电气自动化中电气接地及电气保护技术.docx

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1、摘要随着科学技术快速的发展，很多高档建筑物中多了很多自动化高科技的设备，这些建 筑被称为智能建筑，其中电气自动化是楼宇智能化系统中很重要的部分。本文首先介绍了 当今社会电气自动化在楼宇智能化中应用的现状，然后对电气接地的两种系统进行了分 析，最后对接地工作和保护形式做了进一步的研究来提高智能化和节能化。并从电气自动 化的主变压器电气保护的现状出发，从高频方向保护、零序电流方向保护以及差动保护等 方面对主变压器电气保护设计与电气配置进行了探讨。关键词：电气自动化，接地，电气保护技术第1章前言楼宇智能化系统也叫建筑设备智能化系统，能自动对建筑内部的环境安全用电设施进 行监控，是智能建筑中必不可少的

2、一个重要部分，人们的舒适生活也少不了楼宇智能化系 统。其主要部分电气自动化主要负责电力系统的运行和自动控制，通过自动化控制帮助人 工操作的繁琐。现在的建筑设备主要有采暖照明设备还有变压配电设备，在保证安全的条 件下就可以通过电气自动化的控制能有效的进行对能源设备的高效利用。随着住宅小区建设的需求量大大增加和房地产业的快速发展，人们对住宅的要求越来 越趋于智能化的建筑，电气自动化系统是楼宇智能化的核心内容，智能建筑中的空调系统 制冷机组给排水变电设备系统都是通过电气自动化系统进行控制的。在办公室现场可以布 置控制灯光，在人员流动性较大的地方安置人体感应控制，做到无人关灯，还可以安装电 动窗帘，挡

3、烈日的同时控制了室内的温度节约了空调的利用，所有的卫生间的照明空调抽 风也可以自动感应进行控制，通过应用这些自动化设备，保证了员工工作的方便，也同时 提高了员工的工作效率节约了能源。在公共通道大厅还有公园等一些公共场合，定时控制 灯光开关，当自然光变暗时，光感自动泛光照明，在出现消防报警时，可以自动发出强光 启动紧急照明控制，进而实现了楼宇智能化设备管理的自动化，也起到分散控制、自动管 理、节约能源的作用。现阶段，一些商业建筑特别是星级酒店已经作为了多功能服务的高 档场所，为了吸引更多商户，酒店更应该从客户的需求角度考虑规划，通过提高建筑的多 方面设施的智能化，采用先进的智能化技术，赢得更多的

4、盈利机会。第2章 电气接地和保护技术梗概2.1 电气接地系统TN-S 系统根据TN-C系统的一些弊端，通过接入一根P E线来强化三相四线成为三相五线制的 接地系统，中性线和保护接地线共同实现接地，工作中，各个线之间分开工作，不会相互 干扰，零线PE线平时不带电，专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关，从而保 证了电气设备金属外壳上不会出现电压，在发生电流故障时通过故障电流，设备外壳带电, 保护零线中有故障电流经过，形成的回路阻力小短路电流大能使保护装置迅速切断电流， 起保护作用。所以TN-S接地系统具有很高的安全可靠性。在智能化楼宇系统中，单相用 电设备很多，所以自带负荷重，三相负荷通常也

5、不够平衡，TN-S系统适用于设有变电室的 建筑物，但是在设置电位上互不干扰的接地系统也是比较麻烦的。2.1.1 TN-C电气接地系统TN-c是三相四线制的电气接地系统，通过三根火线和一根保护中性线接地，其中的 PNE线同时起着PE线和N线的作用，所以节省了一根导线，其中中性线与保护接地线合 二为一，多用于较早的低压配电系统。当电流通过PNE线时，电流不平衡会造成外壳电压 过低，在智能化楼宇系统中，每一个变配电设备的负荷较大，当缺少相应的PE线时，PEN 线在无人看管的状态下中断就会造成电击和火灾危险。而且在tn-c系统中没有安装剩余电 流保护器，没有屏蔽措施而检测不出电流发生故障。因此，考虑到

6、智能化楼宇系统很容易 收到电磁波磁场的干扰，应该在精密的电子设备中设有防静电，在电流交换系统中做好接 地。2.1.2 TN-C-S 系统TN-C-S系统是TN-C和TN-S两个接地系统的结合，这个系统一把应用在智能化楼宇 系统的变电所供电的场所，TN-C系统用在系统进入用户之前，在进户处做重复接地，检 查负荷情况，TN-S用在系统进入用户之后，中性线与保护接地线不能有任何电气连接，两 个系统以保护接地线和中性线为界限，楼宇智能建筑使用TNcs系统虽然不能消除设 备对地的电压但是也能大大降低因电压大小负载不平衡的影响。通过系统和TN-C和TN-S 系统的相互结合利用，只要接地引线，各自接线都有各

7、自的引出点，不仅减少了外界电磁 场的干扰还提高了设备的稳定性安全性也降低了能源和人员的利用率。2.2 楼宇智能化电气保护直流工作与交流工作直流工作接地应用了横截面积较大的铜芯绝缘电子自动化设备，电子设备通过一端直 流接地，另一端直接与基准电位连接。在智能化楼宇系统中，有很多高科技智能化电子设 备，比如说计算机通讯设备，都是通过互联网进行工作，这些电子设备需要进行带电子的 输入传出信息的控制，所以要通过直流工作的准确供电来保持电流的稳定性和准确性。特 别注意的是直流工作不能与保护线和中性线相接地。交流工作接地主要是将电气自动化系 统中的特殊设备与大地直接相连接，变压器中的中性线必须为铜芯绝缘线并

8、且接地，中性 点接地能够确保三相电压变得平衡避免电压的不稳定偏移使得继电保护更加精准可靠。2.2.1 防雷保护接地以防雷为目的的接地就是防雷接地，在智能化楼宇系统中防雷设备一般设置在建筑物 的顶端，内部设有受雷装置，引下线和接地线三个装置，楼宇内的大量电子通信设备还有 监控办公自动化系统接地都会受到雷击的干扰，一旦遇到雷击，信息系统的运行就会中止 甚至会导致整个电子系统的损坏，所以设置防雷接地系统是很有必要的，应按一级建筑物 的防雷措施进行设计，自然导体的防雷接地的引下线利用整个楼宇中的各楼层钢筋与大地 相连接，楼内屋面金属构件和外墙所有的金属构件都应该与防雷系统连接，这样可以有效 的防止雷击

9、对室内设施的影响。2.2.2 防静电保护措施防雷接地保护并不能做到有效的屏蔽与防静电保护，人们在室内走动摩擦以及一些设 备的使用都会产生静电，都会造成电子设备的损坏，所以我们要利用更高的措施来屏蔽外 界对设备的电磁干扰。屏蔽与防静电的接地保护是将设备的外壳与中性线想连接，通过设 备外壳和设施与保护接地线可靠连接使接地电阻尽量降低，同时屏蔽室内的多个静电部位 和电子管路。随着科学技术快速的发展，很多高档建筑物中多了很多自动化高科技的设备，这些建 筑被称为智能建筑，其中电气自动化是楼宇智能化系统中很重要的部分。总而言之，楼宇智能化通过多种学科技术的相结合在当今房地产业的研究开发越来越深，随着对楼宇

10、智能 化技术的广泛研究，电气自动化的地位也日益加重，电气自动化的合理应用带来了楼宇智 能系统的稳定运行自动控制，我们应当继续创新，对电气自动化技术提升改造，促进我国 国民经济的发展。3、电子自动化电气保护设计与配置分析在中国经济快速发展的今天，资源使用和环境的保护成为了加快工业现代化进程必须 注意的问题。水电事业能够缓解能源供应紧张的问题，同时还能够缩小城乡之间的差距， 带同其他产业的共同发展。但是在楼宇电气自动化的主变压器运行中要注重电气保护的设 计与配置问题，才能够使主变压器正常的运转，发挥最大的功效。3.1 楼宇电气自动化主变压器电气保护存在的问题根据我国楼宇电气自动化的设备运行情况，使

11、用小型机组的楼宇电气自动化数量居 多，而且发生事故的概率非常的高。由于楼宇电气自动化的电气设备的结构比较复杂，一 旦发生故障就很难处理，而且维修费用和检修难度都很大。主变压器的运行故障主要包括 匝间短路、单相短路以及相间短路等。在我国目前的楼宇电气自动化主变压器的保护中一 般采用差动保护和瓦斯保护的方式，所以为避免楼宇电气自动化电力系统运行出现偏差以 致出现严重的设备意外事故，必须采取一定的手段来保证操作安全，对变电设备进行定期 检修。以往传统检修的方法一般是纠正检修与周期检修，由于周期性检修不是依照设备现 实的操作状态进行的，它要求“到期必修”，因此往往造成设备常处于不健康状态，降低 了设备

12、可用率，而当进行第二次检修前，认为时间周期未到，使检修不能及时开展，设备 几乎长期处于不健康状态，寿命缩短明显。纠正性检修实现不了 “在控”设备状态，一般 出现事故，后果将非常严重。此种现象导致用电的客户和电力系统都遭到巨大的损失。很 明显随着现代科技的发展，传统检修已经达不到用户要求了。状态检修策略在遭遇到上述 种种情形之后，应用而生。3.2 楼宇电气自动化主变压器电气保护的配置要求在常规的电气保护当中，微机保护是最有效的保护措施。微机保护系统主要构成包括 微机系统、模拟量输入系统、以及信号接口等组成。随着微机保护采取的工艺方式不断更 新，所以在运行中的可靠性以及安全性都有很大提高。比传统的

13、电磁型保护、整流型保护 在功能的应用上有着无可比拟的前景。由于在硬件的结构上没有明显的差异，所以只需要 将程序稍加变动就可以改变系统保护功能。在岁电站主变压器的电气保护配置中，微机保 护装置在运行中有以下要求：适用于220KV以上的高压电压网络线路，可以实现集中保 护以及后背保护的作用，在一些大中型的电机组能够实现独立工作，完成双重化的保护任 务。可以进行远程的通讯功能。工作人员运用远程的通讯可以随时监控保护系统的工作 状态，能够快速及时的进行数值的处理、调用、更改，在系统运行的管理上提供了很大的 便捷。能够自动检测出故障的位置。对于保护系统装置的安全运行起到了保障的作用， 在系统装置的检测周

14、期上可以有效地进行延缓，而且减少了不必要的检测手段。3.2.1 主变压器差动保护主变压器差动保护可以将集主保护与后保护于一起的功能实现。主要控制组成是第一 条通道有比例制动元件、励磁涌流检测以及过励磁检测通过与门和或门产生的跳闸反应。 另外一条是由差电流速断直接作用于或门引起的跳闸反应。采用比率制动元件额可以在很 大程度上提高保护的灵敏度，可以防止由于外界因素导致的电流突增的的动作保护。通过 对励磁涌流元件判别可以用来闭锁比率制元件。电力变压器在运行的过程中主要有以下几种状态：正常状态、异常状态、注意状态以 及严重状态四种。电力变压器的构成比较复杂，所以在运行的过程中出现故障的几率比较 大，而

15、且引起故障的原因有很多种。一般的内部故障包括放电故障和绝缘故障等，对于内 部故障是可以通过定期的检修和检测诊断出来的，属于潜伏性的故障，可以通过一些手段 排除这些故障发生的可能性。目前的诊断系统主要是根据油中气体的分析，但是这种检测 手段在实际的使用当中还是存在一定的缺陷，所以对于电力变压器状态的分析要从多方面 考虑，包括吸收比、介质损耗、油耐性等性能参数。电力变压器检测的方法要从以下几个 方面进行：原始资料。包括出厂试验报告以及交接验收报告等；检修资料。包括变压器运 行的状态报告以及诊断报告等；运行资料；包括检测的数据报告以及运行的工况等。为了保证电力变压器的安全稳定性，将变压器的各个状态量

16、划分成不同的等级，并设置相应的 权重。在电力变压器的状态评估的过程中要对部件以及整体都要进行评估，同时还要具备 查询和浏览的功能，实现各单位的信息共享，并能够输出所需要的报表。3.2.2 母线差动保护在进行母线差动的时候一般利用计算机进行数学计算，能够快速准确的实现带比率制 特性的差动原理以及复试比率的差动原理。在稳态比率差动元件中的动作判距为： XljIacdz.YljKYlj o其中k为比率制动系数。在抗过渡电阻的保护中，为了减少功 角关系额影响，一般采用工频变化比率差动元件，其动作判距为： AE7/- ADI + DIcdzd , AZ；/- KEMj o其中K代表为工频变化量比例制动系

17、数。由于母差 保护的运行方式以及技术等都相对来说比较薄弱，但是自身具有通讯接口，这就可以实现 远程的监控、信息的远传等功能。对于完全分散式的变电站可以采用分散式的母差保护， 在设备的安装时，可以将母差保护的装置安装在开关设备的旁边，通过对数据的收集和处 理，实现微机型的母线差动保护作用。3.3 主变压器电气保护设计与配置分析距离保护的振荡闭锁振荡闭锁是为了在系统装置中距离保护出现了问题，用手动或者自动装置减少装置前 端的负荷，保持了系统的完整性。由于微机保护中留有距离保护的功能，所以在运行中如 果保护被闭锁，距离保护会起到作用，将保护闭锁进入到振荡闭锁的状态中。观察几秒钟, 如果振荡消失，才能

18、重新开放系统的保护。在判断系统是否为振荡时，可以用过流元件的 3ZJ的判距作比较，如果它先行性动作，其他的故障反应就不会引起跳闸。3.3.1 高频方向保护由于距离保护和零序电流保护在功能上存在一定的局限性，不能进行全线路的保护。 高频纵差保护实现了全线路上的功能保护。在方向元件上的选取要有一定的根据，负序 和零序方向上的元件一般不采用，正确的选取元件才能进行各种方式的方向保护。在传统 的保护系统中常采用距离元件和零序元件相结合的方式进行工作，反映出高频距离保护的 故障。但是在系统的运行中存在振荡现象，所以需要在振荡闭锁关闭以后才能运行。在高 频保护中虽然可以进行开放式的工作方式，但是要注意快速

19、的高频保护所引起的延时作 用。在选取起方向元件的时候一般采用工频变化量方向的元件继电器，在危机高频方向的 保护中发挥了很大的作用，所以被广泛的使用。3.3.2 零序电流方向保护在主变压器电气保护中对于保护元件的选取很慎重，零序电流保护由于具有操作简 单、安全可靠以及抗过渡电阻能力强等特点，在电气保护中有着广泛的应用前景。电气微 机保护中采用自产的3U0,要根据工作运行的情况，一般在PT断线时改用这种形式。由于 在工作中零序方向的接线方式存在一定的弊端，给工作的运行带来很大的麻烦。但是自产 的3U0解决了这种问题的发生。在实际运行中3U0的回路会影响到自产3U0,互感器的二 次和三次没有进行划分，所以在系统运行中要将二、三次的线分开，系统才能正常的运行。 在PT断开的时候，距离保护和高频保护都要退出运行，零序方向也不能正常运作，所以 要有保留无方向的零序电流保护和一相电流保护才能保护线路的正常运作。4结论综上所述，随着经济的快速发展，电力系统的不断更新对变压器电气保护提出更高的 要求。为了满足我国楼宇电气自动化主变压器的电气保护的需求，就要不断测试其性能以 及提高继电保护装置。智能化、计算机化、网络化的继电保护技术将会运用到实际中来， 使电力系统能够安全、可靠、经济的运行，微机保护的安全可靠性能满足可超高压电网的 要求。