论文-电力系统实习

【摘要】电力系统在运行的时候，可能发生故障或者出现不正常运行状态。而这些故障将会引起一系列的安全事故。这时便需要继电保护装置的继电保护作用来避免事故的发生。【关键字】继电保护装置；电力系统；电力故障；继电保护【正文】1.引言电力系统在运行的时候，可能发生故障或者出现不正常运行状态。而这些故障将会引起一系列的安全事故。这时便需要继电保护装置的继电保护作用来避免事故的发生。而以下将对此方面进行论述和介绍。2.电力系统2.1电力系统的概念电力系统可以描述一个统一的整体。一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。2.2电力系统的功能通过一系列的发电动力装置，将自然界的一次能源转化成电能，再经输电、变电和配电三个环节将电能供应到各电力用户，这就是电力系统的功能。而要保证用户获得安全、经济、优质的电能，还需要电力系统在各个环节和不同层次之间具有相应的信息与控制系统，以此来对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度。2.3电力系统示意图，如图12.4电力系统的主体结构电力系统的主体结构包括水电站、火电厂、核电站等电源，升压变电所、负荷中心变电所等变电所，输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上，实现电能生产与消费的合理协调。2.5电力系统的运行2.5.1系统运行所谓系统运行是指系统的所有组成环节都处于执行其功能的状态。电力系统的基本要求是保证安全可靠地向用户供应质量合格、价格便宜的电能。而所谓质量合格，就是指电压、频率、正弦波形这3个主要参量都必须处于规定的范围内。电力系统的规划、设计和工程实施虽为实现上述要求提供了必要的物质条件，但最终的实现则决定于电力系统的运行。实践表明，具有良好物质条件的电力系统也会因运行失误造成严重的后果。2.5.2系统运行的特点电力系统的运行具有如下明显特点:①电能不能大量存贮目前尚不能大量地、廉价地贮存电能，即发电厂发出的功率必须等于该时刻用电设备所需的功率、输送和分配环节中的功率之和。②电力系统的暂态过程非常短暂电力系统从一种运行状态到另一种运行状态的过渡极为迅速。③与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系供电的突然中晰会带来严重的后果。根据这些特点，对电力系统运行的基本要求是:①保证供电的安全可靠性②保证良好电能质量③保证电力系统运行的经济性上述三个方面的要求是互相联系，相互制约的。一个不安全的系统是谈不上优质和经济的。电能质量低的系统也不会是安全和经济的。但有时候安全和优质的要求电可能同经济性发生矛盾。因此，对于一个具体的系统，在采取措施以满足上述三个方面的要求时，要有全面的考虑。2.6电力系统的运行状态运行状态的定义:电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状态。2.6.1正常状态：能够提供合格的电能，满足负荷的供电需求；能够保证系统中的相关设备均在规定的长期安全工作限额内运行，并保持一定的备用容量。2.6.2故障状态：三相短路、两相短路、单相短路接地、两相短路接地、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。其中最危险的是各种类型的短路。短路可能产生的后果：①很大短路电流和所燃起的电弧，危害故障设备和非故障设备；②引起元件的发热和电动力的作用，损坏或缩短其使用寿命；③电力系统部分地区电压大大降低，影响用户的正常工作；④破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（引起系统振荡，甚至使系统瓦解）故障特征量：电流增大、电压降低、测量阻抗减小、功率方向发生变化、各物理量之间的相位变化。2.6.3不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。长时间的不正常运行有可能造成故障。如长期过负荷将导致温度升高，从而使得绝缘老化，最后导致故障的发生。2.6.4电力系统的事故：指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏的事件。故障状态和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故。3.继电保护继电保护及自动装置是电力系统的重要组成部分。对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键的决定性作用。由于电力系统的特殊性,电气故障的发生是不可避免的。一旦发生局部电网和设备事故,而得不到有效控制,就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故。因此，要确保电力系统的安全有效运行，了解和认识继电保护技术是非常重要的。3.1继电保护的概念电力系统安全保障体系中最重要的专门技术之一。电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果利用通讯手段传送信息，还包括通讯设备。3.2继电保护的作用在电力系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统稳定、保持供电连续性、保障人生安全、防止或减轻设备损坏。3.2.1故障状态时的作用当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。继电保护好比是电力系统的卫士,当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。3.2.2不正常运行状态的作用当发生不正常运行状态时，应该反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。任何电力设备都不允许在无继电保护的状态下运行。所有运行设备都必须有两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时，能有另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要求这两套继电保护装置和断路器所取的直流电源都有不同的直流熔断器供电。可见，虽然继电保护不是电力系统的一次设备，但在保证一次设备安全运行方面担负着不可或缺的重要角色。3.3电力系统继电保护原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。继电保护是利用电气的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态，根据电气量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围，以便有选择的切除故障。其中,测量元件将保护对象的电气量通过电流互感器和电压互感器转换为继电保护的输入信息，通过与整定值进行比较，鉴别被保护设备有无故障或是否在正常状态运行，并输出相应的保护信息。逻辑元件根据测量元件的信息，判断保护装置的动作行为，如动作于跳闸或信号，是否需要延时跳闸或延时发信。执行元件则根据逻辑元件输出的信息，送出跳闸信息或报警信息至断路器的控制回路或报警信号回路。显然,继电保护是电力系统能否正常工作的关键，对电力系统的安全有效运行起着重要作用。3.4继电保护装置当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。继电保护一般由测量部分、逻辑部分和执行部分三部分组成，其原理结构如图2所示。图2继电保护装置构成示意图3.5电力系统对继电保护的基本要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。3.5.1可靠性可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其它不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

3.5.2选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。

3.5.3灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置对各种性质的故障都应具有必要的灵敏系数（各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定）、正常反应。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。

3.5.4速动性速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。此四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足其相应的要求。3.6继电保护装置的使用与维护继电保护装置的重要性，不仅要在选用上考虑其是否达到基本运行条件的要求，还要在日常的检测和维护上做好工作。3.6.1要全面了解设备的初始状态。继电保护设备的初始状态，影响其日后的正常和有效运行。因此，必须注意收集整理设备图纸、技术资料以及相关设备的运行和检测数据的资料。对设备日常状态的检修，要在设备生命周期中各个环节都必须予以关注，进行全过程的管理。3.6.2要对设备运行状态数据进行及时、全面的统计分析。首先要了解设备出现故障的特点和规律，进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析，预先判断分析故障出现的部分和时间，在故障未发生时，及时地排查。提高保护装置的安全系数和使用周期，保证电力系统的正常运行。3.6.3要了解继电保护技术发展趋势，采用新的技术对设备进行监管和维护。在电力系统高速发展、继电保护设备不断更新换代、继电保护设备不够完善的情况下，必须加强对新技术的应用，唯此才能保证保护装置的科学有效，从而在电力系统的保护中发挥应有的作用。3.7电力系统继电保护的发展3.7.1发展现状继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随后陆续推广了整流型元件和由半导体分力元件组成的装置。70年代以后，集成电路构成的继电保护装置中得到广泛运用。到80年代，微型机在继电保护装置中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。3.7.2发展趋势继电保护技术在电力系统中的发展趋势主要体现在以下几个方面：①微机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。②网络化计算机网络影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。而继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。③保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的