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继电保护基础知识点解析 一 继电保护四性1 可靠性 在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时 它不应该拒绝动作 而在任何其他该保护装置不应该动作的情况下 则不应该误动作 即 不误动不拒动 可靠性主要取决于保护装置本身的质量和运行维护水平 一般来说 保护的原理完善 装置组成元件的质量越高 接线越简单 模拟式保护回路中继电器的接点数量越少 保护装置的工作越可靠 比如过流保护 如果加入复压闭锁条件 则会增加电压测量 比较 逻辑判断回路 保护的复杂性提高 无论哪一个环节出现问题 都会使保护装置出现误动和拒动可能 因此 对于保护整定而言 在元件保护要求满足的前提下 保护越简单越可靠 在电源比较丰富 各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时 保护装置误动 会切除一部分负荷 但此时很可能备自投装置动作很快能恢复供电 此时则考虑宁愿误动而不要拒动 以保护设备和系统稳定为主 反正 当电源少 各系统之间和电源与负荷之间联系比较薄弱情况下 则以保证供电可靠性为主要任务 此种情况下提高保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要 2 选择性电力系统中有故障时 应由距故障点最近的保护装置动作 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 一般情况下远后备保护动作切除故障时将使停电范围扩大 在复杂的高压电网中 当实现远后备保护在技术上有难度 主要是灵敏系数不满足要求 时 应采用近后备保护 为此 在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护 并装设必要的断路器失灵保护 由于这种后备作用是在主保护安装处实现 因此称为近后备保护 相比较而言 远后备的性能是比较完善的 它对相邻元件的保护装置 断路器 二次回路和直流电源所引起的拒绝动作 均能起到后备作用 同时其实现简单 经济 因此 在电压较低的线路上应优先采用这种方式 只有当远后备不能满足灵敏度和速动性时 才考虑采用近后备的方式 主保护和后备保护的概念 1 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地切除被保护设备或线路故障的保护 2 后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护 又分为远后备和近后备 1 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 2 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 当断路器拒动时 由断路器失灵保护来实现后备保护 3 辅助保护 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 超高压 220kV及以上 双重化原则 近后备 断路器失灵 高压 220kV以下 主 备独立 远后备 用图例说明选择性 选择性是指电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而使非故障元件仍能正常运行 以尽量缩小停电范围 例 当d1短路时 保护1 2动 跳1DL 2DL 有选择性当d2短路时 保护5 6动 跳5DL 6DL 有选择性当d3短路时 保护7 8动 跳7DL 8DL 有选择性若保护7拒动或7DL拒动 保护5动 跳5DL 有选择性 若保护7和7DL正确动作于跳闸 保护5动 跳5DL 则越级跳闸 非选择性 3 速动性速动性就是当元件发生故障时 该元件保护装置要迅速反应并动作于跳闸 将故障隔离 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情况下工作时间以及缩小故障元件的损坏程度 但动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置 一般都结构复杂 价格比较昂贵 比如光纤差动保护可是实现全线速动保护 但价格肯定比单纯的过流保护 距离保护要昂贵得多 因此 在一些情况下 允许保护装置带有一定的延时切除故障 对继电保护速动性的要求 应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定 故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和 4 灵敏性 对于其保护范围内发生任何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 都能敏锐感觉 正确反应 通常 保护装置的灵敏性用灵敏系数来衡量 并表示为Klm 对反应于数值上升而动作的过量保护 如过电流保护 对反应于数值下降而动作的欠量保护 如低电压保护 其中故障参数的最小 最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式 故障类型和短路点来计算的 重点讲解灵敏性 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础 也是贯穿全课程的一个基本线索 在它们之间既有统一的一面 又有在一定条件下矛盾的一面 继电保护的四性在整定计算中非常重要 在制定保护系统方案中常常很难同时满足四个基本要求 整定计算工作很重要的一部分就是对四性进行统一协调 1 可靠性与选择性 灵敏性 速动性存在矛盾 例如保护装置的环节越少 回路越简单可靠性越高 但简单的保护很难满足选择性 快速性 灵敏性的要求 2 选择性与灵敏性存在矛盾 例如 对于电流保护 提高整定值可以保证选择性 降低整定值才能保证灵敏性 尤其是大 小方式相差较大时 很难同时满足二者的要求 3 选择性与速动性存在矛盾 时间越长越容易保证选择性 但无法满足速动性的要求 对于四性的矛盾 要具体分析电网的实际情况进行合理的取舍 具体原则如下 a 地区电网服从主系统电网 b 下一级电网服从上一级电网 c 局部问题自行消化 d 尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要 二 保护整定中的大 小方式1 大方式在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大 对继电保护而言称为最大运行方式 此时对应的系统等值阻抗最小 2 小方式在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小 对继电保护而言称为最小运行方式 此时对应的系统等值阻抗最大 继电保护整定计算中所用大 小方式的 大 和 小 是相对于短路电流的大小而言 和短路电流的大 小一致 取最大运行方式下三相短路和最小方式下两相短路 经计算后可以绘制出流经保护安装处的短路电流随短路点距离变化的两条曲线 在系统所有的运行方式下 在相同地点发生不同类型的短路时流过保护安装处的电流都介于这两个短路电流之间 继电保护装置具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障 是保护区内故障还是区外故障的功能 保护装置要实现这一功能 需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成 2 电力系统发生故障后 工频电气量变化的主要特征是 1 电流增大 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至几倍额定电流 2 电压降低 当发生相间短路和接地短路故障时 系统各点的相间电压或相电压值下降 且越靠近短路点 电压越低 2020 1 29 12 可编辑 流过保护安装处短路电流的大小与以下因素紧密相关 1 电力系统运行方式的变化 2 电力系统正常运行状态的变化 3 不同的短路类型 4 随短路点等值电源的距离变化 短路电流连续变化 越远电流越小 并且在本线路末端和下级线路出口短路 电流没有差别 以上特点 都是构成完善的电流保护时必须考虑的问题 三 35千伏线路保护1 瞬时电流速断保护 过流I段 电流I段 瞬时电流速断保护不能保护线路全长 按躲线末最大短路电流整定 动作时间一般按0s整定 Iset a Kk Ik b maxKk为可靠系数 一般 1 3 Ik b max为最大方式下线路末端三相短路电流 瞬时电流速断保护仅保护线路的一部分 不深入到其他线路 定值具有天然选择性 瞬时电流速断保护应校核被保护线路出口短路的灵敏系数 在常见运行大方式下 三相短路的灵敏系数不小于1即可投运 需要指出的是 在系统最大运行方式和最小运行方式差异较大的情况下 瞬时电流速断保护在最小方式下可能没有保护范围 在短线路中 甚至还可能出现大方式下也没有保护范围 这体现了电流保护受系统运行方式影响较大 局限性较强 三 35千伏线路保护1 瞬时电流速断保护 过流I段 电流I段 当线路为终端线路 带下级35千伏变电站时 瞬时速断保护可按躲过下级主变低压侧整定 同时还要注意瞬时电流速断保护因延时为0s或短延时 当下级主变容量较大时 可能躲不过下级主变全电压充电时的励磁涌流 因此要校核是否能躲过下级主变涌流 一般大方式下短路电流较大 可以躲过下级主变涌流 2 限时电流速断保护限时电流速断保护能保护线路全长 按保线末有规定灵敏系数整定 Iset a Ik b min KlmKlm为灵敏系数 20公里以下线路不小于1 5 20公里至50公里线路不小于1 4 50公里以上线路不小于1 3 Ik b max为最小方式下线路末端两相短路电流 限时电流速断保护应该与下级线路的瞬时电流速断保护配合 不能伸出下级线路的瞬时速断保护范围 时间比瞬时电流速断保护多出一个级差取0 3s 如果保护范围不伸出下级线路的瞬时速断保护范围 则本级限时电流速断保护不考虑与下级限时电流速断保护时间相配合 当限时电流速断保护伸出下级线路瞬时电流速断保护时 则限时电流速断保护时间需与下级限时电流速断保护配合 比下级限时电流速断保护时间多一个级差 两级限时电流速断保护定值也要严密配合 2 限时电流速断保护限时电流速断保护要求保线末灵敏度 这个灵敏度要求往往与不伸出下级线路瞬时速断范围 躲下级变电站主变变低的选择性要求相冲突 因县域电网往往以35千伏电网作为主网架 网架结构薄弱 电源比较单一 系统联系不紧密 线路串带现象普遍 如果继电保护的选择性得不到保证发生越级跳闸 将会造成较大停电范围 造成不良社会影响 此时 继电保护的选择性显得尤为重要 因此 当35千伏线路限时速断保护按保线末灵敏度整定与躲主变低压侧相冲突时 如果下级主变负荷不属于重要负荷 如一级 二级负荷 则按保线末灵敏度整定 选择性靠下级保护可靠动作保证 如果下级负荷为重要负荷 则以躲下级主变低压侧变低为准 以保证良好的选择性 当线末发生故障时 靠本级后备保护 过电流保护来切除故障 但要在备注中明确说明 限时速断保护对线末没有足够灵敏度 3 过电流保护过电流保护按躲线路最大负荷电流整定 最大负荷电流的计算按调度方式部门提供的事故过负荷 负荷自启动电流等 在受线路输送能力限制的情况下 也可按输电线路所允许的最大负荷电流整定 可靠系数取1 3 1 5 过电流保护作为本级线路后备保护和下级线路的远后备保护 在本线路末端故障时要求灵敏系数不小于1 5 在相邻线路末端故障时力争灵敏系数不小于1 2 过电流保护定值与时间也要逐级严密配合 当按躲最大负荷电流整定的过电流值不能保证规定的灵敏系数时 应按保证规定的灵敏系数整定 因为110千伏及以下电网采用远后备对下一级线路进行保护 如果下级保护拒动时 本级保护应该动作 这是保护电网设备的一道重要防线 此时可能会限制线路的带负荷能力 在定值单中应明确说明 也可以选择加电压闭锁元件进行闭锁过电流保护 当正常运行负荷值大于定值时 用电压元件闭锁防止过电流保护误动 四 35千伏主变保护主保护 非电量保护 轻瓦斯 重瓦斯 压力释放等 纵差保护 差动速断和比率差动保护 后备保护 复压闭锁过流保护 高后备复压闭锁过流保护 按躲变压器高压侧额定电流整定 一般去1 2 0 9倍额定电流 并与低压侧有1 1倍配合系数 并校核对主变低压侧母线短路有1 5倍灵敏系数 时间按与上级线路过电流保护时间配合 高压侧复压取高 低压侧母线PT电压并用 低后备复压闭锁过流保护 按躲变压器低压侧额定电流整定 一般去1 2 0 9倍额定电流 时间按与主变高压侧复压闭锁过电流保护时间配合 低压侧复压取低压侧母线PT 如果时间裕度不够 可以高 低后备时间取一样 以便给主变低压侧出线留出足够时间 五 10千伏馈线保护瞬时电流速断保护退出 限时速断保护按保线末有灵敏度整定 时间取0 5s或0 3s 如果上级35千伏限时速断保护范围伸出了主变本级母线 则要求本线路限时速断保护定值及时间与上级35千伏线路相配合 如果线路长度太长 造成保线末灵敏度的限时速断保护定值太小 以至于不能躲过负荷电流时 应调整电网运行方式 加装线路分段开关及保护或者采取电压闭锁元件等 过电流保护按躲本线路最大负荷电流整定 可靠系数取1 3 1 5 过电流保护时间按与上级主变低后备跳低分段时间配合整定 要求配网线路下级环网柜