继电保护(概述和电流保护)071029.ppt

电力系统继电保护,0 引 言,1. 电力系统中一次、二次的概念,2. 自动化/控制的实质,3. 电力系统的运行目标,一次：电能的发、输、配、用环节及其相互关系； 二次：测量、监视、控制、保护及其相互关系； 一次二次的关系：二次是一次正常运行的保证，即二次为一次服务。,机器代替人；弱电控制强电；二次控制一次。,安全、优质、经济。,0 引 言,4. 电力系统运行目标如何实现？,5. 电力系统继电保护,6. 电力系统自动装置,7. 电力系统自动化,1 继电保护概述,继电保护的重要性 电力系统故障的必然性 电力系统元件之间的电磁联系 对故障切除时间的要求 结论:只有安装于每一个电气设备上具有自动检测功能的自动装置（继电保护装置）才能完成此重任。,1 继电保护概述,电力系统状态及其划分原则（继保） 正常状态、不正常状态、故障状态 划分原则：等式约束、不等式约束,发电机、变压器或用电设备的功率及其上限,母线电压及其上、下限,输、配电线路中的电流及其上限,系统频率及其上、下限,1 继电保护概述,不正常状态及其危害 不正常状态：（电压U 频率f 电流I）,过负荷，频率降低，频率升高，过电压，中性点不接地和非有效接地系统中的单相接地，电力系统振荡。,可能发展成故障；缩短电气设备的寿命；损耗和温升增加；电动机转速降低（升高）；产品质量下降；汽轮机叶片的振动变大；频率崩溃；电压崩溃。,危害,1 继电保护概述,故障状态及其危害 故障状态：,短路、断线,1 短路电流和电弧损坏故障元件。,危害,2 短路电流损坏非故障元件或缩短其使用寿命。,3 电压大大降低，用户的正常工作遭到破坏或产生废品。,4 破坏并列运行的稳定性，引起振荡，甚至使系统瓦解。,1 继电保护概述,不正常、故障、事故的关系,1）故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故,2）事故的定义：系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的地步,3）事故的表现：大面积停电、人生死亡、设备损坏,2 继电保护的任务,识别故障，动作于跳闸 触发断路器自动隔离故障元件，将故障影响范围限制到最小，使无故障部分尽快恢复到正常运行状态。,反映电气设备的不正常工作状态，动作于信号 反映电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(如有无经常值班人员等)发信，以通知值班人员即时进行处理；或由装置自动进行调整；并将那些若继续运行即会造成设备损坏或导致故障发生的设备从系统中切除。,3 对继电保护装置的基本要求,1. 选择性,2. 速动性,3. 灵敏性,4. 可靠性,4 继电保护的基本原理,电力系统发生故障时的现象：电流增大、电压降低、电压和电流间相位角发生变化等。,方向保护；,阻抗(或称为距离)保护；,低电压保护；,电流保护；,利用发生故障时这些电气量与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护：,5. 纵联保护等。,4 继电保护的基本原理,继电保护的组成框图：,逻辑判断的依据：被测量的大小、性质、组合方式、出现顺序等。,5 继电保护的发展史,继电保护原理的发展史,1890年电流保护；,1908年电流差动保护；,1910年方向性电流保护；,1920年距离保护；,1927年高频保护；,1950年行波保护的设想，1975年装置实现；,1980年工频突变量原理的保护；,近期的发展。,5 继电保护的发展史,继电保护装置的发展史,机电型（电磁型）,晶体管型,集成电路型(未实用化推广),其它可能的发展方向,微机型,5 继电保护的发展史,微机继电保护装置的特点,优点：硬件便于统一；具有很强的软件、硬件自检功能；可方便地实现复杂的动作特性；维护调试方便；并具有故障测距、故障录波和报告打印等辅助功能。,缺点：抗干扰能力差。随着电子技术的发展和软件抗干扰能力的采用，该缺点已不明显。,6 继电器分类及其图形符号,继电器的分类,测量继电器、辅助继电器,横向、纵向； 常开（动合）常闭（动断）：左开右闭；上开下闭； 时间继电器的识别技巧：气囊,识图技巧,7 继电器特性,1 继电器特性,该特性的特点：只有两个状态、能防抖动。,2 返回系数,如返回系数为1， 则意味着什么？,8 电网的电流保护,1 电流速断保护（电流段）,2 限时电流速断保护（电流段）,3 定时限过电流保护（电流段）,4 三段式电流保护的评价,5 电流保护的接线方式（电流继电器的接线方式）,8.1 电流速断保护,电流速断保护：,反应于电流幅值增大而瞬时动作的电流保护,：短路类型系数，三相短路取1，两相短路取,：系统等效阻抗， 取决于运行方式,问题： 1）保护1能否有选择性的保护AB全长？ 2）最大最小方式如何兼顾？如何区分本线末与下一线出口？ 3）如何实现保护1的保护范围大，且具有绝对的选择性？（保护范围和选择性的矛盾）,动作判据：,8.1电流速断保护,整定原则：,躲过下一段线路出口短路所能够出现的最大短路电流。,8.1电流速断保护,保护范围校验：,要求最小保护范围：,8.1电流速断保护,原理接线图：,8.1电流速断保护,电流速断保护的优缺点：,缺点：不可能保护本线路全长！ （最大运行方式下的三相短路保护范围最大；最小运行方式下的两相短路保护范围最小。）,优点：原理简单、动作迅速可靠。,评价：满足速动性、选择性；不满足灵敏性,8.1电流速断保护,1：如何扩大保护1的保护范围？,降低动作门坎（整定值）,2：如何保证保护1的选择性？,与保护2的电流速断配合,两点思考：,8.2 限时电流速断保护,限时电流速断的整定,与下一条线路的电流速断配合（定值、时间）,8.2 限时电流速断保护,灵敏度校验,问题：如果灵敏度不满足 该如何处理？,8.2 限时电流速断保护,原理接线图,8.2 限时电流速断保护,限时电流速断的评价,选择性,灵敏性,快速性,靠定值和延时配合来满足,满足,不满足,8.2 限时电流速断保护,主保护和后备保护的概念,1）主保护,2）后备保护,近后备,远后备,3）电流段可做电流段的后备,4）电流段没有后备后备,8.3 定时限过电流保护,设置过电流保护的目的,后备作用（包括近后备、远后备）,如何延长过电流保护的保护范围（提高灵敏度）？,如何保证过电流保护的选择性？,降低整定值（降低到什么程度？依据是什么？）,增加延时（增加多少？依据是什么？）,8.3 定时限过电流保护,过电流保护的整定,8.3 定时限过电流保护,灵敏度校验,1）近后备：,2）远后备：,3）要求： 近后备灵敏度大于1.31.5； 远后备灵敏度大于1.2； 从电源端到负荷端灵敏度递增。,评价： 靠延时满足选择性；满足灵敏性；不满足速动性,8.4 三段式电流保护的应用及评价,1 原理简单、只需电流量、工作可靠，一般情况下能够满足快速性要求，广泛应用于35kV以下电网；,2 它们都是反应于被保护对象故障时电流升高而动作，但整定原则不同；,3 保护范围受运行方式和故障类型的影响较大；,4 电流速断靠定值满足选择性；限时电流速断靠定值和延时满足选择性；过电流保护靠延时满足选择性；,5 电流速断不能保护线路全长，限时电流速断不能作为相邻线的后备，故此，常将、段组合起来构成阶段保护，具体应用时可采用：、；、或、段的组合方式。,8.4 三段式电流保护的应用及评价,两点思考：,1 对于双电源系统，电流保护还能应用吗？如何处理？,2 电流保护的保护范围受运行方式和故障类型的影响本质是什么？,电流大或增大不是故障的本质特征，故障的本质问题是电网结构的改变。因此，能够反应电网结构参数变化的保护将有较好的性能。,8.5 电流继电器的接线方式,1 完全星形,2 不完全星形（V型）,8.5 电流继电器的接线方式,3 两种接线方式的性能分析,9 距离保护,1 距离保护的原理,9 距离保护,2 距离保护的优点：,1） 与基于单端量的电流保护相比：保护范围不受运行方式和故障类型的影响；,2） 与基于双端量保护相比：距离保护只需单端电气量、保护性能不受通信通道的影响。,3 距离保护存在的问题：,因为用到电压量，距离保护的性能受电压互感器断线、系统振荡、出口故障、CVT暂态特性等因素影响。,9 距离保护,4 距离保护存在问题的对策：,1） 电压互感器断线：由起动元件把关，闭锁距离保护；,2） 系统振荡：振荡闭锁元件把关（对距离保护、段）。,3） 出口故障：记忆电压、阻抗偏移特性、突变量方向元件。,4） CVT暂态特性：距离保护范围的开放策略、估计算法。,9 距离保护,5 对距离保护的评价,通过测量故障距离来确定故障的范围，保护区稳定、灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响小，能够用在多侧电源的高压及超高压的复杂电网中。 由于只利用了线路一侧的电气量，距离保护I段的整定范围为线路全长的8085，在双侧电源线路中，大部分区域故障能够无延时地切除；有3040的区域故障经0.5s的延时后跳闸。 距离保护的阻抗测量原理，除可以应用于输电线路的保护外，还可以应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。 在220kV以及以上电压等级的网络中，有时候这不能满足电力系统稳定性的要求。 相对于电流电压保护来说，距离保护的构成、接线和算法都比较复杂（同时利用电压、电流 ），装置自身的可靠性稍差。,10 差动保护,1 差动保护的原理,内部故障：,外部故障：,动作判据：,10 差动保护,2 差动保护的优点,1）基尔霍夫电流定律，原理简单； 2）具有良好的选择性，能灵敏地，快速地切除保护区内的故障； 3）被广泛地应用在能够方便地取得被保护元件两端电流的保护中。,3 差动保护存在的问题,1）电流互感器误差和不平衡电流； 2）部分元件存在并联（横向）支路； 3）CT饱和问题、CT断线问题； 4 ） 两端数据同步问题。,10 差动保护,4 差动保护存在问题的对策,1）提高动作门坎：躲过不平衡电流、躲过最大负荷，采取制动措施； 2）对并联支路的影响采取补偿措施； 3）CT断线和CT饱和的识别； 4）两端数据同步的处理。,5 对差动保护的评价,1）原理简单； 2）具有良好的选择性； 3）受CT带来的误差影响，如传变误差、饱和、断线的影响； 4）受两端数据不同步的影响。,作业题：根据以上分析和对差动保护的初步了解，请思考对于输电线路而言，应用差动电流差动保护存在哪些困难，如何解决？,11 输电线路纵联保护,2 纵联保护的通信通道类型,1） 导引线,2） 电力线载波,3） 微波,4） 光纤,1 纵联保护,3 差动原理在输电线路中的演变,1） 纵联电流差动保护,2） 方向比较式纵联保护,3） 电流相位比较式纵联保护,4） 距离纵联保护,12 自动重合闸,1 自动重合闸的作用,优点：1）大大提高供电的可靠性，减小线路停电的次数，特别是对单侧电源的单回线路尤为显著；2）提高电力系统并列运行的稳定性，提高传输容量；3）对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。,缺点：当重合于永久性故障时，使电力系统再一次受到故障的冲击，对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性；在很短的时间内，连续切断两次短路电流，使断路器的工作条件变得更加恶劣。,重合闸的成功率：用重合成功的次数与总动作次数之比来表示重合闸的成功率，成功率一般在6090 之间。,12 自动重合闸,2 对自动重合闸的基本要求,1）动作时间；2）动作次数；3）手合故障不应重合； 4）位置不对应时重合 。,3 自动重合闸的类型,1）三相重合闸；2）单相重合闸；3）综合重合闸 。,4 重合闸和继电保护的配合,1）前加速；2）后加速 。,5 双侧电源的同期问题,1）无压侧；2）同期侧 。,13 各元件保护配置,1 输电线路,2 变压器,3 母线,4 发电机,5 电动机,6 其它元件的保护，如电容器、电抗器等,13.1 输电线路的保护配置,1 故障状态,接地系统的7 (10)种短路类型；不接地系统的4种短路类型,2 不正常状态,1） 过电流、过负荷,2） 过电压（不接地系统的单相接地故障）,3 保护配置（取决于电压等级、接地方式、电网结构、性能要求）,1） 电流保护（相间电流、方向电流、零序电流、方向零序电流）,2） 距离保护（相间距离、接地距离）,3） 纵联保护（高频保护、微波保护、光纤电流差动保护）（存在的问题）,4） 自动重合闸,13.2 变压器的保护配置,1 故障状态,油箱外的故障:套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。 油箱内的故障:绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。,2 不正常状态,外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、绕组和铁芯过热。此外，中性点过电压；过电压或低频率等引起的过励磁。,3 保护配置（取决于容量）,1） 瓦斯保护,2） 差动保护或电流速断保护（差动保护存在的问题）,3） 过电流保护（相间）、零序电流保护（对于接地变压器）,4） 其它保护：过负荷、过励磁等。,13.3 母线的保护配置,1 故障状态,各种类型的相间和接地短路（因为一般情况下，110kV以上才配备专门的母线保护）,2 母线保护的特殊问题,电流互感器的饱和问题（区外故障时CT饱和引起误动的问题）；运行方式的切换及保护的自适应。,3 保护配置,1） 差动保护（差动保护存在的问题）,2） 断路器失灵保护,3） 母联失灵、死区、充电、过流保护,13.4 发电机的保护配置,1 故障状态,定子绕组相间短路；定子一相绕组内的匝间短路