套線路保護裝置本科畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 線夾損壞造成相間短路。 10kV 線 路接地故障原因分析 造成線路接地故障原因包括： ： 人為外拋物或樹木碰觸導線引起單相接地；線路 絕緣子在陰雨天 等 濕度高的天氣，出現對地閃絡， 一般雨過后即消失。 ：線路隔離開關、跌落式熔斷器因絕緣老化擊穿 引起；線路避雷器爆炸引起；由于線路絕緣子老化或存在缺陷擊穿引起 10kV線路異常工作狀態分析與仿真 非正弦電壓、不對稱電壓、高頻諧波等因素會使電能質量受到嚴重影響，同時也是線路過負荷的原因。造成線路過負荷的原因具 體包括： 1) 三相負載不平衡。三相負載采用 Y接法時，如果三相負載出現不平衡，各相的負荷電流不相等，就在相間產生了不平衡電流，使某一相的線路工作在過負荷狀態并增加線損。如果三相負荷平衡，則向量差為零。即： 0??? CBA III (21) 假設某三相四線制線路總負荷為 3I ，相線及中性線電阻皆為 R ,則三相平衡時線路功率損耗為： 23bP I R?? (22) 廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 7 若三相負載不平衡，假設某相負荷為 2I ，另兩相分別為 ，則中性線電流為： 2 0 . 5 ( 0 . 5 ( 3 / 2 ) ) 0 . 5 ( 0 . 5 ( 3 / 2 ) ) 1 . 5NI I I j I j I? ? ? ? ? ? ? ? (23) 2 2 2 2 227[ ( 2 ) ( 0 .5 ) ( 0 .5 ) ( 1 .5 ) ] ( )4P I I I I R I R? ? ? ? ? ? ? (24) 與平衡時相比．功率損耗增加了 ，可見三相 負載 不平衡造成線損增大。極端情況是全部負荷由一相供電，是三相平衡時的 6倍，增大了 5倍。功率損耗為 : ? ?2 23 2 1 8I R I R?? (25) 2) 線路電壓過高引起線路過負載。三相電壓不平衡會使某一相的線路電壓過高，造成線路過負荷運行。三相電量的不平衡度通常以負序分量與正序分 量的百分比 21AA %表示。 三相電壓不平衡 度 的準確算式： 211 3 6%%1 3 6AA ????? ?? 4 4 42 2 2 2()K L MK L M? ??? ?? (26) 3) 線路電流過高引起線路過負載。通常在在補償電容器在合閘投入電網瞬間，由于電容器兩端電壓不能躍變，相當于電源合閘到短路上去．因而產生頻率，幅值很大的過渡性電流，稱為合閘涌流 一般情況下涌流為正常電流幅值的 6～ 8倍，造成了線路過負荷工作。 4) 電網高次諧波引起的過負荷。電網線路中由于大 量非線性設備的投運，或是電路中的非完全正弦電勢的存在都會產生高次諧波。由于電 網 中的多次諧波 大多是周期性的，因而可使用離散傅立葉分析，如圖 23所示 : 廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 8 90P h 560P h 4120P h 330P h 21 . 2 6 4 e 0 1 4P h 15M a g 51M a g 40 . 5M a g 30 . 1M a g 210M a g 1H a r m o n i c w a ve 41 V 2 0 0 H zH a r m o n i c w a ve 1 01 0 V 5 0 H z1H a r m o n i c w a ve 30 . 1 V 1 5 0 H zF u n d a m e n t a l w a ve 1 0 V 5 0 H zInM agPh as eD i s cr e t e F o u r i e r 4InM agPh as eD i s cr e t e F o u r i e r 3InM agPh as eD i s cr e t e F o u r i e r 2InM agPh as eD i s cr e t e F o u r i e r 1InM agPh as eD i s cr e t e F o u r i e r5C o n s t a n tA d d 圖 23 離散 Fourier分析高次諧波信號 圖 23中用離散 Fourier模塊分析了包含 3次， 4次， 11次諧波在內的電壓信號，通過 Display模塊顯示出基波和 3次諧波的電壓有效值和 初 相位角 ，誤差幾乎為 0。 負載在非正弦電壓作用下電網中由于大量非線性設備的投運，或是電路中的非完全正弦電勢的存在都會產生高次諧波，使得總電流有效值比基波電流值大得多，從而導致 線路的過負荷運行。 線路運行于低電壓工作狀態 當三相電壓不平衡，無功功率欠補，負載變化，或發生短路故障時，都會出現某一相的線路工作在低電壓狀態。當電壓下降到額定電壓的 65%～70%時，無功靜態穩定破壞，將發生電壓崩潰，造成大面積停電事故。電網低電壓的形成主要是由于發電廠向用戶輸送無功功率，而這些無功功率 是 使用大量的無功負荷造成的。由于負載在晝夜之間的變化，當負荷高峰時產生低電壓運行情況；也有在同一時間線路起點到中點電壓是滿足要求的，但在廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 9 線路的終端卻出現了低電壓運行 ， 發電機由于接地短路引起低電壓運 行仿真電路如圖 25所示 : 1 0 k wABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s e B r e a k e rT e r m i n a t o r 2T e r m i n a t o r 1T e r m i n a t o rS co p e 2S co p e 1S co p es ign alm ag nit ud ean gleF o u r i e r 2s ign alm ag nit ud ean gleF o u r i e r 1s ign alm ag nit ud ean gleF o u r i e r3 8 0 . 9D i s p l a y23 8 0 . 7D i s p l a y13 8 1 . 6D i s p l a y 1 1C o n s t a n tv+CACBTm mABCabcA s yn ch r o n o u s M a ch i n ep u U n i t sv+ABA1 0 0 k m P a r a m e t e r s L i n eA B Cv+ B C R ot or c urr en t ir_ a (pu ) St at or c urr en t is _a (pu ) Ele c t rom ag ne t ic t orq ue T e (pu ) R ot or s pe ed (w m ) St at or v olt ag e v s _q (pu ) R ot or v olt ag e Vr _q (pu ) 圖 25 發電機短路故障仿真電路 圖 26 三相電源線路短路 時 定子與轉子電流 和電壓 圖 27 正常狀態下的定子與轉子的電流和電壓 電動機是電網中使用比較廣泛的設備， 當線路出現低壓運行狀態時，電動廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 10 機不能正常工作，低壓對異步電動機的影響如圖 28所示： w m * S t e p( p . u . )va b ( V )v+va b K r p m K p u 2 r a d p e r s e c K p e a k 2 r m si r , i s ( A )TmmABCa s yn ch r o n o u s m a ch i n es +V b cs +V a bs i n1 1 . 9ABCT h r e e P h a s e F a u l tABCabcT h r e e P h a s e B r e a k e rABCabcT h r e e P h a s eV I M e a s u r e m e n tR e l a yCR e l a yBR e l a yA2 3 9 . 1R M S V a b vo l t a g eN ( r p m )r e mM a t hF u n ct i o nL o o k U pT a b l es ign alm ag nit ud ean gleF o u r i e rD e m u xD e m u x1 / 1 9 8 02 * p i / 3 * [ 0 , 1 , 1 ]C l o ckA B C 1 o k W R ot or c urr en t ir_ a (A ) St at or c urr en t is _a (A ) R ot or s pe ed (w m ) 圖 28 異步電動機短路故障仿真電路 圖 29 正常狀態的定子與轉子電流 圖 210 短路故障下的定子與轉子的電 流 圖 211 正常狀態下轉子轉速 圖 212 接地短路故障下的定子轉速 在圖 28中，由 對比發現，異步電動機在低壓狀態下，定子與轉子的電流減小，轉子轉速 明顯 降低， 此時 由異步電動機驅動的 設備如 水泵等出力隨之下降 。 廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 11 線路運行于低頻減載工作狀態 在事故情況下，由于發電廠的退出，導致系統內有功功率供需不平衡，這將引起系統頻率下降，如果調頻裝置不能快速釋放備用容量，使系統頻率盡快恢復，那么自動減負荷裝置作為最后的補救措施而動作，將阻止系統頻率的繼續下降，從 而避免系統出現 “頻率崩潰 ”、 “電壓崩潰 ”的結果。電力線路運行在低頻狀態下產生的影響包括： 1)頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大 ,對于額定頻率為 50Hz的電力系統，當頻率降低到 45Hz附近時，某些汽輪機的葉片可能因產生共振而斷裂，造成重大事故。 2)頻率下降到 47~48Hz時，這種趨勢如果不能及時制止，就會在短時間內使電力系統頻率下降到不允許的程度，這種現象稱為頻率雪崩。 3)電力系統頻率下降使異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使異步電動機和變壓器的無功消耗增加，從而使系統電壓下降。頻率下降還會造成發電機的 電動勢下降，導致全系統電壓水平降低，引發電壓雪崩現象。 4)電力系統頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設備的準確性和性能，頻率過低時有些設備甚至無法工作。 5)電力系統頻率降低將使電動機的轉速和輸出功率降低，導致所帶動機械的轉速和出力降低，影響用戶設備的正常運行。 控制回路異常 一 個正常的控制回路操作部分應包括能滿足雙重化跳閘；跳合閘命令應保持足夠長的時間；有防止多次跳躍動作的閉鎖措施；井對跳合閘回路的完好性應能隨時監視；能實現液壓氣壓低的閉鎖。在現場的調試過程中發現，控制回路常發生不能正常操 作的問題：如開關彈跳，指示燈狀態全無等。這些異常情況主要由以下三方面引起： 1) 控制回路中元件的質量問題。 控制 回路中主要包括跳閘位置繼電器、合閘位置繼電器、防跳繼電器及壓力閉鎖繼電器等。這些機械觸點式電磁繼電器經檢驗調整后幾乎不會出現故障，但這些電磁繼電器線圈上都并聯有消除線圈反電勢的滅磁二極管。當TWJ上并聯的滅磁二極管被軟擊穿后，相當于合閘信號一直加在合閘回路上，廣西大學畢業設計論文 第二章 線路保護的原理分析 12 開關跳開后又通過此回路使斷路器自動合上。同理若 HWJ上的滅磁二板管軟擊穿就會發生斷路器合上后自動跳開的現象。由此可見，控制回路中電子元件的 選用很重要。 2)設計回路原理上不合理。 一個邏輯回路設計不合理，不僅無法正確控制某設備或某一系統的工作狀態，而且將影響到被控系統的工作可靠性和安全性。例如回路不合理引起控制回路間產生迂回寄生回路，致使跳閘位置繼電器