方向电流

方向电流（精选九篇）

方向电流 篇1

一、学习指南

●1.课题名称:

鲁科版高二年级物理选修3-2《感应电流的方向》

●2.达成目标:

(1)通过观看教学视频,观察实验现象,分析归纳探究感应电流的方向。

(2)初步掌握利用楞次定律判断感应电流方向的方法。

(3)初步掌握利用右手定则判断感应电流的方法,并明确使用条件。

●3.学习方法建议:

(1)细心观看、主动思考、完成任务单。

(2)逻辑缜密、认真分析、克服重重困难。

(3)归纳总结、科学方法、探究物理规律。

(4)亲身体验、动手实践、力争举一反三。

(5)如有疑惑、记录在案、共同探讨。

●4.课堂学习形式预告:

(1)任务单展示:展示优秀任务单。

(2)内容总结:总结感应电流的判断方法及使用步骤。

(3)课堂检测:检查任务学习效果。

(4)思维拓展:感应电流的效果即“阻碍”的形式有哪些。

(5)知识深化拓展:楞次定律的广义表述(能量角度学习理解)。

二、学习任务

通过观看教学视频自学,完成下列学习任务:

(1)用什么方法可以直观判断感应电流的方向?

(2)探究电磁感应中感应电流方向规律的步骤是什么?

(3)反复观看实验视频,将右图中线圈缠绕方向画入图中,并完成实验记录表。

(4)根据以上实验记录表总结感应电流方向的规律,即判断方法。

(5)总结对“阻碍”的理解。

(6)通过观看实例,请对下列判断感应电流方向的步骤进行正确排序________。

1判断穿过闭合回路的磁通量如何变化。

2由楞次定律确定感应电流的磁场方向。

3明确穿过闭合回路的原磁场方向。

4利用安培定则确定感应电流的方向。

(7)根据视频讲解及所学总结部分导体切割磁感线时感应电流方向的判断方法。

三、困惑与建议

附:微练习

例1:如图1所示,两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l,磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内的梯形线圈,ad与bc间的距离也为l。t=0时,bc边与磁场区域边界重合。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域。请判断当bc边刚进入磁场时,线圈abcd中感应电流的方向。

例2:如图2所示,当条形磁铁突然向闭合铜环运动时,铜环里产生的感应电流的方向怎样(顺着轴线从左往右观察)?铜环运动情况怎样?

例3:如图3所示,在水平光滑的两根金属导轨上放置两根导体棒AB、CD,当条形磁铁插入与拔出时导体棒如何运动?(不考虑导体棒间的磁场力)

《感应电流的方向》解析

《感应电流的方向》为鲁科版物理《选修3-2》第二章第一节的内容。本节内容中高考的重点、难点是感应电流方向的判断,即楞次定律及其特殊情况下的右手定则。同时本节课也是一个重要节点,是“静态场”向“动态场”转化的节点,所以本节对于电磁感应部分的学习至关重要。学习本节课之前学生对电、磁知识有一定的基础;对三维空间已有一定程度的认识,但尚不能熟练掌握;对观察、记录分析、归纳、总结等科学方法都有接触,但综合运用能力有待提高。尤其是在课堂中进行探究实验记录、处理数据时,费时费力……针对以上原因,为轻松突破教学重难点,提高课堂教与学的效率,我特制作了此微课供学生课前自主学习。

此微课首先展示本节课的学习目标,让学生明确本节课所要达成的目标,同时便于对照查找自己在学习中的不足。接着通过熟悉的感应电流产生条件的模拟实验提出问题“不同实验条件下,电流表的指针时而左偏,时而右偏,说明感应电流的方向不同,那么应如何判断感应电流的方向”?从而激发学生的学习欲望,顺利进入主题。进入主题后微课按照知识的产生过程依次详细讲解了以下内容。

●探究实验

探究实验部分内容是学生学习本节课的重点所在,通过实践活动,可以培养学生观察、记录信息、综合分析处理信息以及高度归纳概括物理规律的能力。同时学生在知识的获取过程中,可以培养严谨的科学态度,养成探究物理规律的良好习惯,提高自身的科学素养。所以,本部分内容是以问题为主线展开探究的。

首先通过实物录像展示实验用的器材:零刻线在中央的电流计、电池、线圈、条形磁体。接着以问题为导向,逐步深入地讲解了探究实验的五个步骤:

第一步:用试触法判断感应电流的方向与电流表偏转方向的关系。将黄色导线一端与电流计负极相连接,另一端与电池负极相连接。红色导线一端与电流计正极相连,用另一端轻触电池的正极,观察电流表指针的偏转方向。发现电流表指针偏转方向为:正进向正极偏,即负进向负极偏。通过学习,学生加深了对整个演示实验的探究思路及实验设计的合理性、科学性的理解。

第二步:观察螺线管导线绕制方向。通过视频特效放大功能展示实验用螺线管,学生观察螺线管导线绕制方向,并将其画至任务单中的附图中,无形中锻炼了将情境图形转化为书面图形物理模型的能力。

第三步:按照电路图连接电路。电流计正极与螺线管上端相连,电流计负极与螺线管下端相连,以提高学生识别电路的能力,增强理论为实践服务的意识。

第四步:完成实验并记录至实验记录表中。通过实验实录展示条形磁体N极在向下插入、拔出螺线管时,电流极指针的偏转情况。继而展示S极向下插入、拔出螺线管的过程中,电流极指针的偏转情况。让学生观察后将实验现象记录至实验记录表中,养成良好的科学探究习惯。

第五步:根据上述记录表分析实验结论。

●楞次定律

通过对记录表的总结归纳,学生得出本节课的主题是判断感应电流方向的方法,即楞次定律的内容:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。此表述较抽象,学生不容易完全理解,在实际应用中也很难准确把握。为了让学生真正理解楞次定律,我在这里提出了四个问题:1谁在阻碍?2阻碍什么?3如何阻碍?4能否阻止?同时微课中还立体、动态地展现了两种情境(磁通量增加、磁通量减小)帮助学生理解阻碍的含义。最后在理解的基础上总结升华出应用楞次定律的步骤。同时在任务单中通过一个排序练习,让学生动脑思考,真正从本质上理解感应电流的应用,为应用物理规律解决实际问题奠定基础。

●右手定则

右手定则为楞次定律在部分导体切割磁感线这种特殊情况下的感应电流方向的判断方法。为了让学生理解其统一性,我在设计本节内容时从模拟实验出发,提出问题,构建物理模型,转化为平面图,从楞次定律出发得到结论,并类比左手定则引导学生总结出右手定则的内容。为了更形象地体现B、I、V三者的方向关系,用可以进行操作的手(旋转、平移等)来帮助学生理解。

●学以致用

为了巩固所学知识,帮助学生理解,学以致用部分我精心设计了三道练习题。分别从三个角度,即通过产生感应电流磁场阻碍、通过相对运动来阻碍、通过形变来阻碍,这样既加深巩固了对楞次定律的内容的理解,又为后续学习做好了铺垫。另外,每道题都附有详细解析,同时有动画演示,便于学生自主学习。

为了使学生明确学习过程的目标性,我在任务单中设定展示了本节课的达成目标,既让学生在自己能力范围内经历头脑风暴、巩固已有知识、获取新知识,又为更高层次的课堂教学目标实现奠定了基础。

为了让学生更好地利用微课顺利完成既定目标,我在学生学习微课时设置了7项任务(参见任务单),以便使学生在完成任务的过程中逐步深入,不断提高。

我通过将重点难点转化为相关任务,充分发挥了“任务驱动、问题导向”功能,使学生的自主学习更加顺畅和得心应手,提高了课堂教学的效率。

怎么用楞次定律判断电流方向 篇2

右手定则只适于判断闭合电路中部分导体做切割磁感线运动。

右手定则判断感应电流的方向与楞次定律是一致的，但比楞次定律简单。

左手定则（安培定则）：已知电流方向和磁感线方向，判断通电导体在磁场中受力方向。伸开左手,让磁感线穿入手心(手心对准N极，手背对准S极)， 四指指向电流方向 ，那么大拇指的方向就是导体受力方向。

至于怎么用，“左动右发”，就是，左手“电动机”，右手“发电机”。

左手定则说的是磁场对电流作用力，或是磁场对运动电荷的作用力。这是关键。

巧用发光二极管演示感应电流的方向 篇3

摘 要： 本文以高中物理中关于法拉第电磁感应定律和楞次定律的实验为基准，设计了一个实验，利用发光二极管演示感应电流的方向，设计新颖，实验结果有效。对本实验结果进行总结，得出楞次定律，具有一定的参考价值。

关键词： 发光二极管 感应电流 方向

1.引言

山东科学技术出版社出版的高中物理选修3-2第2章第1节的实验中有一个实验是利用导线、条形磁铁、电流表、线圈对感应电流的方向进行探究，电流表的主要功能在于显示电流方向，实际是关于法拉第电磁感应定律和楞次定律的实验。在这个实验的启示下，本文准备利用发光二极管演示感应电流的方向。

2.实验目的及实验器材

2.1实验目的

对感应电流的方向用发光二极管的演示予以探究。

2.2实验器材

选择导线、线圈、铁芯、钕铁硼强磁铁、“电子百拼图”等一系列实验器材。

3.实验原理

发光二极管是一种能够用光能替代电能的半导体二极管；与普通二极LED芯片的发光管相同，发光二极管的单向导电性较强；最为常用的发光二极管的颜色多为红色、绿色或蓝色，由于发光二极管具有极陡的正向伏安特性曲线，在应用之前，为了对通过发光二极管的电流予以有效控制，必须将限流电阻与发光二极管进行串联。由图1可以看出，发光二极管的单向导电性较强，当线圈中有钕铁硼强磁铁拔出或插入，就会有感应电流出现在线圈中；若发亮的发光二极管为红色发光二极管，那么“b→a”就是感应电流的方向；若发亮的发光二极管为绿色发光二极管，那么“a→b”就是感应电流的方向。通过对感应电流的方向进行演示探究，可判断线圈中钕铁硼强磁铁是拔出还是插入，进而推导得出楞次定律。

4.实验操作步骤

4.1“电子百拼图”是由透明塑料安装底板和各种电子元器件（电阻、电器、二极管、三极管、导线等）焊接在带有字母扣的塑料块上组成的。各个组件上有文字和电路图符号，方便实用（各地文具店或淘宝网上很容易买到）。利用塑料块上有弹性和导电的字母扣，可将各组件按需要的电路连接方式安装在底板上。不用焊接，不用工具，在较短时间里完成各种电路的装配，本实验可安装如图2所示。

4.2为了便于操作，再加上钕铁硼强磁铁的体积通常较小，因此，本实验组合应用铁芯和钕铁硼强磁铁。将实验室中的线圈用导线连接到电路中，并且与发光二极管相互连接，一起构成完整的闭合回路。

4.3可利用组装完毕的实验仪器做“利用发光二极管探究感应电流的方向”实验，整个实验一共分为四个小环节，分别是：S极拔出线圈、S极插入线圈、N极拔出线圈、N极插入线圈。

4.4对本实验结果进行总结，得出楞次定律。

5.结语

5.1若要发光二极管处于正常发光状态，那么需要正向电流的数值达到10mA；但是条形磁铁只能产生较弱的磁场强度，这样一来，线圈产生的感应电流根本无法达到10mA，所以，需要将条形磁铁用钕铁硼强磁铁代替，以此获得较强的磁性。值得注意的是，通常而言，钕铁硼强磁铁不会将磁铁的南北极明确标出，为了便于学生完成这个实验，教师应该将钕铁硼强磁铁的南北极用颜色或者字母予以标明。

5.2发光二极管的优点较多，不仅具有单向导电性，还具有颜色鲜艳、体积小巧、导电发光等多种优点，因此，发光二极管被大量应用到人们日常所用的家用电器中，充当指示灯的作用，因此，开展本实验之前，可以先让学生对“发光二极管”有一定的了解和掌握。

参考文献：

[1]赵楚军，李宏建，崔昊杨，何英旋，彭景翠.电场对单层有机电致发光二极管复合发光的影响[J].应用光学，2015，20（02）：181-185.

[2]蒋大鹏，赵成久，侯凤勤，刘学彦，范翊，张立功，褚明辉，申德振，范希武.白光发光二极管的制备技术及主要特性[J].发光学报，2013，18（04）：191-195.

[3]严伟佳，华玉良，倪卫良，沈嵘.同杆双回输电线路感应电压电流计算分析[J].江苏电机工程，2010，15（01）：209-213.

[4]班连庚，王晓刚，白宏坤，林集明，毛玉宾，项祖涛，王晓彤，郑彬，韩彬，李小明.同塔架设的220kV/500kV输电线路感应电流与感应电压仿真分析[J].电网技术，2009，17（06）：100-105.

控制点焊焊接电流方向的方法设计 篇4

随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业的发展,电阻焊越来越受到广泛的应用。同时对电阻焊的点焊接头质量也提出了更高的要求。通过对传统的一对电极的电阻点焊熔核横截面进行观察,发现熔合区保留着铸态组织形貌。在熔合线附近联生结晶形核后,晶粒最易沿着散热最快的方向(或温度梯度最大的方向)优先增长,一直长到熔核的中心,最终形成粗大的柱状晶,而粗的的柱状晶对接头强度等方面有着不良的影响,这对焊接质量的进一步提高形成了局限[1]。

在对等厚板件点焊过程中可能出现的电极偏心和电极倾斜的情况进行有限元模拟过程中[2,3],发现由于通过被焊板件的焊接电流方向发生一定程度的偏斜,在该电流影响下的熔核温度场分布相比正常情况下的点焊过程也发生了不同程度的偏斜,如图1所示。这种偏斜会使焊接处的等轴晶、柱状晶组织的分布发生一定的变化。

本文根据电流方向变化对熔核组织的影响,设计了一种通过控制改变流经点焊接头处的焊接电流方向,从而限制熔核处粗大柱状晶体的形成,使其晶粒变细小,进而达到提高点焊接头强度的点焊焊接电流方向控制方法。

1 控制点焊焊接电流方向电路设计

控制电流方向电路设计如图2所示,将传统点焊逆变电源的输出端上下两个电极变为三个上电极和三个下电极,并在每个电极处设置的独立的IGBT桥臂开关和驱动信号源[4],使用IGBT对每个电极的导通进行控制,使点焊过程中形成类似“电极偏心”或“电极倾斜”的效果,实现对电流方向的改变,进而实现对点焊接头组织晶粒细化。

六组IGBT及其驱动信号根据实际焊接需要,按一定的顺序开通或关断,从而控制六个直接可控电极(A、B、C、D、E、F)的输出。焊接电流方向参见图3,图中椭圆为传统点焊的熔核。例如,桥臂Z1,Z4开通,其他桥臂关断,则此时参与点焊的上电极为电极A,下电极为电极D,电流方向为1。通过上下共6个电极的分别开关,可以配合产生9种不同的焊接电流方向。对焊接电流方向进行优化配合,就可以改善熔核的结晶形态,达到提高点焊接头强度的目的。

2 控制点焊焊接电流方向电路仿真及结果

根据设计的电路图,针对图3中电流方向3、5、7配合使用的情况进行Pspice电路简化仿真[5],仿真电路图如图4所示。其中V1为逆变电源3V直流输出,R1为电流方向3情况下的被焊板件等效电阻,R2为电流方向5情况下的被焊板件等效电阻,R3为电流方向7情况下的被焊板件等效电阻,均设置为0.00015Ω。驱动信号周期均为0.003s,为避免电路相应时间延迟造成不必要的电流叠加,驱动脉冲宽度设为0.00099s,V2、V3、V4之间脉冲起始时间相差0.001s,驱动信号波形如图5所示。

由于点焊过程中热源主要是来自于电阻热,即与电阻上的电流值有关,所以观察等效电阻R1、R2、R3的电流波形,仿真结果如图6所示。R1、R2、R3电流波形之和、即连续通过被焊工件的仿真电流波形如图7所示。

从图6中看出每个等效电阻的电流时间与其对应的驱动信号时间相一致,由图7发现由于将驱动信号脉冲宽度值设置为0.00099s,小于3路驱动信号周期之和的三分之一,即添加了0.00001s的死区时间,避免了在IGBT导通、关断瞬间出现不必要的电流叠加,超过工作电流上限,损坏IGBT开关。而将该脉冲宽度值设置过小,会造成在IGBT导通、关断瞬间即电流方向变化阶段电流值下降,影响热输入、焊接效率。

3 结论

1)本文设计了一种控制点焊焊接电流方向的方法,通过将传统点焊设备中的两电极变为六电极,并分别加以独立可控开关,实现对焊接电流方向的控制,进而改善焊接质量。

2)通过Pspice软件对该控制方法电路进行仿真,结果表明该方法控制精度高,不影响焊接总热输入的大小,保证了焊接效率。

3)在设置电极开关的驱动信号脉冲宽度时应保证必要大小的死区时间。

摘要：针对点焊过程中电流方向对熔核形核及焊点质量影响的问题,设计了一种控制点焊焊接电流方向的方法,并通过Pspice软件仿真对采用该方法的电路进行了深入研究,建立了电路简化仿真模型。结果表明该方法切实可行,控制精度高,保证了焊接效率,对将来点焊电源的设计制造有一定指导意义。

关键词：电阻焊,点焊电流,Pspice仿真,IGBT

参考文献

[1]唐新新,单平,罗震,叶茂.点焊熔核尺寸及焊接电流逆过程设计[J].焊接学报,2007,(11):45-48+115.

[2]徐士航.DP590GA热镀锌双相钢电阻点焊工艺研究及数值模拟[D].上海交通大学,2010.

[3]赵阳,熊庆华,马闯.电阻焊仿真SORPASD在国内的应用[J].电焊机,2013,(02):72-78.

[4]张宏杰.IGBT点焊逆变电源设计与仿真研究[D].吉林大学,2004.

方向电流 篇5

小电流接地系统的优点是单相接地电流较小, 单相接地时不形成短路回路, 电力系统安全运行规程规定可继续运行1～2h, 但是长时间的接地运行极易形成两相接地短路, 弧光接地还会引起全系统过电压。因此, 接地选线保护装置近年来在现场得到了广泛应用, 为保证电网的安全运行起到了积极的作用。目前, 部分装置在使用中的表现并不能令人满意, 误动、拒动现象时有发生, 这需要有新的接地选线保护方法。本文在对常用的接地选线保护原理进行分析比较的基础上, 提出一种新的保护考虑方向———零序电流有功分量方向保护, 弥补现有装置的不足。

1 国内外研究现状

国外对接地保护的处理方式各不相同。俄罗斯的小电流接地系统采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式, 主要采用零序功率方向和首半波原理。

日本的小电流接地系统中高阻抗和不接地方式均有采用, 但电阻接地方式居多。其选线原理较为简单, 不接地系统主要采用功率方向继电器, 电阻接地系统则采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。近年来, 在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面作了不少工作, 并已将人工神经网络应用于接地保护。

美国由于历史原因, 电网中性点主要采用电阻接地方式, 也利用零序过电流保护瞬间切除故障线路。但是, 故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统, 对高阻接地系统接地时仅有报警功能。

法国过去以低电阻接地方式居多, 采用零序过电流原理实现接地故障保护。随着城市电缆线路的不断投入, 电容电流迅速增大, 故已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流。为解决此系统的接地选线问题, 提出了利用Prony方法和小波变换以提取故障暂态信号中的信息 (如频率、幅值、相位) , 以区分故障与非故障线路的保护方案, 但还未应用于具体装置。

挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场和磁场相位的方法, 研制了一种悬挂式接地故障指示器, 分段悬挂在线路和分叉点上;加拿大一公司研制的微机式接地故障继电器, 也采用零序过电流的保护原理, 其软件算法部分利用了沃尔什函数, 以提高计算接地故障电流有效值的速度。

我国配电网和大型工矿企业的供电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式, 近年来, 一些城市电网改用电阻接地的运行方式。矿井6～10 kV电网过去也一直是用中性点不接地方式, 随着井下供电线路的加长, 电容电流增大, 近年来消弧线圈在矿井电网得到了推广应用, 并主要采用消弧线圈并、串电阻的接地方式。

国内从50年代就开始了对接地保护原理和装置的研究, 并相继推出了几代产品。目前国内的选线装置主要基于零序电流原理、零序功率方向原理、首半波原理、谐波电流方向原理和“信号注入法”原理。在选线方案上, 除常规的绝对定值保护方案外, 还有群体比幅比相方案, 最大Isinφ或Δ (Isinφ) 方案。

2 接地选线保护原理

2.1 零序电流原理

该原理是基于故障支路零序电流大于非故障支路零序电流的特点, 区分出故障和非故障线路, 从而构成有选择性的保护。这种原理在电网的电容电流较小, 又存在长线路的情况下较难满足选择性的要求。同时, 当接地点存在电阻时, 易发生拒动现象。

2.2 零序功率方向原理

零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现的。目前采用这一原理实现的装置在实际电网中应用较多, 但对中性点经消弧线圈接地的系统此原理无效。

2.3 首半波原理

该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。它利用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选择性保护。但该原理不能反映相电压较低时的接地故障, 且受接地过渡电阻影响较大, 同时也存在工作死区。

2.4 谐波电流方向原理

由于电力电子传动装置在供电网中的推广应用, 以及电源变压器铁芯非线性的影响, 电网中除存在基波成分外, 必然还包含一系列谐波成分。故可利用5次或7次谐波电流的大小或方向构成选择性接地保护。对于中性点经消弧线圈接地系统, 因消弧线圈的作用是对基波而言的, 5次或7次谐波电流的分布规律与中性点不接地电网一样, 故该原理仍然可行。但由于5次或7次谐波含量相对基波而言要小得多, 且各电网的谐波含量大小不一, 故以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很高, 灵敏度较低, 在接地点存在一定过渡电阻的情况下将出现拒动现象。

3 零序电流有功分量方向原理

针对上述各种理论存在的不足, 采用零序电流有功分量方向原理, 可弥补其不足。为说明该原理, 先以中性点经电阻接地的系统为例进行说明。流过故障线路始端的零序电流可分2部分:中性点电阻器RN产生的有功电流, 相位滞后于零序电压90。流过非故障线路的零序电流只有由本支路对地电容产生的容性电流, 相位超前零序电压90。

由于有功电流只流过故障线路, 与非故障线路无关, 因此, 只要以零序电压作为参考矢量, 将此有功电流取出, 就可十分方便地实现接地选线保护。这就是零序电流有功分量方向保护的基本原理。有功分量的取出, 可采用软件或硬件相敏整流的方法即可方便实现。

对中性点经消弧线圈接地系统, 目前主要采用消弧线圈并 (串) 电阻运行的派生接地方式, 且消弧线圈本身的有功成分较大 (实测单相接地时其有功电流达2～3A) 。当此系统发生接地故障时, 故障线路始端所反映的零序电流除增加一部分电感性电流外, 其余二部分与电阻接地系统相同, 因此上述原理仍然可行。

对于中性点不接地系统, 当发生接地故障时, 流过故障和非故障线路的零序电流皆为容性, 且方向相反。此时, 可采用移相的方法, 使故障、非故障线路的零序电流分别与零序电压反相位、同相位, 相当于将它们变成了有功电流。因此, 对于中性点不接地系统, 该保护原理实质上是零序功率方向原理的延伸, 但经过上述处理后, 相当于将原有的零序电压、零序电流比相范围从原有的90扩大到180从而创造了更好的选线条件。

可见, 采用此种保护原理, 可满足各种中性点接地方式下的接地选线保护问题。以此原理研制成功的接地选线保护装置, 目前已在我国大部分矿井电力网得到应用, 收到了很好的保护效果。

4 接地选线保护装置的动作参数分析

接地保护的动作参数主要包括电网零序电压、零序电流和动作电阻。

日本对6～10kV电网各种单相接地状态下的故障点电阻做过一些实测和统计。他们认为单相接地保护能检测出1kΩ以内的故障即可, 对于高阻值接地故障一般可以不予考虑;而对消弧线圈系统, 则定义故障点电阻在4kΩ以下为接地故障, 对应的零序电压动作值设定为10～25V。因当采用消弧线圈接地方式后, 和不接地系统相比, 在同样的接地点电阻值下, 零序电压都将有较大幅度的提高, 从而能反映较高阻值的接地情况。

由于中压电网的接地保护不保护人身安全, 因此, 可不将接地点电阻作为动作值要求, 而将零序电压作为装置起动整定值。笔者在设计接地保护装置时, 通过对有关项目论证并结合煤矿电网特点, 对中性点不接地系统, 零序电压动作值取为10V左右;采用消弧线圈后, 其动作值则取为20V左右。

对于零序电流动作值, 可采用群体比幅方案, 避免“绝对定值”方案带来的整定麻烦。电网的自然不平衡电压虽较低 (经我们对全国几十个矿井的测量, 6～10kV电网的自然不平衡电压大多在1V以下) , 但当出现电压互感器高压熔断器熔断的情况时, 在开口三角处将出现约100/3V的电压, 此时若再碰上电网的少量不平衡电流 (据实测有时可达0.3～0.5A) , 保护装置势必会误动。因此除群体比幅方案外, 还应给零序电流设一定动作值门槛, 此门槛值一般取为0.5～1A。

5 小结

现有的小电流接地系统接地选线保护原理, 皆有一定的局限性。而如果采用零序电流有功分量方向保护原理后, 可较好地适用于不同中性点接地方式下的接地保护。接地选线保护装置应由零序电压起动, 其动作值对不接地系统取在10V左右, 对消弧线圈接地系统则应有所提高;选线方案可采用“群体比幅”加零序电流动作门槛的方法。

参考文献

[1]王敦波.中压配电系统中性点接地方式[.博士学位论文].南京:东南大学, 1995.

[2]要焕年.论城市电网接地方式的发展方向.中国电力, 1993, 8.

[3]电力工业部安生司组编.新编保护继电器检验[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[4]赵自刚.继电保护运行与故障信息自动化管理系统.电力系统自动化, 1999, 23 (19) .

[5]山东工学院.电力系统继电保护[M].北京:水利电力出版社, 1979.

感应电流方向和磁通量的关系 篇6

比较甲丙或乙丁可知, 在磁通量方向相同, 磁通量变化方向 (指磁通量增加或减小) 相反时, 感应电流方向相反, 可见感应电流方向与磁通量变化方向有关。比较甲乙或丙丁可知, 在磁通量变化方向相同, 磁通量方向相反时, 感应电流方向相反, 可见感应电流方向也与磁通量方向有关。

根据以上分析可总结出:感应电流方向由磁通量方向和磁通量变化方向共同决定。

比较甲丁可知, 覫和△覫方向都相反, 但感应电流方向却相同, 这可总结为“反反得同”, 第一个“反”是覫的方向相反, 第二个“反”是△覫的方向相反, 第三个“同”是感应电流方向相同, 以下按相同顺序表述。再比较甲丙可知, 覫方向相同, △覫方向相反, 感应电流方向相反, 这可总结为“同反得反”。

根据以上分析总结出:同同得同, 反反得同, 同反得反, 反同得反。这一结论在处理很多问题是非常方便的。

示例:如图2 (a) 所示, 竖直向上的匀强磁场穿过水平放置的闭合金属线圈, 若磁场按图2 (b) 所示规律变化, 试画出感应电流的I—t示意图。 (磁感应强度向上为正方向, 电流以图a中箭头为正方向。)

解析:首先根据楞次定律判定0—t1时间内, 感应电流为负方向, 因t1—t2时间内覫的方向与0—t1内相同, 而△覫方向与0—t1内相反, 由上面的结论可知, t1—t2时间内感应电流方向与0—t1内相反, 即为正方向;仿此可判断出t2—t3时间内与0—t1内相反, 即为正方向;t3—t4时间内与0—t1内相同, 即为负方向。画出电流变化规律如图2 (c) 所示。

再进一步分析, 由于△覫=覫2-覫1, △覫的符号 (表方向) 就表示磁通量是增加还是减小, 又由于△覫和覫2的符号都是以覫1的符号为参考的, 所以感应电流的方向也可由△覫方向确定。必须注意, 当覫增加时, △覫与覫同向, 当覫减小时, △覫与覫反向, 如此图1可以简化成下图3所示:

观察图3可得出, △覫和感应电流在方向上的关系遵循左手螺旋法则, 即将左手四指握起, 大拇指伸直, 并与其余四指垂直, 让大拇指指向△覫方向, 则其余四指就指向感应电流的绕向。这样上述四种情况就变成了一种情况了。用这一结论重做上题也很便捷。

其实电磁感应的本质不是产生感应电流, 而是感应电动势, 感应电流方向是由感应电动势方向决定的。根据法拉第电磁感应定律可知, 感应电流方向是的符号决定的, 在覫—t图像上就是图像上各点的斜率, 可见斜率符号就反映了感应电流的方向。但必须强调的是:斜率为正不表示感应电流与覫方向相同, 反之亦然, 事实上感应电流方向和覫方向是垂直的。尽管如此, 我们仍能从覫—t图像上看出不同时间段上感应电流方向是否相同。比如图2的例题, 显然0—t1和t3—t4时间内感应电流方向相同, 和t1—t3时间内感应电流方向相反, 只要确定了0—t1时间内的电流方向就可以了。

摘要：楞次定律从感应电流方向和原磁场方向的关系角度表述了感应电流方向规律, 本文从引起感应电流的磁通量变化角度探讨感应电流方向和磁通量之间的关系, 得到了一系列的结论, 这些结论在处理许多问题时非常便捷。

关键词：感应电流方向,磁通量方向,磁通量变化方向

参考文献

方向电流 篇7

随着负荷用电需求的迅速增加,电网的输送容量不断增大。为了提高输电走廊的利用效率,减少输电投资成本,同塔双回线路在电力系统中得到了广泛的应用[1,2]。但随着同塔双回线投入运行,输电线路上配置的纵联零序方向保护会出现误动情况[3]。

近年来,电力工作者对同塔双回线路纵联零序方向保护的误动问题进行了深入的研究[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。文献[3-4]分析了不同电气连接的同塔双回线路,得出零序互感是造成健全线误动的根本原因,同时提出电磁联系的强弱是影响纵联零序方向保护误动的主要因素。文献[5]分析了一起平行线路纵联零序方向保护的误动事故,提出了增大零序电压和电流启动门槛及延长保护动作时间的防误动措施,但均会降低纵联零序方向保护的灵敏度。文献[6]利用单相接地故障前的故障相电压与零序电压基本同相,提出了一种基于故障类型的零序方向元件,用于提高传统零序方向元件的灵敏度和可靠性。 文献[7-8]利用同塔双回线接地故障时健全线两端零序电压反向,而故障线两端零序电压基本同向的特点,将基于故障类型的零序方向元件用于同塔双回线路,但该方法需要正确选相,且仅能用于单相接地故障。文献[9]采用负序功率方向元件替代传统的零序方向元件实现故障方向判别,并采用负序补偿电压提高其在高阻接地故障情况下的灵敏度。但该方法的负序启动门槛通常按照运行经验选取,受线路参数不对称影响较大。文献[10]提出利用非故障相电压或零序电压与故障相电压之差替代纵联零序方向保护中的零序电压,以消除零序互感的影响。但该方法需要正确选相。文献[11]通过理论分析和仿真验证得出了双回线电气连接越弱,误动的可能性越大。

对于具有弱电强磁联系的同塔多回线,回线间的互感作用是造成健全线零序方向元件误动的根本原因。鉴于目前零序方向元件的改进措施存在灵敏度不足和需要正确选相等缺陷,有必要研究弱电强磁情况下具有互感识别能力的零序方向元件防误动方法。

1 零序方向元件的应用场合

零序方向元件通过比较零序电压和电流的相位实现故障方向的判别。由于判据采用零序电压和电流比相的形式,要求零序电压和电流均不为零,所以零序方向元件仅适用于接地系统,故障类型为不对称接地或不对称断线故障。

对于具有弱电强磁联系的同塔多回线路,由于回线间存在零序互感作用,健全线两端的零序电压和电流相位关系与正方向故障时相同,导致健全线两端的零序方向元件均会误判故障方向。因此,零序方向元件只适用于单回线路。

综合以上分析,零序方向元件的应用场合可以归结为:(1)接地系统;(2)不对称接地故障或者不对称断线故障;(3)单回线,无相邻互感线路。

从上述分析可以看出,对于存在线间互感的同塔多回线而言,零序方向元件的适用性可能存在问题。

对于同塔多回线而言,健全线的零序方向元件误动是影响零序方向元件动作可靠性的主要问题。健全线零序方向元件误动的原因有两点:互感引起健全线的零序电气量达到了门槛值;零序方向元件没有能力判断该电气量是来自本线故障还是相邻线互感。因此,有必要分析互感作用下健全线和故障线的故障特征差异,以决定是否投入零序方向元件。

2 故障特征分析

2.1 零序互感影响分析

为便于后文采用序网络进行故障特征分析,首先分析互感作用对于健全线和故障线电气量的影响。

以无电气连接的同塔双回线为例进行分析。图1所示为其单线结构图。 图中:分别为回线 Ⅰ 和回线Ⅱ 两端的系统侧电源。

假设同塔双回线完全换相,且两回线的线路参数和系统参数完全相同。根据序阻抗分析可知,双回线间仅存在零序互感。当双回线中的一回线路发生不对称断线或接地故障时,故障线的零序电流通过线间的零序互感作用会在健全线上感应出零序电压。

以回线Ⅰ发生单相断线故障为例,故障后的零序网络如图2所示。

图中:ZⅠL0,ZⅡL0和ZⅠR0,ZⅡR0分别为回线 Ⅰ和回线 Ⅱ 两端系统的零序阻抗;为故障点零序电源;分别为回线 Ⅰ 和回线Ⅱ两端的零序电压;为两回线上的零序电流;Zm0为回线间的零序互阻抗。为简便起见,图中未标出线路参数。

由图2可得,回线Ⅰ的零序感应电压与零序电流之间的关系如下式所示:

式中:ZⅡΣ0为回线Ⅱ的总零序阻抗;Zeq为等值阻抗。

分析式(1)可知,回线Ⅱ对回线Ⅰ的互感作用在回线Ⅰ 的零序网络中表现为串联一个等值阻抗-Zeq。通常|Zm0||ZⅡΣ0|,所以|Zeq||ZⅡΣ0|。因此,对于回线Ⅰ的零序网络分析可以忽略回线Ⅱ互感作用的影响。

综上,在下文故障特征分析中,对于健全线的分析需要考虑回线间零序互感的作用,而对于故障线的分析可以忽略零序互感的作用。

下面具体分析不对称断线和接地故障时健全线和故障线的故障特征。

2.2 故障特征

2.2.1 单相断线故障

以回线Ⅰ 发生A相断线故障为例进行分析。根据故障的边界条件,可以得到故障后双回线的各序故障分量网络如图3所示。

图中:ZⅠΣ1,ZⅠΣ2,ZⅠΣ0为回线Ⅰ各序网络的总序阻抗;ZⅡΣ1和ZⅡΣ2分别为回线Ⅱ正序、负序网络的总序阻抗;分别为回线Ⅰ和回线Ⅱ故障端口的正序故障分量电压、负序电压和零序电压;分别为回线Ⅰ和回线Ⅱ的正序故障分量电流、负序电流和零序电流。

根据单相断线故障的序网络分析[12],考虑ZⅠΣ1=ZⅠΣ2,可得回线 Ⅰ 的三相故障分量电流关系如下:

式中:为正常运行情况下的A相电流。

忽略各序阻抗中的电阻分量,对于常规的电力系统而言,一般XⅠΣ1<XⅠΣ0,可以得到三相故障分量电流的关系为:

由图3 可得,回线 Ⅱ 的三相故障分量电流之间的关系为:

由式(3)和式(4)可以得到,单相断线故障时故障线和健全线的故障特征为:故障线中非故障相的故障分量电流相等,且与故障相的故障分量电流反相;健全线的三相故障分量电流相同,等于由回线互感产生的零序电流。

以上为单相断线故障的分析结果,两相断线故障及不对称短路接地故障的分析方法与单相断线故障的分析方法相同,可以得到类似的结论。

2.2.2 两相断线故障

以回线Ⅰ发生BC相断线故障为例,可得回线Ⅰ的故障分量电流满足如下关系式:

回线Ⅱ的三相故障分量电流之间的关系仍满足式(4)。

由式(4)和式(5)可得,两相断线故障时故障线和健全线的故障特征为:故障线的三相故障分量电流的相位依次相差120°;健全线的三相故障分量电流的幅值和相位均相同。

2.2.3 单相接地短路故障

由文献[13]可知,回线 Ⅰ 发生A相接地故障时,三相故障分量电流的关系如下:

式中:C0和C1分别为对应的零序和正序电流分布系数;I·Ⅰ0为由故障点流入大地的零序电流分量。

图4所示为故障线的单线结构图。图中:故障点在f点处;f点两端的线路分别用m和n表示;P和Q表示两端的系统。

以线路右端为例进行分析,忽略各序阻抗中的电阻分量,C0和C1的表达式如下:

式中:Xpi和Xqi分别为图4中对应系统P和Q的i序电抗,其中i=1表示正序,i=0表示零序;Xmi和Xni分别为线路m和n的i序电抗。

通常,两端系统的零序电抗和正序电抗的比值近似相等,且小于双回线零序电抗与正序电抗的比值。所以根据式(7)可知:虽然C0和C1的大小与故障点位置及系统运行方式有关,但对于常规系统而言,C0<C1或C0≈C1始终成立。因此,三相故障分量电流的关系可以进一步表示为:

回线Ⅱ的三相故障分量电流之间的关系仍满足式(4)。

由式(4)和式(8)可以得出,单相接地短路故障时故障线和健全线的故障特征为:故障线中非故障相的故障分量电流相等,且幅值远小于故障相的故障分量电流或者与故障相的故障分量电流反相;健全线的三相故障分量电流的幅值和相位均相同。

2.2.4 两相短路接地故障

以回线Ⅰ发生BC相短路接地故障为例,可得回线Ⅰ的故障分量电流的关系如下:

或

回线Ⅱ的三相故障分量电流之间的关系仍然满足式(4)。

由式(4)和式(9)可以得到,两相短路接地故障时故障线和健全线的故障特征为:故障线中故障相的故障分量电流幅值远大于非故障相的故障分量电流幅值或者故障相的故障分量电流与非故障相的故障分量电流的相位差均大于90°;健全线的三相故障分量电流的幅值和相位均相同。

综合以上4种不对称故障类型的分析结果,可以得出同塔双回线中一回线发生不对称故障时,故障线和健全线的故障特征差异为:健全线的三相电流具有相同的突变特征,而故障线不具有此特征。

需要说明的是,以上故障特征分析结果对于同塔多回线同样成立。

3 零序方向元件闭锁措施

根据第2节的分析,可以利用三相故障分量电流的关系构造防误动算法,以判别出健全线路,并闭锁其零序方向元件。为了同时反映三相故障分量电流之间的幅值和相位关系,本文利用模型识别的思想[14],认为健全线为三相故障分量电流相等的模型,故障线为三相故障分量电流不完全相等的模型,从而构造模型误差公式如下:

式中:N为一个周期的采样点数;Δia和 Δib分别为A相和B相的故障分量电流,取工频分量。

对于健全线路,三相故障分量电流的幅值和相位完全相同,根据式(4)可以得到:

对于故障线路,不同故障类型情况下的模型误差如下。

1)单相断线故障

以A相断线为例,由式(3)可得:

2)两相断线故障

以BC相断线为例,由式(5)可得:

3)单相接地短路故障

以A相接地故障为例,由式(8)可得:

4)两相短路接地故障

以BC两相短路接地故障为例,由式(9)可得:

根据式(11)至式(15)可得,各种故障类型情况下,健全线三相故障分量电流之间的模型误差均为0,而故障线三相故障分量电流之间的模型误差中至少有两个数值远大于0。当故障相为任意相时,以上结论始终成立。因此,可以构造如下防误动判据:

式中:rset为整定值,为了保证可靠性,可以取值为0.4。

当式(16)的判据满足时,判定该线路为健全线路,立即闭锁其零序方向元件。

防误动算法的具体流程如下:首先计算三相电流的故障分量,然后提取其中的工频分量,最后利用式(10)计算模型误差,并根据式(16)进行健全线识别。

4 仿真验证

为了验证本文提出的零序方向元件防误动方法的有效性,在PSACD上建立了图1 所示的同塔双回线路进行仿真。两端系统的额定电压为220kV,系统阻抗参数相同,均为:Z1=Z2= (0.001+j5)Ω/km,Z0=(0.001+j10)Ω/km。双回线的长度均为100km,线路的序阻抗参数为:ZL1=ZL2=(0.037 8+j0.303 3)Ω/km,ZL0= (0.149 2+j0.805 9)Ω/km。 回线间的零序互阻抗为Zm0=(0.111 3+j0.432 0)Ω/km。在仿真图中,将故障起始时刻设为0。限于篇幅,本文仅给出了部分仿真结果图。仿真图中r1=r(Δia,Δib),r2=r(Δib,Δic),rs=rset=0.4。

4.1 断线故障仿真

以回路Ⅰ发生A相断线故障为例,健全线和故障线两端的工频故障分量电流波形及对应的模型误差波形如图5所示。

从图5中可以看出,一回线发生A相断线故障时,健全线的三相故障分量电流波形完全相同,相应的模型误差r1和r2均为0。故障线的B相、C相故障分量电流波形相同,且与A相的故障分量电流反相,相应的模型误差r1和r2分别为1和0。

4.2 接地故障仿真

以回路Ⅰ上距离L端20km处发生A相接地故障为例,健全线和故障线两端的工频故障分量电流波形及对应的模型误差波形如图6所示。

从图6中可以看出,A相接地短路故障发生后,健全线的三相故障分量电流波形完全相同,相应的模型误差r1和r2均为0。故障线的B相、C相故障分量电流波形相同,且幅值远小于A相的故障分量电流,相应的模型误差r1和r2分别为1和0。

图5和图6的仿真结果证明了第2节理论分析的正确性,同时证明了采用第3节的防误动判据可以准确地识别出健全线路。

为了分析防误动方法对于4种不对称故障的适用性,本文进行了大量的仿真。不同故障类型情况下,双回线两端计算得到的模型误差数据见表1,其中接地故障发生在距离L端20km处。

分析表中数据可以发现,不同故障类型情况下,健全线两端的计算模型误差始终为0。因此,健全线两端均满足防误动判据,能够可靠闭锁相应的零序方向元件。故障线两端的计算模型误差中都至少有一个数值远大于0.4,所以故障线两端均不满足防误动判据,零序方向元件正确动作。同时,由模型误差的具体数值可以看出,防误动判据具有较高的灵敏度。

5 结语

由于回线间的互感作用,具有弱电强磁联系的同塔多回线路中一回线发生故障时,健全线的零序方向元件可能误动作。本文分析了具有互感作用的线路发生故障后的相故障分量电流关系,得到了健全线和故障线的故障特征差异,即健全线的电流突变由零序互感作用产生,表现为三相同突变,而故障线的电流突变由故障引起,表现为三相不同突变。基于故障特征分析结果,本文提出了一种能够识别健全线路的零序方向元件防误动方法。理论分析和仿真结果表明,防误动方法具有较高的灵敏度,能够可靠识别出健全线路,且适用于所有具有弱电强磁联系的同塔多回线路。

注：故障类型中不含 Ｇ 表示断线故障，含 Ｇ 表示接地故障。

由于本文提出的防误动方法能够自动识别出本线所处的电磁环境,实现了单回线情况下零序方向元件自动投入,弱电强磁环境下健全线零序方向元件自动闭锁和故障线零序方向元件自动投入,提高了传统零序方向元件的适应性,具有一定的实用价值。

方向电流 篇8

3/2开关的主接线方式由于具有高度的可靠性、方式的灵活性和操作的简便性, 因此在500 k V系统中得到广泛应用。由于3/2开关的主接线方式中每个元件同时连接2台开关, 线路或变压器保护要将所连接的两台开关电流互感器 (TA) 的二次绕组接成“和电流”方式, TA的位置、P1的方向、二次绕组的套装位置给保护带来的影响比双母线接线要复杂。另外, 3/2开关的主接线方式在变电站建设初期常存在不完整串, 一条线路或一台变压器要通过2台开关连接两条母线, TA的位置、P1的方向、二次绕组的套装位置将给保护带来特殊问题。如安排不当, 将扩大保护死区, 造成保护动作开关跳闸后, 故障不能有效切除, 需通过带有延时失灵 (死区) 保护切除故障, 不但扩大了事故跳闸范围, 且因失灵保护切除故障带有延时, 对系统稳定极为不利, 有必要对此问题进行探讨和研究。结合范蠡变500 k V的主接线情况和选用的正立式SF6TA的情况, 分析表明, 范蠡变中TA的P1朝向对防止TA外绝缘的闪络事故是不利的, 边TA和中TA的二次绕组的套装位置对防止TA底部故障是不利的。

1 500 k V主接线的特点

3/2开关接线中的母线与双母线接线中的母线相比, 完全不同。其一, 3/2开关接线中的两条母线相互独立, 互不影响, 没有双母线接线的固定与非固定连接方式之分, 显著地减少了一次和二次之间方式变化的复杂性;其二, 运行中3/2开关接线的单条母线跳闸, 并不改变各元件的电气连接, 甚至两条母线均停运也不影响变压器和线路的运行。3/2开关接线的母线跳闸, 不影响接入回路运行的特点, 使母线成为一道限制事故扩大的安全屏障。

3/2开关接线中任一台靠母线侧开关的停运, 都会形成可能扩大事故的安全隐患, 主要表现在接在同串的另一母线侧的变压器或线路故障跳闸时要跳掉两个开关, 使运行正常的线路或变压器被联切。

3/2开关主接线中母线侧开关拒跳时, 可依赖母线的停运进行隔离, 不影响变压器和线路的运行, 开关拒动造成事故扩大的问题主要表现在两侧接入回路共用的中间开关上, 即一侧回路发生故障时中间开关的拒动会通过启动开关失灵保护将另一正常的回路切除;中间开关的另一个特点是能将3/2开关主接线方式的接入回路及母线进行对称的分隔, 利用这一特点在系统发生故障的情况下为保护选择故障区域限制事故扩大提供了条件。

2 P1朝向及二次绕组套装位置的影响分析

图1是500 k V范蠡变3/2开关主接线图, 其中第一串为线路变压器串, 第二串为线线串、第五串为不完整串。

1) 边TA的P1朝向及二次绕组套装位置的影响分析。以图2为例进行分析, 如果5021TA发生外绝缘闪络, 因其P1侧对TA顶部金属部分绝缘, P2与TA顶部金属部分连接, 则故障点落在线路保护动作区内, 南范I回线两端的线路保护动作, 本侧5021、5022跳闸, 对侧开关也跳闸, 故障可快速切除。如果5021TA的P2侧朝向I母线侧, 如图3所示, 如果5021TA发生外绝缘闪络, 因P1侧对TA顶部金属部分绝缘, P2与TA顶部金属部分连接, 则故障点落在I母线保护动作区内, 500 k V I母线保护动作, I母线侧开关全部跳闸, 但是故障不能快速切除, 5022开关和南范I回线仍向故障点P2提供故障电流, 也就是所说的故障点落在开关和TA之间的死区内。所以3/2开关接线的边开关的TA, P1应该朝向本母线侧。

2) 中TA的P1朝向及二次绕组套装位置的影响分析。再看中开关的TA, 如果5022TA发生外绝缘闪络, 因P1侧对TA顶部金属部分绝缘, P2与TA顶部金属部分连接, 则故障点落在范西线线路保护动作区内, 范西线两侧的线路保护动作, 本侧5022、5023跳闸, 对侧开关也跳闸, 但是故障不能快速切除, 5021开关和南范I回线仍向故障点P2提供故障电流, 需要范5022开关的死区保护动作, 跳开5021并远跳范西线和南范I回线, 才能将故障切除, 不仅扩大了事故跳闸的范围, 也延长了故障切除的时间, 对系统的稳定十分不利。如果5022TA的P2侧朝向Ⅱ母线侧, 如果5022TA发生外绝缘闪络, 因P1侧对TA顶部金属部分绝缘, P2与TA顶部金属部分连接, 则故障点落在南范I回线线路保护动作区内, 南范I回线两侧的线路保护动作, 本侧5021、5022跳闸, 对侧开关也跳闸, 故障可快速切除。所以3/2开关接线的中开关的TA P1侧应该朝向中开关, 这样减少了中开关和TA之间的保护死区, 对快速切除TA外绝缘闪络是有利的。

3) 以5021TA为例来看TA的二次绕组的套装位置对保护的影响, 图2是500 k V范蠡变的TA的二次绕组的套装位置, 5021TA的二次绕组套装在TA底部和P2之间, 这样的安装位置, 如果5021TA底部发生故障, 则故障点落在5021和TA之间的死区内, 同上所述, I母线保护动作, I母线侧开关全部跳闸, 但是故障不能快速切除, 5022开关和南范I回线仍向故障点P2提供故障电流, 仍需5021开关的死区保护动作, 切除故障, 所以3/2开关接线的边开关TA的二次绕组的套装位置应套在接近边开关的一侧, 以避免在边TA底部发生故障, 使故障点落在开关和TA之间的死区内。

4) 同样的道理, 中开关的TA的二次绕组的套装位置应套在接近中开关的一侧, 以避免在中TA底部发生故障, 使故障点落在中开关和中TA之间的保护死区内。根据以上的分析, 范蠡变的中TA的P1朝向对防止TA外绝缘的闪络事故是不利的, 边TA和中TA的二次绕组的套装位置对防止TA底部故障是不利的, 在TA的外绝缘的闪络和TA底部故障这两个TA典型故障发生时, 不能快速切除故障, 要靠开关的死区保护动作去切除故障, 不仅扩大了事故跳闸的范围, 也延长了故障切除的时间, 对系统的稳定十分不利, 在以后的设计中要注意。

5) 不完整串开关和TA位置对保护的影响。下面以范蠡变第五串为例来分析不完整串开关和TA位置对保护的影响, 如图4所示, 因第五串只有东范线1条线路, 用2台开关和2组TA形成一个不完整串。东范线从I母线侧出现, 从将来的扩建方便考虑, 最方便的是安装I母线侧的边开关和边TA、中开关和中TA, 但是由于中TA在扩建成完整的线线串时要为2条线路的线路保护提供二次绕组, 而500 k V线路保护要使用具有暂态特性的TPY型绕组, 所以完整串的中TA需要4组TPY级的二次绕组, 而边TA只需要2组TPY级的二次绕组, 所以范蠡变第五串安装了中开关5052和边TA——5053TA, 5052开关和5053TA之间安装有很长的过渡期引线, 根据以上分析, 很长的引线和支持绝缘子在5052开关和5053TA之间的保护死区内, 此处一旦发生故障, 500 k VⅡ母线保护动作后, 并不能快速切除故障。所以, 这种安装位置相当于扩大了保护死区, 对系统是不利的。

从缩小保护的死区考虑, 合理的设计方案是安装2组边开关和2组边TA, 如图5所示, 或者安装1组边开关、1组边TA和1组中开关、1组中TA, 如图6所示。这两种方案各有不同的针对性。方案1的特点是扩建时东范线的TA回路、开关跳闸回路、测量控制回路改动较大, 但是缩小了500 k VⅡ母线的保护动作区域, 降低了母线跳闸几率, 对保证接线的完整性是有利的。方案2的特点是扩建时东范线的TA回路、开关跳闸回路、测量控制回路改动较小, 但是扩大了500 k VⅡ母线的保护动作区域, 增加了母线跳闸几率, 对保证主接线的完整性是不利的。但是3/2开关的主接线方式, 单一母线跳闸并不改变系统的电气连接, 在系统联络线较少的情况下, 线路跳闸对系统的影响更大一些。所以, 这两种方案各有使用的针对性。但是无论如何, 都比500 k V现有的第五串东范线的接线要好。

3 结语

方向电流 篇9

在如今这个时代,电可以说是最重要的能源,也可以说整个的日常生活就是由电网所连接起来的。但电也是危险的,不稳定的,如果应用不好就可能引发一系列的灾难与事故。尤其是在高压系统中,如果稍有不甚,就会造成难以挽回的事故。所以对电的保护也是重中之重。电力系统的保护是多种多样的,彼此之间需要紧密配合,以解决精密设备在运行过程中可能发生的多种故障和不正常的运行状态。既要避免发生误动作造成生产事故,又要防止不动作使故障扩大化甚至变成事故。

1 装置简介

Mi COM P127是全数字式一体化方向过电流保护装置,具有强大的控制及数据收集功能、数据获取以及故障、事件记录与故障录波等,通过RS485通讯口,可在配备了Mi COM S1专用软件的PC机上查看、确认以及更改保护装置的整定值。

2 保护原理及设定方法

2.1 三相过电流保护

每个相间过流保护都应有独立的保护段,构成三段式保护阶梯特性。每段可设定方向(正向或反向)或者不带方向。所有保护段都应设有定时限延时特性,以避免误动作。第一段和第二段可以整定成反时限(IDMT)特性曲线中的任意一条。前两段相过电流保护动作是基于基波电流,第三段的相过电流保护可选择动作于RMS实时有效值电流。

IDMT曲线公式及系数:IEC曲线

IEEE曲线

其中:t = 动作时间,T =IEC(曲线时间倍数整定),K=常数,I=测量电流值,IS=电流门槛整定值,L=ANSI/IEEE常数(若采用IEC曲线为零),TD=IEEE曲线的时间刻度整定值,α = 常数。

RI反时限公式:

其中,K =RI曲线系数,在0.1~10之间(步长0.05), I S=电流门槛整定值。

IDMT段有一个可整定的复位计时器,用来和继电器进行分级配合,来减少自动重合闸的死区和给间歇故障留下清除时间。

由于故障电流可能从几个方向流经保护装置所在的位置,为了让过电流保护能够正确动作,那么就必须增加方向判据。过电流保护的方向判断必须有合适的参考量做为极化信号,而系统电压的角度在故障情况下仍然可以保持相对不变,通常可以采用系统电压来做极化量。

2.2 热过负荷保护

由于电阻的存在,电流通过载体必然产生热量,根据公式Q=I2RT可知电流越大产生的热量越多。热过负荷检测可设定为适应电缆和干式变压器保护所要求的单时间常数特性。

其中,t=跳闸时间(当超过过负荷电流I);t= 被保护设备的过热和冷却时间常数;I=最大相电流;IFLC=满负荷时额定电流;k=常数1.05(允许连续运行到小于1.05 IFLC);IP=过负荷前的稳态负荷电流。

跳闸时间的计算公式:

其中,t Trip=跳闸时间,Te=被保护元件的热时间常数,Ix=热过负荷,等于lep/k Iθ>,lep= 和最大相电流的有效值等价的电流值,Iθ>=由国际标准或制造厂给出的满负荷时额定电流值,K=和热状态公式有关的因子,θ=最初的热状态,如果初始热状态等于30%,则θ2=0.3,θTrip=跳闸时的热状态,如果跳闸时的热状态整定为100%,则θTrip= 1。

2.3 负序过电流保护

在对传统的相间过电流保护进行整定时,过电流元件的定值一定要大于最大的负荷电流,但是这会限制元件的灵敏度。大多数的保护方案都是采用接地故障元件动作于零序电流来提高接地故障的灵敏度。不过仍然有一些故障不能被这些保护方案检测到。

所有不平衡的故障状态都会产生一定幅值的负序电流。所以,相间负序过电流保护可以动作于相间故障和接地故障。对相间负序过电流进行保护能够提高相间经电阻短路的灵敏度。但在一些情况下,由于电力系统的接线方式并不一样,也可能检测不到零序电流,比如位于星-三角变压器的三角侧的接地故障保护就不能检测到星形侧的接地故障。但是无论发生什么故障,在变压器的两侧都会出现负序电流。所以,应用相间负序过电流保护可以做为延时后备保护。比如说在采用熔丝保护的旋转电机中,熔丝的熔断就会产生大量的负序电流。这对电机来说是非常危险的状态,因为两倍频率的负序电流产生的热量很大。这种情况下可采用相间负序过电流保护做为专用的有效的电机后备保护。所以如果系统中出现负序电流,就要有报警信号,提醒运行人员检查出现不平衡的问题。

3 结束语

本文通过辽阳石化研究院新上的淤浆法项目的10k V高压柜上的Mi COM P127方向过流保护装置,对三种过 流保护的 原理及应 用进行阐述,其中一些公式中的常数是由厂家及院内工程师经实际调试得出,有很大的指导意义。

摘要：通过辽阳石化研究院新建装置配套10k V高压柜上的Mi COM P127方向过电流保护装置,介绍了方向过电流保护在高压系统中的实际应用及功能实现。