高速铁路继电保护.ppt

第三章自动装置 第一节自动重合闸 ZCH 的作用及要求 一 ZCH的作用 1 故障分类 永久性故障 瞬时自消性故障 跳闸 故障原因依然存在 故障原因已消失 满足恢复供电的条件 ZCH 2 ZCH的作用 自动将跳闸后的断路器合闸 恢复由于瞬时自消性故障引起的停电 二 对ZCH的要求 1 正常分闸时 ZCH不应动作 2 手动合闸到故障线路上时 ZCH不应动作 3 DL处于不正常运行状态时 不应进行重合 4 ZCH动作的次数应符合规定 5 ZCH动作后应能自动复归 6 ZCH动作后应能给出信号 7 在双侧电源线路上进行重合时 应考虑合闸时的同步问题 8 考虑与继电保护的配合 前加速 ZCH动作前加速继电保护动作 无选择性后加速 ZCH动作后加速继电保护动作 可保证选择性 第二节单侧电源线路的ZCH 三 ZCH的起动方法 1 不对应 原理 利用DL的状态与控制开关的位置不对应来起动 2 利用保护装置起动 应该加记忆电路来实现自保持 正常运行时 DL 合闸状态WK 合后 位分闸状态 分后 位短路故障时 保护动作 DL 分闸状态 WK 合后 位 其中 TWJ 跳闸位置继电器SJ 加速继电器TBJ 跳跃闭锁继电器BH 闭合表示线路上所设的任一种保护动作 WK WK 2SJ 2123 24 220V 2SJ1 TWJ 起动回路 闭锁重合闸 出口回路 加速继电器 灯光监视 手动合闸回路 防跳闸线圈 手动分闸回路 跳闸位置继电器 保护跳闸回路 继电保护回路 加速跳闸回路 3R 1SJ2 C ZJ 2R 重合闸继电器内部接线 1SJ 1SJ1 1R BD 4R ZJ4 WK 2528 WK 58 WK 2SJ2 JSJ ZJ3 ZJ2 ZJ1 ZJ XJ JSJ TBJ1 TBJ HC DL1 TBJ2 TWJ 5R TBJ DL2 TQ BH 1 正常运行时 DL处于合闸状态 DL辅助常开接点闭合 辅助常闭接点断开 电容C充电 15 20S BD亮 2 发生故障时 保护动作 BH闭合 2SJ1 2SJ2闭合 TQ受电DL跳闸 DL1闭合 TWJ受电其接点闭合 TWJ闭合 1SJ受电其接点闭合 1SJ1闭合 电容C放电 ZJ V 受电 ZJ1 3闭合 ZJ I 受电实现自保持 DL2断开 XJ受电动作给出信号 HC受电动作将DL重合闸 DL2闭合 若故障是瞬时自消性的 DL1断开 ZJ4断开 WK在 合后 位 67 WK在 合后 位 其中 TWJ 跳闸位置继电器SJ 加速继电器TBJ 跳跃闭锁继电器BH 闭合表示线路上所设的任一种保护动作 WK WK 2SJ 2123 24 220V 2SJ1 TWJ 起动回路 闭锁重合闸 出口回路 加速继电器 灯光监视 手动合闸回路 防跳闸线圈 手动分闸回路 跳闸位置继电器 保护跳闸回路 继电保护回路 加速跳闸回路 3R 1SJ2 C ZJ 2R 重合闸继电器内部接线 1SJ 1SJ1 1R BD 4R ZJ4 WK 2528 WK 58 WK 2SJ2 JSJ ZJ1 ZJ2 ZJ3 ZJ XJ JSJ TBJ1 TBJ HC DL1 TBJ2 TWJ 5R TBJ DL2 TQ BH 2 发生故障时 保护动作 若故障是瞬时自消性的 TWJ失电其接点断开 TWJ断开 SJ失电 SJ1断开 C重新充电15 20s后充满表明ZCH复归 若故障是永久性的 DL重新合闸后 故障依然存在 保护再次动作 JSJ受电其接点闭合 JSJ接点闭合 TQ受电DL第二次跳闸 C再次放电 但由于充电时间短 C上电压低 不足以起动ZJ V 重合不成功 67 其中 TWJ 跳闸位置继电器SJ 加速继电器TBJ 跳跃闭锁继电器BH 闭合表示线路上所设的任一种保护动作 WK WK 2SJ 2123 24 220V 2SJ1 TWJ 起动回路 闭锁重合闸 出口回路 加速继电器 灯光监视 手动合闸回路 防跳闸线圈 手动分闸回路 跳闸位置继电器 保护跳闸回路 继电保护回路 加速跳闸回路 3R 1SJ2 C ZJ 2R 重合闸继电器内部接线 1SJ 1SJ1 1R BD 4R ZJ4 WK 2528 WK 58 WK 2SJ2 JSJ ZJ1 ZJ2 ZJ3 ZJ XJ JSJ TBJ1 TBJ HC DL1 TBJ2 TWJ 5R TBJ DL2 TQ BH WK在 合后 位 67 手动操作分闸时 要求ZCH不动作 WK在 分 位 TQ受电DL被手动分闸 电容C迅速放电保证不重合 手动合闸到故障线路上时 要求ZCH不动作 WK在 合 位 HC受电DL合闸 JSJ受电其接点闭合 JSJ闭合 C开始充电 由于线路上有故障 故BH闭合 2SJ受电其接点闭合 2SJ2闭合 TQ受电 DL跳闸启动ZCH C开始放电 由于充电时间短C上充电电压低放电电流不足以起动ZJ重合不成功 WK WK 2SJ 2123 24 220V 2SJ1 TWJ 3R 1SJ2 C ZJ 2R 1SJ 1SJ1 1R BD 4R ZJ4 WK 2528 WK 58 WK 2SJ2 JSJ ZJ1 ZJ2 ZJ3 ZJ XJ JSJ TBJ1 TBJ HC DL1 TBJ2 TWJ 5R TBJ DL2 TQ BH 67 5 TBJ的作用 目的 防止断路器发生跳跃现象 跳跃现象 由于ZJ常开接点粘连 使得当发生永久性故障时 DL被保护动作跳闸后 经粘连的ZJ接点使断路器重复发生 分 合 分 合 现象 措施 加入TBJ 假设ZJ1 3接点粘连 线路上发生永久性故障时 TQ受电DL分闸 TBJ I 受电动作 TBJ1闭合 因为ZJ1 3粘连 故TBJ V 实现自保持 保证TBJ2断开 从而使得ZCH的重新合闸回路始终保持断开 避免跳跃现象的发生 1SJ的时限整定 DL跳闸后 短路点绝缘介质的恢复需要一定的时间 DL动作后 DL操作机构的复位需要一定时间取0 3 3S 第三节双侧电源线路的ZCH 一 双侧电源线路ZCH的特点及要求 1 当线路发生故障时 两侧保护可能以不同的时限将两侧的DL跳闸 两侧的ZCH必须保证在两侧的DL都跳闸以后 再进行重合 2 在某些情况下 DL跳闸后 线路两侧的电源之间失去同步 进行重合时 必须考虑电源是否同步或是否允许非同步合闸 二 双侧电源线路ZCH工作方式 1 非同步重合闸 同单侧电源线路的ZCH2 检查无电压和检查同步的ZCH V V V ZCH V V V ZCH A B TJJ YJ YH DL LP 由图可知 线路两侧除装设ZCH外 其中一侧 例如A侧 还装设了检查线路有无电压的低电压继电器YJ 另一侧装设检查两侧电源是否同步的同步检定继电器TJJ 同步检定继电器 TJJ 反应两个电压差而动作 同步时 TJJ不动作 接点闭合不同步时 TJJ动作 接点断开 V V U母线 U线路 V V V ZCH V V V ZCH A B TJJ YJ YH DL LP 当故障发生时 保护动作将两侧DL跳闸 若 故障是瞬时自消性的 故障是永久性的 U线 0 YJ动作 接点闭合 ZCH动作进行重合 A侧重合成功 U线 0 TJJ检查是否同步 同步 TJJ接点闭合 ZCH动作进行重合 B侧重合成功 不同步 TJJ等待至同步后进行重合 ZCH动作 保护动作重新将DL跳闸 A侧重合不成功 TJJ检查到不同步 B侧不进行重合 A侧DL动作两次 条件艰苦 LP轮换 LP轮换 因某种原因使检查无电压侧 如 A侧 DL误跳闸 DL误跳闸 YJ不动作 不进行重合 措施 并联一个TJJ 第四节备用电源自动投入装置 BZT 一 BZT的作用 当工作电源因故障而断开以后 自动而迅速地将备用电源投入运行或将用户切换到备用电源 二 对BZT的要求 1 BZT在工作电源因任何原因失电时 必须迅速地动作 2 BZT应保证停电时间最短 3 BZT只应动作一次 4 BZT应在工作电源确已断开后 在将备用电源投入 5 当电压二次侧的熔断器熔断时 BZT不应该动作 6 当备用电源没有电压时 BZT不应该动作 合闸部分 将备用电源投入运行 BZT的组成 低压起动部分 判断工作电源是否失电 三 BZT的原理接线图分析 V t B1 工作 1TQ 2TQ V 3HQ 4HQ 馈线 1YJ 2YJ 3SJ 4ZJ 5ZJ 6ZJ 7ZJ 3YJ B2 备用 4DL1 3DL1 2DL 2DL1 3 1DL 1DL1 1号电源进线 2号电源进线 110KV 110KV 27 5KV V 馈线 馈线 正常运行时 号系统工作 号系统备用 2 因任何原因使27 5KV母线失电时 3DL 4DL 1DL合闸 2DL合闸 3DL分闸 4DL分闸 110kV母线有电 110kV母线有电 3YJ受电接点闭合 7ZJ受电接点闭合 27 5kV母线也有电 1YJ 2YJ接点断开 1YJ 2YJ接点闭合 3SJ动作接点延时闭合 4ZJ动作接点闭合 1TQ受电 2TQ受电 1DL跳闸 2DL1 2DL3跳闸 5ZJ失电接点延时打开 6ZJ受电接点闭合 3HQ受电 4HQ受电 3DL合闸 4DL合闸 号系统投入运行 5ZJ延时结束接点打开 若自投不成功5ZJ接点已打开不再进行自投 展开原理图 3SJ 1YJ 2YJ 3SJ 4ZJ 4ZJ1 1TQ 1DL1 4ZJ2 2TQ 2DL1 2DL2 5ZJ 2DL3 6ZJ 5ZJ 3YJ 7ZJ 7ZJ1 3HC 6ZJ1 7ZJ2 4HC 6ZJ2 3DL1 4DL1 低压起动部分 1DL跳闸回路 2DL跳闸回路 合闸起动部分 3DL合闸回路 4DL合闸回路 第四章距离保护及阻抗继电器 一 基本概念 第一节距离保护的作用原理 在110kV线路及27 5kV馈线中 采用电流保护 存在以下问题 1 高电压 重负荷线路中 电流保护灵敏系数较低 电流速断保护范围不稳定 而过电流保护动作时间太长 2 多电源环形网络中用方向性电流保护已不能满足选择性要求 高电压 Zx 1大 Id小 Klm低 重负荷 If max Idz大 Klm低 1 2 3 6 5 4 d1 d2 假设1 6处均设置了方向性电流保护为了保证动作的选择性 要求 d1点短路时 t2 t4 t6 d2点短路时 t4 t6 t2 矛盾 3 电流速断保护范围不稳定 过电流保护动作时间长 不能满足高电压 重负荷输电线路对保护速动性的要求 基于上述三点 距离保护 是反应故障点与保护安装点之间的距离 阻抗 并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护 二 距离保护的时限特性 阶梯形时限特性 具有三段保护范围 段 和电流速断保护类似 为保证选择性 不让其保护到本段线路全长 一般选为 0 8 0 85 l全 Zdz 1 0 8 0 85 ZAB Zdz 2 0 8 0 85 ZBC 时限t 取保护本身固有的动作时间 1 2 3 段 和限时电流速断类似 要求保护到本段线路末端 不能超过相邻线路 段保护范围 Zdz 1 Kk ZAB Zdz 2 Kk 0 8 时限t 1 t 2 t 段 段构成线路的主保护 段 作为本段线路的近后备保护 相邻线路的远后备保护 时限t tmax ttmax 本保护范围内最大动作时限 1 2 3 t l 三 距离保护的主要组成元件 1 起动元件 作用 在故障发生时 起动整套保护装置采用 LJ ZKJ 2 方向元件 作用 判别短路方向采用 GJ 方向元件和阻抗元件组合而成的方向ZKJ I Z Z t t LH YH 1 2 3 4 5 6 7 跳闸 3 4 测量元件 作用 判断故障的位置采用 ZKJ 5 6 时间元件 作用 建立 段的延时采用 SJ 7 执行元件 采用 电磁式LJ 动作情况分析 系统正常运行时 系统发生短路故障时 1 2 3 t l a 假设故障点在 段保护范围内 b 假设故障点超出 段保护范围而在 段保护范围内 c 假设故障点超出 段保护范围或 段保护拒动 第二节阻抗继电器 ZKJ 一 ZKJ的构成基本原则 若d1点短路 要求Zj Zdz 动作 若d2点短路 要求Zj Zdz 不动作 d1 d2 Zdz 二 ZKJ的分类 1 按动作特性分 全ZKJ 方向ZKJ圆特性ZKJ 2 按比较的对象分 整流式ZKJ 比较两个电压的幅值 感应式ZKJ 比较两个电压的相位差角 3 按实现的元件分 晶体管型ZKJ 集成电路型ZKJ 数字电路型ZKJ 4 按动作特性形状分 圆特性ZKJ 四边形ZKJ L形ZKJ 组合形ZKJ 偏移ZKJ 1 整流型ZKJ 1 动作特性分析 jx R 4 Zzd 0 Zj落在圆周外时 不动作 根据动作特性形状可得 动作特性方程为 Zj Zzd 动作 Zj落在圆周上时 动作边界 Zj落在圆周内时 动作 组成 1 中间变压器YB 2 电抗变换器DKB 3 极化继电器 执行元件 4 5 桥式整流器交流 直流 J 4 5 2 1 3 通过桥式整流桥 I1 I2 I2 I1加到极化继电器上 I2 I1 I2 I1 极化继电器动作条件 I2 I1 0动作边界 I2 I1 0动作 I2 I1 0不动作 分析 令 Zzd Zj Zzd 动作边界 同理可得 Zj Zzd 动作 Zj Zzd 不动作 通过分析可知 动作特性形状 动作特性方程 原理接线图 2 ZKJ的精确工作电流Ijq Zj Zzd 动作 是从理想条件出发 而实际上由于ZKJ存在阻力矩 为使ZKJ动作 输入的电流Ij必须满足一定的要求 Zzd j Ij 0 0 9Zzd Izd x IT 把Zzd j 0 9Zzd对应的电流称为精确工作电流Ijq Ijq的意义 要求在保护范围末端短路时最小短路电流与Ijq之比大于或等于1 5 以保证ZKJ的误差在10 2 整流型方向ZKJ 全阻抗ZKJ的优点 简单 缺点 无方向性 方向ZKJ 1 动作特性分析 R Zzd 0 jx 圆外为非动作区 圆内为动作区 圆周上为动作边界 根据动作特性形状可得 动作特性方程 Zj Zzd Zzd 动作 两边同乘 1 2 Zzd 1 2 Zzd 根据动作特性方程可得方向ZKJ的原理接线图 1 2 Zzd 1 2 Zzd 实际中 由于JJ存在阻力矩 当保护出口处发生三相或两相短路时Uj 0 1 2 Zzd 1 2 Zzd ZKJ不动作 现有方向ZKJ存在动作死区 1 2 1 2 措施 在现有方向ZKJ引入极化电压 偏移ZKJ 2 具有极化电压Uj的整流型方向ZKJ Zaz Rm DKB 1BZ 2BZ Ujab Ky YB RJ CJ LJ R5 R6 a b c 原有方向ZKJ 1BZ 2BZ 1 2 Zzd 1 2 1 2 Zzd 1 2 引入后 原有方向ZKJ的动作条件 1 2 1 2 引入后 当满足和同相位 则引入不改变原有方向ZKJ动作条件 推导临界条件为 1 2 1 2 ZKJ的动作条件为 Zj Z0 Zzd Z0 Zzd 1 Zzd 1 1 2 1 2 根据动作特性方程构建原理接线图 Z0 Rm DKB 2BZ 1BZ Uj Ky YB R3 C2 R5 Z0 R4 2BZ N2 R1 C1 R2 1BZ N1 J J 三 圆特性ZKJ的普遍规律 动作条件 全ZKJ Zzd 方向ZKJ Zzd Zzd 偏移ZKJ Zzd 1 Zzd 1 1 2 1 2 1 2 1 2 制动电压工作电压 按比较绝对值原理构成的ZKJ原理框图 电压形成回路 整流 整流 绝对值比较元件 LH YH 输出 1 电压形成回路 Zzd由DKB完成 Ky由YB完成 2 绝对值比较元件 由极化继电器完成 Ig I1 I2产生 g 1 2 接点1 3断开 接点1 2接通 JJ动作 ZKJ动作 L1中 1 01 g L2中 2 02 g 当 时 Ig方向相反 JJ不动作 ZKJ不动作 JJ未动作时 由于 01 02 接点1 3接通 1 2断开 01 02 L1 L2 Ig 接点 3 1 2 衔铁 转轴 永久磁铁 g 3 圆特性也可采用比较两个电压的相位差角实现 R jx 0 jx 0 R R 0 jx 令 则 当 时 90 当 时 90 当 90 和比较两个电压的绝对值类似 可以通过比较两个电压 的相位差角来构成ZKJ 电压形成回路 相位比较元件 LH YH 输出 相位比较元件 同极圆筒式感应元件构成 晶体管构成 晶体三极管相位比较回路 二极管环形相位比较回路 第三节ZKJ接线方式 一 对接线方式的基本要求 1 ZKJ的测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离 2 ZKJ的测量阻抗应与故障类型无关 也就是保护范围不随故障类型而变化 采用0 接线方式满足要求 继电器A相B相C相 二 相间短路时ZKJ的测量阻抗 1 三相短路 lD A相ZKJ ZllD ZllD ZllD Zj ZllD Uj Ij 测量阻抗等于短路点到保护安装点之间的距离 ZKJ动作 2 两相短路 lD A相ZKJ ZllD ZllD ZllD Zj Z1lD Uj Ij B相ZKJ 引入非故障相电压 数值较高 只有一个故障相电流 数值较 低 BC相的ZKJ不动作 只有A相ZKJ能够准确测量短路阻抗而动作 3 中性点直接接地系统中的两点接地短路 与两相短路差别 地中有电流 A相ZKJ ZDlD ZmlD ZllD ZmlD Zj Zl Zm lD Z1lD Uj Ij Zl 自阻抗Zm 互阻抗 第四节影响距离保护正确工作的因素 一 过渡电阻的影响 过渡电阻 在短路点处存在着过渡电阻 Rh 原因 物体 电弧电阻 特点 刚短路时 Rh不大 0 1 0 5秒后 Rh 1 影响 1 2 A 由于Rh的影响 Zj1 Zj1 Rh可能超出 段保护范围Zj2 ZAB Zj Rh仍位于 段保护范围内 使保护1 2同时以第 段的时限动作 d R 0 jx Zzd 没有Rh的影响 Zj1 Zj在 段保护范围内 Zj1 Rh Zj1 R A jx R jx B 选择躲过过度电阻能力强的ZKJ 2 措施 采用瞬时测量装置将刚短路时的测量阻抗固定下来作为保护动作的依据 实质 使动作特性沿R方向增大一些 在整定值相同的情况下 椭圆形 方向圆 偏移圆 全ZKJ 四边形 二 电力系统振荡的影响 1 电力系统振荡的一般概念 任何复杂的环形供电网络 均可以简化为 EA EB A B 系统正常运行时 和完全同步 系统振荡时 以 为参考向量 围绕旋转或摆动 0 2 ZAe j ZA ZB ZC ZA ZB ZC I 2 4 6 母线A的电压 ZA母线B的电压 ZB线路中的电压最低点 UZ EAcos 2 称为系统的振荡中心当 时 UZ 0 电流最大 假设 ZA ZB ZC阻抗角相同 系统振荡的特点 系统振荡电流随振荡角而周期性的变化 当 或 的奇数倍时 电流达到最大 此时振荡中心的电压为0 相当于在振荡中心处发生三相短路 各点电压 振荡电流随时都在变化 故U I随时变化 振荡电流随 的摆开而逐渐增大 振荡时三相完全对称 振荡与短路的不同之处 振荡电流 各点电压以及U I随时在变 而短路电压 电流是不变的 振荡时三相完全对称 而短路有不对称的情况 三相短路一般也是由不对称发展到对称 短路时电流电压的变化速度比振荡时快 2 振荡闭锁回路 与保护装置配合使用 原理 利用负序分量 利用负序分量的增量 利用阻抗变化速度不同 要求 系统发生振荡而无断路故障时 应该将保护闭锁 如果振荡不停止 闭锁不解除 系统发生故障时解除闭锁 保护可靠动作而不受闭锁影响 在振荡中发生故障 保护应能正确动作 故障时产生振荡 保护也能正确动作 三 分支电流的影响 1 助增电流 B C d A Zj 2 ZAB Z