電保護的實現機制來看,智能型的變電站技術也帶來了很大影響,打破了原有的采樣、計算與出口的一體化形式,數據信息、保護對象及裝置不再進行綁定,讓數據動態能實時調用及存儲,不同系統數據的統一管理與不同功能應用變成了可能,極大降低了保護設備及過程網絡的交互需要及復雜性,對保護功能組態、遷移與廣域保護提供了數據信息的交換平臺;還改善了二次回路中的不可測控問題,可實時掌握網絡數據的可靠狀態,極大提高了繼電保護中的可靠水平,原有繼電保護很容易形成信息孤島問題,應用智能變電站的對等交互技術模式,不必與保護裝置進行綁定,有效實現了數據信息共享。從調試及維護等角度來看,繼電保護的運行模式與保護形態產生了較大變化,在測試方法及周期等維護標準方面存在滯后性,繼電保護的二次回路監測,讓保護設備的狀態檢修變得可能,標準統一,讓變電站建模出現一體化,一旦變電站實施擴建或者變更時,對配置文件給予動態修改成為智能變電站所遇新問題,并且智能變電站的設計、維護及調試等,需要設計院、業主、設備商及調試單位等,進行反復協調與方案修改,當單位投入運行后,難以擺脫廠家及調試單位等依賴性,為電網運行帶來了安全上的隱患,限制了智能變電站廣泛應用。
參考文獻
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關鍵詞:繼電保護 事故 方法
0 引言
繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(又稱輸入回路)和被控制系統(又稱輸出回路),通常應用于自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
最早的繼電保護裝置是熔斷器。以后出現了作用于斷路器的電磁型繼電保護裝置、電子型靜態繼電器以至應用計算機的數字式繼電保護。隨著電子技術、計算機技術、通信技術的飛速發展,人工智能技術如人工神經網絡、遺傳算法、進化規模、模糊邏輯等相繼在繼電保護領域的研究應用。隨著科學技術的不斷發展,微機繼電保護測試儀已廣泛運用于線路保護,主變差動保護,勵磁控制等各個領域。正因為微機繼電保護在工業尤其是電力系統中的應用越來越廣泛,才需要我們對其中可能會出現的事故和問題進行預先的了解。
1 繼電保護事故種類
1.1 定值問題。①整定計算誤差②人為整定錯誤③裝置定值漂移,a元器件老化及損壞b溫度與濕度c定值漂移問題。
1.2 電源問題。①逆變穩壓電源問題,a紋波系數過高b輸出功率或穩定性差②直流熔絲配置問題③帶直流電源操作插件。
1.3 TA飽和問題。繼電保護測量對二次系統運行起關鍵作用,系統短路電流在中低壓系統中急劇飽和時,因為電流互感器已經應用到繼電保護裝置當中,現場的因饋線保護因電流互感器飽和難以啟動,這時就會很容易發生事故。而常用的數字式繼電器采用微型計算機控制,其主要工作電源僅有5V左右,數據采集電平范圍也僅有10V左右,電流互感器飽和對數字式繼電器的危害將更大。
1.4 插件絕緣問題。微機保護裝置集成度高,布線緊密,長期運行后由于靜電作用,會使得插件接線焊點周圍聚集靜電塵埃,在外界條件允許時兩焊點之間出現導電通道,從而引起裝置故障或者事故。
1.5 高頻收發信機問題。在220kV線路保護運行中屬于收發信機問題。各廠家生產的收發信機質量不一,在使用前應嚴格審核,應注意校核繼電保護通信設備(光纖、微波、載波)傳輸信號性和冗余度,防止因通信設備問題而引起高頻保護收發信機不工作。高頻保護不工作的原因包括:收發信機元件損壞,收發信機起動發信信號產生缺口,高頻通道受強干擾誤發信,收發信機內連線錯誤,收發信機閉鎖,作用區外故障時誤動等。
2 繼電保護事故思路
2.1 微機故障信息 經常發生、技術簡單的事故容易排除,但對故障有時僅憑經驗難以解決,所以這時要講故障特征嚴格記錄下來,再按照嚴格的技術手冊造作以查清事故原因,排除故障。
2.1.1 屏背面展開圖—以屏的結構在安裝接線圖上展開為平面圖來表示。屏背面部分裝設儀表、控制開關、信號設備和繼電器;屏側面裝設端子排;屏頂的背面或側面裝設小母線、熔斷器、附加電阻、小刀開關、警鈴、蜂鳴器等。
2.1.2 屏上設備布置的一般規定—最上為繼電器,中為中間繼電器,時間繼電器,下部為經常需要調試的繼電器(方向、差動、重合閘等),最下面為信號繼電器,連接片以及光字牌,信號燈,按鈕,控制開關等。
2.1.3 保護和控制屏面圖上的二次設備,均按照由左向右、自上而下的順序編號,并標出文字符號;文字符號與展開圖、原理圖上的符號一致;在屏面圖的旁邊列出屏上的設備表(設備表中注明該設備的順序編號、符號、名稱、型號、技術參數、數量等);如設備裝在屏后(如電阻、熔斷器等),在設備表的備注欄內注明。
2.1.4 在安裝接線圖上表示二次設備—屏背面接線圖中,設備的左右方向正好與屏面布置圖相反(背視圖);屏后看不見的二次設備輪廓線用虛線畫出;稍復雜的設備內部接線(如各種繼電器)也畫出,電流表、功率表則不畫;各設備的內部引出端子(螺釘),用一小圓圈畫出并注明端子的編號。
2.1.5 接線端子—連接同一屏(除特殊信號聯絡外)上不同設備電路。
2.2 用檢查方法①將二次回路的設備展開表示,分成交流電流、交流電壓回路,直流回路,信號回路。②將不同的設備按電路要求連接,形成各自獨立的電路。③同一設備(電器元件)的線圈、觸點,采用相同的文字符號表示,同類設備較多時,采用數字序號。④展開圖的右側以文字說明回路的用途。⑤展開圖中所有元器件的觸點都以常態表示,即沒有發生動作。
2.3 事故處理注意事項
2.3.1 對試驗電源要求。在微機保護試驗中,要求使用單獨供電電源并核實用電試驗電源否三相電源為正序和對稱電壓,并檢查其正弦波及中性線電源容量是否足夠等要素。
2.3.2 對儀器儀表要求。萬用表、電壓表、示波器等取電壓信號儀器選用高輸入阻抗者繼電保護測試儀、移相器、三相調壓器應注意其性能穩定。
3 如何掌握繼電保護技術
要掌握繼電保護故障和事故類型以及繼電保護故障和事故發生的條件,要下述幾個問題:
3.1 足夠必要理論知識
3.1.1 電子技術知識。電網中微機保護使用越來越多一名繼電保護工作者學好電子技術及微機保護知識當務之急
3.1.2 微機保護原理和組成。在微機繼電保護測試儀及自動裝置的使用過程中,要能迅速分析出產生故障或事故的原因以及故障部位,這就要求電力工作人員需要具備過硬的微機保護知識,熟悉保護原理和裝置性能,熟記微機保護邏輯框圖,熟悉電路原理和元件功能。
3.2 具備技術資料的閱讀能力 微機繼電保護事故的處理離不開諸如檢修規程、裝置使用與技術說明書、調試大綱和調試記錄、定值通知單、整組調試記錄二次回路接線圖等資料,所以技術人員必須具備這方面的素質。
3.3 運用檢查方法 一般的繼電保護事故往往憑借簡單的檢查手段就能夠被查出。如果用常規檢查仍未發現元件故障,則說明該故障較為隱蔽,應當引起重視。此時可采用逐級逆向檢查法,即從故障暴露點入手去分析原因,由故障原因判別故障范圍,查找到故障原因以后就可以采用順序檢查法對裝置檢查。
4 小結
本文從微機繼電保護的自身特點和本人長期從事繼電保護事故和故障經驗和方法出發,對微機保護事故或故障共性原因進行了分門別類的分析,并在技術范圍內總結了微機繼電保護事故處理的思路及方法,介紹了提高微機繼電保護事故和故障能力途徑。實踐表明,上述思路和方法具備實用性和可操作性。
參考文獻
[1]王梅義.高壓電網繼電保護運行技術.北京.電力工業出版社.1981.
關鍵詞:繼電保護;電力系統;電氣保護
中圖分類號:TM734 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)23-0060-02
隨著我國科學技術的不斷發展,我國繼電保護裝置已經得到了廣泛的應用,其基本上已經代替了原有的各種類型繼電保護設備,成為了電力系統中的重要成分,為電力系統的安全有效運行奠定了基礎。
1 繼電保護運行模式概述
繼電保護裝置指通過對電力系統問題的研究,以探求解決問題的一種反事故自動化措施,繼電保護的重點任務是:當電力系統出現問題及異常現象時,繼電保護裝置可在最短時間內實現對電力的切除,或者發射信號引起工作人員的注意以消除異常情況根源,進而減輕或避免設備出現損壞,最終完成對整個電氣系統區域的保護。
目前,傳統的繼電保護裝置的運行模式如下所示:(1)繼電保護裝置的輸入部分:其中需要輸入的部分主要包括保護對象的電流、電壓以及與其有關的一次設備的運行狀態量,另外還包括從變電站和網絡中收到的各類信息、對時及各種網絡報文數據等。(2)繼電保護裝置的內部采樣、計算及邏輯判斷:繼電保護設備將接收到的信息,通過內部程序來完成對信息的處理及邏輯判斷。(3)繼電保護裝置的輸出部分:繼電保護設備的輸出部分包括相應狀態信息、報文及動作等。
從以上電力系統的運行模式可看出,電力系統中的繼電保護裝置可以被認為是一個集數據接收、數據判斷和數據輸出的綜合化系統。
2 繼電保護現狀及研究意義
目前,電氣系統在實際操作中由于操作不當而出現了很多問題,這些問題通常致使電力系統運行出現故障,另外繼電保護工作量超過額定工作量也會導致繼電保護設備運行出現故障,例如一些常常發生的繼電設備保護功能降低、系統安全性的保護能力下降等,這些問題導致整個繼電保護設備不能很好地完成保護工作。因此本文結合實際經驗,對繼電保護設備在運行中易出現的問題進行了探究,并對這些問題做了細致的分析,總結出了一些解決
方案。
3 繼電保護設備工作中常見問題及處理方法
3.1 電網接入方法
我國現在最普遍的電網接入方式是在220kV下的旁路斷路器,其主要包括以下兩類接線方式:(1)主變壓器接線;(2)轉代線路斷路器接線,通過主變壓器保護及轉代線路斷路器對整個電氣系統進行保護,可順利實現電氣系統中各線路的保護,下面對這兩種接入方式在實際中的應用做重點闡述,并總結其易出現的問題,給出相應的解決辦法。
3.2 實際案例探究
以下將結合實際案例基礎,以發變組220kV為主要案例,通過對以下案例的探究,而探討旁路代路繼電保護對電氣設施的整個保護過程,詳細地研究該保護過程中的保護裝置運行狀態,以下為變電站繼電保護系統主接線圖。通過對簡圖的探究,掌握整個繼電保護系統的運行原理及運行細節。
3.3 常見問題及解決對策
案例中使用的2810斷路器,具體的電路結構劃分如圖1所示,通過對線路圖的研究我們可看出斷路器的具體保護工作流程,下面將舉出一個實際步驟來對保護全過程做敘述。其中所有的保護過程均是根據繼電保護中的光纖保護過程,值得注意的是該光纖保護過程是一個不可逆過程,因此在該種條件下只能通過將所用控制系統中的高頻閉鎖保護設備接入到旁路電路設備上以進行保護。下面為詳細的實施步驟:步驟一:確認2810用作保護中的定值是否達到實際標準,然后對2810實施保護,并繼續將開關閉合,在這個過程要注意對于高頻段不再采取保護;步驟二:在打開2810斷路器前首先要對2810斷路器進行再次校驗,檢查其與旁路母線的充電連接是否合理,如果發現充電存在異常一定要立即關閉開關,如果確認充電確實正常則打開;步驟三:關閉4881兩邊的光纖保護裝置(該裝置在控制電腦的右側放置);步驟四:閉合4881的旁路開關,并將2810的旁路斷路器閉合;步驟五:閉合2810旁路短路器;步驟六:4881短路器斷路器斷開,該環節是整個步驟中的重點之一,因此要特別注意;步驟七:有選擇地將4881斷路器切換至旁路,對通道進行校驗,并確認正常;步驟八:檢驗4881斷路器,并確認工作正常。上述八個步驟當中,假設是在旁路代路的狀況下,對操作當中的一和二,也就是說在整個沖擊旁路對電氣保護的過程當中,如果是旁路母線出現故障,需根據4881斷路器本身所具備的兩種應急保護機制來對故障進行處理,并且直接使用旁路斷路器進行保護,進而解除故障,在該過程中,怎樣確保一次設備在操作時不間斷是操作中的重點工作之一,因此為了保證操作更加規范就要將4881線兩側的微機光纖保護預先退出來作證。另外在后續操作中,在第四、五兩個步驟當中工作的電氣設備如在操作時出現故障,也可將其看作是線路4881的一個分支,可直接利用4881的微機高頻閉鎖來對問題進行處理,通常來講,對于高頻閉鎖保護通道的置換需要在代路電氣操作之后才可進行,最后值得我們注意的是,在高頻切換過程中,線路在短時間內有可能失去對電氣的快速保護,這時一定要使用線路的后備保障來對處理出現的故障。
4 新間隔的啟動
就拿220kV變電站做分析,假設采取雙母線代旁路這種方式進行連線,在新線路開啟時就會引起新間隔的保護出現故障或者新間隔工作不正常,因此要想保證線路沖擊合閘可迅速恢復正常,就必須使用旁路斷路器代替新間隔來完成整個工作。在實際運行中,提前對電氣系統的保護操作重點如下所示:整個系統中使用的所有設備僅僅使用一根母線,這樣就可余出一根母線,這時使用旁路母線替代新間隔在母線上完成工作。另外在新間隔的運行開始就要重點注意的是,對于失靈及母差要確保關閉和退出及時準確。最后對新間隔整個系統中的回路接入和傳動作校驗時,必須確認傳動的合理性,接著才可將系統中的變電保護器投入運用。必須重點注意的是,對于新間隔在使用之前必須做帶負荷實驗,并確認實驗沒有故障之后才可將設備投入使用。另外我們要考慮利用母聯過流的方式來當作新間隔的后備保護,在后期操作過程中,新間隔充電完成,線路斷路器合環,帶負荷之前,要注意整個線路保護通道的正常工作。至此,新間隔的啟動順利完成。
5 繼電保護的發展趨勢
隨著我國電力系統不斷系統化、規范化及繼電保護管理手段的不斷更新,就要求電力系統中所使用的繼電保護設備與這些先進的管理理念同步。目前,新的電力系統建設中,均使用了一些新型的電力設備,例如常見的無線電波、光纖通道等,這標志著繼電保護方式已從傳統的載波保護逐步向新媒介新材質保護過渡,這些繼電保護產品的不斷換代,要求我們相關的工作人員必須不斷地掌握新技術新知識,并學會使用新的管理理念,最終確保繼電保護裝置的順利工作。
6 結語
本文主要探討了電氣操作過程中易出現的繼電保護問題,并從繼電保護各步驟出發,詳細地分析了應對這些問題應該采取的解決措施,另外,論文從繼電保護裝置的運行特點及原理出發敘述了繼電保護運行模式中應該注意的問題,并探究了電氣保護裝置出現問題的原因,結合實際工作經驗提出了電氣保護運行中的幾點注意事項,最后文章簡要地敘述了繼電保護運行模式的發展前景。
參考文獻
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【關鍵詞】:智能電網繼電保護 發展影響
中圖分類號:TM421 文獻標識碼:A
【正文】:
0引言
由于信息通信技術的快速發展、電氣設備關鍵制造工藝的技術突破,以及適應大規模清潔能源接入、應對氣候變化實現節能減排的需求,催生了智能電網的迅速發展。因具有穩定性、自愈性、安全性、兼容性、經濟性等諸多優點,智能電網在世界各國得到了大量的推廣與應用。國家在2009年對智能電網發展進行了全面的規劃,分三個階段運用先進的通信、信息及控制技術,全面完成以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的智能電網建設,目前正處于大規模建設階段,預計到2020年基本建成。繼電保護運行狀況直接關系系統安全可靠運行,現代大電網更是對繼電保護提出了更高要求。智能電網的發展使傳統電力系統的形態發生很大的變化,電子式互感器、數字化變電站、廣域測量、交直流靈活輸電和網絡控制技術的廣泛運用,給繼電保護的配置運行帶來深刻影響。本文在研究智能電網繼電保護構成的基礎上,闡述了智能電網對繼電保護的影響,對智能電網繼電保護發展有關問題進行探討。
1 智能電網繼電保護的構成
目前繼電保護正在向數字化、智能化,保護控制測量集成化以及數據通信一體化方向發展。電網的分布式發電、交互式供電對繼電保護提出了更高的要求,網絡通信與信息處理技術的快速發展,數字化技術深化應用也為探索新的保護機理提供了幫助。智能電網能夠利用傳感器對發電、輸電、配電、供電等重要設備的運行情況進行監控,把得到的數據經過網絡系統來收集、整合,最后再進行數據分析。利用這些數據能監測系統及設備運行的具體狀況,達到對保護性能及保護定值的遠程動態監控、診斷與修正功能。除此之外,對保護裝置來說,保護收集的信息不但需要涵蓋本保護對象的運行狀況,還需要與之密切相關的其它設備的運行信息,確保故障的準確識別,另外借助保護的智能診斷功能,在無人工干預情況下,可以迅速隔離故障、自行恢復運行,防止事故擴大和大面積停電狀況發生。因此智能電網繼電保護裝置保護動作時不確定是否僅跳本保護對象,還可能在跳本保護對象時需發聯跳命令跳開別的相關節點,還有可能僅發連跳命令跳開別的關聯節點,不跳開本保護對象。
典型智能變電站保護及自動化配置聯絡如圖1所示。
圖1典型智能變電站保護及自動化配置聯絡圖
2 智能電網繼電保護的典型特征
智能電網是以物理電網為基礎,覆蓋通信、信息、計算機、傳感測量、新能源等技術,把發、輸、配、用各環節連接成一個高度智能化的網絡。智能電網繼電保護從設計、配置、運維管理上都有許多不用于以往的新特性,其典型特征主要表現在以下幾個方面。
2.1 數字化
智能電網的一個重要特征是數字化,對繼電保護而言,一是測量手段的數字化,廣泛采用電子式互感器和數字接口;二是信息傳輸方式的數字化,傳統變電站采用的模擬量電纜傳輸和狀態量電纜傳輸方式將被以光纖為媒介的網絡數字傳輸所代替。圖1所示系統圖中電子式互感器取代了基于電磁感應原理的傳統互感器。
電子式互感器的優越性在于其采用光電轉換原理進行測量,體積小、絕緣性能好。對繼電保護其最大的優勢是傳輸頻帶寬、暫態性能好,不存在電磁式互感器和電容式電壓互感器等傳統互感器的測量誤差和暫態特性,能很好地將電力系統運行狀態信號變換到二次側。隨著智能電網的建設及智能化儀器、設備的推廣,傳統的互感器將逐步退出運行。
電子式互感器采用網絡接口,通過網絡保護裝置和智能斷路器連接,大大簡化了二次回路接線,易于維護。
2.2 網絡化
智能電網的核心節點是數字化變電站,近年來基于IEC61850標準的數字化變電站建設逐步鋪開,已出現500 kV全數字化示范變電站,各網、省公司都在大力推廣數字化變電站建設。
數字化變電站最大的特點是采用基于IEC61850標準的分布分層的結構體系,面向對象的數據統一建模、數據自描述,采用抽象通信服務接口(ACSI)和特殊通信服務映射(SCSM)技術實現智能設備間的信息共享和互操作。
圖1所示智能變電站系統圖分為三個工作控制層面(過程層、間隔層、站控層),三個工作層面的各組件通過基于IEC61850標準的MMS網、GOOSE網、SV網三個網絡實現互聯。MMS服務應用于設備和監控后臺之間的數據交互,實現各裝置信號上送、測量上送、定值操作、控制操作和故障報告上送等功能。GOOSE服務應用于保護、測控、智能終端等智能化設備之間的通訊服務,通過廣播方式傳送報文數據,實現裝置之間互相通信及信息共享。SV服務主要完成采樣值的網絡傳輸。該接線形式大大簡化了保護采樣、出口跳閘及保護屏柜之間二次電纜接線,使全站信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數字化。
對繼電保護來說,數字化變電站的網絡化帶來了兩方面的變革,一是信息獲取,雖然繼電保護主保護的功能仍然保持不變,但由于網絡數據傳輸的共享性,可以獲取全站相關設備元件的信息(電氣量信息);二是信息發送,由于采用帶數字接口的智能斷路器,跳合閘等控制信號的傳輸方式也由二次電纜改為數字信號的網絡傳輸。
2.3 輸電靈活化
智能電網的一個最大特點就是輸電效率的提高,控制手段的靈活。智能電網中必然大量采用諸如可控串聯補償裝置、靜止無功補償裝置、電能質量控制裝置、統一潮流控制器及STATCOM等交流靈活輸電技術。另外,我國電網的交直流混合輸電的特征也使電網中非線性可控電力元件數量大大增加。以電力電子器件的廣泛應用為特征的智能電網的故障暫態過程與僅有同步發電機等旋轉元件的傳統電力系統將有顯著的不同。
電網暫態過程的復雜性及電網運行方式靈活控制造成的多變性,使現有繼電保護裝置面臨較大考驗。
2.4 廣域化
近年來,隨著我國電網信息化進程不斷推進,各網、省公司都在大力推進基于PMU的WAMS網絡建設,繼電保護信息專用網絡也已初步建成,將成為智能電網控制的重要環節。雖然WAMS網絡和繼電保護信息系統建設的初衷不是為繼電保護服務,但利用其提供的廣域信息來提高后備保護的性能、提高安全自動裝置的性能卻值得思考。
3 智能電網繼電保護需關注的問題
智能電網的規劃和發展改變了電能傳輸的某些特點,信息化和數字化的特征使智能電網與傳統電力系統產生了本質的差別,作為繼電保護專業,也需要適應其發展,進行相關的研究工作。
3.1利用數字化提高保護性能
電子式互感器獨特的工作原理和傳輸性能的提高使繼電保護不需要再考慮電流互感器飽和、二次回路斷線、二次回路接地等互感器故障問題。電氣量信息通過網絡傳輸也為繼電保護裝置性能的提高帶來了便利條件。但無論是電子式互感器、智能組件還是光纖傳輸系統,對運行環境的要求都很高,目前數字化變電站中測控保護交換機等數字化組件均在設備現場分散布置,如何適應現場復雜的運行環境保持連續可靠運行是一個重要課題。同時如何簡化繼電保護的輔助功能,利用數字化傳感器提高繼電保護的整體性能,也是是未來繼電保護發展需要研究的核心問題。
3.2提升繼電保護網絡化配置形態下運行可靠性
基于IEC61850網絡的數字化變電站改變了傳統繼電保護信息獲取和信號發送的媒介,利用網絡上共享的站內其它相關電氣元件的信息提高主保護的性能,利用共享的控制信號網絡簡化繼電保護配置,是智能電網中繼電保護研究的前沿性問題。網絡化帶來共享信息的同時,也帶來基于網絡信息傳輸的可靠性和安全性問題。與傳統二次電纜的傳輸方式不同,基于網絡的控制信號傳輸的可靠性必須得到保證。數字化變電站條件下繼電保護的可靠性問題及如何進行保護配置保證可靠性是網絡化二次回路的關鍵問題。
3.3提升安全自動裝置性能
PMU和WAMS網絡為電力系統安全防御和緊急控制提供廣域信息,能夠利用其已建成的網絡,提高對時間敏感性不強的后備保護和安全自動裝置的性能,改變現有保護和安全自動裝置的延時整定原則,使其能夠在某些情況下及時判斷系統故障,采取措施避免大停電等惡性事故的發生。
3.4研究繼電保護在線整定技術
自適應保護的思想在繼電保護領域已被廣泛應用,限于條件,傳統的自適應保護僅能根據被保護線路的運行情況對定值進行調整,不能利用全網信息準確、實時地判斷運行方式來調整定值。智能電網的發展有望改變這一現狀,從而實現在線整定。
3.5研究繼電保護新原理與新技術
風能、太陽能、生物能等新能源接入的隨機性和間歇性,使電網接入安全問題日益受到重視,相應的調度方式在智能電網背景下將更快、更靈活地調整傳輸方式和潮流方向。以電力電子控制為依托的電網靈活控制方式將改變傳統電網的故障暫態特征,研究適應智能電網靈活控制的繼電保護新原理與新技術是智能電網中繼電保護相關研究的一個關鍵問題。
4 結束語
智能電網的建設是電力系統的一次重要變革,是電網未來的發展方向。如今,智能電網的建設已經全面鋪開,建設過程中新技術和新設備的應用將給繼電保護專業領域帶來革命性的變化。隨著智能電網建設的推進,相關研究的深入,繼電保護專業要適應電網需求向智能化方向發展,緊跟電網建設步伐,為智能電網建設提供可靠技術支持。
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