1、继电保护概论.ppt

1 76 继电保护概论 电力系统运行状态 1 正常运行 2 故障 3 不正常运行 断线 短路 三相短路 两相短路 单相接地短路 两相接地短路 发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等 单相断线两相断线 过负荷 过电压频率降低 系统振荡等 上页 下页 返回 3 故障状态 一次设备运行中由于外力 绝缘老化 过电压 误操作等原因发生短路 断线 电力系统运行状态分为 正常状态 等约束和不等约束条件都满足 电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行 负荷潮流越限致使电流升高 过负荷 发电机突然甩负荷引起发电机频率升高 系统出现有功功率缺额引起的频率降低 中性点不接地系统单相接地引起的非接地相电压升高 电力系统发生振荡 不正常状态 正常运行条件受到破坏 但还未发生故障 等约束条件满足 部分不等约束条件不满足 4 短路的危害 1 短路电流大 燃弧 易使元件损坏 2 电压降低 用户正常的生产 生活受到影响 3 破坏系统稳定性 引起系统振荡 甚至系统崩溃 5 事故 系统或其中一部分的正常工作遭到破坏 造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的程度 甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏 6 一 继电保护的作用 电力生产的特点 电能无法大容量存储 电能的生产与消耗必须时刻保持平衡 负荷的波动与电力设备的退出运行 都会导致电力系统的运行状态发生变化 电力系统运行状态是指电力系统在不同运行条件 负荷水平 系统接线 出力配置 故障等 下的系统与设备的工作状况 7 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损坏 保证其它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 根据运行维护的具体条件 例如有无经常值班人员 和设备的承受能力 发出警报信号 减负荷或延时跳闸 电力系统继电保护的基本任务 8 继电保护的基本原理及其组成 为了完成继电保护的基本任务 必须正确区分正常运行 不正常运行和故障状态 寻找这三种运行状态下的可测参量 电气量和非电气量 的 差异 根据可测参量的不同差异 可以构成不同原理的继电保护 9 76 正常运行线路流过负荷电流母线电压额定电压附近感受阻抗 电压与电流比 短路故障 线路流过短路电流 母线电压降低 感受阻抗 10 正常运行 电流 负荷电流 两侧电流大小相等方向相反 d1短路 电流 故障段线路BC两侧电流大小一般不等 相位一般相同 非故障段线路与正常运行时情况相同 11 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 高频 微波 光纤 对称分量 零序或负序分量保护 非电气量 瓦斯保护 过热保护等 保护原理 第一节继电保护的任务 当电力系统中某电气元件发生故障时 能自动地 迅速地 有选择地将故障元件从电力系统中切除 避免故障元件继续遭到破坏 使非故障元件迅速恢复正常运行 2 当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时 能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸 13 76 电力系统继电保护装置 能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 第二节保护装置构成 基本原理和组成 测量 逻辑 执行 上页 下页 返回 继电保护装置的分类 继电保护装置 16 76 主保护 后备保护 主保护 反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时 有选择性地切除故障的保护称为主保护 后备保护 当主保护拒动时起作用 从而动作于相应断路器以切除故障元件 近后备保护 当主保护拒动时 由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护 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来实现的后备保护 16 17 76 主保护 后备保护示例 17 第三节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 关于灵敏性 灵敏性用灵敏系数来衡量 并表示为 也称为灵敏度 在计算保护的灵敏系数时 可按如下原则考虑 1 在可能的运行方式下 选择最不利于保护动作的运行方式 2 在所保护的短路类型中 选择最不利于保护动作的短路类型 3 在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点 计算所选的短路点 20 76 四者之间既相互联系又相互矛盾 因此 须从电力系统的实际情况出发 分清主次 求得最优情况下的统一 为保证选择性 有时要求保护动作带延时 降低了速动性要求 为保证速动性 有时允许保护非选择性动作 再由自动重合闸装置来纠正 为保证速动性和选择性 有时采用较复杂的保护装置 即降低了可靠性 21 76 继电保护工作的特点 1 理论要求高各设备的原理 性能 参数计算 故障状态的分析 电工原理 电机学 电力系统稳态 暂态分析 经济调度 安全控制 电力系统规划设计原则 运行方式制定的依据等等 2 综合性科学电工 电机 电子 电力系统 数学 计算机 通讯新理论 新技术 新材料的引用都基于以上各学科的发展3 理论和实践并重实验室实验 动模实验 现场人工故障实验 试运行4 责任重大 22 76 继电保护相关专业知识 23 一 电流互感器 电流互感器及电压互感器 一 电流互感器正方向规定 一次侧电流同名端流进 二次侧电流同名端流出 等值电路 相量图 由等值电路可见 将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流 供给测量表计和继电器 同时还可以使二次设备与一次高压隔离 保证工作人员的安全 由电磁平衡原理 所以 1 电流互感器存在误差的原因 二 电流互感器的误差 比值误差 角度误差 由于励磁电流的存在 使一次电流折算值与二次电流不等 即两者的大小和相位不同 小于10 小于7 2 电流互感器10 误差曲线 电流互感器比值误差为10 角度误差小于7 电流互感器一次电流倍数与允许的二次负载阻抗之间的关系曲线 电压互感器的接线方式 星型接线 三相五柱式接线 V V接线 特点 可以获得对称的三个线电压 但不能获得相电压 可以获得相电压 线电压和零序电压 可以获得相电压 线电压和零序电压 二 电压互感器 电压互感器二次电压可看成是电压源 而电流互感器二次电流可看成是电流源 电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁密较电流互感器高得多 电压互感器工作在二次侧开路状态 电流互感器工作在二次侧短路状态 电流互感器二次不能开路 三 电流互感器与电压互感器的工作特点 变换器作用 变换器 1 按照保护装置构成原理的要求 进行电气量的变换与综合 2 将被保护设备的强电交流二次回路与保护装置的直流弱电回路相隔离 3 利用测量变换器一 二次线圈的屏蔽层 抑制干扰信号的侵入 提高保护装置的抗干扰能力 变换器的种类 电流变换器 电压变换器 电抗变压器 一 电压变换器 中间变压器T 中间变压器用于将一次电压变换成装置所需要的二次电压 当忽略其比值误差和角度误差时 则二次输出电压 二次输出电压 中间变压器变比 一次输入电压 二 电流变换器 电流变换器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压 当忽略其比值误差和角度误差时 则二次输出电压 1 2 2 1 2 1 2 W W n n R n I n R n I U T T I I T 二次输出电压 变换系数 中间变流器变比 三 电抗变压器 UR 电抗变压器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压 电抗变压器铁芯具有气隙 其励磁回路的励磁电抗数值很小 相对于二次较大的负荷阻抗来说 完全可以忽略不计 故一次电流全部作为励磁电流 电抗变压器在工作时二次绕组可认为处于开路状态 调节电抗变压器一 二次绕组的匝数可以改变 通过调节电抗变压器绕组所接的电阻可以改变的角度 电流变换器与电抗变压器都是将一次电流成比例的变换成二次电压的 但是在应用上有些不同 电流变换器在磁路未饱和时 励磁电流可以忽略 其二次输出电压波形基本保持了一次电流信号的波形 电抗变压器一次电流全部作为励磁电流 在暂态情况下 忽略铁芯有功损耗 其二次输出电压为 电抗变压器二次输出电压对一次电流中的谐波成分有放大作用 对一次电流中的非周期电流有抑制作用 当输入端三相电流 电压中含有三序分量时 输出端只输出负序分量 为了提高保护装置的灵敏度 经常采用序分量来作为保护的判据 要获得这些序分量就必须借助于各种序分量滤过器 称为对称分量滤过器 当输入端三相电流 电压中含有三序分量时 输出端只输出零序分量 对称分量滤过器 零序分量滤过器 零序电压滤过器 零序电流滤过器 负序分量滤过器 负序电压滤过器 负序电流滤过器 零序电压滤过器 零序电压滤过器的作用是为了获得零序电压 它的输入是三相电压 输出只与输入电压中的零序电压成正比 构成依据 构成元件 三个单相式电压互感器或三相五柱式电压互感器都可以获得 零序电流滤过器 零序电流滤过器的作用是为了获得零序电流 它的输入是三相电流 输出只与输入电流中的零序电流成正比 构成依据 构成元件 由三台具有相同型号和变比的电流互感器构成零序电流滤过器 34 阻容式单相负序电压滤过器 参数关系 输出电压 35 76 36 76 37 76 结论 当输入正序电压时 负序电压滤过器输出为零 当输入负序电压时 负序电压滤过器输出不为零当输入零序电压时 负序电压滤过器输出为零 38 76 幅值比较与相位比较 幅值比较 就是通过比较两个电压的大小来决定继电器是否动作 相位比较 就是通过比较两个电压的相位来决定继电器是否动作 39 76 幅值比较与相位比较之间的关系 幅值比较的动作方程 相位比较的动作方程 40 76 幅值比较与相位比较之间的关系 常用电磁型继电器 42 76 一 电磁型继电器基本结构及工作原理 它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器 电流继电器 过电流继电器 电压继电器 中间继电器 时间继电器 信号继电器 过电压继电器 低电压继电器 反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器 反应被保护元件电压升高而动作的一种继电器 接点多容量大 可实现短延时 及自保持 多用于出口回路和逻辑回路 建立保护所需要的延时时间 当保护装置动作时 明显标示出继电器或保护装置动作状态 常用电磁型继电器的类型 反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器 44 76 二 电磁式过电流继电器 电磁转矩满足下面关系时 继电器动作电磁转矩满足下面关系时 继电器返回 动作电流 返回电流 返回系数 使电流继电器动合触点闭合的最小电流 使电流继电器动合触点打开的最大电流 返回电流与动作电流之比 实验接线 合上电源开关S 调整自耦调压器 使输入电流继电器的电流升高 当小灯刚好亮时电流表指示的电流就是继电器的动作电流 调整自耦调压器 使输入电流继电器的电流减小 当小灯刚好熄灭时 电流表指示的电流就是继电器的返回电流 电磁型过电流继电器的参数 46 76 关于继电器的接点 常开接点 继电器线圈不带电时打开的接点常闭接点 继电器线圈不带电时闭合的接点 二 电磁型低电压继电器参数 动作电压 返回电压 返回系数 使电压继电器动断触点闭合的最大电压 使电压继电器动断触点打开的最小电压 返回电压与动作电压之比 实验接线 合上电源开关S 调整自耦调压器 使输入电压继电器的电压升高至额定值这时继电器动断触点打开 调整自耦调压器 减小加入继电器的电压 当小灯刚好亮时 电压表指示的电压就是继电器的动作电压 调整自耦调压器 使输入电压继电器的电压升高 当小灯刚熄灭时 电压表指示的电压就是继电器的返回电压 48 76 电流继电器和低电压继电器动作和返回条件 动作条件 返回条件 49 离散信号及系统 离散信号 只有在离散时刻才有定义的信号 离散时间信号的表示 50 76 离散时间信号举例 51 离散时间系统 指有输入和输出的物理装置或运算的总称 且其输入和输出均为离散信号 表达式 52 离散时间系统的描述 差分定义 53 线性定常系统差分方程 描述线性定常离散时间系统 54 76 简单的线性定常离散系统表达式及实现的框图 y n b1y n 1 a0 x n a1x n 1 框图 55 76 采样信号和采样定理 采样信号 将时间连续的信号 按照一定的时间间隔变成时间的离散信号采样定理 一个有限频带时间信号f t 其最高频率为fm 若以T 1 2fm 的时间间隔进行采样 所得到的采样信号fs t 将含有原信号f t 的全部信息 56 76 采样过程描述 57 76 采样定理的说明 通过取不同的采样周期采样 来理解采样定理 58 76 数字滤波器 数字滤波器就是将一组输入系统中的数字序列 通过一定的运算变为另一组输出的数字序列 59 76 简单滤波器工作原理说明 利用加法运算构成 60 76 微机保护算法 根据代表电力系统运行状态的电流 电压的数字量进行数学运算 以计算出电流 电压的基波幅值 比值 相位差和功率等 然后再进行分析 比较 判断以完成继电保护功能的计算方法 61 76 一 两采样值积算法 根据输入电气量两个点的采样值 通过一定的数学式或方程式计算出输入电气量的数值 62 76 电流 电压采样值 设被采样的正弦电压和电流 63 76 用两采样值计算电流和电压幅值的公式 64 二 相电流突变量元件算法 反映电流增量 工作原理 65 76 第十节微机保护硬件系统 66 76 各组成部分作用 数据采集系统的作用 完成输入信号的预处理 即对取自被保护元件的连续模拟信号进行必要的处理并将其变成离散信号 最后转换成数字信号 输入给微处理机 CPU主系统的作用 由微处理器执行存放在EPROM中的程序 对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理 以完成各种继电保护的功能 开关量输人 输出系统的作用 完成各种保护的出口跳闸 信号警报 外部开关量的输入及人机对话等功能 67 76 一 数据采集系统 比较式模数变换的数据采集系统 1 电压形成回路2 前置模拟低通滤波器3 采样保持电路4 模拟量多路转换开关5 比较式模数变换器 68 76 数据采集系统 计数式模数变换的数据采集系统 1 电压频率式模数转换器VFC变换原理 是产生一个频率正比于输入电压瞬时值的等幅脉冲序列 2 计数器在固定的时间间隔