電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)裝置是在電力網(wǎng)、發(fā)電廠、變電所及電氣設(shè)備發(fā)生斷線、短路、接地等故障，及過載、過熱等不正常運(yùn)行時(shí)及時(shí)發(fā)出信號(hào)，并使斷路器自動(dòng)跳閘，切斷故障通路的一種自動(dòng)裝置。

繼電保護(hù)裝置在大多數(shù)情況下是由幾個(gè)繼電器組成的自動(dòng)裝置、按其工作原理分有：過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)，過（欠）電壓保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)、單相接地保護(hù)等。對(duì)繼電保護(hù)的基本要求是良好的選擇性、反應(yīng)故障的快速性、靈敏性、可靠性及投資維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。

過電流保護(hù)裝置

過電流保護(hù)是一種最基本的電流保護(hù)，用來反應(yīng)短路故障及嚴(yán)重的過載故障。保護(hù)對(duì)象廣泛：如線路、發(fā)電機(jī)、變壓器和各種負(fù)載等。過電流保護(hù)一般帶有動(dòng)作時(shí)限，可分為定時(shí)限和反時(shí)限兩種。

所謂定時(shí)限過電流保護(hù)是不管故障電流超過整定值多少、其動(dòng)作時(shí)間是一定的。若動(dòng)作時(shí)間與故障電流成反比變化，即故障電流超過整定值越多，動(dòng)作時(shí)間越快，則稱為反時(shí)限過電流保護(hù)。下圖所示是過電流保護(hù)的方框圖。圖中啟動(dòng)、時(shí)限、信號(hào)、出口各個(gè)環(huán)節(jié)分別是電流繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器、中間繼電器。

當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時(shí)，通過電流互感器TA，電流繼電器檢測(cè)出故障并啟動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間環(huán)節(jié)的延時(shí)后，再利用中間繼電器使斷路器QF跳閘，同時(shí)通過信號(hào)繼電器發(fā)出燈光及音響信號(hào)。

過電流保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)、缺點(diǎn)是隨著電網(wǎng)延伸段數(shù)的增多，靠邊電源的過載電流保護(hù)裝置的時(shí)限將很長(zhǎng)，有時(shí)長(zhǎng)到不能允許的程度。此外，當(dāng)負(fù)荷電流很大時(shí)，保護(hù)的靈敏度往往不能滿足要求。

電流速斷保護(hù)

這是另一種電流保護(hù)。這種保護(hù)沒有延時(shí)性，是瞬時(shí)動(dòng)作的，上右圖去掉時(shí)限環(huán)節(jié)，即為速斷保護(hù)框圖。速斷保護(hù)通常與過電流保護(hù)配合使用。構(gòu)成所謂“兩段式保護(hù)”。

電流速斷保護(hù)突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、可靠、經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是保護(hù)范圍運(yùn)行方式的影響很大，無(wú)時(shí)限的速斷保護(hù)不能保護(hù)電路的全長(zhǎng)。為了彌補(bǔ)這一缺陷，常采用略帶時(shí)限的速斷保護(hù)，即延時(shí)速斷保護(hù)。

差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的電流變化差額而動(dòng)作的。它廣泛用來保護(hù)大容量的電力變壓器、變電所母線、高壓電動(dòng)機(jī)等。如右圖所示是電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理圖。

差動(dòng)保護(hù)原理圖

電流互感器TA1和TA2之間的區(qū)域就是差動(dòng)保護(hù)區(qū)，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，即變壓器內(nèi)部（如dl點(diǎn)），電流繼電器KA中將產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流使保護(hù)裝置動(dòng)作，而當(dāng)保護(hù)區(qū)外短路時(shí)，即變壓器外部如（d2點(diǎn)），電流繼電器中只流過一較小的不平穩(wěn)電流，保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。

單相接地保護(hù)

也稱零序保護(hù)，它是利用接地產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)裝置動(dòng)作，它主要借助專門的零序電流互感器作用于繼電器來實(shí)現(xiàn)對(duì)接地故障的保護(hù)?？煞譃榇箅娏鹘拥叵到y(tǒng)的零序保護(hù)和小電流接地系統(tǒng)的零序保護(hù)兩種，對(duì)大電流接地故障，實(shí)際上是單相短路，過電流保護(hù)雖能反應(yīng)，但靈敏度較低，動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)，故需裝設(shè)專門的接地保護(hù)，提高靈敏度。對(duì)小電流接地系統(tǒng)，單相接地只是一種不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)生這種故障按規(guī)定系統(tǒng)還可繼續(xù)工作2小時(shí)。故這種接地保護(hù)一般只作用于信號(hào)。