电力系统继电保护原理及应用1.ppt

一 基本概念 电力系统一次设备发电机 变压器 母线 输电线路 电动机 电抗器 电容器等组成的电能传输设备 属于高压设备 电力系统二次设备对一次设备的运行状态进行监视 测量 控制与保护的设备 从TA TV获得成正比的 小信号 相额定电压57 7V 额定电流1A或5A 1电力系统 一次设备 二次设备 一 基本概念 2电力系统运行状态正常状态 不正常状态 故障状态 正常状态电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行 最关键的指标 Ue 10 f 0 2Hz 不正常状态正常运行条件受到破坏 但还未发生故障 故障状态一次设备运行中由于外力 绝缘老化 过电压 误操作 以及自然灾害等各种 导致原因发生短路 断线 一 基本概念 3短路故障雷击 台风 地震 绝缘老化 人为等因素造成 伴随短路故障出现电流增大 电压降低 故障类型 纵向故障 指各种类型的断线故障 包括单相断线 两相断线和三相断线 横向故障 指各种类型的短路 包括三相短路 两相短路 单相接地短路及两相接地短路 单相短路 约为总短路故障数的65 三相短路只占5 10 三相短路故障发生的几率虽然最小 但故障产生的后果最为严重 一 基本概念 3短路故障 短路危害 短路电流大 燃弧 易使元件损坏 电压降低 电力用户正常的生产 生活受到影响 破坏电力系统并列运行的稳定性 引起系统振荡 甚至系统崩溃 美加大停电 巴西大停电 一 基本概念 3短路故障 短路特征 一 基本概念 3短路故障 短路特征实现的保护类型 电流增大 过电流保护电压降低 低电压保护阻抗减小 阻抗 距离 保护两侧电流大小和相位的差别 纵联差动保护不对称分量出现 零序或负序分量保护 不对称短路 非电气量 瓦斯保护 过热保护等 一 基本概念 继电保护装置就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 4继电保护装置的任务当某一设备发生短路 断线等故障时 切除故障的时间要求为几十到几百毫秒 基本任务 发生故障时 自动 迅速 有选择地将故障元件 设备 从电力系统中切除 使非故障部分继续运行 对不正常运行状态 为保证选择性 一般要求保护经过一定的延时 并根据运行维护条件 如有无经常值班人员 而动作于发出信号 减负荷或跳闸 且能与自动重合闸相配合 一 基本概念 测量部分 5继电保护装置的构成 测量有关电气量 与整定值比较 给出 是 或 非 0 或 1 大于 不大于 等于 等性质的一组逻辑信号 判断保护是否应该启动 一 基本概念 逻辑部分 5继电保护装置的构成 根据测量部分输出信号的大小 性质 先后顺序等 使保护按一定的逻辑关系判定故障类型和范围 确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号 并将有关指令传达给执行部分 执行部分 一 基本概念 根据逻辑部分的输出结果 发出跳闸脉冲及相应动作信息 或发出告警信号 控制跳闸 调整 或通知值班人员 5继电保护装置的构成 包括TV TA 二次电缆 保护装置 信号设备 工作电源等 断路器 电流互感器 电流继电器 中间继电器 信号继电器 时间继电器 一 基本概念 6继电保护二次回路 7继电保护的工作配合预设范围 保护范围重叠 无死区 发电机保护区 变压器保护区 线路保护区 低压母线保护区 高压母线保护区1 高压母线保护区 一 基本概念 8继电保护分类 主保护 主保护是满足系统稳定和设备安全要求 能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护 如线路的纵连保护 电力系统中的电力设备和线路 应装设短路故障和异常运行的保护装置 电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护 必要时可增设辅助保护 线路主保护 纵联电流差动保护 纵联距离保护 纵联方向保护变压器主保护 电流差动保护 瓦斯保护母线保护 电流差动保护 一 基本概念 远后备保护 当主保护或断路器拒动时 由相邻电力设备或线路的保护实现后备 近后备保护 当主保护拒动时 由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护 当断路器拒动时 由断路器失灵保护来实现的后备保护 后备保护 后备保护是主保护或断路器拒动时 用以切除故障的保护 后备保护分为远后备和近后备两种方式 一 基本概念 8继电保护分类 辅助保护 辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护 如零序电流保护 纵联速动主保护相间距离保护接地距离保护零序电流保护断路器失灵保护 一 基本概念 8继电保护分类 9对继电保护的基本要求 选择性速动性灵敏性可靠性 一 基本概念 简称为 继电保护 四性要求 四性 是分析和研究继电保护的基础 对四性中的每一项要求都应当有度 应以满足电力系统的安全运行为准则 不应片面强调某一项而忽视另一项 否则会带来不良的影响 一 基本概念 可靠性 可靠性是指保护该动作时应动作 不该动作时不动作 即不误动 不拒动 为保证可靠性 在装置选择上应选用硬件和软件可靠的装置 在保护配置上 220kV及以上电压等级电网的线路保护一般采用近后备保护方式 110kV及以下电压等级电网一般采用远后备保护方式 安全性 区外故障可靠不动作可信赖性 区内故障可靠动作 9对继电保护的基本要求 一 基本概念 选择性 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障 当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时 才允许由相邻设备 线路的保护或断路器失灵保护切除故障 为保证选择性 对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件 如起动与跳闸元件 闭锁与动作元件 其灵敏系数及动作时间应相互配合 9对继电保护的基本要求 一 基本概念 灵敏性 灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时 保护装置具有的正确动作能力的裕度 它反映了保护对故障的反应能力 一般以灵敏系数来描述 灵敏度系数指在被保护对象末段发生金属性短路时 故障量与整定值 反映故障量上升的保护 如电流保护 或整定值与故障量之比 反映故障量下降的保护 如阻抗保护 9对继电保护的基本要求 一 基本概念 速动性 速动性是指保护装置应能尽快切除短路故障 以提高系统稳定性 减轻故障设备和线路的损坏程度 缩小故障波及范围 继电保护在满足选择性的前提下 应尽可能的加快保护动作时间 9对继电保护的基本要求 一 基本概念 9对继电保护的基本要求 速动性和可靠性主要通过加强主保护配置 选择技术成熟原理先进硬件可靠的保护装置来保证 灵敏性和选择性主要通过选择合理的运行方式 正确的配合关系以及准确的计算公式来保证 讨论保护1 就以保护1为基准 本线路 一 基本概念 10常用的称谓 下一条线路 相邻线路 一 基本概念 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 10常用的称谓 10常用的称谓 背后线路 一 基本概念 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 一 基本概念 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 本线 末端短路 相邻线出口短路 讨论保护1 就以保护1为基准 相邻线末端短路 一 基本概念 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 反方向短路 一 基本概念 10常用的称谓 讨论保护1 就以保护1为基准 Zm1 Zm2 Zm3 依据测量阻抗在不同情况下的 差异 保护就能够区分出系统是否发生故障 以及故障发生的范围 正向及范围 或反向 距离保护通过测量输电线路一端的电压 电流 计算它们的比值 反应故障点到保护安装处的距离 该比值称之为测量阻抗 二 距离保护 Zm1 Zm2 Zm1 Zm2 Zm3 Zm1 Zm2 1基本原理 二 距离保护 1基本原理 测量阻抗通常为复数 可表示为 测量阻抗的幅值 测量阻抗角 测量电阻 测量电抗 测量阻抗具有以下的 差异 二 距离保护 1基本原理 系统正常运行时 短路时 在R X复平面 可以看出测量阻抗与动作范围的关系 二 距离保护 1基本原理 相电压 线电压 零序电流补偿系数 二 距离保护 1基本原理 金属性接地故障 故障相相电压 测量阻抗 故障相相间电压 相间直接短路故障时 测量阻抗 接地距离保护 相间距离保护 二 距离保护 1基本原理 直线区域 设计为一个 面 的区域 因此 通常将阻抗继电器的保护范围扩大为一个面或圆的形式 当测量阻抗落在这个范围内时 阻抗元件动作 否则不动作 这个保护范围的边界叫做 整定阻抗 用表示 考虑到二次侧的测量阻抗受下列因素影响 1 电流 电压互感器误差 2 输电线路阻抗角的角度差 3 过渡电阻的影响等 二 距离保护 1基本原理 设计为一个 面 区域 接线方式 即采用何种测量电压和测量电流最优 1 能够反映短路点到保护安装处的正序阻抗 2 适合于任何的短路类型 测量电压 测量电流 二 距离保护 2距离保护的接线方式 经过分析 研究 比较 目前 常用的接线方式有2种 1 相间距离0 接线方式 2 带零序补偿的接地距离0 接线方式 二 距离保护 2距离保护的接线方式 接地阻抗的0 接线方式 相间阻抗的0 接线方式 接线方式可以反映的故障类型 二 距离保护 2距离保护的接线方式 二 距离保护 3距离保护的基本组成 I段 无延时 保护本线路的一部分II段 tII延时 可靠保护线路的全长 保护范围延伸至相邻线路 III段 tIII延时 作为本线路I II段的后备 躲过最小负荷阻抗即可 二 距离保护 3距离保护的保护范围 分支电流 助增与外汲 交流失压及PT断线闭锁系统振荡及振荡闭锁线路串联补偿电容 二 距离保护 3影响距离保护的因素 在距离保护的各种动作区域中 常用的一种形式是 圆特性 典型的圆特性如下 方向特性 整定阻抗是圆的直径 绝对值最大 保护范围最大 希望 线路阻抗角等于最大灵敏角 二 距离保护 3距离保护的动作特性 圆内动作 在距离保护的各种动作区域中 常用的一种形式是 圆特性 典型的圆特性如下 方向圆特性可以判断 短路范围和方向 但是 出口短路时需要 记忆 最常用动作特性之一 方向特性 二 距离保护 3距离保护的动作特性 偏移特性可以判断 短路范围 没有出口死区 但是 反方向出口短路会误动 偏移特性 二 距离保护 3距离保护的动作特性 全阻抗特性可以判断 短路范围 但是 没有方向性 较少采用 没有最大灵敏角的概念 全阻抗特性 二 距离保护 3距离保护的动作特性 另外 两个或多个的圆特性可构成 与 或 的关系 组合出其它特性 橄榄型特性苹果型特性 两圆 与 两圆 或 二 距离保护 3距离保护的动作特性 多边形特性 淡化了最大灵敏角的概念 与圆特性比较 多边形特性的保护范围 耐过渡电阻能力容易兼顾 常用特性之一 二 距离保护 3距离保护的动作特性 电力系统中的发电机组之间出现功率角大范围周期性变化的现象 称为电力系统振荡 二 距离保护 4距离保护的振荡闭锁 电力系统振荡时 系统中各点的电压 线路电流 功率大小和方向以及距离保护的测量阻抗都呈现周期性变化 以上述这些量为测量对象的各种保护的测量元件 就有可能因系统振荡而误动 二 距离保护 4距离保护的振荡闭锁 单端电气量保护 仅利用被保护元件的一侧电气量 无法区分线路末端和相邻线路的出口短路 可以作为后备保护或出口故障的第二种保护