Q:保護(hù)裝置由哪幾部分構(gòu)成？每個(gè)部分有什么作用？

 

一般繼電保護(hù)裝置由 測(cè)量比較元件、 邏輯判斷元件、 執(zhí)行輸出元件三部分構(gòu)成。

 

測(cè)量比較元件負(fù)責(zé)把輸入元件的物理參量與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，輸出“0”或“1”性質(zhì)的邏輯信號(hào)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)原理不同，這個(gè)“0”或“1”可以表示電平的高低，也可以是觸點(diǎn)的斷開和閉合。

 

邏輯判斷元件將多個(gè)測(cè)量比較元件輸出邏輯信號(hào)的性質(zhì)（是“0”還是“1”）、先后順序、持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行組合判斷，將多個(gè)測(cè)量元件輸出的邏輯信號(hào)變成“跳閘”、“發(fā)信號(hào)”或“不動(dòng)作”的指令。

 

執(zhí)行輸出元件根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令，發(fā)出跳閘脈沖及相應(yīng)的動(dòng)作信息、發(fā)出警報(bào)或不動(dòng)作。

 

Q:繼電保護(hù)的工作回路包括哪些？

 

光靠一個(gè)保護(hù)裝置是不能完成保護(hù)任務(wù)的，要完成繼電保護(hù)的任務(wù)，還需要繼電保護(hù)的工作回路。

 

首先，我們要將一次設(shè)備的電壓、電流量線性地轉(zhuǎn)化成適合保護(hù)裝置使用的電壓和電流量，并且將一次設(shè)備和二次設(shè)備隔離開。在我們的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)功能由電流互感器、電壓互感器和互感器接到保護(hù)裝置的電纜實(shí)現(xiàn)。這部分叫做 “測(cè)量回路”。

 

然后，我們還需要讓保護(hù)能夠控制開關(guān)跳閘，這就需要將保護(hù)裝置出口和開關(guān)跳閘線圈連接，這部分叫做 “控制回路”。

 

最后，我們?cè)谥骺厥遥F(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)裝置動(dòng)作了，要想辦法讓我們知道。為了讓運(yùn)行人員知道保護(hù)裝置動(dòng)作情況，我們需要 “信號(hào)回路”。

 

此外，對(duì)于現(xiàn)在使用的微機(jī)保護(hù)，保護(hù)裝置的電源都集成在保護(hù)裝置內(nèi)部。裝置取220V或110V直流電源，再在裝置內(nèi)部的電源插件中將其轉(zhuǎn)化為適合集成電路芯片工作的電壓（5V、12V或24V）。

 

下圖是一個(gè)用電磁繼電器實(shí)現(xiàn)的過電流保護(hù)的工作回路。目前我們用的都是微機(jī)保護(hù)，已經(jīng)見不到這樣的接線，但可以用它直觀體會(huì)保護(hù)裝置和工作回路的構(gòu)成。

 

 

圖中的KA是一個(gè)電流繼電器，屬于測(cè)量比較元件。它通過測(cè)量回路接受來自電流互感器TA二次側(cè)的電流，并且和整定值進(jìn)行比較。如果輸入電流大于整定值，電流繼電器觸點(diǎn)閉合，這個(gè)觸點(diǎn)的閉合就是一個(gè)邏輯信號(hào)。這個(gè)邏輯信號(hào)會(huì)啟動(dòng)時(shí)間繼電器KT，這個(gè)時(shí)間繼電器屬于邏輯判斷元件。時(shí)間繼電器（邏輯判斷元件）接收到電流繼電器（測(cè)量比較元件）的邏輯信號(hào)，經(jīng)過整定的時(shí)間延時(shí)（邏輯運(yùn)算）之后，如果輸入的邏輯信號(hào)不變，則將跳閘指令傳給執(zhí)行輸出部分，啟動(dòng)中間繼電器KM（執(zhí)行輸出元件），使KM接點(diǎn)閉合，通過控制回路使跳閘線圈YR帶電，斷路器跳開；同時(shí)通過信號(hào)回路使信號(hào)繼電器KS發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，提醒運(yùn)行人員保護(hù)動(dòng)作。

 

故障設(shè)備被切除后，短路電流消失，電流繼電器返回，整套保護(hù)裝置復(fù)歸，做好下次動(dòng)作的準(zhǔn)備。

 

Q:保護(hù)配置的原則？

 

什么元件要配置什么樣的保護(hù)，是由很多因素決定的。

 

首先，保護(hù)的配置取決于被保護(hù)元件的重要程度。如果一臺(tái)幾十萬容量的變壓器配置簡(jiǎn)單的熔斷器保護(hù)，在發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)有可能無法及時(shí)和靈敏動(dòng)作，不能起到保護(hù)重要元件不受損害的目的。

 

其次，還需要考慮經(jīng)濟(jì)性。給幾千萬的設(shè)備花幾十萬裝保護(hù)裝置還是很劃算的，但如果是我們家里，供電線路幾千塊，加上用電器也不過一兩萬，花兩萬塊裝保護(hù)裝置顯然不夠經(jīng)濟(jì)。

 

最后，還需要符合規(guī)程的規(guī)定。

 

所以，雖然現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代，但我們?nèi)钥梢钥吹讲煌N類和形式的保護(hù)，從簡(jiǎn)單的熔斷器到復(fù)雜的微機(jī)縱聯(lián)保護(hù)，都可以在現(xiàn)場(chǎng)的不同地方找到。

 

不止是保護(hù)配置，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的比較在很多時(shí)候都是工程上我們需要考慮的重要問題。并不是越前沿的技術(shù)越好，還需要與經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相對(duì)應(yīng)。比如說，花十個(gè)億可以做到全年365天不停電，而只要花三萬塊就能做到364天不停電，這時(shí)候我們就需要斟酌：我們確實(shí)需要多花那么多錢實(shí)現(xiàn)那么高的可靠性嗎？

 

Q:保護(hù)區(qū)的劃分原則？

 

為了盡可能減小因故障跳閘引起的停電區(qū)域，我們給每一套保護(hù)劃分了保護(hù)范圍，也叫 保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生的故障叫區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)區(qū)外發(fā)生的故障叫區(qū)外故障。

 

在電力系統(tǒng)中，能切除故障的元件只有一個(gè)，就是斷路器，所以 保護(hù)以斷路器的位置作為分區(qū)基準(zhǔn)。 保護(hù)區(qū)的邊界取決于電流互感器的位置。一般來說，電流互感器的位置都會(huì)緊跟著斷路器。

 

以下圖為例。

 

 

發(fā)電機(jī)接到低壓母線，再通過升壓變壓器把電壓升高（比如說升高成220kV），經(jīng)過輸電線路輸送到220kV變電站。這里就需要發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)和線路保護(hù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)保護(hù)，我們希望發(fā)電機(jī)故障時(shí)只切除故障的發(fā)電機(jī)，不影響非故障設(shè)備正常運(yùn)行，而只切除發(fā)電機(jī)出口斷路器就可以實(shí)現(xiàn)只停故障發(fā)電機(jī)的目標(biāo)，所以我們把保護(hù)區(qū)的邊界劃到了發(fā)電機(jī)出口斷路器旁邊的電流互感器，如下圖：

 

 

我們繼續(xù)往后看。可以看到發(fā)電機(jī)接到了低壓母線，對(duì)于這個(gè)低壓母線的保護(hù)來說，要做到故障時(shí)只停母線而不停其它設(shè)備，只要讓保護(hù)在故障時(shí)切除和母線直接連接的四個(gè)斷路器就可以了。所以四個(gè)斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍就是這條母線保護(hù)的保護(hù)范圍。

 

 

同理，對(duì)于后面的升壓變壓器，斷開變壓器兩側(cè)的斷路器可以實(shí)現(xiàn)切除變壓器而不切除其它元件，所以保護(hù)范圍就是變壓器兩側(cè)斷路器旁邊的電流互感器圍成的范圍。

 

然后是變壓器連接的高壓母線。這條母線是分段的，我們希望哪段母線發(fā)生故障就只切這段母線而不切另一段，所以每段母線都需要一個(gè)單獨(dú)的保護(hù)區(qū)。按照上文的分區(qū)原則，我們可以很容易地確定出高壓母線和輸電線路的保護(hù)區(qū)，如下圖：

 

 

我們發(fā)現(xiàn)不同元件的保護(hù)區(qū)之間有重疊的部分。為了保證任何地方發(fā)生故障都在保護(hù)區(qū)內(nèi)，這樣的重疊是必要的。如果沒有重疊區(qū)，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)出現(xiàn)盲區(qū)，造成保護(hù)無法正確切除故障元件。但是我們希望重疊區(qū)盡可能小，因?yàn)橹丿B區(qū)內(nèi)的故障會(huì)造成兩個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)所有的開關(guān)跳閘，擴(kuò)大停電范圍。

 

現(xiàn)在再回頭看看站里主保護(hù)的保護(hù)區(qū)劃分，是不是直觀了很多？

 

 

Q:主保護(hù)的配置原則？

 

主保護(hù)通常指能實(shí)現(xiàn)全線快速切除故障的保護(hù)設(shè)備。這里的“全線”指“全保護(hù)范圍”或“全線路”。這里的“快速”在不同電壓等級(jí)里的定義是不同的。對(duì)于10kV，0.5秒就可以算快速；對(duì)于330kV，0.2秒以內(nèi)切除就夠了；到了500kV，這個(gè)時(shí)間變成了0.12秒；750kV，0.1秒或0.08秒；1000kV，要求60ms，也就是三個(gè)周波以內(nèi)切除故障。

 

所以我們可以看到，對(duì)于變壓器，采用差動(dòng)保護(hù)，時(shí)間整定為0秒，因?yàn)檫@樣才能滿足“快速”；對(duì)于我們的配電網(wǎng)，兩段電流保護(hù)就可以組成一條線路的主保護(hù)，第一段時(shí)間整定為0秒，第二段時(shí)間整定為0.5秒，保證線路上的故障都能被切除，并且最多0.5秒就可以切除，滿足“全線快速”；而到了220kV，0.5秒的時(shí)間太慢了，所以主保護(hù)就變成了縱聯(lián)保護(hù)。縱聯(lián)保護(hù)可以保證線路上任意點(diǎn)發(fā)生故障都能快速切除，滿足“全線快速”。