國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)部副主任沈江在11月12日北京召開的“展望十二五”為主題的“第七屆中國電氣工業(yè)發(fā)展高峰論壇”上表示,今年年底全國發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到9.79億千瓦,增長(zhǎng)非常迅速。到2015年,全國總裝機(jī)容量將達(dá)到14.36億千瓦,“十二五”期間年均增長(zhǎng)8%。
未來五年智能電網(wǎng)將得到扶持
沈江表示,“十二五”時(shí)期,全國發(fā)電裝機(jī)容量在結(jié)構(gòu)上將發(fā)生變化,首先,我國煤電比例將下降,從70%下降到64%,風(fēng)電、水電及核電等清潔能源的比例將得到很大提高。
沈江說,“十二五”時(shí)期,水電重點(diǎn)要開發(fā)金沙江、大渡河等水電基地。核電將在沿海地區(qū)得到快速發(fā)展。風(fēng)電方面,今后十年將建設(shè)7個(gè)千萬級(jí)的發(fā)電基地,相當(dāng)于建立7個(gè)三峽,主要分布在新疆、甘肅、內(nèi)蒙以及江蘇等地。
沈江強(qiáng)調(diào),“十二五”期間,智能電網(wǎng)發(fā)展將得到扶持,主要包括以下幾個(gè)方面:一是發(fā)電環(huán)節(jié),主要解決新能源接入問題、標(biāo)準(zhǔn)問題,還有大容量的儲(chǔ)能研究和應(yīng)用。二是輸電環(huán)節(jié),主要是輸變電的監(jiān)測(cè),而變電環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是智能變電站的建設(shè),將新建七萬以上電壓等級(jí)的變電站超過5100座,變電站智能化改造要1000座。三是配電環(huán)節(jié),要建立配網(wǎng)的智能化、一體化。
智能電網(wǎng)促進(jìn)上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展
談到智能電網(wǎng)發(fā)展對(duì)上游產(chǎn)業(yè)促進(jìn)問題時(shí),沈江表示,發(fā)電側(cè)方面,對(duì)風(fēng)力發(fā)電最有利,其次是太陽能;電網(wǎng)側(cè)方面,電力電子設(shè)備制造發(fā)展空間最大,電路電容器、變壓器、開關(guān)設(shè)備等反倒不是獲利最大的上游行業(yè),不過,智能電網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)的電工產(chǎn)品技術(shù)促進(jìn)是最大的;在用戶側(cè)產(chǎn)業(yè),有電動(dòng)汽車、分布式電力發(fā)電、太陽能制造等。此外,對(duì)于信息通訊產(chǎn)業(yè),最能促進(jìn)電子元器件的生產(chǎn),以及先進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)備制造。
中國科學(xué)院電工研究所所長(zhǎng)肖立業(yè)在論壇上也表示,傳統(tǒng)電器設(shè)備進(jìn)行智能化的升級(jí)改造大有潛力,如果電氣制造企業(yè)仍然是走傳統(tǒng)的道路,將來會(huì)被國際大公司遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后面。
1、引言
在電力系統(tǒng)各級(jí)電網(wǎng)中,電流互感器被廣泛應(yīng)用于電能計(jì)量、電流測(cè)量及繼電保護(hù)等場(chǎng)合。電流互感器的測(cè)量精度不僅會(huì)影響電能計(jì)量和電流測(cè)量的準(zhǔn)確性,還會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的性能。因此,如何降低電流互感器的誤差從而提高其測(cè)量精度,受到了電力工作者的廣泛關(guān)注。 電流互感器的誤差本質(zhì)上是由勵(lì)磁電流造成 的,所以只能采取措施減小勵(lì)磁電流,才能減小誤 差,但不可能通過消除勵(lì)磁電流而消除誤差。為了提高電流互感器的精度,采用零磁通電流互感器的方案,并且取得了很好的效果。由于零磁通電流互感器的勵(lì)磁電流極小(接近于零),因而具有很高的精度。
另一方面,為了克服電流互感器的固有誤差,采用外部有源補(bǔ)償?shù)姆椒?,也取得了滿意的效果, 使互感器的測(cè)量誤差大大減小,測(cè)量精度大大提高。因此,這兩種方法已經(jīng)成為提高電流互感器精 度的主要手段。但是,這兩種方法都需要利用電子電路對(duì)電流互感器進(jìn)行外部動(dòng)態(tài)調(diào)整或補(bǔ)償,因 此,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試不便、實(shí)現(xiàn)困難 ,限制了它們?cè)陔娏τ秒娏骰ジ衅鞣矫娴膽?yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)字電力技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字儀表、數(shù)字保護(hù)及虛擬儀器技術(shù)已在電力系統(tǒng) 二次回路中得到了越來越多的應(yīng)用。由于數(shù)字儀表及數(shù)字保護(hù)多采用單片計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器,在數(shù)字儀表和數(shù)字保護(hù)等二次設(shè)備中完全可以用軟件的方法對(duì)電流互感器的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在本文中研究了對(duì)電流互感器誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)能浖椒ǎ措娏骰ジ衅髡`差的數(shù)字補(bǔ)償法。
2、電流互感器的誤差分析
2.1 影響電流互感器誤差的因素
電流互感器的等值電路,其中尺 、分別為一次繞組的電阻和漏電抗,尺、為二次繞組的電阻和漏電抗(折算到一次側(cè)),尺 為負(fù)載 電阻(折算到一次側(cè)), 為折算到一次側(cè)的勵(lì)磁電 抗,J 為一次電流,J 為二次電流(折算到一次側(cè)), L則為折算到一次側(cè)的勵(lì)磁電流。由圖 1可見,由于 勵(lì)磁電流J 的存在,使J 與J 數(shù)據(jù)不等,產(chǎn)生比誤 差;同時(shí)J 超前J ,使J 和J 不同相,產(chǎn)生角誤差。 根據(jù)圖 1可求得勵(lì)磁電流J 為:J :盟 (1) ,A 對(duì)于選定的電流互感器,尺 和 為常數(shù)。由 于電流互感器鐵心磁化曲線具有非線性特征,因而勵(lì)磁電抗 會(huì)隨二次電流, 和負(fù)載電阻 R 變化。二次電流, 增大即一次電流, 增大時(shí),或者負(fù) 載電阻R 增大時(shí),互感器鐵心飽和度增加,導(dǎo)致勵(lì) 磁電抗 降低。由式(1)可知,勵(lì)磁電流 的大小 與二次電流 和負(fù)載電阻R 有關(guān)。二次電流J2或 負(fù)載電阻R 增大,會(huì)引起勵(lì)磁電流L的增大,從而 導(dǎo)致電流互感器誤差的增加。因此,電流互感器的 誤差僅受二次電流J2和負(fù)載電阻 R。的影響。當(dāng)負(fù)載 電阻R.為定值時(shí),電流互感器的誤差僅與二次電流 相關(guān),而且呈現(xiàn)正相關(guān)性。 但是,如果二次電流, 過小(相應(yīng)地,被測(cè)電流也很小),則電流互感器工作在磁化曲線的起始段,這時(shí),電流互感器的勵(lì)磁電抗 比電流互感器 工作在磁化曲線線性段時(shí)的勵(lì)磁電抗要小,勵(lì)磁電 流L就較大,因而電流互感器的誤差也較大。因此,二次電流較小時(shí),電流互感器的誤差不再與二次電流,成正相關(guān)性。
2.2 電流互感器的誤差特性
2.2.1 電流互感器的誤差
電流互感器的誤差包括比誤差和角誤差。由于 勵(lì)磁電流的存在,電流互感器的實(shí)際電流比與其額 定電流比不相等,這樣在測(cè)量電流時(shí)造成數(shù)值誤 差。以相對(duì)值表示數(shù)值誤差即為比誤差,其定義為:r r = ×100 (2) I 式中 砌 ——電流互感器的比誤差 n ——電流互感器的額定變比 勵(lì)磁電流的存在還會(huì)引起一次電流與二次電 流不同相,從而在測(cè)量電流時(shí)產(chǎn)生相位誤差即角誤 差。角誤差是指一次電流和二次電流的相位差,記 為 6。通常,二次電流超前一次電流。
2.2.2 比差曲線與角差曲線
對(duì)于選定的電流互感器,其誤差僅受二次電流 和負(fù)載電阻的影響。負(fù)載電阻為定值時(shí),比誤差隨 二次電流變化的曲線稱為比差曲線;角誤差隨二次電流變化的曲線稱為角差曲線。
3、電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償原理
傳統(tǒng)的二次儀表以的測(cè)量值,由于J 和之間既有數(shù)值誤差,又有相位誤差,必然造成相應(yīng)的測(cè)量誤差。要提高測(cè)量精度,只能選用有 較高準(zhǔn)確度等級(jí)的電流互感器。但對(duì)于數(shù)字儀表或 虛擬儀器,借助其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,用軟件方法 可以很好地補(bǔ)償電流互感器誤差所引起的測(cè)量誤 差,這相當(dāng)于提高了電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)。 由式(2)可得(3)如果事先知道或事先測(cè)得電流互感器的比誤差,可按式(3)將計(jì)算結(jié)果作為的測(cè)量值,即可補(bǔ)償電流互感器的比誤差所引起的測(cè)量誤差。如果事先知道或事先測(cè)得電流互感器的角誤差 6,可采用短數(shù)據(jù)窗移相算法對(duì)電流互感器的角誤差引起的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。具體方法如下: 首先,按式(4)和式(5)計(jì)算出系數(shù)口和 b: (4)4 J . 1r “ 6= (5) .2r 式中電流互感器的角誤差Ⅳ——數(shù)字儀表在一個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù) 然后,用移相算法對(duì) 即 進(jìn)行移相。如果二次電流超前一次電流(通常如此),則按式(6)進(jìn)行 滯后移相。反之,則按式(7)進(jìn)行超前移相。 筋(n)=ai2(n)一bi2(n+1) (6) 筋(n)=a/ (n)一bi (n—1) (7) 式中n——表示采樣時(shí)刻的離散時(shí)間,n=l,2…, N (n)——電流互感器二次電流采樣值序列筋(n)——滯后移相后的二次電流采樣值序列經(jīng)移相運(yùn)算后,二次電流的相位后移或前移6 角,從而與一次電流保持同相位,進(jìn)而消除了電流互感器的角誤差所引起的測(cè)量誤差。
4、電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償方法
由于數(shù)字儀表使用單片微型計(jì)算機(jī)(MCU)或 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),而虛擬儀器使用功能更為 強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī),因此,借助其較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理 功能,使用軟件方法可方便地實(shí)現(xiàn)電流互感器誤差 的數(shù)字補(bǔ)償。 對(duì)于選定的電流互感器,若要進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償, 應(yīng)在設(shè)備投入運(yùn)行之前事先做好以下準(zhǔn)備工作:
(1)確定電流互感器的負(fù)載電阻的阻值。
(2)測(cè)出該阻值下的比差和角差曲線。
(1)根據(jù)二次電流采樣值序列:(n)按一定的算法計(jì)算出二次電流有效值厶。
(5)按式(6)或式(7)進(jìn)行滯后或超前移相運(yùn)算,得到移相后的二次電流采樣值序列筋(n)。
(6)確定一次電流相量的相位,得到補(bǔ)償后的相位值。數(shù)字補(bǔ)償法看似復(fù)雜,但實(shí)際上,通過計(jì)算機(jī)輔 助分析和輔助設(shè)計(jì)手段,使電流互感器誤差的數(shù)字 補(bǔ)償法簡(jiǎn)單有效、方便易行。數(shù)字儀表或虛擬儀器等數(shù)字設(shè)備進(jìn)行電流測(cè)量 時(shí),不僅電流互感器會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差,數(shù)字測(cè)量裝置 本身的采樣通道也會(huì)引起測(cè)量誤差,且兩種誤差的 大小有可比性。因此,僅僅提高電流互感器的精度或 僅對(duì)電流互感器的誤差進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償是不夠的。要提高電流的測(cè)量精度,還必須對(duì)采樣通道引起的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償就是采用軟件方法 實(shí)現(xiàn)對(duì)電流互感器誤差的補(bǔ)償,采樣通道引起的測(cè)量誤差也能夠進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。所以,對(duì)兩種誤差進(jìn)行綜合數(shù)字補(bǔ)償是可行的。由于電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償可以綜合考慮采樣通道的誤差補(bǔ)償,因而比 傳統(tǒng)的電流互感器誤差補(bǔ)償方法更方便。
5、結(jié)束語
借助于數(shù)字儀表或虛擬儀器的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能,完全能夠使用軟件方法實(shí)現(xiàn)電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償。一方面,數(shù)字補(bǔ)償法可以補(bǔ)償電流互感器的測(cè)量誤差,這相當(dāng)于提高了電流互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)。另一方面,在測(cè)量精度一定的情況下,采用數(shù)字補(bǔ)償法可在很大程度上降低對(duì)電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。此外,電流互感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償可以綜合考慮采樣通道的誤差補(bǔ)償,從而提高電流的測(cè)量精度。
近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在原理上和技術(shù)上都有了很大的變化。可靠性研究是繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的重要因素,由于電力系統(tǒng)的容量越來越龐大,供電范圍越來越廣,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性就顯得尤為重要,對(duì)繼電保護(hù)可靠性的研究與探討就很有必要。鑒于繼電保護(hù)的重要性,對(duì)其定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是完全必要的,決不能只是在出現(xiàn)不正確動(dòng)作后再去分析和修復(fù)。因此對(duì)繼電保護(hù)檢修策略及措施也很重要。本文就這方面的問題,結(jié)合本人多年的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討。
1、影晌繼電保護(hù)可靠性的因素
繼電保護(hù)裝置是一種自動(dòng)裝置,在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要任務(wù),當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí),繼電保護(hù)裝置會(huì)向值班人員發(fā)出信號(hào),提醒值班人員及時(shí)采取措施、排除故障,使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置在投入運(yùn)行后,便進(jìn)入了工作狀態(tài),按照給定的整定值正確的執(zhí)行保護(hù)功能,時(shí)刻監(jiān)視供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化,出現(xiàn)故障時(shí)正確動(dòng)作,把故障切除。當(dāng)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),保護(hù)裝置不動(dòng)作。這就有 “正確動(dòng)作”和“正確不動(dòng)作兩種完好狀態(tài),說明保護(hù)裝置是可靠的。 如果保護(hù)裝置在被保護(hù)設(shè)備處于正常運(yùn)行而發(fā)生“誤動(dòng)” 或被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),保護(hù)裝置卻 “拒動(dòng)或無選擇性動(dòng)作,則為“不正確動(dòng)作”。就電力系統(tǒng)而言,保護(hù)裝置 “誤動(dòng)或無選擇性動(dòng)作”并不可怕,可以由自動(dòng)重合閘來進(jìn)行糾正,可怕的是保護(hù)裝置的 “拒動(dòng)”,造成的大面積影響,可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)解列而崩潰。而導(dǎo)致繼電保護(hù)工作不正常的原因可能有以下幾種。
(1)繼電保護(hù)裝置的制造廠家在生產(chǎn)過程中沒有嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量管理、把好質(zhì)量關(guān)。
(2)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中受周圍環(huán)境影響大。由于其周圍空氣中存在大量的粉塵和有害氣體,同時(shí)又受到高溫的影響,將加速繼電保護(hù)裝置的老化,導(dǎo)致性能改變。有害氣體也會(huì)腐蝕電路板和接插座,造成繼電器點(diǎn)被氧化,引起接觸不良,失去保護(hù)功能。
(3)晶體管保護(hù)裝置易受干擾源的影響,如電弧、閃電電路、短路故障等諸多因素,導(dǎo)致發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。
(4)保護(hù)可靠性在很大程度上還依賴于運(yùn)行維護(hù)檢修人員的安全意識(shí)、技能和責(zé)任心。繼電保護(hù)的可靠性與調(diào)試人員有密切關(guān)系,如技術(shù)水平低、經(jīng)驗(yàn)少、責(zé)任心不強(qiáng)發(fā)現(xiàn)和處理存在問題的能力差等。
(5)互感器質(zhì)量差,在長(zhǎng)期的運(yùn)行中,工作特性發(fā)生變化,影響保護(hù)裝置的工作效果。
(6)保護(hù)方案采用的方式和上下級(jí)保護(hù)不合理,選型不當(dāng)。
2、提高繼電保護(hù)可靠性的措施
貫穿于繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)、選型、制造、運(yùn)行維護(hù)、整定計(jì)算和整定調(diào)試的全過程,而繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性主要決定于繼電保護(hù)裝置的可靠性和設(shè)計(jì)的合理性。其中繼電保護(hù)裝置的可靠性又起關(guān)鍵性作用。由 于保護(hù)裝置投入運(yùn)行后,會(huì)受到多種因素的影響,不可能絕對(duì)可靠,但只要制定出各種防范事故方案,采取相應(yīng)的有效預(yù)防措施,消除隱患,彌補(bǔ)不足,其可靠性是能夠?qū)崿F(xiàn)的。提高繼電保護(hù)可靠性的措施應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)保護(hù)裝置在制造過程中要把好質(zhì)量關(guān),提高裝置整體質(zhì)量水平,選用故障率低、壽命長(zhǎng)的元器件,不讓不合格的劣質(zhì)元件混進(jìn)其中。同時(shí)在設(shè)備選型時(shí)要盡可能的選擇質(zhì)量好,售后服務(wù)好的廠家。
(2)晶體管保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮安裝在與高壓室隔離的房?jī)?nèi),免遭高壓大電流、斷路故障以及切合閘操作電弧的影響。同時(shí)要防止環(huán)境對(duì)晶體管造成的污染,有條件的情況下要裝設(shè)空調(diào)。電磁型、機(jī)電型繼電器外殼與底座間要加膠墊密封,防止灰塵和有害氣體侵入。
(3)繼電保護(hù)專業(yè)技術(shù)人員在整定計(jì)算中要增強(qiáng)責(zé)任心。計(jì)算時(shí)要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通盤考慮,認(rèn)真分析,使各級(jí)保護(hù)整定值準(zhǔn)確,上下級(jí)保護(hù)整定值匹配合理。
(4)加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)與故障處理能力并進(jìn)行定期檢驗(yàn),制定出反事故措施,提高保護(hù)裝置的可靠性。
(5)從保證電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面考慮,要求繼電保護(hù)系統(tǒng)具備快速切除故障的能力。為此重要的輸電線路或設(shè)備的主保護(hù)采用多重化設(shè)施,需要有兩套主保護(hù)并列運(yùn)行。
(6)為了使保護(hù)裝置在發(fā)生故障時(shí)有選擇性動(dòng)作,避免無選擇性動(dòng)作,在保護(hù)裝置設(shè)計(jì)、整定計(jì)算方面應(yīng)考慮周全、元器件配合合理、才能提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。
3、新形勢(shì)下繼電保護(hù)檢修策略及措施
鑒于繼電保護(hù)的重要性,對(duì)其定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是完全必要的,決不能只是在出現(xiàn)不正確動(dòng)作后再去分析和修復(fù)。繼電保護(hù)定期檢修的根本目的應(yīng)是 “確保整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)處在完好狀態(tài),能夠保證動(dòng)作的安全性和可靠性”。因此,原則上定檢項(xiàng)目應(yīng)與新安裝項(xiàng)目有明顯區(qū)別,只進(jìn)行少量針對(duì)性試驗(yàn)即可。應(yīng)將注意力集中在對(duì)保護(hù)動(dòng)作的安全性和可靠性有重大影響的項(xiàng)目上,避免為檢修而檢修,以獲取保護(hù)定期檢驗(yàn)投資效益的最大回報(bào)。建議以下幾點(diǎn):
(1)盡快研究新形勢(shì)下的新問題,制定新的檢修策略修訂有關(guān)規(guī)程 (對(duì)大量出現(xiàn)的非個(gè)別現(xiàn)象,不宜由運(yùn)行單位自行批準(zhǔn)),指導(dǎo)當(dāng)前乃至今后一個(gè)時(shí)期的繼電保護(hù)檢驗(yàn)工作,積極開展二次設(shè)備的狀態(tài)檢修,為繼電保護(hù)人員 “松綁”,使檢修對(duì)系統(tǒng)安全和繼電保護(hù)可用性的影響降到最低。
(2)在檢修策略的制定上應(yīng)結(jié)合微機(jī)保護(hù)的自檢和通信能力,致力于提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和安全性,簡(jiǎn)化裝置檢修,注重二次回路的檢驗(yàn)。
(3)今后,在設(shè)計(jì)上應(yīng)簡(jiǎn)化二次回路;運(yùn)行上加強(qiáng)維護(hù)和基礎(chǔ)管理,注重積累運(yùn)行數(shù)據(jù),尤其應(yīng)注意對(duì)裝置故障信息的統(tǒng)計(jì)、分析和處理,使檢修建立在科學(xué)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上;在基本建設(shè)上加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)和繼電保護(hù)的更新改造,注重設(shè)備選型,以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體水平,為實(shí)行新策略創(chuàng)造條件。
(4)大力開展二次線的在線監(jiān)測(cè),研究不停電檢修整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)。
(5)著手研究隨著變電站綜合自動(dòng)化工作的進(jìn)展,保護(hù)裝置分散布置、集中處理、設(shè)備間聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)化、光纖化繼電保護(hù)運(yùn)行和故障信息網(wǎng)建成后的保護(hù)定檢工作發(fā)展方向。
(6)廠家應(yīng)進(jìn)一步提高微機(jī)保護(hù)的自檢能力和裝置故障信息的輸出能力,研制適應(yīng)遠(yuǎn)方檢測(cè)保護(hù)裝置要求的新型保護(hù)。
4、結(jié)語
本文討論了供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置的可靠性問題,提出了探討繼電保護(hù)可靠性的必要性、影響繼電保護(hù)可靠性的因素及提高繼電保護(hù)可靠性的對(duì)策。其可靠性問題不僅與設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)和檢修調(diào)試
等有密切關(guān)系而且繼電保護(hù)裝置維護(hù)人員也將起到關(guān)鍵性作用。最后本文討論了保護(hù)檢驗(yàn)的目的、建議盡快修訂有關(guān)規(guī)程,研究制定新形勢(shì)下的繼電保護(hù)檢修策略。
電力系統(tǒng)過電壓主要分以下幾種類型:大氣過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。
大氣過電壓:由直擊雷或雷電感應(yīng)突然加到電力系統(tǒng)中,使電氣設(shè)備所承受的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。電力系統(tǒng)遭受大氣過電壓后,可使輸配電線路及電氣設(shè)備的絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò),造成停電以致危害人的生命安全。特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短暫,沖擊性強(qiáng),與雷擊活動(dòng)強(qiáng)度有直接關(guān)系,與設(shè)備電壓等級(jí)無關(guān)。因此,220KV以下系統(tǒng)的絕緣水平往往由防止大氣過電壓決定。防止大氣過電壓,通常采取裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷器,合理提高線路絕緣水平,采用自動(dòng)重合閘裝置等措施。
工頻過電壓:系統(tǒng)中在操作或接地故障時(shí)發(fā)生的頻率等于工頻(50 Hz)或接近工頻的高于系統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),過電壓倍數(shù)不高,一般對(duì)設(shè)備絕緣危險(xiǎn)性不大,但在超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時(shí)起重要作用當(dāng)系統(tǒng)操作、接地跳閘后的數(shù)百毫秒之內(nèi),由于發(fā)電機(jī)中磁鏈不可能突變,發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的慣性作用,使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)保持不變,這段時(shí)間內(nèi)的工頻過電壓稱為暫時(shí)工頻過電壓。隨著時(shí)間的增加,發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生作用,使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)有所下降并趨于穩(wěn)定,這時(shí)的工頻過電壓稱為穩(wěn)態(tài)工頻過電壓。產(chǎn)生工頻過電壓的主要原因是:空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng),不對(duì)稱接地引起的正序、負(fù)序和零序電壓分量作用,系統(tǒng)突然甩負(fù)荷使發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)等。限制工頻過電壓應(yīng)針對(duì)具體情況采取專門的措施,常用的方法有:采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載長(zhǎng)線的電容效應(yīng),選擇合理的系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式,對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行快速電壓調(diào)整控制等等。
操作過電壓:由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因,使系統(tǒng)參數(shù)突然變化,系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài),在此過渡過程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過電壓。 ,特點(diǎn)是具有隨機(jī)性,但最不利情況下過電壓倍數(shù)較高。操作過電壓原因及規(guī)避措施
1 電網(wǎng)的操作過電壓一般由下列原因引起
A.線路合閘和重合閘; B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘; C.線路非對(duì)稱故障分閘和振蕩解列; D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對(duì)電網(wǎng)設(shè)備絕緣配合有重要影響,應(yīng)采用有合閘電阻的斷路器對(duì)該過電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設(shè)備操作過電壓的后備保護(hù)裝置,該避雷器同時(shí)是變電所的雷電過電壓的保護(hù)裝置。 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)A、C 類過電壓,應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)條件加以預(yù)測(cè)。
2 線路合閘和重合閘操作過電壓
空載線路合閘時(shí),由于線路電感-容的振蕩將產(chǎn)生合閘過電壓。線路重合時(shí),由于電源電勢(shì)較高以及線路上殘余電荷的存在,加劇了這一電磁振蕩過程,使過電壓進(jìn)一步提高。因此斷路器應(yīng)安裝合閘電阻,以有效地降低合閘及重合閘過電壓。 應(yīng)按電網(wǎng)預(yù)測(cè)條件,求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))的過電壓分布,求出包括線路受端的相對(duì)地及相間統(tǒng)計(jì)操作過電壓。預(yù)測(cè)這類操作過電壓的條件如下: A.空載線路合閘,線路斷路器合閘前,電源母線電壓為電網(wǎng)最高電壓; B.成功的三相重合閘前,線路受端曾發(fā)生單相接地故障;非成功的三相重合閘時(shí),線路受端有單相接地故障。 空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí)),在線路受端產(chǎn)生的相對(duì)地統(tǒng)計(jì)操作過電壓,不應(yīng)大于2 2UXG 。
3 分?jǐn)嗫蛰d變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過電壓
由于斷路器分?jǐn)噙@些設(shè)備的感性電流時(shí)強(qiáng)制熄弧所產(chǎn)生的操作過電壓,應(yīng)根據(jù)斷路器結(jié)構(gòu)、回路參數(shù)、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(并聯(lián)電抗器)之間的避雷器予以限制。對(duì)變壓器,避雷器可安裝在低壓側(cè)或高壓側(cè),但如高低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同時(shí),低壓側(cè)宜采用磁吹閥型避雷器。當(dāng)避雷器可能頻繁動(dòng)作時(shí),宜采用有高值分閘電阻的斷路器。
4 線路非對(duì)稱故障分閘和振蕩解列操作過電壓
電網(wǎng)送受端聯(lián)系薄弱,如線路非對(duì)稱故障導(dǎo)致分閘,或在電網(wǎng)振蕩狀態(tài)下解列,將產(chǎn)生線路非對(duì)稱故障分閘或振蕩解列過電壓。 預(yù)測(cè)線路非對(duì)稱故障分閘過電壓,可選擇線路受端存在單相接地故障的條件,分閘時(shí)線路送受端電勢(shì)功角差應(yīng)按實(shí)際情況選取。 有分閘電阻的斷路器,可降低線路非對(duì)稱故障分閘及振蕩解列過電壓。當(dāng)不具備這一條件時(shí),應(yīng)采用安裝于線路上的避雷器加以限制。
5 對(duì)于空載線路分閘過電壓
應(yīng)采用在電源對(duì)地電壓為1.3UXG 條件下分閘時(shí)不重燃的斷路器加以防止。
6 變電所應(yīng)安裝避雷器
以防止操作過電壓損壞電氣設(shè)備。安裝位置如下: A.出線斷路器線路側(cè)的每一線路入口側(cè),稱安裝于該位置的避雷器為線路避雷器; B.出線斷路器變電所側(cè),稱安裝于該位置的避雷器為變電所避雷器。 所有避雷器具體安裝位置和數(shù)量尚應(yīng)結(jié)合4.4.2 確定。 注:線路入口處無并聯(lián)電抗器時(shí),如預(yù)測(cè)(對(duì)斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈條件)
該處過電壓不超過避雷器操作過電壓保護(hù)水平時(shí),可不必在該處安裝避雷器。
7 具有串聯(lián)間隙避雷器的額定電壓
應(yīng)不低于安裝點(diǎn)的電網(wǎng)工頻過電壓水平。
8 應(yīng)用金屬氧化物避雷器限制操作過電壓時(shí)
應(yīng)參照廠家產(chǎn)品使用說明書,使其長(zhǎng)期運(yùn)行電壓值、工頻過電壓、諧振過電壓允許持續(xù)時(shí)間符合電網(wǎng)要求。
9 避雷器的操作過電壓通流容量
允許吸收能量應(yīng)符合電網(wǎng)要求(對(duì)斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈的條件)。 此外,還應(yīng)校核避雷器上的電壓是否超過其規(guī)定保護(hù)水平。當(dāng)超過時(shí),應(yīng)考慮其對(duì)絕緣配合的影響。
10 為監(jiān)測(cè)運(yùn)行電網(wǎng)的工頻過電壓
諧振過電壓和操作過電壓,宜在變電所安裝過電壓波形或幅值的自動(dòng)記錄裝置,并妥為收集實(shí)測(cè)結(jié)果。
限制操作過電壓的措施有;選用滅弧能力強(qiáng)的高壓開關(guān);提高開關(guān)動(dòng)作的同期性;開關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻;采用性能良好的避雷器,如氧化鋅避雷器;使電網(wǎng)的中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。
諧振過電壓:電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓。諧振過電壓分為以下幾種:
(1) 線性諧振過電壓 諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。
(2) 鐵磁諧振過電壓 諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象,使回路的電感參數(shù)是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時(shí),會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。
(3) 參數(shù)諧振過電壓 由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機(jī)的同步電抗在Xd ~ Xq間周期變化)和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路,當(dāng)參數(shù)配合時(shí),通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量,造成參數(shù)諧振過電壓。
限制諧振過電壓的主要措施有:
(1) 提高開關(guān)動(dòng)作的同期性 由于許多諧振過電壓是在非全相運(yùn)行條件下引起的,因此提高開關(guān)動(dòng)作的同期性,防止非全相運(yùn)行,可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。
(2) 在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)加裝小電抗,用這個(gè)措施可以阻斷非全相運(yùn)行時(shí)工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。 (3) 破壞發(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)磁的條件,防止參數(shù)諧振過電壓
1、什麼是變頻器?
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。
2、PWM和PAM的不同點(diǎn)是什麼?
PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫,按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度,以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫,是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度,以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。
3、電壓型與電流型有什麼不同?
變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波石電感。
4、為什麼變頻器的電壓與電流成比例的改變?
非同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的,在額定頻率下,如果電壓一定而只降低頻率,那麼磁通就過大,磁回路飽和,嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此,頻率與電壓要成比例地改變,即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓,使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用於風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。
5、電動(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí),電壓下降則電流增加;對(duì)於變頻器驅(qū)動(dòng),如果頻率下降時(shí)電壓也下降,那麼電流是否增加?
頻率下降(低速)時(shí),如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。
6、采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩怎樣?
采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn),隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓,起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同,為125%~200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流為6~7倍,因此,將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng))。起動(dòng)電流為額定電流的1.2~1.5倍,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對(duì)於帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上,可以帶全負(fù)載起動(dòng)。
7、V/f模式是什麼意思?
頻率下降時(shí)電壓V也成比例下降,這個(gè)問題已在回答4說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的,通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存有幾種特性,可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇。
8、按比例地改V和f時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如何變化?
頻率下降時(shí)完全成比例地降低電壓,那麼由於交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此,在低頻時(shí)給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)??梢圆捎酶鞣N方法實(shí)現(xiàn),有自動(dòng)進(jìn)行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法。
9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz,即10:1,那麼在6Hz以下就沒有輸出功率嗎?
在6Hz以下仍可輸出功率,但根據(jù)電機(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件,最低使用頻率取6Hz左右,此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實(shí)際輸出頻率(起動(dòng)頻率)根據(jù)機(jī)種為0.5~3Hz.
10、對(duì)於一般電機(jī)的組合是在60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定,是否可以?
通常情況下時(shí)不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變,大體為恒功率特性,在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時(shí),必須注意電機(jī)與變頻器容量的選擇。
11、所謂開環(huán)是什麼意思?
給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG),將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn)行控制的,稱為“閉環(huán)”,不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式,也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反饋。
12、實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)於給定速度有偏差時(shí)如何辦?
開環(huán)時(shí),變頻器即使輸出給定頻率,電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%~5%)變動(dòng)。對(duì)於要求調(diào)速精度比較高,即使負(fù)載變動(dòng)也要求在近於給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合,可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。
13、如果用帶有PG的電機(jī),進(jìn)行反饋後速度精度能提高嗎?
具有PG反饋功能的變頻器,精度有提高。但速度精度的植取決於PG本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。14、失速防止功能是什麼意思?
如果給定的加速時(shí)間過短,變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運(yùn)轉(zhuǎn)停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。
15、 有加速時(shí)間與減速時(shí)間可以分別給定的機(jī)種,和加減速時(shí)間共同給定的機(jī)種,這有什麼意義?
加減速可以分別給定的機(jī)種,對(duì)於短時(shí)間加速、緩慢減速場(chǎng)合,或者對(duì)於小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的場(chǎng)合是適宜的,但對(duì)於風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場(chǎng)合,加減速時(shí)間都較長(zhǎng),加速時(shí)間和減速時(shí)間可以共同給定。
16、 什麼是再生制動(dòng)?
電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率,則電動(dòng)機(jī)變?yōu)榉峭桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行,作為制動(dòng)器而工作,這就叫作再生(電氣)制動(dòng)。
在公共電網(wǎng)上存在著各形式的干擾。除了供電中斷可以明顯察覺外,絕大多數(shù)干擾都是不容易察覺的。然而,正是這種不易察覺的干擾對(duì)正常運(yùn)行的電器電子設(shè)備存在著嚴(yán)重的威脅。如:雷電在電網(wǎng)上感應(yīng)的干擾可使瞬間電壓高達(dá)二萬伏以上,將電網(wǎng)上的用電設(shè)備燒毀。
高次諧波在零線上的干擾會(huì)嚴(yán)重影響高頻通訊設(shè)備的工作,使數(shù)字電路誤操作,從而導(dǎo)致通訊中斷,系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失等的嚴(yán)重后果。
習(xí)慣上將電網(wǎng)干擾分為下述幾種:
一、低頻干擾。
A.過壓:電壓持續(xù)高于額定值的10%以上。
B.欠壓:電壓持續(xù)低于額定值的15%以下。
C.?dāng)嚯姡捍笥?00ms的供電中斷。
D.間斷:小于300ms供電中斷。
E.浪涌:電壓高于額定值的10%以上,持續(xù)時(shí)間1至數(shù)個(gè)周期。
F.頻率漂移:頻率偏移正常值的±2%。
二、高頻干擾。
A.尖峰:高于額定電壓若干倍,有時(shí)可高達(dá)數(shù)千伏,持續(xù)時(shí)間為毫秒級(jí)的短時(shí)過壓。
B.毛刺:高于額定電壓若干倍,有時(shí)可高達(dá)上萬伏,持續(xù)時(shí)間為微秒級(jí)的瞬時(shí)過壓。
C.高次諧波:由于負(fù)載的非線性引起的電網(wǎng)波形的畸變。
D.低頻干擾產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋捍笮碗娖鞯拈_、關(guān)機(jī);電網(wǎng)負(fù)荷變化過大(超載或輕載);負(fù)載短路等。
高頻干擾產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?br />
由電網(wǎng)供電的非線性負(fù)載;高頻工作方式的設(shè)備產(chǎn)生的輻射;雷電;電器設(shè)備開關(guān)機(jī)的瞬間等。如何消除形形色色的干擾對(duì)用電設(shè)備造成的影響,為用電設(shè)備提供高可靠性,高質(zhì)量的純凈的電源,當(dāng)前普遍的做法是:
A.使UPS具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻功能,排除了電壓過高、過低及頻率漂移的影響。
B.UPS自帶電池組,解決了電網(wǎng)故障及停電的問題。
C.使用諧波濾波器,有效地濾除高次諧波。
D.使用射頻干擾(RFI)濾波器,消除射頻干擾。
E.采用良好的屏蔽措施。
(1)EVADA UPS采用了先進(jìn)的DSP控制技術(shù)雙重隔離的在線工作方式使其具有十分優(yōu)良的穩(wěn)壓穩(wěn)頻抗干擾性能,IGBT整流器的輸入電壓范圍可寬達(dá)±25%(一般UPS為±15%),在此范圍內(nèi)輸出電壓均穩(wěn)定在額定值。從而徹底解決了輸入電壓過高或過低的問題。