如何选择相元件的基本原理

时间：2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：因此，当采用阻抗继电器作为选相元件时，为了满足选相元件的基本要求，阻抗元件应该采用有记忆作用的方向阻抗继电器。这就是突变量继电器可以作为故障选相元件的原因所在。表5.2短路时二相电流差突变量继电器的动作情况图5.16用二相电流差突变量继电器组成的选相元件方框图图5.16所示为采用二相电流差突变量继电器构成的选相元件的逻辑方框图。

如何选择相元件的基本原理

选相元件是实现单相重合闸的关键元件。选相元件是否能正确动作，将决定单相重合闸的成败。因此，在综合重合闸装置中，选相元件的选用需要认真考虑。

一般说来，选相元件只担负选择故障相的任务，而不要求同时担负区别故障范围的任务。所以，在保证选相元件基本要求的前提下，它可以是具有方向性的元件，也可以是不具方向性的元件。

在我国电力系统中，常用的选相元件有下述几种。

（1）相电流选相元件

在每相各装一个过流继电器作为相电流选相元件，其动作电流按躲开最大负荷电流和单相接地时非故障相电流整定。该选相元件适合于装在电源端，并仅在短路电流较大的线路上采用；而长距离、重负荷线路不能采用。因此，这种原理的选相元件目前仅作为消除阻抗选相元件出口短路死区的辅助元件。

（2）相电压选相元件

在每相均装设一个低电压继电器作为相电压选相元件，其动作电压按小于正常运行以及非全相运行时可能出现的最低电压整定。这种选相元件的特点是：单相接地时，只有接地相电压较低，故障相选相元件才会动作；而非故障相选相元件一般都不会动作。它适用于电源较小的受电侧或线路很短的送电侧。同时，由于低电压继电器经常处在全电压下工作，运行时间长，接点经常抖动，可靠性也比较差。因而，这种原理的选相元件应用不多，通常也只作为辅助选相元件。

（3）阻抗选相元件

从前面已知，采用接线的阻抗继电器，能正确地反映单相接地短路，故可以在每相装设一个这种接线方式的阻抗继电器作为选相元件。这些阻抗继电器作为选相元件时，应满足下述要求。

①单相和两相接地短路时，故障相元件的灵敏度要求比较高，一般灵敏系数应为1.5。为满足这一要求，采用全阻抗继电器显然是不合适的，因为全阻抗继电器的整定值要躲过最小负荷阻抗，灵敏度很难满足要求。

②单相接地短路时，非故障相选相元件应不动。当采用偏移特性的阻抗继电器时，在接地电阻的作用下，出口单相接地时，非故障相的测量阻抗是可能进入继电器的动作范围的。也就是说，如果选相元件用带偏移特性的阻抗元件，就可能引起非故障相元件误动。

因此，当采用阻抗继电器作为选相元件时，为了满足选相元件的基本要求，阻抗元件应该采用有记忆作用的方向阻抗继电器。利用故障相阻抗元件的动作特性，不仅可以保护出口回路的短路，还可以提高耐弧光电阻的能力。

由于采用接线的阻抗选相元件，在线路两相短路时，故障相阻抗继电器不能准确地反映保护安装处至故障点的距离，此时，选相元件的动作将不确切。因此，必须装设零序元件才能明确判别出接地故障，因而增加了综合重合闸装置的复杂性。在单相经过渡电阻接地短路时，由于接地电阻及对侧零序电流助增作用，线路两侧的阻抗选相元件可能出现相继动作现象。而且在两相接地短路时，同一侧相应的两个选相元件也可能发生相继动作。

因此，阻抗选相元件虽然在电力系统中得到广泛应用，但它仍然不是理想的选相元件。

（4）反映二相电流差突变量的选相元件

这种选相元件是利用短路时电气量发生突变这一特点构成的。在我国电力系统中，最初用它作为非全相运行时的振荡闭锁元件。近年来，在超高压网络中已推荐作为综合重合闸装置的选相元件。它要求在三相上各装设一个反映电流突变量的电流继电器。这3个电流继电器所反映的电流为：

反映两相电流差突变量的电流继电器的原理接线如图5.14所示，由R、L、C组成的突变量电桥是其重要组成部分，在此桥的4个臂中，两个由纯电阻R组成，另两个由LC谐振电路组成。在工频下谐振时，它们也为纯电阻。在设计时应使这4个臂的电阻都相等。

在正常情况或短路后的稳态情况下，由于四臂电阻相等，其分压也相等，故突变量电桥的输出端的电压Umn=0。

短路初瞬间，在突变量电桥中，电容器两端的电压不能突变，但R上的电压会升高，从而破坏了电桥的平衡，使Umn增大。

图5.14　二相电流差突变量电流继电器原理接线图

由于突变量电桥是按工频调谐的，因此，如实际频率与工频不等，在稳态时，电桥有不平衡输出。为此，在整流滤波后，再经微分电路C后才加于继电触发器。突变量继电器在动作时；输出的脉冲很短，故触发器后应加展宽回路。

图5.15　突变电量继电器输入量说明图(www.xing528.com)

与增量继电器相比，突变量电流继电器是比较灵敏的。例如，对于远距离输电线路，若受电端电源的容量很小，当线路的始端短路时，由受电端供给的短路电流可能很小，甚至小于短路前的负荷电流，此时，电流增量继电器是无法工作的；而采用突变量继电器时，继电器反映的是短路前后电流相量差，所以尽管受电端供给的短路电流的绝对值小于短路前的负荷电流，但因每相电流的相位变化大，继电器感受到的突变量很大，故仍能很灵敏地动作。如图5.15所示，短路前的电流为，短路（例如三相短路）后的电流为IK，尽管|IL|＞|IK|，但因其相位不同，继电器感受到的突变量仍很大，因而和也很大，所以反映电流突变量的继电器能灵敏地动作。

将各种短路时二相电流差突变量继电器的动作情况列入表5.2中。由表可见，在K（1）时，反映非故障相电流差的突变量继电器不动作；而对于其余短路情况，所有各相继电器都动作。这就是突变量继电器可以作为故障选相元件的原因所在。

表5.2　短路时二相电流差突变量继电器的动作情况

图5.16　用二相电流差突变量继电器组成的选相元件方框图

图5.16所示为采用二相电流差突变量继电器构成的选相元件的逻辑方框图。当发生时，只有“与1”开放。而在其他相间短路时，“与1”“与2”“与3”都开放。利用这一特点可以不必装设判别单相故障还是相间故障的判别元件；但是，由于突变量继电器只在暂态过程中启动，而在短路未切除但又进入稳态时，可能返回。为了保证保护能可靠跳闸，图中采用了自保持的措施，3I0元件在此还兼做接地故障的判别元件。当单相故障（如）时，“与1”“与4”开放其信号送至“与7”，在保护送来动作信号时，“与7”开放，接通A相跳闸回路；当两相接地故障时，所有“与”门元件都开放，接通三相跳闸回路；当发生不接地的相间故障时，因无3I0，“与4”“与5”“与6”不开放，保护不经选相元件而直接接通三相跳闸回路（图中未示出）。

当采用突变量继电器作为选相元件时，在全相正常状态、非全相负荷状态和系统振荡情况下，选相元件都不会动作。因此，它可以作为非全相运行发生故障时的保护加速启动元件。

必须指出，由于继电器反映的是电流突变量，其动作电流和动作时间都与下述因素有关。

①故障前的稳态负荷电流的大小。

②故障时短路电流的大小和它与稳态负荷电流之间的相位。

③系统实际运行的频率与工频的偏差。

④突变量电流的初始角。

因此，元件的动作电流和动作时间都不会是一个固定值，它具有一定的分散性。在整定计算时，应该用元件的动作电流的下限值（即元件可靠不动作的电流值）来校验其选择性，而要用其动作电流的上限值（即最大的动作电流）来校验元件的灵敏度。

另外，还必须注意，由于继电器只反映电流的突变量，在短路初瞬继电器会动作，在短路切除瞬间也会动作。因此，在设计时必须采取相应的措施。

※（5）对称分量选相元件

对称分量选相元件是利用各种不对称短路时各对称分量间相位差有所不同的特点构成的。图5.17所示为各种不对称短路时各序电流之间的相位关系。可见，时，A相的正序电流、负序电流和零序电流同相位，而B、C相的正序电流与负序电流以及零序电流相差120°，如图5.17（a）所示；时，所有各相的正序电流与零序电流的相位都不同；如图5.17（b）所示K（2）时，正序电流与负序电流不同相，如图5.17（c）所示。根据这一特点可以拟制出各种仅反映单相接地短路的选相元件。