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电力系统继电保护,第1章 绪论,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.1 继电保护入门 层层叠叠的保护 继电保护 继电保护装置 事故,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.2 电力系统发生故障的可能性 单相接地短路 单相接地故障（非短路） 两相（接地）短路 三相短路 各种故障的可能性 瞬时性故障,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.3 电力系统发生故障以后的危害 故障设备 非故障设备（引起发热等）发热和电动力的作用 用户电能质量得不到保证 稳定问题,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.4 继电保护的基本原理 过电流特征 低电压特征 阻抗特征 电流节点定律 故障分量（序分量和突变量）,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.5 继电保护“四性”,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1. 选择性,2. 灵敏性,3. 速动性,4. 可靠性,1.6 保护习惯常用语 正方向/反方向 误动 拒动 区内、区外故障 保护区内、区外 死区 二次设备 主保护、后备保护 近后备、远后备,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.7 继电保护分类： 1 按照职能分 线路保护 主设备保护 2按发展阶段分 电磁型 整流型 晶体管型 （集成电路）微机保护 数字保护 3其他说法 相间短路保护，接地短路保护、主保护、后备保护、故障类保护、非故障类保护等,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,1.8 继电保护的作用和意义 1作用： （1）避免引起故障设备进一步损坏 （2）防止事故进一步扩大 （3）缩小停电事故范围 （4）提高电力系统稳定性 2意义： （1）没有继电保护就没有电力系统的今天 （2）是电力系统安全运行的保证 （3）为电力系统发展提供了可能性 （4）改善了电力系统的稳定性,电力系统继电保护 （第1章 绪论）,第2章 电网的电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.1 电流系统故障的特点,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,故障的特征量电流的跃变,2.2 如何检测电流,电流继电器 电流继电器的特点,正常时打开，短路时，电流很大，则接点闭合，从而判断故障发生，清除故障 电流继电器的重要参数：,动作电流Iop,返回电流Ire,返回系数Kre=Ire/Iop Kre1,2.3 电流的三断式电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,引入线路电流定值的选定举例图 图中设线路末端短路电流1000A,如电流继电器定值低于1000A 选择性如何保证,整定都是以选择性为前提条件整定的,如电流继电器定值高于1000A 灵敏性如何保证,在选择性和灵敏性出现矛盾时，选择性是首要的,2.3.1 电流速断保护(I 段),电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.1 整定,Iset=Krel Id.max Krel=1.21.3 考虑的因素:,3. 最大的运行方式 当动作电流确定后,在本回线中有一保护区,但无法保护线路的全长,2.最严重的故障类型(三相短路),1 故障位置线路末端短路(下一回出口处短路),电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.2 动作时间,理论上 0s 实际上 10-50ms,如最小的保护区15%线路长度 则值得保护,用最小保护区来衡量 两相短路 最小运行方式,2.3.1.3 灵敏性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.1.4 评价,优点:-简单可靠 缺点:- (1) 灵敏度问题 (2) 受电力系统的运行方式影响非常大,- 可将电流整定点考虑在变压器的低压侧 - 终端用户,2.3.1.5 保护全长的可能性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.3.2.1 整定,Iset.2=KrelIset.1 Kk=1.1-1.2 问题:有没有考虑运行方式/故障类型的因素,速动性 t=0.5S - 等待时间 考虑因素:,2.3.2.2 动作时间,2.3.2 限时电流速断保护(II 段),电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,考虑因素: (1) 1号继电器固有的动作时间(比理论慢) (2) 2 号继电器的提前动作 (3) 1号断路器动作时间 (4) 2号保护的返回时间 (5) 一定的时间裕度 2.3.2.3 灵敏性,2.3.2.2 动作时间,- 反应线路上的所有故障 最轻微故障 线路最末端 最小的运行方式,Ksen=Id.min/Iset” Ksen=1.31.5,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,主保护限时电流速断+电流速断 电流速度 t=0S 限时电流速断动作 t=0.5S 一旦灵敏度不足时,本回线的限时电流速断可和下回线的限时电流速断配合 本回线路限时电流速断保护区不伸出下回线路限时电流速断保护区 Iset2”=Krel”Iset.1” t2=t1+0.5S 2.3.2.5 其他,2.3.2.4 评价,三段式电流保护主要用在35KV的辐射形网络上 本回线任何位置故障可速断切除的例子 整定电流保护首要考虑的是“选择性” 限时电流速断牺牲“速动性”以换取“选择性”和“灵敏性”,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,确保正常时,电流继电器不启动,一旦它动作,则线路上必有故障,Iset=KrelKss/KreIL.max Krel=1.15-1.25 Kss 自启动电流系数 为了保证当下回线路短路切除后,本回线路电流III段的电流继电器能自动返回,不会受到电动机同时启动时很大电流的影响 Kre 返回系数 为了保证区外短路故障切除后,使继电器可靠返回 问题:为什么I/II段的整定计算中没有考虑这些因素?,从用户端开始相互配合,按t级差增加延时,2.3.2.2 动作时间,2.3.3 定时限过电流保护(III 段),2.3.3.1 整定,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,Krel11.3-1.5 Krel21.2 定时限过电流保护躲开正常的最大负荷电流整定,因此线路上即使很远的地方发生故障,它都会启动 它不仅要保证本线路故障切除有一定的灵敏度,而且要保证下回线路故障切除也有一定的灵敏度,选择性自然满足 即:本线路的III段保护区不会超出下回线路III段电流保护区,2.3.3.4 选择性,2.3.3.3 灵敏度,近后备(本线路) 远后备(下回线),2.3.3.5 后备作用,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,提高了保护的速动性 对下回线路的反应更灵敏 但整定配合比较困难 定.反时限之间更难配合,不建议采用.,2.3.5.1 保护配置 2.3.5.2 时序图,2.3.4 反时限特性的电流保护,2.3.5 三段式电流保护的保护配置,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,1 35KV故障特点 存在不同线路上的两点接地故障 三相式电流保护可能同时切除两回线 若只切除一回线,则线路供电可靠性大大提高. 2 二相式 2/3机会只切除一回线情形； 2/3机会选择性情形 3 问题 有可能会越级切除故障,电力系统大小运行方式和保护的大小运行方式说明,2.3.6 二相式电流保护,2.3.7 其他,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.1 问题的提出 三段式电流保护在双电源网络上的问题无法同时满足灵敏性和选择性问题,2.4 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.2 功率方向继电器,2.4.2.1 原理 P=UICos 0 正前方发生故障 0 反方向发生故障 显然,不能用简单的潮流功率来替代上述功率,2.4.2.2 引入内角 设计功率方向继电器 满足:正前方发生三相短路或二相短路时P0 反方向发生三相短路或二相短路时P0,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.3 功率方向继电器的接线方式90 接线方式,A: IA UBC B: IB UCA C: IC UAB,设计: PjA=IAUBCCos(jA+ ) PjB=IBUCACos(jB+ ) PjC=ICUABCos(jC+ ),问题:只有在发生三相短路时才有很小的电压死区,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.4 选择合适的内角- ,1 正前方三相短路K(3),线路阻抗角 l 0,90 JA = l 90 因此 A相有: PJA=IAUBCCos(jA+ A)0 得到:00 得到:00 得到:0 C90 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2 正前方二相短路K(2) 考虑两个极端 (1) 距离继电保护装置很近处故障 (2)距离继电保护装置相当远处故障,近处发生二相短路 不失一般性,假定故障发生在BC相出口处 A相: IA=0(设故障前空载) 不动作 B相: 近处故障 UCA非常大 线路阻抗角 l 0,90 JB = l 90 PJB=IBUCACos(jB+ B)0 得到:00 得到:0 C90 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,(2) 远处发生二相短路(远至系统电压和保护安装处电压几乎相同) 不失一般性,假定故障发生在BC相 A相: IA=0(设故障前空载) 不动作 B相: UCA非常大 线路阻抗角 l 0,90 JB = -(180-60-l )= l120 PJB=IBUCACos(jB+ B)0 得到:300 得到: -30 C60 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,3 反方向发生三相和二相短路 考虑 由于系统电势相角基本系统,因此电流和正前方发生故障相位基本相反.因此满足1 2 分析的 此时都能保证P0 而不动作.,4 结论 30 60 含意: 任何线路,无论正前方发生何种故障,只要选用30 60 的功率方向继电器,都能正确判别方向 实际一般有二种内角的功率方向继电器30 45 ,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.4.5 评价,1 功率方向继电器的灵敏性 PPo 启动功率 Po 越小,它的灵敏度越高 有时需要注意和电流III段灵敏度的配合 在同样的故障电流下：不同的故障类型反应能力可能不同。不同的故障位置可能也不同。,2 功率方向特性曲线 UJ=Po/(IJCos(J+ ) - 表证功率方向继电器的工作特性 希望功率方向继电器都工作至UJ最小的时候,最灵敏 灵敏角定义: sen=- ,3 接点竞争问题（如正常时功率方向接点闭合时发生反方向故障） 4 死区问题 三相短路时有死区 5 能不用的地方尽量不用 一般三段式电流保护用于特别是35KV以下线路.而其经常为解环运行,所以双电源的情况遇到得越来越少,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.5.1 原理 反应 3Uo； 信号； 2.5.2 整定 2.5.3 延时 2.5.4 选择性 3Uo本身无选择性无法区分故障发生在那一回线 采用 1 拉闸 2 故障选线装置 2.5.5 故障选线装置 1 零序电容电流原理 2 高次谐波方式 3 叠加式,2.5 中性点非直接接地系统中单相接地故障保护,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.1 问题的提出 序分量从无有,故障特征更明显 接地短路性故障占故障的绝大部分.对接地故障能灵敏地反应,就保证了对绝大多数故障的保护.,2.6 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护,2.6.2 接地故障的特点 我国 110KV以上的系统均为大电流直接接地系统 1 从3Io的获取角度 2 从零序网络结构 3 从运行方式 4 从故障类型 负序电流没有优势,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3 三段式零序电流保护,2.6.3.1 零序电流速断（I段） 1 整定 原则：零序速断（I段）保护范围不应超出本线路的末端 a） IsetI=KrelI*3Io.max 故障点发生在本线路末或是下回线路始端 故障类型单相接地或两相接地 并选择两者的最大值 运行方式最大运行方式（实际变化很小） b) IsetI=KrelI*3Io.unb 由于三相不同期合闸产生的纵向不对称会产生零序电流 c） IsetI 按照躲过单相重合闸期间（非全相运行）可能出现的最大零序电流整定,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,由于第三个条件会严重地降低灵敏性，考虑 设置两个零序电流I段保护 （1） 灵敏I段(单相重合闸期间闭锁） 考虑 a）b） t0“ 或考虑 a） t0.1” (2) 不灵敏I段 考虑 c）实际已考虑(a)(b) t=0 2 动作时间 t0或0.1“ 3 我国的电力系统稳定问题,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3.2 限时零序电流速断（II段） 1 整定 本回线路的限时零序电流速断的保护范围不超出下回线的零序电流速断范围 Iset.2II=KrelII / Ko.b* Iset.1I 2 动作时间 t0.5” 3 灵敏性 Kre1.5 故障点发生在本线路末 故障类型单项接地或两相接地 并选择两者的最小值 运行方式最小运行方式（实际变化很小）,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.3.2 零序过电流（III段） 1 整定 躲开本回线路末端发生的相间短路时所出现的最大不平衡电流 IsetIII=KrelIII* Iunb.max 同时必须满足： Iset.2III=KrelIII / Ko.b* Iset.1III Ko.b在相邻线路零序III段保护范围末端发生接地故障，故障线路中零序电流电过过本线路中零序电流之比。 2 动作时间 t2t1+0.5” 3 灵敏性,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.4 零序功率方向继电器,2.6.4.1 要求 正方向发生接地故障 动作 背后发生接地故障 不动作 2.6.4.2 灵敏角 保护安装处背后的零序阻抗角，约在70 零序方向继电器 内角 =110 灵敏角 sen110 通过交换极性，生产厂家提供功率方向继电器 内角 =70 灵敏角 sen70 无论如何：以现场判定正方向的故障能动作为准 2.6.4.3 接线正确性保证 可采用自产零序。,电力系统继电保护 （第2章 电网的电流保护）,2.6.5 评价,1 灵敏度较高 2 绝大多数为接地故障，因此作用明显 3 受电力系统运行方式影响小 4 无死区 5 振荡时不发生误动 6 零序功率方向继电器方向反应的是背后系统的零序阻抗角，在发生故障时保持不变 7 零序功率方向继电器接线复杂，容易接错 8 整定计算复杂,第3章 电网的距离保护,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.1.1 距离保护的引入 特点：保护安装点到故障点的短路阻抗不变 3.1.2 三段式距离保护整定 1 距离I段-其保护范围本回线末端 ZsetI=KrelIZAB 2 距离II段 本回线路的保护范围不伸出下回线的I段保护区 Zset.2II=KrelII ( ZAB+ KrelIZBC） 3 距离III段 躲开正常运行时的最小负荷阻抗整定,3.1 距离保护的原理,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.1.3 阻抗继电器 3.1.3.1 对阻抗继电器的要求 线路阻抗角 过渡电阻 负荷阻抗 3.1.3.2 具体的阻抗继电器 如图 AZsetIm BUm |A| |B|比幅式 |Zm| |Zset| 如图 C=Um+ZsetIm D=-Um+ZsetIm |arc(C/D)| 90 比相式 |arc(Zm+Zset)/(Zset-Zm)| 90 比相式和比幅式具有相同的阻抗平面特性,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.1.3.3 理论依据 已知 A B C=A+B D=A-B 当|A|B| C D 夹角90 3.1.3.4 阻抗继电器的实现 1 全阻抗继电器 1）比幅式 2）比相式 3) 特点： 没有方向性；躲过渡电阻的能力强,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,2 方向阻抗继电器 1）比幅式 |Zm-1/2Zset|1/2Zset| |Um-1/2ZsetIm|1/2ZsetIm| A=1/2Zset B= Zm-1/2Zset 2）比相式 C=A+B=Zm D=A-B=Zset-Zm |arg(C/D)| 90 或|arg(D/C)| 90 3）特点 存在死区,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3 具有偏移特性的阻抗继电器 设偏移度为 （一般515之间） 1）比幅式 |Zm- (Zset-Zset)| |Zset+Zset| 2）比相式 很容易得出比相式的表达式 4 最期望的阻抗继电器特性 没有死区又有方向性的保护特性,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.1 接线方式 0 度接线方式 相间距离： AB 相 UmAB =UA-UB; ImAB =IA-IB BC 相 UmBC =UB-UC; ImAB =IB-IC CA 相 UmCA =UC-UA; ImAB =IC-IA 接地距离： A 相 UmA =UA; ImA =IA+ K3Io B 相 UmB =UB; ImB =IB+ K3Io C 相 UmC =UC; ImC =IC+ K3Io,3.2 阻抗继电器的接线方式,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.2 相间阻抗继电器的性能分析 3.2.2.1 三相短路K（3） AB相 ZmAB= Z1 BC相 ZmBC= Z1 CA相 ZmCA= Z1 -用保护安装处到故障点的正序阻抗Z1来反应距离 3.2.2.2 二相短路K（2） 不失一般性 设BC相短路 BC 相 UBCZ1IBZ1IC ZmBC= Z1 AB相 ZmAB Z1 由于UAB很高，IA0 CA相 ZmCA Z1 由于UCA很高，IA0,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.2.3 二相接地短路K（1.1） 不失一般性 设BC相接地短路 用序网络分析法分析： U1=Ud1+Z1I1 U2=Ud2+Z2I2 U0=Ud0+Z0I0 BC 相 UB=a2U1+aU2+U0 =a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0+(a2Ud1+aUd2+Ud0) = a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0 = Z1(a2I1+aI2+I0-I0)+Z0I0 = Z1(IB-I0)+Z0I0=Z1IB+(Z0-Z1)I0 UC= Z1Ic+(Z0-Z1)I0 UBC=UB-UC=Z1(IB-IC) ZmBC=Z1,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,AB相 ZmAB Z1 由于UAB很高，IA0 CA相 ZmCA Z1 由于UCA很高，IA0,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.2.4 单相接地短路K（1） 不失一般性 设A相接地短路 AB相 ZmAB Z1 由于UAB很高，IB0 BC相 ZmBC Z1 由于UBC很高，IB0，IC0 CA相 ZmCA Z1 由于UCA很高，IC0,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.3 接地阻抗继电器的性能分析 3.2.3.1 单相接地短路K（1） 不失一般性 设A相接地短路 用序网络分析法分析： U1=Ud1+Z1I1 U2=Ud2+Z2I2 U0=Ud0+Z0I0 A相 UA=U1+U2+U0 =Z1I1+Z2I2+Z0I0+(Ud1+Ud2+Ud0) =Z1I1+Z2I2+Z0I0 = Z1(I1+I2+I0-I0)+Z0I0 = Z1(IA-I0)+Z0I0=Z1IA+(Z0-Z1)I0 =Z1（IA+(Z0-Z1)/Z1I0) =Z1（IA+K3I0) K=(Z0-Z1)/(3Z1)=Const ZmA=Z1 B相 ZmB Z1 由于UB很高，IB0 C相 ZmC Z1 由于UC很高，IC0,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.3.2 三相短路K（3） A相 ZmA= Z1 B相 ZmB= Z1 C相 ZmC= Z1 3.2.3.3 二相短路K（2） 不失一般性 设BC相短路 A相 ZmA Z1 由于UA很高，IA0 B相 ZmB Z1 由于UB很高 C相 ZmC Z1 由于UC很高,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.3.4 二相接地短路K（1.1） 不失一般性 设BC相接地短路 用序网络分析法分析： U1=Ud1+Z1I1 U2=Ud2+Z2I2 U0=Ud0+Z0I0 B 相 UB=a2U1+aU2+U0 =a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0+(a2Ud1+aUd2+Ud0) = a2Z1I1+aZ2I2+Z0I0 = Z1(a2I1+aI2+I0-I0)+Z0I0 = Z1(IB-I0)+Z0I0=Z1IB+(Z0-Z1)I0 Z1(IB+K3I0) ZmB=Z1 C 相 同样分析可得 ZmC=Z1,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,A相 ZmA Z1 由于UA很高，IA0,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.2.4 正确测量的阻抗继电器总结 只有故障相的继电器可以正确测量距离 故障相应理解为故障回路，而不是一般意义上的故障相。 表格：能正确测量的阻抗继电器 数字保护经常采用选择故障相的方法来减少CPU的运行负担,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.3.1 问题的提出 方向阻抗继电器，比相式： C=Um D=ZsetIm - Um |arc(C/D)| 90 或|arc(D/C)| 90 保护安装点出口处发生故障时 Um0 无法比相 死区是由于Um的消失而产生的。 如果Um不消失则问题就可能解决,3.3 具有记忆作用的方向阻抗继电器,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.3.2 Um 方向的分析 以K（2）为例 Um的方向和Um0相同 C=Um0 D=ZsetIm - Um 3.3.3 Um0 方向的实现 a）Um较大时， Um起主导作用 b）引入非故障相电压 c）近处三相短路时，无死区 A) 如图 R5很大，XcXl 分析：三相短路，谐振回路记住了故障前的相位 分析：二相短路，非故障相电压产生的电压方向和Um相同 Ipj(Xl/Rp)*IR5 B) UBC.m0=UBC+UAe-j90 C) 数字保护中采用故障前的记忆电压,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.3.4 具有记忆作用的方向阻抗继电器性能分析 3.3.4.1 正前方发生故障 如图 Im=E/(Zs+Zm) Um=ZmIm=(Zm/(Zs+Zm)E arg(C/D)=arg(Um0/(ZsetIm-Um) =arg(Zm+Zs)/(Zset-Zm)+arg(Um0/E) Um0和E基本同相： arg(Um0/E)0 | arg(Zm+Zs)/(Zset-Zm) | 90 偏移特性园,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.3.4.2 反方向发生故障 如图 Im=E/(Zs+(-Zm) (Zs含线路阻抗） = E/(Zm-Zs) Um=ZmIm arg(C/D)=arg(Um0/(ZsetIm-Um) =arg(Zm-Zs)/(Zset-Zm)+arg(Um0/E) Um0和E基本同相： arg(Um0/E)0 | arg(Zm-Zs)/(Zset-Zm) | 90 上抛特性园,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.4.1 戴维南叠加原理 3.4.2 保护原理 Uop= Um- ImZset Uop有明确的物理观念：保护范围末的故障分量电压 动作方程： | Uop | |UE0| 正常时：|UE0| |E| 因此动作方程可表达为： | Uop | |E|,3.4 工频变化量距离保护,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.4.3 保护性能分析 3.4.3.1 正前方保护区外故障 3.4.3.1 保护区内故障 可见为以Zset整定的 Uop：保护范围末的故障分量计算电压 没有死区 3.4.3.1 背后故障 具有方向性,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.5.1 距离I段 距离I段-其保护范围本回线8085 ZsetI=KrelIZAB 3.5.2 距离II段 本回线路的保护范围不伸出下回线的I段保护区 以双回线为例： Zset.2II=KrelII ( ZAB+ KrelIKb.minZBC） 3.5.3 距离III段 躲开正常运行时的最小负荷阻抗整定 全阻抗 方向阻抗灵敏度更高 有时用过流保护替代 3.5.4 精工电流的概念 在数字保护中一般都满足,3.5 再谈距离保护的整定,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.1 振荡的原因和特点 3.6.1.1 原因 重负荷、长线路 短路大扰动、其它小扰动 系统一侧功率过剩，另一侧不足 稳定裕度太小 3.6.1.2 特点 相当于振荡中心三相短路 三相仍是对称 振荡过程是缓慢的 一般指没有故障的振荡,3.6 距离保护的振荡闭锁,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.2 振荡电压和电流的变化规律 3.6.2.1 振荡中心处 设|EM|=|EN|=|E| =0 U= E I=0 =180 U=0 I= E /(Z/2)(相当于三相短路电流） Z/2振荡中心 3.6.2.2 保护安装处 设|EM|=|EN|=|E| =0 U= E I=0 =180 U= E- (ZM/ Z)2E =（ Z2ZM)/ Z E I= E /(Z/2) Z/2振荡中心 从定性的分析看，阻抗保护将可能误动,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.3 振荡对距离保护的影响 3.6.3.1 距离保护测量到的振荡轨迹 1 |EM| |EN|时 线路中心o到地电位点o Zo=jZ/2ctg(/2) (方向指向o点） Zm=(Z/2-ZM)+(- Zo) = (Z/2-ZM)-jZ/2ctg(/2) (教科书3.131式）,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,2 |EM| |EN|时,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.3.2 距离保护的影响 1 只影响振荡中心经过的距离保护 2 一般对距离I段II段影响最大，对距离III段基本没有影响,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.4 距离保护的振荡闭锁 3.6.4.1 振荡闭锁的要求 1 全相、非全相振荡不误动 2 全相、非全相振荡，线路不对称故障，保护应有选择性跳闸 纵联保护快速跳闸 3 全相振荡发生三相短路，可靠带延时动作,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.4.2 dZ/dt原理的振荡闭锁 1 ZI、ZII ZIII同时启动认为短路，否则为振荡 依靠to延时确定 一般30ms 显然to不能太长超过振荡阻抗从III段进入II段的时间 显然to不能太短，应充分考虑III段比II段短路时先启动的误差时间。 2 一旦振荡，通过0/0.5“ 保持。振荡不止，闭锁不解 3 缺点：振荡时短路III段切除故障,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.4.3 利用系统短路时的负序、零序分量或电流的突变短时开放保护，实现振荡闭锁 （见教科书图3.33 P111） 1 系统没有故障时，ZI、ZII处于出口闭锁状态 2 系统振荡时 SW 的 故障判别S和整组复归R 一般不动 ZI、ZII处于出口闭锁状态 3 系统故障 SW 的 故障判别S和整组复归R 同时动作 ZI、ZII短时开放出口动作TDW，如此时间不动作则闭锁保护 显然 TDW 要保证故障时可靠跳闸动作，不能太短小于0.1 TDW 振荡时测量阻抗进入ZII之前可靠闭锁，不能太长大于0.3 TDW 一般取0.15 4 振荡期间整组不会复归，保护一直闭锁 5 故障消失和振荡不存在同时满足后一短时间整组才复归 6 故障判别 利用系统短路时的负序、零序分量或电流的突变原理,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.4.4 利用dZ/dt周期性开放保护，实现振荡闭锁 （见教科书图3.34 P112） 1 KZ1 比KZ2灵敏。大圆套小圆 2 和第一种方法比，振荡中心经过时间t（前述to）比较好整定和控制 3 每个振荡周期都将从头再来 4 t考虑短路KZ1 KZ2同时启动误差时间，保证振荡中心由KZ1到KZ2时间大于t（即在KZ2输出开放保护之前KZ1能闭锁之） 5 保护一旦开放，必须等到KZ2返回才会再次闭锁 6 短路时，KZ1，KZ2 同时动作，由于KT经过t才去闭锁出口，因此，KZ2能够开放保护，同时将KZ1出口与门解除，使得KT一直没有输出，直到KZ2返回开放保护才结束。 7.振荡时KZ1比KZ2 先动作，由于KT经过t后KZ2还未动因此闭锁开放保护出口，直到KZ1返回闭锁开放保护才第一个过程结束。如果一直是振荡过程，事实上开放保护一直是闭锁的。,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.6.5 振荡过程中再故障判定 1 振荡不对称短路开放 |I2|+|Io| m|I1| (m=0.5-0.7) 2 振荡对称短路开放 不计线路阻抗中的电阻分量（超高压线路），等效图如图,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,一般取定值 -0.03p.u.Ucos0.08p.u. 故障时， Ucos为故障点过渡电阻上电压 振荡时，当振荡中心通过线路时，可能会短时满足，可用增加小延时等方法躲过,3.7.1 过渡电阻对距离保护的影响 3.7.1.1 过渡电阻性质 电阻性质 故障开始较小 和电弧长度、环境有关 接地故障电阻远大于相间故障过渡电阻 220KV 最大100欧；500KV最大300欧 3.7.1.2 单电源时对距离保护影响 会使保护范围缩小，增加切除故障时间 如果下回线距离I段保护范围内由于过渡电阻不动作，将可能会引起本线路和下回线路II段同时跳闸（非选择性） 线路越短这种可能性就越大,3.7 距离保护的特殊问题的分析,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.7.1.3 双电源时对距离保护影响,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,1 M侧：UMm=ZMmIMm+RgIg ZMm=UMm/IMm=ZMm+Rg(Ig/IMm) 2 N侧：ZNm=UNm/INm=ZNm+Rg(Ig/INm) 3 IMm INmIg 如图：M侧为送电侧，看到的Rg为容性，保护范围会扩大，出现稳态超越 N侧为受电侧，看到的Rg为感性，保护范围会变小，不利于保护 4 振荡时0360变化,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.7.1.4 克服过渡电阻的影响对策 1 使用故障开始的计算作为判别依据 2 使用R方向面积大的阻抗继电器（如四边形特性） 3 使用R方向向下倾斜一个小角度的方式，克服超越,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.7.2 串补电容对距离保护的影响,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3.7.2.1 在线路中间增加串补（上图） 1，4号位保护超越动作 2、3号保护会误动 成本比较高 3.7.2.2 在线路始端增加串补（下图） 1号保护 下回线电容后故障会超越动作 2号保护 背后电容后故障会误动 3号保护 出口电容后故障会拒动 4号保护 下回线路出口处故障会超越误动,3.7.2.3 串补线路距离保护措施 1 采用直线型动作特性阻抗继电器闭锁反方向的误动 采用直线型动作特性阻抗继电器将误动区躲开，用电流速断弥补 2 用负序功率方向元件闭锁反方向的误动 负序可以反应所有的不对称故障。 负序反应的是系统的相位角。串补不会改变系统的感性特征 如何获得U2 I2？ 以U2的获取方法为例（I2的获得参见参考书）,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,其中 R11.732 X1; X2=1.732R2,采用叠加定理 a） 外加零序电压时 Umn0 b） 外加正序电压时 Umn0 如图相量所示,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,c） 外加负序电压时 |Umn|1.732 |Ua2|Cos30*2*sin60 =3*1.732/2 |Ua2| Umn 3*1.732/2 Ua2 ej30 如图相量所示,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,3 采用整定的方法 可以使1 3 4正方向不误动，但灵敏度会降低 4 采用具有记忆特性的阻抗继电器,电力系统继电保护 （第3章 电网的距离保护）,第4章 输电线路纵联保护,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.1.1 问题的提出 线路的全线速动 分析距离保护,4.1 输电线路纵联保护提出,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,有60范围的线路0“切除 40的线路有一头带延时切除 分析原因：无法区分本回线末端故障和下回线始端故障。 发现现象：本侧的保护能区分,4.1.2 基本形式 1 对侧将保护结果送到本侧 2 对侧将电气量送到本侧 4.1.3 基本原理举例 1 距离纵联 2 方向纵联 3 故障分量方向 4 线路纵差 5 线路相差,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.2.1 信号的传递方式 1 导引线通讯 2 电力线载波通讯,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,3 微波通讯 4 光纤通讯,4.2 信号传递和高频信号传递方式,4.2.2 高频信号 1 传递跳闸方式 收到这种信号是跳闸的充要条件 优点：不要区分高频信号的来源 缺点：受通道破坏的影响 2 传递允许方式 收到这种信号是跳闸的必要条件 缺点：要区分高频信号的来源 缺点：受通道破坏的影响 3 传递闭锁信号方式 优点： 不要区分高频信号的来源 不受通道破坏的影响 缺点：需设置启动环节,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.3.1 原理 4.3.2 接线,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.3.3 启动环节要求 I1比I2：灵敏且速动快,4.3 纵联闭锁方向保护,4.4.1 原理 原理：在距离保护的基础上加快II段的动作速度 特点：速动更快，可起到后备作用 4.4.2 接线,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.4.3 启动环节要求 Z3比Z2：灵敏且速动块,4.4 纵联闭锁距离保护,4.5.1 原理 原理：,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,正常时 IMIN IMIN0 幅值相等；相位相差180度。 仅比较相位,4.5 纵联电流相差动保护,4.5.2 操作电流 M侧：Iop.M=(I1+KI2)M N侧：Iop.N=(I1+KI2)N 操作电流正半周发信，负半周停信,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,1 区外故障 =180,2 区内故障 =0（近似）,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.5.3 性能分析 1 区外故障 考虑CT的传输误差 7度 保护的测量误差 15度 线路的传输延时 0.06l度,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,相角差达 180（7150.06l) 闭锁角 7150.06l 一般设定60度,2 区内不对称故障 考虑I2M 和 I2N基本同相 测量到的相角差肯定会小于120度，动作非常灵敏。 不考虑误差影响的相量图如下,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,理论相角差 接近0度,3 区内对称故障 故障方式在发电厂出口处, EM和EN正常角度差为70度 线路阻抗角60度，发电厂阻抗角90度,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,M侧：907060220.06l=100+22+0.06l N侧：90706022-0.06l=100+22-0.06l N侧先跳，停信 M侧后跳相继动作 说明：很少遇到,4.6.1 原理 原理：比率差动原理变压器保护中介绍 4.6.2 同步原理基于数据通道的同步方法,电力系统继电保护 （第4章 输电线路纵联保护）,4.6 纵联电流差动保护,td=(tr2-tm1-tm)/2,第5章 自动重合闸,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,1 自动重合闸的成功率很高 2 提高电力系统运行的稳定性 3 补救继电保护的误动作 4 提高电力系统供电可靠性,5.1 自动重合闸的意义,1 只能进行一次重合 2 手动停运线路时不能重合 3 检修后投运时的故障一般为永久故障，不能重合 4 恢复供电，不能重合 5 设备不允许重合时，不能重合 6 可以自动复归为下一次重合作准备 7 重合闸时间能整定 8 具有可能存在的同步检测,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.2 对重合闸的要求,5.3.1 特点 1 第一次切除故障无选择性快速切除 2 第二次切除故障有选择性 5.3.2 优点 1 第一次对故障的瞬时切除，避免某些故障向永久故障转变，重合闸成功率较高 2 放射性网路减少重合的配置 5.3.3 缺点 1 第一次切除故障非选择性 2 装了重合闸的断路器工作条件恶劣 3 重合闸拒动时影响较大,5.3 前加速自动重合闸方式,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.4.1 特点 1 第一次切除故障有选择性快速切除 2 第二次切除故障快速切除且同样有选择性 5.4.2 优点 1 两次切除故障都是有选择性的 2 一般没有延时有最长也不过0.5s 3 使用于高压电网 5.4.3 缺点 1 重合闸使用较多,5.4 后加速自动重合闸方式,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.5.1 双回线等,5.5 具有同期检测功能的重合闸方式,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,双回线如果另一线路上有电流，那么系统肯定是同步的,5.5.2 具有同步检定和无电压检定的重合闸,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.5.2.1 区内瞬时短路故障 1 二侧短路器跳闸切除故障 2 无电压投入侧重合闸 3 无电压未投入侧检测同步后重合,5.5.2.2区内永久短路故障 1 二侧短路器跳闸切除故障 2 无电压投入侧重合闸 3 无电压投入侧发现故障存在，跳闸 4 无电压未投入侧无法检测同步，不重合 5.5.2.3 无电压未投入侧保护误动补救 1 无电压未投入侧检测同步完成后重合 5.5.2.4 无电压投入侧保护误动补救 1 无电压检测不动作 2 无电压投入侧同步继电器工作检测同步完成后重合 5.5.2.5 特点 1 两边低电压不允许同时投入 2 投入低电压侧同时投入同步，弥补保护的误动 3 投入低电压侧的断路器工作环境恶劣，要定期切换,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.5.2.6 重合闸时间,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,其中： tpr.1 本侧保护动作时间 tQF1 - 本侧断路器时间 tpr.2 对侧保护动作时间 tQF2 - 对侧断路器时间 tu 熄弧时间 显然:重合闸时间tARDtpr.2+tQF2-tpr.1-tQF1+tu,5.6.1 特点 1 单相短路时跳开单相，其它故障时跳三相 2 单相重合不成功跳三相 3 其它故障重合不成功跳三相 4 选相元件拒动，跳三相重合三相 5 闭锁可能误动的保护 6 单相跳开重合闸拒动时跳三相 7 两相断路器动作联跳三相 8 非全相期间故障如单相重合脉冲已发出则不再重合，否则可三相重合 9 断路器运行正常 5.6.2 实现的必要条件 1 断路器为分相操作 2 保护具有选相功能,5.6 综合自动重合闸,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.6.3 选相元件（电流选相举例） IAB= IA- IB IBC= IB- IC ICA= IC- IA 5.6.4 和继电保护的配合,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.6.5 潜供电流,电力系统继电保护 （第5章 自动重合闸）,5.7 高压输电线路保护配置,第6章 电力变压器保护,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.1.1 故障类型 1 绕组相间短路 2 绕组接地短路或故障 3 绕组匝间短路 4 套管相间短路 5 套管接地短路或故障 6.1.2 不正常运行状态 1 过流 2 过负荷 3 过电压 4 过励磁 5 冷却系统故障 6 漏油,温度过高 7 不接地变压器中性点过电压,6.1 电力变压器的故障类型和不正常工作状态,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.2.1 保护 1 变压器差动、零差保护 2 变压器零序电流保护 3 变压器间隙零序 4 变压器零序过电压保护 5 变压器过励磁保护 6 变压器过电压保护 7 变压器过流保护 8 变压器低压过流 9 变压器复合低压过流 10 变压器过负荷保护 11 变压器阻抗保护 12 变压器（重、轻）瓦斯保护 13 变压器油位保护 14 变压器温度保护 15 变压器压力释放保护,6.2 电力变压器的保护,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.1 差动保护原理 变压器没有故障时，变比关系成立，当变压器故障时，将不在成立,6.3 变压器纵差动保护,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.2 比率特性差动保护原理 将在发动机保护章节中详细讲解,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.3 变压器差动保护接线,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.4 变压器励磁涌流形成,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.4 变压器励磁涌流形成 u=d /dt(如无剩磁，u=0时合闸涌流最大）,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.5 变压器差动克服涌流误动的方法 6.3.5.1 涌流制动的两点要求： （）保证在涌流状态下差动保护不误动 （）保证当变压器故障时（即使涌流期间）差动保护应起作用 6.3.5.2 励磁涌流制动方法 （）二次谐波制动原理 空投变压器时，励磁电流中含有大量的二次谐波分量 变压器内部故障时，电流中二次谐波分量相对较小。 但现代大型变压器励磁电流波形中二次谐波有减小的趋势 （）波形间断角原理 （3） 波形对称原理 （4） 判断有功功率的大小 （5） 用电压作为辅助判据,电力系统继电保护 （第6章 电力变压器保护）,6.3.6 变压器差动的其它问题 1 变