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2020年12月17日,星期四

电力系统保护基本指南

 


电力系统不仅能够满足当前的负载,而且具有灵活性 满足未来的需求。电力系统设计为在 足够的数量,以满足特定区域用户当前和估计的未来需求,将其传输到将要使用的区域,然后在内部分发 连续地 


“为了确保设备的大量投资获得最大的回报, 组成电力系统并确保用户满意的可靠服务,必须使整个系统连续运行,而不会造成重大故障。” 



读: X / R比的重要性是什么?



电力系统保护的基本要求


保护装置具有三个主要功能/职责: 

  1. 维护整个系统以维持供应的连续性 
  2. 在发现故障时将损坏和维修成本降至最低 
  3. 确保人员安全。 


这些要求是必要的,首先是对故障的早期发现和定位,以及 其次是为了迅速排除故障设备。 为了履行上述职责,保护必须具有以下素质: 


  • 选择性:仅检测和隔离有故障的项目。 
  • 稳定性:保持所有健康的电路完好无损,以确保连续性或供电。 
  • 灵敏度:甚至检测最小的故障,电流或系统异常 并在故障造成无法修复的损坏之前按设定正确操作。 
  • 速度:在需要时迅速进行操作,从而 尽量减少对周围环境的破坏,并确保人员安全。 


为了满足上述所有要求,保护必须可靠,这意味着 must be: 

  • 可靠:它必须在被要求时跳闸。 
  • 安全:不应在不应该的时候跳闸。 




保护系统要考虑的重点


  • 保护任何配电系统是许多要素的功能,本手册 简要概述了用于保护系统的各种组件。以下是 保护的主要组成部分。 
  • 保险丝是自毁的,它在电源电路中承载电流 持续不断,并在异常情况下通过吹气牺牲自己。这些 通常是电气中的独立或独立保护组件 系统与断路器不同,后者必定需要以下人员的支持 external components.
  •  如果没有正确测量正常值,将无法获得准确的保护。 和系统异常情况。在电气系统中,电压和电流 测量结果可提供有关系统是否健康的反馈。电压 变压器和电流互感器测量这些基本参数,并且 能够在故障情况下提供准确的测量而无需 failure.
  • 测量值被转换为模拟和/或数字信号,并且 用来操作继电器,然后通过断开继电器来隔离电路 电路故障。在大多数情况下,继电器提供两种功能,即报警 一旦发现异常,再跳闸。过去的接力赛非常 功能有限,而且体积很大。但是,随着数字技术的发展 技术和微处理器的使用,继电器监视各种参数, 它提供了故障前和故障后的完整系统历史记录 conditions.  
  • 有故障的电路断开需要一些时间,可能在 毫秒,对于平常的日常生活而言,可能微不足道。然而 用于隔离故障电路的断路器能够 携带这些故障电流直到故障电流被完全清除。的 断路器是配电系统中的主要隔离设备, 可以说直接保护了系统。 


继电器和断路器的操作需要电源,该电源不得 受主配电故障的影响。因此,另一个组成部分 在保护系统中至关重要的是用于确保不间断的电池 继电器和断路器线圈的电源。  


电力系统保护的基本组成


读: 保护继电器中选择电流互感器的条件是什么?


  1. 电压互感器和电流互感器:监控并给出准确的 有关系统健康的反馈。 
  2. 继电器:转换来自监视设备的信号,并提供 在故障条件下断开电路或在出现故障时发出警报的说明 受保护的设备正在接近可能的破坏。 
  3. 保险丝:自我破坏以保护下游设备。 
  4. 断路器:这些断路器用于制造载有大量断路器的电路。 电流,并且还会断开载有故障电流的电路几 根据继电器的反馈进行循环。 
  5. 直流电池:这些电池可为继电器和 独立于主电源的断路器受到保护。 



参考:  

实用电源系统保护|第1章:保护需求| 下载

作者:  
  • 莱斯·休伊森
  • Mark Brown PrEng,DipEE,BSc(ElecEng), 澳大利亚珀斯IDC Technologies高级工程师  
  • Ben Ramesh Ramesh and Associates,澳大利亚珀斯
丛书编辑: 
  • Steve Mackay FIE(澳大利亚),CPEng,理学学士(电子学),理学学士(荣誉),MBA, 政府证书。公司技术总监– IDC Technologies.

2020年11月2日,星期一

X / R比的重要性是什么?


电气工程师需要了解X / R比在进行故障计算中的重要性。 该比率实际上可以确定峰值不对称故障电流。因此,非对称故障电流可以远高于对称故障电流。


故障电流


故障计算在电气设计中很重要,因为它可以确定保护装置和电缆的额定值是否适合处理电气系统可能遇到的最坏情况。同样,系统中的故障电流值可以帮助确定保护继电中使用的电流互感器的正确规格。


对于小型设备,可以使用手动方法完成故障计算,但是使用计算机软件来加快过程是很实际的。而且,计算机工具可以容易地执行保护装置之间以及保护装置和电缆之间的协调。

欧姆定律告诉我们,电流等于分压除以值电阻(或阻抗)。在这种情况下,电压和电流的关系成反比。当电路的阻抗作为短路状态的表现接近零时,电流值将趋于接近可能的最高值,这会对电缆和变压器产生热应力,从而导致绝缘材料击穿。同样,短路条件也会产生高磁力,该磁力具有使开关设备和面板中的母线弯曲的能力。巨大的磁力值与故障电流的平方成正比。


保护装置


通常,安装在多个低压系统中的保护装置使用断路器和保险丝。这些设备的任务是尽快消除短路。中高压系统还具有保护电路的其他手段。 


X / R比的重要性


诸如变压器,电动机,发电机和传输线之类的设备本质上是电感性的,因此X / R比值很小。系统短路时 对称故障电流的RMS值由系统电源电压和到故障点的总系统阻抗确定。但是,几乎所有故障在至少一相中都具有明显的不对称性。这种不对称在分析中被视为直流分量,必须与交流对称分量结合使用以提供新的电流值,即RMS非对称值。断路器必须中断的接触部分瞬间的RMS不对称电流值。 

重要的是要注意,故障电流的直流分量衰减相当快,在大约3的时间内达到微不足道的值。 到5个周期的电源频率。在此过程中,衰减率取决于 故障点的电路。这意味着,如果该比率的值较高,则直流分量的衰减会较慢,从而延长了由于故障而导致的危险。 

现代断路器以规定的X / R标准值进行测试。例如,断路器同时具有低压和高压功能,ANSI标准要求此X / R比为6.6或 更高,对应于15%或更小的功率因数。对于给定水平的对称故障电流, 在给定的断路器触点兼职时间下,此X / R比确定不对称故障电流的值 断路器需要中断。较高的X / R比及其较慢的衰减率将导致较高的 接触时的非对称故障电流。如果X / R比太高,则故障电流不对称 可能会超出断路器的中断能力。 

2020年7月14日,星期二

保护继电器中选择电流互感器的条件是什么


电流互感器

电流互感器

电流互感器是保护继电器的主要基本组件之一。与电位变压器(PT)一起,该设备也是检测系统中任何异常的关键要素。在保护继电器应用中,将使用的CT是具有大铁芯的CT,它们可在故障情况下复制初级电流(初级电流较高)。 

但是,我们不应该依赖于选择合适单位的物理尺寸。我们需要满足基本要求,以防止不良后果。为了实现这个目标,我们需要遵守两个条件,即: 

条件1: 原边的额定电流必须接近负载或其保护的系统的满载电流。例如,如果满载电流为387安培,则最好选择转换比为400:5的CT。 

条件2: 计算发生故障时的二次电压,以确定在故障情况下CT是否会饱和。在这种情况下,即使我们满足条件1,我们也需要选择下一个更高的评分并执行相同的过程。 

如何确定CT饱和度?

为了确定CT在特定条件下是否会饱和,我们需要找到以下值: 
  • 金额 故障电流 
  • CT二次电阻
  • 连接CT和保护继电器的线电阻
  • 继电器的负载电阻。 

例:  

保护继电器将安装到额定满载电流为290的电动机上。将使用转换比为300:5的CT,并且与继电器的总距离为20米。导线的电阻为每公里1.5欧姆。如果CT次级电阻为0.09欧姆,继电器负载电阻为0.005欧姆。根据以下曲线确定CT比是否饱和。 

注意:假设系统中的故障电流为3.5 kA。



解:

在这种情况下,我们将列举给定的值, 
  • 使用的CT为300:5
  • 故障电流= 3500安培
  • CT次级电阻= 0.090欧姆
  • 到继电器的线距= 20额定电流@ 1.5 ohms / km
  • 继电器负载电阻= 0.006欧姆

计算导线电阻: 

Rwire = (2 x 20 m)x 1.5欧姆/公里 
                             1000 

Rwire = 0.06欧姆


计算总负担

总负担= RCT(次级)+ Rwire + R继电器

总负担= 0.090 + 0.06 + 0.006 = 0.156欧姆

发生故障时计算二次电压。 

V =(总负担*故障电流)/ CT比

V =(0.156 * 3500)/ 60

V = 9.1伏

如果发生故障,次级电压是否低于KNEE POINT,请检查CT曲线。 


故障时的次级电压值为9.1伏,低于拐点。因此,我们可以接受问题中给出的300:5 CT。否则,我们将选择下一个较高的值并执行相同的过程。 

2019年11月15日星期五

示例:双线接地故障计算

双线接地故障

当三相线上的两相意外接地时,双线接地故障。在这种情况下,故障电流将在相关阶段(例如,B相和C相)内从线路流到地面。

例:

从下图可以看出,假设发电机已牢固接地并且忽略了故障阻抗。确定系统中发生线路故障时的相电流和相电压。



《不平衡故障分析:双线对地故障》一文解释并推导了所有顺序网络都并联连接以满足此类故障的条件。

从而,

DLG故障的等效序列网络


通过电路分析,我们可以得出等效阻抗为

  • Zeq = Z1//Z2 + Z0 = j0.1//j0.1 + j0.25 = j0.3 pu
令Ea的值= 1(角度0)。 

因此,+ s电流的值为 
  • Ia1 = Ea / j0.3 pu = -j 3.33 pu

通过电流除法,我们可以说-s和0s各自的值分别为
  • Ia2 = Ia0 =-(-j 3.33 / 2)= j 1.67 pu
序列电流汇总, 
  • Ia1 = -j 3.33 pu
  • Ia2 = j 1.67 pu
  • Ia0 = j 1.67浦
使用 序列分量至相位值矩阵公式, 我们可以得到: 
  • A相的故障电流,IA = 0。
  • B相故障电流,IB = 5(角-30)pu
  • C相故障电流,IC = 5(角度-150)pu
应用基本值, 
  • 选择:Sb = 20 MVA和kVb = 13.8 kV,然后... 
  • Ea = 20 MVA / 20 MVA = 1(角度0)。
  • Ibase = 20 MVA /(1.73 x 13.8 kV)
  • Ibase = 0.837 kA

因此实际的故障电流值是 
  • IA = 0
  • IB = 5 x 0.837 kA = 4.185 kA(角度-30) 
  • IC = 5 x 0.837 kA = 4.185 kA(角度-150) 
电压值

基于等效序列网络,

  • Va2 = Z2 x Ia2 = j 0.1 x(-j 1.67)= 0.167(角度0)pu
  • 因此, Va2 = Va0 = 0.167(角度0)pu
使用  序列分量至相位值矩阵公式, 我们可以得到: 
  • VA = 0.501(角度0)pu
  • VB = VC = 0
施加电压基准 
  • VA = 0.501 x(13.8 kV / 1.73)= 3.996 kV
  • VB = VC = 0

不平衡故障分析:双线接地故障



当三相线上的两相意外接地时,双线接地故障。在这种情况下,故障电流将在相关阶段(例如,B相和C相)内从线路流到地面。 

双线接地故障-B相和C相

从这种情况下,系统参数可以认为如下: 

  • A相的故障电流= 0(因为A相没有故障电流)
  • B相的故障电流= If-B
  • C相的故障电流= If-C。 
  • 在这里,我们还可以看到B相和C相的电压等于零(忽略接地阻抗)。 


使用对称分量方程矩阵公式加上从上述条件中获得的值,可以绘制出当前方程,如下所示: 


DLG故障电流的对称分量矩阵方程

从这个矩阵方程式,我们可以得到以下值: 

  • Ia0 + Ia1 + Ia2 = 0(所有序列电流之和等于零)
  • IA = 0(因为在故障期间A相中没有故障电流流动)。 

在相同情况下,电压的对称分量为: 

DLG故障的电压对称分量矩阵方程
从上面的矩阵方程式,我们可以得到以下电压值:

  • Va0 = Va1 = Va2 = Va / 3
根据获得的电压和电流值,我们可以使用以下序列网络进行演示,


DLG故障的等效序列网络

该图满足基于给定条件获得的值。

有关示例计算,请参见: 示例:双线接地计算

2019年十月5日星期六

示例:线对线故障计算


当三相系统中的两个载流导体意外接触时,就会发生传输线上的线对线故障。因此,电力系统的保护装置需要准确响应,以避免严重损坏系统。

请参见不平衡故障分析:线间故障

因此,了解不平衡系统中线对线故障的计算过程非常重要。

相关文章:



例:  

从下图可以看出,假设发电机已牢固接地并且忽略了故障阻抗。确定系统中发生线路故障时的相电流和相电压。



解:

从文章 不平衡故障分析:线对线故障,我们知道正序和负序网络是并联连接的,零序网络不涉及这种类型的故障。

从文章 不平衡故障分析:线对线故障,我们知道等效的正序网络是,

正序网络
负序网络是 

负序网络
并行连接此网络,并查看故障总线和参考总线的戴维南等效值,我们可以得到等效阻抗j 0.25 // j 0.1。 

因此,等效序列网络可以简化为一个单位为1(角度0)的源,等效阻抗为j 0.71每单位。 

因此,正序电流为 

If-1 = 1(角度0)/ j 0.71 = -j 1.41或1.41(角度-90)每度

由于If-1 =(-If-2),我们可以直接得出负序电流为 

If-2 =每单位1.41(角度90)-> 请参见不平衡故障分析:线间故障

因此,我们可以将序列组成总结如下: 
  • If-1 =每单位1.41(角度-90)(正序电流)
  • If-2 =每单位1.41(角度90)(负序电流)
  • 如果-0 = 0(零序网络不涉及线对线故障)
通过使用序列到相位矩阵公式,我们可以得出故障电流的值,如下所示: 
  • A相的故障电流= 0。
  • B相的故障电流= 2.442(角度180)pu
  • C相的故障电流= 2.442(角度0)pu
考虑基本值, 

选择:Sb = 20 MVA和kVb = 13.8 kV

然后,
Ea = 20 MVA / 20 MVA = 1(角度0)。
Ibase = 20 MVA /(1.73 x 13.8 kV)
Ibase = 0.837 kA

因此,故障电流的实际值为 
  • A相的故障电流= 0。
  • B相的故障电流= 2.04 kA(角度180)
  • C相的故障电流= 2.04 kA(角度0) 
电压值
分析正序网络等效项, 
Vf-1 = 1(角度0)-(If-1)*(Z1)= 1-(-j 1.41)(j 0.25)= 0.6475(角度0)(+序列电压)

因为Vf-1 = Vf-2;因此Vf-2 = 0.6475(角度0)(负序电压) 请参见不平衡故障分析:线间故障

将序列公式应用于相位值矩阵,我们可以得到: 
  • A相电压= 1.295(角度0)pu
  • B相电压= 0.647(角度180)pu
  • C相电压= 0.647(角度180)pu
应用基本值 

Vbase = 13.8 kV / 1.73 

因此实际电压值是 
  • A相电压= 10.31 kV(角度0)
  • B相电压= 5.15 kV(角度180)
  • C相电压= 5.15 kV(角度180)

更多细节 请参见不平衡故障分析:线间故障

电力系统分析,故障计算,不平衡故障,短路分析

不平衡故障分析:线对线故障

线对线故障

三相线中的两相意外连接时会发生线间故障。在这种情况下,故障电流将在涉及的两个相中流动。根据给定的图表,故障发生在B相和C相,而A相保持无故障。

从这种情况下,系统参数可以认为如下:

  • A相的故障电流= 0(因为A相没有故障电流)
  • B相的故障电流= If-A
  • C相的故障电流= If-C。 
  • 在这里,我们还可以看到故障期间B相和C相的电压相等,因此VB = VC。

使用序列网络矩阵公式,可以绘制给定值,如下所示。 

线对线故障的对称分量矩阵公式
从这个矩阵方程式,我们可以得到
  • Ia0 = 0
  • Ia1 =-Ia2
这意味着,当正序电流和负序电流彼此相反时,不会发生线对线故障中的零序电流。 

同样地,矩阵公式还可以给我们提供电压值,  

线对线故障的对称分量矩阵公式

注意,在这种情况下,VB = VC。通过操纵方程式,我们可以得出Va1 = Va2。 

根据涉及电流和电压的两个矩阵方程的结果,我们可以建立一个序列网络,该网络描述为正序和负序彼此平行。 

线对线故障的等效序列网络

该图满足方程式Va1 = Va2和Ia1 =(-Ia2)。

有关示例计算,请参见以下文章 示例:线对线故障计算

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