水电站自动化继电保护基础.ppt

水电站自动化 重庆电力高等专科学校 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用2 2对继电保护的基本要求2 3继电保护的工作原理 构成和发展史 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用电力系统的运行状态继电保护装置及其基本任务 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用一 电力系统的运行状态根据不同的运行条件 可以将电力系统的运行状态分为正常状态 不正常状态和故障状态 1 正常状态 在此状态下 电力系统的有功功率和无功功率处于平衡 各发电 输电和用电设备均在规定的长期安全工作限额内运行 电压 频率均在规定的范围内变化 电能质量合格 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用一 电力系统的运行状态2 不正常状态 在此状态下 电力系统中的电气元件的正常工作遭到了破坏 但还没有发生故障的情况 其电气参数偏离了额定值 负荷上升超过了规定值 形成了过负荷 表现为电流上升 中性点不直接接地系统发生单相接地时 非故障相对地电压上升形成了过电压 大小为原来相电压的1 73倍 系统发生振荡 表现为电流 电压幅值作周期性变化 全盘波动等 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用一 电力系统的运行状态3 不正常状态 电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力 绝缘老化 误操作 设计制造缺陷等原因而形成的 包括各种形式的短路 最常见 危害最严重 和断线 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用一 电力系统的运行状态4 短路的类型和危害短路 是指电力系统中一切相与相或相与地之间的短接 其基本类型有 三相短路 两相短路 单相接地短路 两相接地短路四种 危害 1 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧 使故障元件损坏 2 短路电流通过系统中非故障元件时 由于发热和电动力作用引起它们的损坏或缩短使用寿命 3 部分电力系统的电压大幅度下降 使大量电力用户的正常工作和生活遭到破坏或产生废品 4 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性 引起系统振荡 甚至使整个系统瓦解 5 接地短路引起的零序电流还会干扰通讯设备的工作 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用二 继电保护装置及其基本任务1 电力系统继电保护的内容 第二章继电保护基础 2 1继电保护的任务和作用二 继电保护装置及其基本任务2 继电保护装置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 3 继电保护装置基本任务 1 自动 迅速 有选择性地将故障元件从电力系统中切除 使故障元件免于继续遭到破坏 保证其他无故障部分迅速恢复正常运行 2 反应电气元件的不正常运行状态 并根据运行维护的条件 而动作于发出信号 减负荷或跳闸 此时一般不要求迅速动作 而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时 以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理二 对继电保护的基本要求选择性速动性灵敏性可靠性 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的特征构成保护的判据 根据不同的判据可构成不同原理的继电保护 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理1 电力系统正常运行时 每条线路上的电流是负荷电流 各母线上电压在额定电压的 5 10 范围内变化 线路始端电压与电流之间的相位角 决定于由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理2 假定在线路l bc 上发生了三相短路电流 短路电流 从电源出发 流向短路点 各母线上电压 降低 短路点处降低到零短路点到变电站b母线之间的阻抗zk下降 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理3 保护的类别 1 利用基本电气参数量的区别过电流保护 反映电流增大而动作的保护 低电压保护 反映电压降低而动作的保护 距离保护 反映保护安装处到短路点之间的阻抗 2 比较两侧电流相位的变化相差高频保护 线路正常运行或外部短路时 被保护线路两侧电流相位相反 而保护区内部短路时 被保护线路两侧电流相位相同 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理3 保护的类别 3 反映序分量或突变量是否出现反映负序分量可构成不对称短路保护 反映零序分量可构成接地短路保护 根据正序分量是否突变可构成对称 不对称短路保护 4 反映非电量的保护反映瓦斯气体的产生可构成瓦斯保护 反映绕组温度升高可构成过负荷保护 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理4 继电保护装置的构成 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理4 继电保护装置的构成测量部分 对输入量与整定值进行比较 根据比较结果 给出 是 非 性质的逻辑信号 判断保护是否应该起动 逻辑部分 根据测量部分逻辑状态 使保护按一定逻辑关系工作 执行部分 根据逻辑部分传送的信号 最后完成保护装置承担的任务 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理5 继电保护回路动作原理测量部分 对输入量与整定值进行比较 根据比较结果 给出 是 非 性质的逻辑信号 判断保护是否应该起动 逻辑部分 根据测量部分逻辑状态 使保护按一定逻辑关系工作 执行部分 根据逻辑部分传送的信号 最后完成保护装置承担的任务 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求一 继电保护的基本原理5 继电保护动作原理举例 第二章继电保护基础 正常时 负荷电流不至于引起保护动作 短路时 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求二 对继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护 在技术上一般应满足四个基本要求 即选择性迅速性可靠性灵敏性 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求二 对继电保护的基本要求1 选择性 指保护装置动作时 仅将故障元件从电力系统中切除 使停电范围尽量缩小 以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行 第二章继电保护基础 k1点短路时 最近的保护1 2动作 跳开qf1和qf2 k2点短路时 最近的保护5动作 跳开qf5 k3点短路时 最近的保护6动作 跳开qf6 qf1 qf2 qf5 qf6 qf3 qf4 qf7 第二章继电保护基础 在要求继电保护动作有选择性的同时 还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性 因而就需要考虑后备保护的问题 当k3点短路时 距短路点最近的保护6本应动作切除故障 但由于某种原因 该处的继电保护或断路器拒绝动作 故障便不能消除 此时如其前面一条线路 靠近电源侧 的保护5能动作 故障也可消除 保护5所起这种作用的保护称为相邻元件的后备保护 同理 保护1和3又应该作为保护5和7的后备保护 第二章继电保护基础 主保护 后备保护 辅助保护 第二章继电保护基础 主保护 后备保护 辅助保护主保护 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 后备保护 当被保护元件的主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护 近后备 当主保护拒动时 由本设备或线路的另一套保护来实现的后备保护 当断路器拒动时 由断路器失灵保护来实现的后备保护 远后备 当主保护或断路器拒动时 由相邻设备或线路的保护来实现的后备保护 辅助保护 为补充主保护某种性能的不足 如方向元件的电压死区 或加速切除某部分故障而装设的简单保护 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求二 对继电保护的基本要求速动性 快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性 减少用户在电压降低的情况下工作的时间 以及缩小故障元件的损坏程度 因此 在发生故障时 应力求保护装置能迅速动作切除故障 切除故障的时间 继保动作时间 qf跳闸时间快速保护的动作时间为0 04 0 08s 最快的可达0 01 0 04s 断路器的动作时间为0 06 0 15s 最快的可达0 02 0 06s 第二章继电保护基础 必须指出 不是在任何情况下都要求这样快速地切除故障 比如作用于信号的保护装置 其动作可以带一定的延时 下面列举一些必须快速切除的故障 根据维持系统稳定的要求 必须快速切除的高压输电线路上发生的故障 使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值 一般为0 7倍额定电压 的故障 大容量的发电机 变压器以及电动机内部发生的故障 1 1okv线路导线截面过小 为避免过热不允许延时切除的故障等 可能危及人身安全 对通讯系统或铁道信号系统有强烈干扰的故障等 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求二 对继电保护的基本要求灵敏性 是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力 满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时 不论短路点的位置与短路的类型如何 都能灵敏地正确地反应出来 灵敏性常用灵敏系数来衡量 第二章继电保护基础 反应故障时参数上升的灵敏度 即过量保护 反应故障时参数下降的灵敏度 即欠量保护 第二章继电保护基础 其中故障时的最小 最大计算值取决于被保护元件和电力系统的参数和运行方式 电力系统的运行方式 最大运行方式 最小运行方式正常运行方式 第二章继电保护基础 最大运行方式 指投入运行的机组的容量最大 如下图中三台发电机全投入 系统的等值阻抗最小 线路l1 l2均投入 当在k点短路时 短路电流最大的运行方式 第二章继电保护基础 最小运行方式 投入运行的机组的容量最小 如只投入一台发电机 系统的等值阻抗最大 如线路l1 l2只运行一条 当在k点短路时 短路电流最小的运行方式 该方式由系统调度决定 第二章继电保护基础 正常运行方式 介于最大运行方式与最小运行方式之间的一切常见的运行方式 该方式由系统调度决定 如发电机投入了两台 线路l1 l2均投入 发电机投入了两台 线路l1或l2只投入一条 发电机投入了一台 线路l1 l2均投入等 第二章继电保护基础 2 2对继电保护的基本要求二 对继电保护的基本要求可靠性 可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时