态、提高电力系统运行安全可靠性的.doc

第12章 船用電學與電子學 吳俊文、蕭海明 編輯 1.1 繼電保護裝置的任務與要求 因為船舶電力系統繼電保護裝置是為解決電力系統不正常運行和故障情況而設置，所以對繼電保護裝置本身更要特別注意正確地進行設計、安裝、測試、檢查和維護，以便充分合理地發揮它的作用；否則，可能出現故障，而成為事故的根源。 船舶電力系統的繼電保護主要包括：船舶發電機的保護、船舶變壓器的保護、船舶電力網的保護和船舶電動機的保護等。 1.2、對繼電保護裝置的基本要求： 根據船舶電力系統繼電保護裝置所擔負的基本任務和作用，一般對有如下四個基本要求。 1.2.1 具有選擇性 繼電保護的選擇性是指當電力系統發生故障時，繼電保護裝置應僅把故障元件切除，使停電範圍盡量縮小，從而保證電力系統中其它非故障部分仍然能夠繼續安全地運行，如圖1.1所示，當在D1點發生短路時，應將故障點最近的DZ1開關中的保護裝置動作，將DZ1開關自動斷開，這時DW2和DW1開關中的保護裝置都不應動作，該開關也不應斷開，這就叫做保護具有選擇性。若保護裝置無選擇性動作，就要擴大停電範圍，甚至引起全船停電，發生更大的事故。 在選擇性保護中，若前一級保護裝置拒絕動作，則後一級保護裝置應動作。如圖中所示，當D1點短路時，若DZ1開關由於某種原因沒有斷開，故障不能切除，則DW2開關中的保護裝置應動作，將DW2開關自動斷開，這種情況是部分地失掉了選擇性，擴大了停電範圍。在這種情況下稱後一級保護的備用保護。由於繼電保護裝置或開關拒絕動作的現象可能發生，因此備用保護是完全必要的。否則，故障部分將無法切除或使事故更加擴大。 對電力系統繼電保護裝置選擇性的要求，可用保護電器的動作時間或動作值來達到。 圖 1.1 保護選擇電路示意圖 1.2.2具有速度性 繼電保護的速度性就是保護裝置的動作時間應力求短。迅速切除故障可減輕被保護設備的損壞程度，防止故障蔓延，縮小破壞範圍，減少對非故障部分的影響，保證其正常安全運行；要求快速切除短路故障的理由主要有以下兩方面。 1)熱效應方面：通過電氣元件的短路電流產生的熱量Qr與短路電流Idl的平方和時間t成正比，即 ，式中：K-比例系數。由此可見，切除得快，產生的熱量小，設備不易燒壞。 2)對負荷的影響方面：對同步電動機的影響最明顯，因同步機的轉矩M和電壓的平方成正比，即M=KU2，式中，K-比例常數。 由上式可見，若電壓U下降較大，轉矩M下降大，會使電動機停止運轉。若短路故障很快切除，非故障部分的電壓可迅速恢復，因為電動機有一定的慣性，所以可使非故障部分的電動機仍然正常工作。若切除得慢，非故障部分的電動機也都要停下來，其中包括重要負荷。 1.2.3、具有靈敏性 繼電保護裝置的靈敏性是指對於其保護範圍內的故障或不正常工作狀態的反應能力。就是說，在保護範圍內，不管運行情況、短路性質和位置如何，對屬於自己保護內的故障，都應反應靈斂。靈敏性愈高，發覺故障和切除就愈早，對系統的影響和設備的破壞就愈小；保護裝置的靈敏性，用靈敏度來表示。 1.2.4、具有可靠性 繼電保護裝置的可靠性是指裝置本身要能可靠地工作，對它保護範圍之內的故障，不應拒絕動作，在正常運行或不屬於它保護的範圍故障時，不應誤動作。否則，它本身就可能成為產生和擴大事故的根源。因此，保證保護裝置的可靠性是很重要的。 保護裝置的可靠性主要取決於，保護方式的選擇、裝置本身的質量、計算和測試、安裝、維護和檢修等。 對保護裝置的上述基本要求中可以看出，這四個方面是互相聯繫、互相制衡的。例如:若速度性很高，則選擇性就要差些，反之亦是。若可靠性很高，則靈敏性就要差些，反之亦是。對於具體問題需結合實際，具體分析和解決，例如對於過載保護，主要要考慮它的可靠性，並不要求它的速度性；而對於短路保護，則要盡量考慮它的速度性。 1.3 繼電器： 由上述繼電的保護作用和基本要求可知，此任務若依靠人員的操作，是難以實現的，必須由自動的繼電保護裝置來完成。電力系統的繼電保護裝置一般由一個或幾個繼電器組成。 l.3.1 繼電器的基本工作原理 繼電器是一種能自動動作的電器。其特點為當控制繼電器的某物理量達到一定數值或進入某一定的物理量時，繼電器便自動動作，使被繼電器控制的某物理量發生突然的變化，在此控制與被控制的物理量中，至少有一個為電氣的量值。 圖1.2是一最簡單的電磁式過電流繼電器示意圖。繼電器主要由接受機構、中間機構和執行機構三部分組成。接受機構：用以接受控制量的變化(圖1.2中電流線圈1)並以某種形式傳送給中間機構(以電磁力吸動銜鐵4)。中間機構：將接受的量與已給定的量(以彈簧3的拉力確定預定