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繼電保護試驗裝置
繼電保護試驗箱基本原理
繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。
電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：
(1)電流增大。短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。
(2)電壓降低。當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。
(3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。
(4)測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。
不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。
利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。
此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護，如瓦斯保護。
基本要求
繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。
1）選擇性
選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。
2）速動性
速動性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。
一般必須快速切除的故障有：
(1)使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。
(2)大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內部故障。
(3)中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。
(4)可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障。
故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s～0.08s，快的可達0.01s～0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s～0.15s，快的可達0.02s～0.06s。
對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。
3）靈敏性
靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。
能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。
系統(tǒng)大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗小，通過保護裝置的短路電流為大運行方式；
系統(tǒng)小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為大，通過保護裝置的短路電流為小的運行方式。
保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。
4）可靠性
可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護根本的要求。
安全性：要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。
信賴性：要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。
繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害。
即使對于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。
以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結構和用戶的性質，辯證地進行統(tǒng)一。
分類
繼電保護可按以下4種方式分類。
①按被保護對象分類，有輸電線保護和主設備保護(如發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護)。
②按保護功能分類，有短路故障保護和異常運行保護。前者又可分為主保護、后備保護和輔助保護；后者又可分為過負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、非全相運行保護等。
③按保護裝置進行比較和運算處理的信號量分類，有模擬式保護和數(shù)字式保護。一切機電型、整流型、晶體管型和集成電路型（運算放大器）保護裝置，它們直接反映輸入信號的連續(xù)模擬量，均屬模擬式保護；采用微處理機和微型計算機的保護裝置，它們反應的是將模擬量經(jīng)采樣和模/數(shù)轉換后的離散數(shù)字量，這是數(shù)字式保護。
④按保護動作原理分類，有過電流保護、低電壓保護、過電壓保護、功率方向保護、距離保護、差動保護、縱聯(lián)保護、瓦斯保護等。
組成
一般情況而言，整套繼電保護裝置由測量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組成。
測量比較部分
測量比較部分是測量通過被保護的電氣元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結果，給出“是”、“非”性質的一組邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應該啟動。
邏輯部分
邏輯部分使保護裝置按一定的邏輯關系判定故障的類型和范圍，后確定是應該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或是否動作及是否延時等，并將對應的指令傳給執(zhí)行輸出部分。
執(zhí)行輸出部分
執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯傳過來的指令，后完成保護裝置所承擔的任務。如在故障時動作于跳閘，不正常運行時發(fā)出信號，而在正常運行時不動作等。
工作回路
要完成繼電保護任務，除了需要繼電保護裝置外，必須通過可靠的繼電保護工作回路的正確工作，才能完成跳開故障元件的斷路器、對系統(tǒng)或電力元件的不正常運行發(fā)出警報、正常運行狀態(tài)不動作的任務。
繼電保護工作回路一般包括：將通過一次電力設備的電流、電壓線性地轉變?yōu)檫m合繼電保護等二次設備使用的電流、電壓，并使一次設備與二次設備隔離的設備，如電流、電壓互感器及其與保護裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護裝置出口間的連接電纜，指示保護動作情況的信號設備；保護裝置及跳閘、信號回路設備的工作電源等。
