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电力系统继电保护 与自动装置,电厂及变电站电气运行专业,主编:李火元,中国电力出版社,目 录 绪论 第一单元 电网的电流保护 第二单元 电网的距离保护 第三单元 输电线路的全线速动保护 第四单元 输电线路的自动重合闸ARC 第五单元 电力变压器的继电保护 第六单元 发电机的继电保护,第七单元 母线保护 第八单元 微机型继电保护 第九单元 备用电源自动投入装置AAT 第十单元 按频率自动减负荷装置AFL 第十一单元 同步发电机自动并列装置 第十二单元 同步发电机自动调节励磁装置 第十二单元 故障录波装置,绪 论,一:电力系统继电保护及自动装置的作用与任务 继电保护的任务:当电力系统出现故障时,给控制主设备的断路器发出跳闸信号。将发生故障的主设备从系统中切除,保证无故障部分继续进行;当电力系统出现不正常工作状态时继电保护发出信号,运行人员根据继电保护发出的信号对不正常工作状态进行处理,防止不正常工作状态发展成故障而造成事故。 自动装置的任务:配合继电保护提高装置的可靠性。保证电能的质量、提高系统经济运行水平、减轻运行人员的劳动强度。自动记录故障过程,以利于分析处理事故。,二:对继电保护的四项基本要求 1.可靠性:指电力系统正常运行时,继电保护装置应可靠的不动作;当被保护设备发生故障或不正常工作状态时,继电保护装置应该可靠的动作。 2.速动性:速动性又称快速行,是指继电保护装置的动作速度要快。 3.选择性:指电力系统出现故障时,继电保护装置发出跳闸命令仅将故障设备切除,使停电的范围尽可能减小,应保证无故障部分继续运行。 4.灵敏性:指继电保护装置反映故障的能力。 习题:1:对继电保护的基本要求包括哪些内容。,第二单元 电网的电流保护,1.1:线路相间故障的三段式电流保护 一、常用的继电器 1.电磁型电流继电器 电流继电器的作用是测量电流的大小。电磁型电流继电器由铁芯线圈、固定在转轴上的Z形舌片和螺旋弹簧及动、静触点等构成。其线圈导线较粗、匝数少,串接在电流互感器的二次侧,作为电流保护的起动元件。 继电器动作的条件:电磁力矩弹簧力矩,即:MeMs。动作电流:使继电器动作的最小电流,用Iact表示。 继电器返回的条件:电磁力矩弹簧力矩,即:MeMs。 返回电流:使继电器返回的最大电流,用Ir表示。 返回系数:返回电流Ir与动作电流Iact的比值,用Kr表示。 既: Kr= Ir/ Iact Kr=0.850.95,2.电磁型电压继电器 电压继电器的作用是测量电压的高低,应用时并接在 电压互感器的两侧,作为保护的起动元件。 返回系数Kr=Ur/Uact 3.电磁型时间继电器 时间继电器的作用是为保护装置建立必要的延时,以 保证保护动作的选择性和某种逻辑关系。 对时间继电器的要求:1)应能延时动作。2)应能瞬 时返回。 4.电磁型中间继电器 中间继电器起中间桥梁的作用,其特点有1)触点容量 大,可直接作用与断路器跳闸;2)触点数目多;3)可实 现时间继电器的短延时;4)可实现保护装置电流起动、 电压保持或电压起动、电流保持。,5.电磁型信号继电器 信号继电器作为装置动作信号的指示,表示装置所处的状 态或接通灯光信号回路。信号继电器为自保持,应由值 班人员 手动复归或电动复归。 二:电流保护的接线方式 常用的有三种形式:1)三相完全星形接线。2)两相两继 电器不完全星形接线。3)两相三继电器不完全星形接线。 三:瞬时电流速段保护 1:基本概念:1)最大运行方式:在被保护线路末端发生短路时, 系统等值阻抗最小,而通过保护装置的短路电流最大的运行方 式。2)最小运行方式:在同样短路条件下,系统阻抗最大,通过 保护装置的短路电流最小的运行方式。3)最大短路电流:在最大 运行方式下,发生三相短时流过保护装置的电流。4)最小短路电 流:最小运行方式下,两相短路时流过保护装置的电流。,2:保护装置的整定:所谓保护装置的整定就是根据对继电保护 的基本要求,确定保护装置的起动值,灵敏系数,动作时限等过程。 3:整定计算 1)动作电流:为保证选择性,保护装置的起动电流应按躲开下一 线路出口处短路时,通过保护的最大短路电流来整定。 既:IdzId.d2.max=KkId.B.max Kk:可靠系数,取1.21.3 2)保护范围:通常在最大运行方式,保护线路的50%。在最小运行方式下,发生两相短路时,保护线路全长的15%-20%。 3)对瞬时电流速断保护的评价:不能保护线路全长。运行方式变化较大时,可能无保护范围。在线路较短时,可能无保护范围。 四:限时电流速断保护 因为电流速断保护不能保护线路全长,因此需要增加一套新的保 护来切除本线路上电流速断保护范围以外的故障。作为瞬时电流速 断保护的后备保护,这就是限时电流速断保护。,整定计算:1)动作电流:动作电流Idz按躲开下一条线路无时限 电流速断保护的动作电流进行整定. Idz=KKIdz下一线。 Idz下一线:表示下一条相邻线路无时限电流速断保护的动作电流. KK:可靠系数,一般取1.1-1.2; Idz:本条线路限时电流速断保护的动作电流。 2)动作时限: t1=t2+t t1:线路L-1限时电流速断保护的动作时限。 t2:线路L-2无时限电流速断保护的动作时限,一般认为延时 为O。 t:时限阶段。通常取值为0.5S。 3)灵敏度校验:保护装置的灵敏度,是指在他的保护范围内 发生故障和不正常运行状态时,保护装置的反映能力。灵敏度 的高低,一般采用灵敏系数来衡量。灵敏系数定义为: Klm=保护范围末端金属性短路时故障时参数的最小值/保护装置动作的参数的整定值,五:定时限过电流保护 瞬时电流速断保护和限时电流速断保护能保护线路全长,可做为 线路的主保护。为防止本线路的主保护动作及下一线路的保护和断 路器拒动,必须给线路装设后备保护,以作为本线路的近后备保护 和下一线路的远后备,这种保护通常采用定时限过电流保护。其动 作电流按躲过最大符合电流整定,动作时限按保证选择性的阶梯时 限特性整定。 整定计算: 1)动作电流:按躲开被保护线路的最大符合电流Ifmax,且在自起 动电流下继电器可靠返回进行整定。 Idz= (Kkkzq)/khIfmax 式中: Kk:可靠系数,取1.15-1.25; kzq:自起动系数,取1-3; Kh:继电器的返回系数,对电磁型继电器,取0.85; Ifmax:被保护线路的最大负荷电流。 2)灵敏度校验,a):本条线路后备保护(近保护)的灵敏系数有关规定中规定: Klm(近)=Idmin本末/Idz 满足: Klm(近)=1.5 b):作为下一条线路后备保护的灵敏系数(远后备),有关规程规定: Klm(远)= Idmin本一末/Idz 满足: Klm(远) 1.2 当灵敏度不满足要求时,可以采用低电压闭锁的过电流过程,这 时过电流保护的自起动系数可以取1。 3)动作时限整定 由于定时限过电流保护的保护范围很大,为保证保护动作的选择 性,其保护动作延时应比下一线路的定时限过电流保护的动作时间 长一个时限阶段t。 t1QF= t2QF + t 式中: t2QF表示下一线路定时限过电流保护的动作延时。 4)评价:保护结构简单,工作可靠,对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作为本线路的近后备保护,而且还 做为下一线路的远后备,主要缺点就是越靠近电源端其动作时限越 大,对靠近电源端的故障不能快速切除。,六:电流三段保护小结 电流速断保护只能保护线路的一部分,限时电流速断保护能保 护线路的全长,但却不能作为下一相邻线路的后备保护,因此必须 采用定时限过电流保护作为本线路和下一段相邻线路的后备保 护由电流速断保护,限时电流速断保护及定时限过电流保护相配 合构成的一整套保护,叫做三段式电流保护。 三段式电流保护的主要优点是简单、可靠,并且一般情况下都较 快切除故障。一般用于及以下电压等级的单侧电源网中。 缺点是它的灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影 响,此外。它在单侧电源的网络中才能有选择性。 电流保护的接线方式主要就是指保护中电流继电器与电压互感器 二次绕组之间的连接方式。主要包括三相星形、两相星形和两相电 流差接线等。,1.电网相间短路的方向电流保护 随着电力系统的发展及用户对供电可靠性的提高,出现了两 侧电源或单电源环网的输电线路。因此为了解决保护的选择问 题,在原来电流保护的基础上装设功率方向继电器。功率方向继 电器的作用就是判别功率的方向,正方向故障,功率从母线流向 线路时就动作;反方向故障,功率从线路流向母线时不动作。 一.功率方向继电器的接线方式 所谓的功率方向继电器的接线方式,是指在三相系统中继电器 电压及电流的接入方式。对接线的要求是:应能正确放映故障 的方向。既正方向短路时,继电器应动作,反方向时不动作。: 正方向动作时应时继电器灵敏的动作。 为满足上述要求,在相间短路保护中,接线方式广泛采用 90接线方式。所谓的90接线方式是指系统三相对称, COS=1时,加入继电器电流Im超前电压Um90。,二.阶段式方向电流保护 双电源(或单电源环网)线路上发生短路的故障,线路两侧都 提供短路电流,所以线路两侧都应该装有断路器和保护装置。 2.1:方向电流保护的整定计算 当线路发生故障时,对任一断路器的保护装置,流过的短路电流都 是单方向的。所以,双电源线路上电流保护的整定计算方法,与前 面所讲的三段式电流保护的整定计算基本上是相同的。所不同的是 方向电流保护要注意正向电流,既方向电流保护的动作电流要按正 方向计算。 2.2:方向元件的加装原则 双电源线路上的电流保护,加装方向元件是为了保证动作的选择性。 若不加方向元件,也不会造成无选择的误动,则不必装方向元件。 对各段保护在什么情况下加装方向元件,应具体分析: 瞬时电流速断:当保护安装处反方向故障,通过保护的电流大 于瞬时电流速断保护的动作电流时,瞬时电流速断保护必须加装方 向元件。,带时限电流速断:反向电流速断保护区末端短路故障,流过本保 护的电流小于带时限电流速断保护的动作电流时,可不加装方向元 件。否则需加装方向元件。 定时限过电流保护:在同一母线上的保护。动作时间最长的过电 流保护可不装设方向元件。 按相起动:按相起动是指接哪一相电流的方向元件的触点就与哪 一相电流元件的触点相串联。 1.3 电网的接地保护 一:中性点直接接地电网的接地故障的特点 中性点直接接地电网中,当发生接地故障时,将出现很大的短 路电流,故又被称为大接地电流系统。统计表明,在大接地电流系 统中发生的故障,绝大多数是接地短路故障。此种故障具有如下特 点:故障点的零序电压最高,离故障点越远,零序电压越低。,零序电流的分布,决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器 的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置,而与电源的数量 和位置无关。 故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反,是由线路流 向母线的。 某一保护安装地点出的零序电压与零序电流之间的相差取决于 背后的元件的阻抗角,而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位 置无关。 在系统运行方式变化时,正、负序阻抗的变化,引起正序、负 序和零序之间电压分配的改变,因此间接影响零序分量的大小。 二、中性点直接接地系统的接地保护 中性点直接接地系统发生接地故障时产生很大的零序电流, 放应零序电流增大而构成的保护成为零序电流保护。零序电流保 护也采用阶段式,通常为三段式或四段式。三段式零序电流保护 由瞬时电流速断保护(零序段)、限时零序电流速断(零序,段),零序过电流(零序段)组成。 2.1瞬时零序电流速断保护(零序段) 为保证选择性,瞬时零序电流速断保护的整定相似于电流速 断保护,其整定原则如下:1)零序段的动作电流应躲过被保护 的整定线路末端发生单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电 流3I0.max,即Iact=KrelI0.max式中:Krel可靠系数,取1.2 -1.3。在计算最大零序电流时,要考虑零序电流为最大的运行方式 和接地故障类型。)躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现 的最大零序电流,既Iact=Krel I0.unb.max 。保护的整定值 取1)和2)中较大者。3)在220KV及以上电压等级中,当采用单相 或综合从合闸时,会出现非全相运行状态,若此时系统又发生震 荡,将产生很大的零序电流。按1)和2)来整定的零序电流I段可 能会误动作。如果使零序I段的动作电流按躲开非全相运行系统震 荡的零序电流来整定,则整定值很高,正常情况下发生接地故障时 保护范围缩小。,为解决上述问题,通常设置2个零序I段保护。一个是按整定原则 1)和2)来整定,由于其定植较小,保护范围较大,称为灵敏段, 它用来保护在全相运行状态下出现的接地故障。在单相从重合时, 将其自动闭锁,并自动投入第二种零序I段/第二种零序段,按躲开 非全相震荡的零序电流整定,其定值较大。灵敏系数较低,称为不 灵敏I段。用来保护在非全相运行状态的故障。 2.2 限时零序电流速断保护(零序段) 零序段能瞬时动作,但不能保护线路全长,为了以较短时限 切除全线的接地故障,还应装设限时零序电流速断保护(零序 段)。它的工作原理与相间短路限时电流速断一样,其动作电流与 下一线的零序段配合。既按躲过下一线路零序段保护区末端接 地故障时,通过本保护装置的最大零序电流来整定。 Iact1=KrelIact2;式中Krel:可靠系数取.。 与相间短路限时电流速断相同,零序段的动作时限比下一线 路零序段的动作时限大一个时限阶级差t,一般取.s.,零序段的灵敏系数,按本线路末端接地短路时流过本保护的 最小零序电流来校验,要求Ksen.当灵敏度不满足要求 时,可以按如下方法进行解决:使本线路的零序段与下一线 路的零序段相配合,其动作电流、动作时限与下一线路的零序 段配合:动作电流为Iact1=KrelIact2,动作时限为s。保 留原来.S时限的零序段,增设一个与下一线路零序段配 合的、动作时限为1s左右的零序段,他们与瞬时电流速断及零 序过电流保护一起,构成四段式零序电流保护。从电网的接线 的全局考虑,改用接地距离保护。 2.3 零序过电流保护(零序电流段) 零序过电流保护与相间短路过电流保护类似,用于本线路接地 短路的近后备和下级线路接地短路的远后备。零序过电流保护在正 常运行及下一线路相间短路时不应动作,而此时零序电流滤过器有 不平衡电流输出并流过本保护,所以零序段的动作电流,应按躲 过下级线路相间短路时流过本保护的最大不平衡电流来整定。,即Iact=KrelIunb.max,式中:Krel可靠系数,取., Iunb.max最大不平衡电流,即在下一线路始端发生三相短路流过 本保护的最大不平衡电流。 零序电流保护段的灵敏系数,按保护范围末端接地短路时 流过本保护的最小零序电流来校验。作近后备时,校验点取本线 路末端,要求Ksen1.5;作下一线路的远后备时,校验点取下一 线路的末端,要求Ksen1.25。 2.4零序方向电流保护 1)零序方向电流保护,与方向电流保护相同,必须在零序电流 保护上增加零序功率方向元件,以判别零序电流的方向,构成零 序电流方向保护,以保证在各种接地故障情况下保护动作的选择 性。 2)整流型零序功率方向继电器。接地保护广泛采用LG-12型功 率方向继电器。接入保护安装处的零序电压和零序电流。当线路发生零序故障,流过正方向的零序电流时,它应该动作并工作,在灵敏的动作区域。 三:中性点非直接接地系统的接地保护 1.中性点不接地系统单相接地时的电流和电压 接地相对地电压降为零,其他两相对地电压升高为线电压,中性 点发生位移,中性点电压等于正常运行时的相电压。 接地相电容电流为零,其他两相电容电流随该相对地电压升高而 增大到正常值的 倍,因而线路上出现零序电流。非故障线路的零 序电流为本线路两非故障相的电容电流相量和,其相位超前零序电 压90,方向由母线流向线路;故障线路始端的零序电流等于系统 全部非故障线路对地电容电流之和,其相位滞后零序电压90,其 方向为由线路流向母线。 2.中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点 根据上述分析,中性点不接地系统中发生单相接地时,接地点 的故障电流为整个系统电容电流之和。如果这个电流很大,就会在 接地点产生电弧,甚至造成非故障相的绝缘损坏,发展成相间短路,或多点接地短路,使事故扩大。为了解决这个问题,在接地故障电 流大于一定值的电网中,中性点均应采用经消弧线圈接地的方式。 消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈。中性点经消弧线圈接地系统 中发生单相接地时,在中性点对地电压的作用下,在消弧线圈中产 生一个电感电流IL的相位与电容电流IC的相位相反,相互抵消,起 到补偿的作用,结果使接地点故障电流减小,从而使接地点故障的 电弧消除。 消弧线圈对接地电容电流的补偿方式有完全补偿、欠补偿和过 补偿三种方式。 完全补偿就是IL= IC,此时接地故障点的电流为零,但这种方式 却在严重缺陷,在此种情况下的感抗等于电网的容抗,会发生串联 谐振,使系统产生过电压,实际中不产用这种方法。 欠补偿就是IL IC,补偿后的接地点电流为容性。当系统运行方 式变化时,如某个元件被切除,电容电流减小,又会出现完全补偿,引起的过电压。因此,实际中也不产用欠补偿方式。 过补偿就是IL IC,补偿后接地点电流是感性的。它不会发生串 联谐振产生的过电压的问题,在实际中得到广泛应用。 3.中性点不接地电网单相接地的保护 中性点不接地电网发生单相接地时,由于故障点电流很小,三 相电压仍然对称,对符合供电影响很小,因此在一般情况下,要求 保护装置只发出信号,而不必跳闸,在只对人身和设备的安全有危 险时,才动作于跳闸。中性点不接地电网单相接地的保护方式有, 无选择性的绝缘监视装置、零序电流保护、零序功率方向保护。 复习思考题: 1:在继电保护装置中,为什么要采用电流互感器?为什么电流互 感器二次侧必须可靠接地? 2:三段式保护是怎样构成的?画出各段的保护范围和时限配合图。,第二单元 电网的距离保护,2.1距离保护的基本原理 随着电力系统的不断扩大,电压等级的升高,系统运行方式的 变化越来越大,电流保护无法满足灵敏度的要求。距离保护受系 统运行方式的影响较小,因此,在高压、超高压电网中广泛的采 用距离保护。 以下图为例,分析距离保护的基本原理。,设在图中1处的1号断路器上装有距离保护,正常运行时保护安 装处的距离阻抗Zm为 :Zm= Um/Im =Z1L+Zld,(2-1)式中:Um 测量电压;Im 测量阻抗;Z1-线路单位长度的阻抗值;L-线 路长度;Zld负荷阻抗。 当被保护线路末端发生故障时, Zm= Um/Im =Z1Lk;(22) Lk故障点到保护处安装处的距离。 比较式(2-1)和(22)可知,故障时的测量阻抗明显减小, 且故障时的Zm大小与故障点到保护安装处的间的距离Lk成正比。 只要测量出故障点到保护安装处的阻抗的大小,也就等于测出了 故障点到保护安装处的距离。所以,距离保护的实质是用整定阻 抗ZZd与被保护线路的测量阻抗Zcl比较当短路点在被保护范围 以外时,既ZclZZd 时继电器不动。当短路点在保护范围 内,即ZclZZd 时继电器动作。因此,距离保护又被称 为低阻抗保护。,距离保护的组成包括:1)起动元件:是发生故障的瞬间起动保 护装置。2)方向元件:保证保护动作的方向性,防止反方向故障 时,保护误动作。3)距离元件:测量短路点到保护安装处的距 离,一般采用阻抗继电器。4)时间元件:是按照故障点到保护安 装处的远近,根据预定的时限特性确定动作的时限,以保证保护动 作的选择性,一般采用时间继电器。 2.1阻抗继电器的构成原理 阻抗继电器是距离保护装置的核心元件,其主要作用是测量短 路点到保护安装处的距离,并与整定阻抗值进行比较,以确定保护 是否应该动作。 一:整流型圆特性阻抗继电器 1.全阻抗继电器 全阻抗继电器的动作特性如下图所示。圆内为动作区,圆外为 非动作区,圆心在坐标原点。根据下图可以分别写出比绝对值的动 作方程和比相的动作方程。,a)临界动作状态 (b)动作状态 (c)非动作状态 比绝对值式阻抗继电器的动作方程为:ZsetZm ; 比相式阻抗继电器的动作方程为: -90arg (Zest Zm)/ (Zest +Zm) 90,根据上图,全阻抗继电器动作特性可知,全阻抗继电器 无死区,没有方向性,反向故障全阻抗继电器也会动作。 2.方向阻抗继电器 方向阻抗继电器的动作特性如下图所示: (a)临界动作状态 (b)动作状态 (c)非动作状态 根据上图可以写出阻抗继电器的动作方程如下: 绝对值比较式:,Zest /2 Zm-Zest/2 ; 相位比较式:90arg Zm/(Zset-Zm) 90 将上述两式写成电压方程式: 绝对值比较式: KIIm /2 KUUm- kIIm /2 ; 相位比较式:90 arg KUUm/(KIIm- KUUm) 90。 方向阻抗继电器的圆周过圆点坐标,具有明确的方向性.但当保 护出口处故障时,测量电压Um等于零,保护拒动,出现死区。当 KUUm=0时,无法比较相位,保护拒动,也出现死区。 二:阻抗继电器的接线方式 .对阻抗继电器接线方式的要求 (1).阻抗继电器的测量阻抗应与故障点到保护安装处的距离成正比。 (2).阻抗继电器的测量阻抗与故障的类型无关。 .阻抗继电器的接线方式主要有: :反映相间短路故障的阻抗继电器的零度()接线方式。,:反映接地故障的阻抗继电器()接线方式。 :反映相间短路短路阻抗继电器的接线方式。 2.实际应用中的阻抗继电器 一:消除方向阻抗继电器死区的方法 通常采用以下两种措施:采用记忆回路。引入第三相电压。 二:阻抗继电器的精确工作电流 定义:所谓的精工电流,就是当Icl=Ig时,继电器的动作阻 抗Zdz=0.9Zdz,,既比整定阻抗缩小了10%。因此,当IclIg 时,就可以保证起动阻抗的误差在10%以内,而这个误差在选 择可靠系数时,已被考虑进去了。 三:影响阻抗继电器正确工作的因素很多,主要有: :故障点的过渡电阻。 :故障点与保护安装处之间的分支电流。,:电压互感器二次回路断线。 :系统震荡等。 2.5 阶段式距离保护 阶段式距离保护的整定计算 以下图为例,说明三段式距离保护的整定计算。 一:距离保护段 1.动作阻抗 对输电线路来说,按躲过本线路末端短路来整定: 既Zdz.1KKZAB,式中:可靠系数,取0.8-0.85。 2.动作时限 距离保护段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限 决定,人为延时为零,既t=0S。 二:距离保护段 1.动作阻抗 :与下一线路段保护范围配合,并用分支系数考虑助增及外 汲电流对测量阻抗的影响,既:Zdz.1=kk(ZAB+KfzkZBC); 式中:kk可靠系数,取0.8; Kfz分支系数,取相邻线路距离保护段保护范围末端短路时, 流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能 的最小比值。即: Kfz=(IBC/IAB)min; :与相邻变压器的快速保护配合,既:Zdz.1=kk(ZAB+KfzZB) 式中,ZB变压器的短路阻抗:考虑到ZB的数值由较大偏差,所以 取kk0.7; Kfz也取实际可能的最小值。,2.动作时限 保护第段的动作时限,应比下一线路保护段的动作时限大一 个时限阶段。既:t1=t2+tt; 3.灵敏度校验 Klm=( Zdz/ZAB)1.5;如果灵敏度不能满足要求,可按照与下一线 路保护第段相 配合的原则选择动作阻抗,既: Zdz=kk(ZAB+KfzZB);这时,第段的动作时限应比下一线路第 段的动作时限大一个时限阶段,既: t1=t2 +t; 三:距离保护的段 1.动作阻抗 按躲开最小负荷阻抗来计算,若第段采用全阻抗继电器,其动作 阻抗为: Zdz=Zfh.min/kKKhKzq; 式中:kK可靠系数,取1.21.3;,Kh继电器返回系数, Kh取1.1-1.5; Kzq考虑电动机自起动系数,其值大于1; Zfh.min最小负荷阻抗。 2.动作时限 保护第段的动作时限较相邻与之配合的元件保护的动作时限大一 个时限阶段,既t1=t2 +t; 3.灵敏度校验 作近后备保护时 Klm.近=(Zdz.1/ZAB)1.5; 作远后备保护时 Klm.远=Zdz/(ZAB+KfzZBC)1.2; 式中Kfz分支系数,取最大可能值。 四:对距离保护的评价 1.优点:能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。 阻抗继电器时同时反映电压的降低和电流的增大而动作的,因此 距离保护较电流保护有有高的灵敏度。,2.缺点:不能实现全线速动。 阻抗继电器本身较复杂,还增设了震荡闭锁装置,电压断线闭 锁装置,因此。距离保护装置调试比较麻烦,可靠性也相对较低。 复习思考题: 1.简述距离保护的基本工作原理。 2.为什么方向阻抗继电器有死区?采用什么方法克服方向继电器 的死区? 3.设网络图如下所示,计算QF1上三段距离保护的整定阻抗,并校 验第、段的灵敏度。,第三单元 电网的距离保护,3.1线路的差动保护 一:输电线路纵联差动保护 1.工作原理 纵联差动保护是用辅助导线将被保护 线路两侧的电量连接起来,通过比较被 保护线路始端和末端电流的大小及相位 构成的保护。如右图所示,在线路两侧 装设有性能和变比完全相同得电流互感 器,两侧电流互感器一次回路得正极性 均置于靠近母线一侧,二次回路用电缆 将同极性连接,差动继电器则并联接在 电流互感器二次侧得环路上。在正常情,况下,导引线中形成环流,成为环流法纵连差动保护。 2.纵联差动保护得不平衡电流 由于被保护线路两侧电流互感器二次负载阻抗及互感器本身励磁 特性不一样,在正常运行及保护范围外部发生故障时,差回路中得 电流不为零,这个电流叫差动保护不平衡电流。 3.纵联差动保护得应用 纵联差动保护的优点是全线速动,不受过负荷和系统震荡的影 响,灵敏度较高,但用于保护线路还存在以下问题: 需敷设与被保护线路等长的导线,且要求电流互感器的二次负载 阻抗满足电流互感器10%的误差。 需要敷设辅助导线断线与短路的监视装置,辅助导线断线应将纵 联差动保护闭锁。 由于纵联差动保护存在问题,所在输电线路中,只用于保护不能 满足要求的短线路,二:平行线路横联差动保护 1.工作原理 横联方向保护用于平行线路的保护装置,他装设于平行线路的两 侧。其保护线路为双回线的全长。横联方向保护的动作原理是反映 双回线路的电流及功率方向,有选择性的瞬时切除故障线路。 2.横联差动方向保护的相继动作和死区 线路两侧保护装置先后动作切除故障的方式称为相继动作。产 生相继动作的范围叫相继动作区。 死区:功率方向继电器采用90接线但当出口发生三相短路 时,母线残压为零,功率方向继电器不动作,这种不动作的范围称 为死区。 3.对横联保护的评价 优点:能迅速而有选择性的切除平行线路的故障,实现起来简单、经 济,不受系统震荡的影响。,缺点:存在相继动作区,当故障发生在相继动作区时,切除故 障的时间增加一倍。由于采用了功率方向继电器,保护装置还 存在死区。在单回线路运行时,横差保护要退出工作,为此需 要加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。 横联差动电流方向保护适用于66KV及以下的平行线路。 3.2高频保护的基本原理 1.高频保护的基本原理和接线 高频保护时用高频载波代替二次导线,传送线路两侧信号, 所以高频保护的原理是反映被保护线路首末两端电流的差或功 率方向信号,用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保 护是否动作。高频保护与线路的纵联差动保护类似,正常运行 及区外故障时,保护不动,区内故障全线速动。,目前广泛应用的高频保护有:高频闭锁方向保护、高频闭锁 距离保护、高频闭锁零序电流保护及电流相位差动高频保护。 2.高频通道的构成原理 继电器的高频通道有电力输电电路的载波通道、微波通道和 光纤通道三种。目前广泛应用的是“导线大地”制,其主要由 以下元件构成:高频阻波器结合电容器连接滤波器高 频电缆保护间隙接地刀闸高频收、发信机。 3.高频闭锁方向保护的基本原理 高频闭锁方向保护的基本原理是比较线路两端的短路功率方 向,保护采用故障时发信号方式。在继电保护中规定,从母线 流向线路的短路功率为正,反之为负。在保护区外故障时,接 受反向功率的那以侧发高频信号,收信机受到高频信号保护不 动作,故称高频闭锁方向保护。 4.相差高频保护的基本原理 利用高频信号将电流的相位传到对侧进行比较决定是否动作 的保护称为相差高频保护。,相差高频保护的组成包括起动元件、操作元件、比相 元件。 复习思考题: 1.说明纵差保护的工作原理及不平衡电流产生的因数。 2.“相地”制高频通道有哪些元件组成?各元件作用如何? 3。说明闭锁方向保护的基本工作原理。,一:自动重合闸在电力系统中的作用 大大提高供电的可靠性,减少线路停电的次数,特别是对单 侧电源的单回路尤为明显。 在高压输电线路上采用重合闸,还可以提高电力系统并列运 行的可靠性。 在架空线路上采用重合闸,可以暂缓架设双回线路,以节约 投资。 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的跳 闸,也能起纠正的作用。 由于重合闸装置本身投资很低,工作可靠,因此在电力系统中 得到广泛应用。,第四单元 输电线路的自动重合闸 ARC,二:对自动重合闸装置得基本要求 在正常运行时,当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸 后,自动重合闸装置均应动作,使断路器重新合上。 由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时,自动 重合闸不应起动,不能将断路器从新合上。 继电保护动作切除故障后,在满足故障点绝缘恢复及断路器 消弧室合传动机构准备好再次动作所必需时间得条件下,自动 重合闸装置应能尽快得发出重合闸脉冲,以缩短停电时间,减 少因停电而造成得损失。 自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。 自动重合闸装置有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电 器的动作,以便更好的合继电保护配合,加速故障的切除。 在双侧电源的线路上实现重合闸时,重合闸应满足同期合闸 条件。,当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸使时,应将自 动重合闸闭锁。 小结:输电线路的故障可以分为瞬时性故障合永久性故障,而 绝大多数时瞬时性故障。对瞬时性故障,保护动作切除后如果 重合闸装置动作成功,就能恢复线路供电,提高供电可靠性。 复习思考题: .简述对自动重合闸装置有哪些要求。,一:变压器的故障、不正常工作状态及保护配置 变压器的故障可以分为油箱内合油箱外两种。油箱内的故障 主要有:绕组的相间短路,绕组的匝间短路和绕组的接地短路。 变压器油箱外部的故障常见的有绝缘套管和引出线上发生的相 间短路与接地短路。 变压器不正常工作状态主要包括:由于外部短路引起的过电 流;由于电动机自起动或并联工作的变压器被断开及尖峰负荷 等原因引起的过负荷,油箱漏油造成的油面降低;变压器中性 点电压升高;由于外加电压过高引起或频率降低引起的过励磁 等。,第五单元 电力变压器的继电保护,针对上述故障和不正常运行状态,变压器一般应配备如下继 电保护装置: 纵联差动保护或电流速断保护 对变压器绕组、引出线及套管的故障,可装设纵联差动保护 或电流速断保护。 瓦斯保护 瓦斯保护是防御油箱内部故障的主保护,重瓦斯保护作用于 跳闸,轻瓦斯保护作用于发信号。 相间故障的后备保护 防止外部相间短路引起的过电流及作为变压器内部故障的后 备保护,应采用下列保护: )对于降压变压器,宜采用过电流保护。 )对于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不满足灵,敏性要求的降压变压器,可采用复合电压引起的过电流保护。 )对于63000MV及以上的升压变压器可采用负序电流保护 及单相式低电压起动的过电流保护。 )对于升压变压器和系统联络变压器,当采用上述)和) 保护不能满足灵敏性和选择性要求时,可采用阻抗保护。 接地短路的后备保护 110KV及以上中性点直接接地电网中,应装设零序保护作为 变压器主保护的后备保护及相邻元件接地保护的后备保护。 过负荷保护 对于4000KVA及以上的变压器,当数台并列运行或单独运行 并作为其他负荷的备用电源时,应装设过负荷保护。 过励磁保护 大容量变压器,采用过励磁保护,动作于信号或断开变压器。,二:变压器的瓦斯保护 在油浸式变压器油箱内发生故障时,短路点电弧使变压器油 及其他绝缘材料分解,产生气体,从邮箱向油枕流动,反映这 种气流与油流而动作的保护成为瓦斯保护。瓦斯保护的测量继 电器为气体继电器。 评价:瓦斯保护的阻要优点使动作迅速,灵敏度高、安装接 线简单,能反映油箱内部发生的各种故障。缺点就是反映油箱 以外套管及引出线等部位发生的故障。 三:变压器的电流速断保护 变压器的电流速断保护使反映电流增大而瞬时动作的保护。 装与变压器的电源侧,对变压器极其引出线上各种形式的短路 进行保护。为保证选择性,速断保护只能保护变压器的部分, 一般能保护变压器的原绕组,它适用于容量10MVA在以下容量 的变压器。当过电流保护时限大于0.5S时,可在电源侧装设电 流速断保护,四:变压器的纵联差动保护 纵联差动保护使反映被保护变压器各端流入和流出电流的 相量差。 变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流。 在正常运行及保护范围外部短路的情况下流入纵联差动保护 差回路的电流叫稳态不平衡电流。差动保护的电流应大于最大 不平衡电流,以保证保护线路外部故障时差动保护不动作。不 平衡电流增大,将使保护的灵敏度降低。 产生不平衡电流的原因主要有如下几个方面: 1)由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流。 2)由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流。 3)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流。,4)带负荷调变压器的分接头产生的不平衡电流。 五:变压器的接地保护 变压器中性点直接接地的零序电流保护 在正常情况下,电流互感器中没有电流,当发生接地故障时。 有3I0通过,零序保护动作。 仅部分变压器中性点接地系统中的分级绝缘变压器的零序电 流和零序电压保护。 )中性点未装放电间隙 发生接地故障后,中性点接地处出现零序电流,中性点接地运 行变压器的零序电流继电器动作,将操作电源送到中性点不接 地运行变压器的零序电压保护。 )中性点装设放电间隙 中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器的接地保护,除装设 两段式零序电流保护外,还增设反映零序电压和间隙放电电流 的零序电流保护。,六:变压器的过电流保护 为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护 的后备保护,变压器需装设过电流保护。根据变压器容量的不 同和系统短路电流水平的不同,可采用的保护方式有:1)过电 流保护2)低电压起动的过电流保护3)复合电压起动的过电流保 护4)负序过电流保护。 复习思考题: .变压器可能出现的故障和不正常运行状态有哪些?应分别装 设什么保护? .瓦斯保护和差动保护都是变压器内部故障的主保护,二者为 什么不能相互替代?,一:发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式 .发电机的故障主要有:1)定子绕组的相间短路。2)定子 绕组的匝间短路。3)定子绕组的单相接地短路。4)励磁回路的 一点或两点接地。5)转子回路失去励磁。 .发电机不正常的工作状态主要有:1)外部故障引起的定 子绕组过电流和超过额定容量运行的定子过负荷。2)外部不对 称短路和不对称负荷引起的发电机负序过电流和负序过负荷3) 调速系统惯性较大的发电机突然甩负荷引起的过电压4)由于主 气门突然关闭引起的发电机逆功率。5)由于励磁贿赂故障或强 行励磁时间过长引起的转子过负荷。6)发电机频率上升或下降。,第六单元 发电机的继电保护,.针对发电机可能发生的故障和不正常运行状态,必须装 设专门的、设备完善的保护。发电机的主要保如下: 1)纵联差动保护。2)定子绕组匝间短路保护。3)定子接地保护。 4)过电流保护。5)对称过负荷保护。6)励磁回路接地保护。7) 反映发电机励磁消失的失磁保护。8)转子回路过负荷保护。9) 大容量机组的逆功率保护。10)反映水轮发电机和大型气轮发 电机定子绕组过电压的过的电压保护。 二:发电机的差动保护 发电机的差动保护能快速而灵敏的切除发电机定子绕组及引 出线之间发生的故障,是发电机的内部相间短路的主保护。其 原理和前面讲的纵联差动保护相同。 三:发电机定子绕组接地保护 1)反映基波零序电压的定子绕组接地保护。 2)100%保护区的定子接地保护。,四:发电机的电流、电压保护 与变压器的后备保护相似,发电机后备保护也可采用低电压 起动的过电流保护,复合电压起动的过电流保护或负序电流加 单相式电压起动的过电流保护。当对灵敏度和时限配合的要求 较高时,还可以采用阻抗保护作为后备保护。 五:发电机励磁回路接地保护 发电机励磁绕组由于绝缘损坏较易发生一点接地故障,在发 生一点接地后,若发电机仍继续运行,而其他点绝缘水平降低 时,则可能发生转子回路的第二点接地。其后果严重。针对上 述情况,当现在广泛采用转子一点接地保护。当发生一点接地 后,发出信号,以便尽快停机。一点接地保护动作后,投入两 点接地保护,动作于停机。,六:发电机的失磁保护 .发电机的失磁失指发电机的励磁电流突然全部消失或部分 消失。会造成如下影响:由于发电机转速出现偏差,转子表 面产生差频电流。该电流产生附加损耗,使转子过热。转差越 大,发热现象越严重。发电机进入异步运行后,发电机转差 越大,其等效阻抗就越小,从系统吸取的无功功率就越大,从 而使发电机定子过电流,定子温度升高。发电机失磁进入异 步运行后,发电机的转距,有功功率剧烈的周期性摆动,使定 子、转子和整个机组受到很大冲击。发电机失磁后,从系统 吸取接近额定容量的无功功率,使系统电压降低,影响系统的 稳定运行,甚至导致系统因电压崩溃而瓦解。 .发电机的失磁保护应满足系统和发电机两方面的要求。,七:发电机的逆功率保护 由于机炉保护动作或其他原因使气轮机主汽门误关闭而断路 器未跳闸时,发电机将变成电动机运行,从系统吸收的有功功 率稳态值为发电机额定功率的4%-5.5%。实现逆功率保护,要 求有高灵敏度的逆功率继电器。 复习思考题: .发电机可能发现哪些故障和不正常运行状态?应配置的相应 保护有哪些?,一:母线保护 母线是电能集中和分配的重要设备,是电力系统的重要元件 之一。母线的保护方式通常分为两种:利用供电元件的保护 兼作母线故障的保护。采用专门的保护。 二:母线保护方式 利用供电元件的保护兼作母线故障的保护,不需要另装设保 护、简单、经济,但切除故障的时间长,切对于双母线不能选 择故障母线,使事故扩大。 在以下情况应采用专门的保护 对220-500KV母线,应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。,第七单元 母线的继电保护,2)110KV双母线,110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重 要变电所地35-66KV母线,需要尽快切除母线上的故障。 3) 35-66KV 电网中,主要变电所的35-66KV 双母线或分段单 母线需快速而有选择的 切除一段或一组母线上的故障,以 保证系统安全稳定运行和可靠供电 4)对于发电厂和变电所的3-10KV分段母线并列运行的双母 线,需要快速而有选择性的切除一段或一组母线上的故障,以 保证可靠供电。 5)线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时,需装设专用 的母线保护切除线路电抗器前的短路故障。 专用的母线保护多采用差动保护,以实现保护的快速性和选 择性。,三:母线的差动保护 单母线完全电流差动 母线上通常连接多个供电和受电元件。在正常运行和外部故 障时,流入母线的电流和流出母线的电流相等。而母线故障 时,所有与电源相连的元件均向故障点供短路电流。根据这个 特点,可构成母线的完全电流差动保护。 元件固定连接的母线完全电流差动保护 保护由起动元件和选择元件组成。起动元件是双母线的完全 电流差动,用来判别在母线上是否出现故障,且改变固定连接 方式不会改变其完全电流差动的性质。选择元件分别是个母线 的完全电流差动,用来选择故障母线。 相位比较式母线差动保护 电流相位比较式母线差动保护,采用双母线完全差动保护判 别母线是否故障,采用方向元件判别式哪一组母线故障。无论 母线运行方式如何改变,只要保证每组母线上由一个电源支路,母线短路时由短路电流流过母线回路,保护就不会失去选择性。 比率制动式母线差动保护 当发生区域外故障时,故障支路的短路电流相当大,其电流 互感器往往饱和严重,造成差回路瞬时不平衡电流很大,导致 误动作。比率制动式的母线差动保护针对这一情况,利用强制 制动解决电流互感器饱和对母线保护带来的问题。 复习思考题: :引起母线故障的原因是什么? :母线保护的方式有哪些?,第八单元 微机型继电保护,一:微机型保护的构成 微机保护的基本构成可以看成是硬件和软件两部分组成。 其整套硬件是用单独的专用机箱组装,包括数据采集系 统,主系统,开关量输出、输入系统及外围设备等。 软件由初始化模块,数据采集管理模块、故障检出模块、 故障计算模块与自检模块等组成。 二:微机保护的特点 易于获得附加功能。微机保护具有灵活性。微机保 护具有高可靠性。,三:微机保护的原理 微机保护的输入量仍与传统保护相同,从电压互感器和电 流互感器引入二次电压和电流,经变换器变为适合于保护所 要求的再由输入滤波器滤去支流分量、低次及高次谐波分量 和各种干扰信号,进入模数()转换器变成数字 量,微处理机既对输入的数字量进行运算和判别,然后决定 是否跳开断路器。 四:微机保护的基本算法和数字滤波 1)微机保护的基本算法是保护的数学模型,是微机保护工作 原理的数学表达式,是编制微机保护计算程序的依据。衡量 算法的好坏由三个指标:既计算精度、响应时间和运算量。 而三者往往是相互矛盾的。因此,应根据不同功能,保护的 性能指标和保护系统硬件和软件的条件采用不同的算法。,根据以上条件,归纳的算法主要有以下几种:采样及微 积分法。半周积分算法。傅式算法。 2)数字滤波可以理解为一个计算程序或算法,不需要硬件 设备。数字滤波将代表输入信号的数字时间序列转换成微代表 输出信号的数字时

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