保护继电·开断: 最近的继电器先动作

拖动故障电流,看两个继电器

两条曲线是时间-电流特性。下方(金色)是靠近故障的下游继电器,上方(蓝色)是上游后备继电器。拖动手柄增大故障电流。两者都动作更快,但近端继电器总是先动——这个时间差就是配合时间。所以最近的断路器只切故障区段。

电流越大越快 —— 反时限

过电流继电器具有反时限特性,动作时间随电流增大而减小。形如 t = TMS · k / ((I/Is)^α − 1),对略超整定值Is的小过载从容缓动,对达Is数倍的大短路近乎瞬动。意在挺过轻过载而快速切除危险故障。小扰动即切会造成频繁的不必要停电。

选择性 · 近者优先

在多个继电器串联的线路上,把各继电器的时间-电流曲线相隔配合时间(通常约0.3秒)叠放。于是即便看到相同的故障电流,最靠近故障的下游继电器动作最快、先切,上游继电器则相应较慢。近端断路器正常切除则上游不动,若该断路器失败则配合时间后上游作后备切除。如此只切除故障区段而其余存活,就是选择性,是C5所见配电可靠性的基础。

继电器判断,断路器执行

继电器是测量电流电压判断故障的大脑,断路器是接其信号实际断开电路的手。断路器分开触头时缝隙中产生电弧,用真空、SF6气体、油等灭弧介质快速冷却电弧、在电流过零时切断。从故障发生到切除须在数个周波即数十毫秒内完成。再晚则大故障电流烧毁设备,发电机失去同步,整个系统动摇。

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增大故障电流后两条曲线的动作时间都变短,但金色近端继电器始终先于蓝色后备继电器,二者间的配合时间得以保持。这个时间差正是选择性的秘诀:最近的断路器只切故障区段而保住其余。D3中求出的故障电流在此成为驱动继电器的输入,于是C5所见的"只有故障区段停电"真正发生。保护归根到底,是在正确的时刻打开正确的断路器。

至此看了发电、送电、护电之路——大多以驱动巨大同步发电机的火电、水电、核电为前提。最后一节E是这个前提改变之处。下一单元(PW-E1)看光伏与风电的并网。逆变器把以直流或可变频率输出的可再生功率按电网频率、电压推入,而日照与风的间歇性、转动惯量的缺乏给稳定性带来新课题。