先简单介绍一下电力系统的运行方式:
电力系统中,为使系统安全、经济、合理运行,或者满足检修工作的要求,需要经常变更系统的运行方式,由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时,往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。
最大运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最小的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。
最小运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最大的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。
简单点说,运行方式就是看短路电流的,短路电流最大的就是最大运行方式,短路电流最小的就是最小运行方式,一般在选择设备及系统刚投运时,工程设计要考虑。
目前系统计算大多采用静态计算,但运行中的系统方式是随时变化的,例如发电机的开停、线路的停运、开环运行与闭环运行、联网或解列等等,都会影响到系统容量和阻抗的变化。在静态计算过程中,为了有效地降系统变化对计算结果造成的影响,规定了一个计算模型区间,即:把容量最大、阻抗最小的运行方式叫做最大方式,把容量最小、阻抗最大的方式叫做最小方式。在继电保护定值计算过程中,应该把握以下原则:最小方式下应保证可靠性,不能拒动;最大方式下应保证选择性,不能误动或越级。
可以找到这样的系统运行方式,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大,对继电保护而言称为系统最大运行方式,对应的系统等值阻抗最小。也可以找到这样的系统运行方式,在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小,对应的系统等值阻抗最大。确定最大和最小运行方式要考虑短路点距离保护安装处远近的变化和短路类型的不同。
最大和最小运行方式的区别在于系统负载不同(阻抗),由于电网中某一段线路电压均为定值,所以继电保护中最大和最小运行方式下主要是考虑系统阻抗变化对电流型保护整定值的影响,其中重点为过电流分段保护的影响。过电流分段保护注意如下:
1、最大运行方式下,本线路 I 段保护范围应大于线路全长的50%。
2、最小运行方式下,本线路 I 段保护范围应不小于线路全长的15%。
3、最大运行方式下,本线路 II 段保护范围应尽量不大于下一线路的在最小运行方式下的 I 段保护范围,以免本线路 II段保护与下一线路的 II 段保护冲突。
系统在正常运行时,不可能总工作于最大运行方式下,因此当运行方式变小时,电流型保护的保护范围将缩短,灵敏度降低;而距离保护,顾名思义它是反应故障点至保护安装地点之间的距离(或阻抗),并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。与电流保护和电压保护相比其性能受系统运行方式影响较小,保护范围稳定,常用于线路保护。距离保护的具体实现方法是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现的,因为线路的阻抗成正比于线路长度。(详见下段)距离保护的主要元件为距离(阻抗)继电器,它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值,此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时,其测量阻抗小,动作时间短;当短路点距保护安装处远时,其测量阻抗增大,动作时间增长,这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。
一般的线路是均匀的。那么,线路的等效阻抗的大小,就与线路的长度有关。假设线路单位长度的阻抗是z。那么线路的等效阻抗Z=zL。L是线路的长度。理解了以上概念,就不难理解距离保护:
一般线路发生接地故障。假设过度电阻为0。那么,我们通过测量电压U和电流I,就可以求出线路的阻抗:Z=U/I=zL,这样就可以求出故障距离L。通过判定L是否在保护范围内,就可以实现保护。
实际应用中,我们的保护范围X是已知的。那么,就会有个最大阻抗Zmax=zX。其保护原理就是:
Z=U/I<Zmax故障点在保护范围内,动作。
Z=U/I>Zmax故障点在保护范围外,不动作。(为了理解简单,没有考虑可靠性系数问题)