技術(shù)｜電氣工程及其自動化基礎(chǔ)知識

技術(shù)｜電氣工程及其自動化基礎(chǔ)知識
2016-03-25
1、電力系統(tǒng)定義
由發(fā)電廠內(nèi)的發(fā)電機、電力網(wǎng)內(nèi)的變壓器和輸電線路以及用戶的各種用電設(shè)
備，按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。2、電力系統(tǒng)的組成
電力系統(tǒng)由發(fā)電廠的發(fā)電機、電力網(wǎng)及電能用戶（用電設(shè)備）組成的。
3、電力系統(tǒng)電壓等級
系統(tǒng)額定電壓：電力系統(tǒng)各級電壓網(wǎng)絡(luò)的標稱電壓值。
系統(tǒng)額定電壓值是：220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、
220kV、330kV、500kV、750 kV。4、電力設(shè)備
電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，一次設(shè)備（也稱主設(shè)備）是
構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機、電
力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等。二次設(shè)備是
對一次設(shè)備進行控制、調(diào)節(jié)、保護和監(jiān)測的設(shè)備，它包括控制器具、繼電保護和
自動裝置、測量儀表、信號器具等。二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一
次設(shè)備取得電的聯(lián)系
凡造成電力系統(tǒng)運行不正常的任何連接或情況均稱為電力系統(tǒng)的故障。電力
系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線或它們的組合。短路又稱橫向故障，斷線
又稱為縱向故障。
短路故障可分為三相短路、單相接地短路（簡稱單相短路）兩相短路和兩相
接地短路，注意兩相短路和兩相接地短路是兩類不同性質(zhì)的短路故障，前者無短
路電流流入地中，而后者有。三相短路時三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短
路；其他幾種短路均使三相回路不對稱，因此稱為不對稱短路。
斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線。斷線又稱為非全相運行，也是一種不
對稱故障。大多數(shù)情況下在電力系統(tǒng)中一次只有一處故障，稱為簡單故障或單重
故障，但有時可能有兩處或兩處以上故障同時發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或多重故障。
短路故障一旦發(fā)生，往往造成十分嚴重的后果，主要有：
（1） 電流急劇增大。短路時的電流要比正常工作電流大得多，嚴重時可達正常
電流的十幾倍。大型發(fā)電機出線端三相短路電流可達幾萬甚至十幾萬安培。這樣
大的電流將產(chǎn)生巨大的沖擊力，使電氣設(shè)備變形或損壞，同時會大量發(fā)熱使設(shè)備
過熱而損壞。有時短路點產(chǎn)生的電弧可能直接燒壞設(shè)備。
（2） 電壓大幅度下降。三相短路時，短路點的電壓為零，短路點附近的電壓也
明顯下降，這將導(dǎo)致用電設(shè)備無法正常工作，例如異步電動機轉(zhuǎn)速下降，甚至停
轉(zhuǎn)。（3） 可能使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞。電力系統(tǒng)發(fā)生短路后，發(fā)電機輸
出的電磁功率減少，而原動機輸入的機械功率來不及相應(yīng)減少，從而出現(xiàn)不平衡
功率，這將導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速。有的發(fā)電機加速快，有的發(fā)電機加速慢，從而
使得發(fā)電機相互間的角度差越來越大，這就可能引起并列運行的發(fā)電機失去同步，
破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引起大片地區(qū)停電。
（4） 不對稱短路時系統(tǒng)中將流過不平衡電流，會在鄰近平行的通訊線路中感應(yīng)
出很高的電勢和很大的電流，對通訊產(chǎn)生干擾，也可能對設(shè)備和人身造成危險。
在以上后果中，最嚴重的是電力系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性的破壞，被喻為國民經(jīng)
濟的災(zāi)難，其次是電流的急劇增大。
除此之外，電力系統(tǒng)中還可能出現(xiàn)一些不正常工作狀態(tài)，如電氣設(shè)備超過額
定值運行（稱為過負荷），它也將使電氣設(shè)備絕緣加速老化，造成故障隱患甚至
發(fā)展成故障；如發(fā)電機尤其是水輪發(fā)電機突然甩負荷引起定子繞組的過電壓、電
力系統(tǒng)的振蕩、電力變壓器和發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)故障以及電力系統(tǒng)的頻率下降等。
系統(tǒng)中的故障和不正常運行狀態(tài)都可能引起電力系統(tǒng)事故，不僅使系統(tǒng)的正常工
作遭到破壞，甚至可能造成電氣設(shè)備損壞和人身傷亡。
電力系統(tǒng)中的各元件之間有十分緊密的電或電磁聯(lián)系，一旦某個元件發(fā)生故
障，電氣信息將以近似光的速度向系統(tǒng)各處傳播。這種故障不可能用人工手動方
法排除而必須有高速自動化的裝置來排除。這是保證電力系統(tǒng)安全運行最有效的
方法。
電力系統(tǒng)繼電保護就是一門研究這種自動識別故障并排除故障元件的自動
裝置的技術(shù)學(xué)科。也就是說，繼電保護自動裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件故
障或不正常運行狀態(tài)并動作于斷路器跳閘或發(fā)出指示信號的一種自動裝置。
1、繼電保護的作用
1）自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼
續(xù)遭到破壞，保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。2）反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號
或跳閘。
2、繼電保護裝置
當電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障
危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向
所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實
現(xiàn)這種自動化措施的成套設(shè)備,一般通稱為繼電保護裝置。
3、繼電保護裝置的組成及工作原理
一般繼電保護裝置由測量比較元件、邏輯判斷元件和執(zhí)行輸出元件三部分組
成。
1）測量比較元件：測量通過被保護的電力元件的物理參量，并與給定的值進行
比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信
號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。
2）邏輯判斷元件：根據(jù)測量比較元件輸出的邏輯信號的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)
時間等，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)
該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或不動作，并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。
3）執(zhí)行輸出元件：根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖
及相應(yīng)的動作信息、發(fā)出警報或不動作。
4、繼電保護的分類
1）、按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、母線保
護、電動機保護等。
2）、按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、
零序保護等。3）、按保護所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護、接地短路保護、匝間短路保
護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等。
4）、按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術(shù)分類：機電型保護、整流型保護、晶體管型保
護、集成電路型保護、微機型保護。
5）、繼電保護測量值與整定值的關(guān)系分類：過量保護（測量值﹥整定值）、欠
量保護（測量值﹤整定值）
6）、按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等。
主保護是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保
護設(shè)備和線路故障的保護。
后備保護是指主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為近后備保
護和遠后備保護。近后備保護：在本元件處裝設(shè)兩套保護，當主保護拒動時，由
本元件的另一套保護動作。遠后備保護：當主保護拒動時，由該電力設(shè)備或線路
的另一套保護實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后
備保護。
5、繼電保護的基本要求：
選擇性、速動性、靈敏性、可靠性；
可靠性是指保護該動作時應(yīng)動作，不該動作時不動作。
選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，當故障設(shè)備或線路
本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護或斷路器失靈保護
切除故障。
靈敏性是指在設(shè)備或線路的被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置具有的正確