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继电保护基础知识 目录 一 继电保护的概念与作用二 继电保护的基本原理三 继电保护的分类四 继电保护装置的组成五 继电保护基本要求六 电流保护 一 继电保护的概念与作用 解决电力系统运行中的故障和不正常状态的问题 不等式约束条件 等式约束条件 一 继电保护的概念与作用 故障 通过故障点的大短路电流和电弧 使故障元件损坏 短路电流通过非故障元件 在电热作用和电动力的作用下 使元件损坏或缩短使用寿命 电力系统局部电压降低 破坏用户工作的稳定性或影响用电设备正常工作 破坏电力系统稳定性 导致系统振荡甚至瓦解 一 继电保护的概念与作用 故障 短路 一 继电保护的概念与作用 不正常状态 过负荷 因负荷超过电气设备的额定值造成的电流增大 危害 造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障 一 继电保护的概念与作用 不正常状态 频率降低 系统中出现有功功率缺额而引起 危害 1 影响产品质量 2 降到47 48HZ以下会引起频率崩溃 3 使电压下降可能引发电压崩溃 一 继电保护的概念与作用 不正常状态 过电压 发电机突然甩负荷而产生 危害 造成绝缘击穿导致短路 一 继电保护的概念与作用 不正常状态 系统振荡 因系统受到扰动而失去功率平衡 危害 系统振荡时 电流和电压周期性摆动 严重影响系统的正常运行 一 继电保护的概念与作用 是继电保护技术与继电保护装置的总称 继电保护技术 包括电力系统故障分析 继电保护原理及设计 配置整定 运行维护及调试等技术 继电保护装置 能反应电力系统中电气设备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 一 继电保护的概念与作用 1 当发生故障时 自动 迅速 有选择性地动作 将故障设备从电力系统中切除 使故障设备免于继续遭到破坏 保证其它无故障部分迅速恢复正常运行 2 当发生不正常工作状态时 自动地发出信号报警 通知值班人员及时处理 或根据运行条件自行处理 减负荷或跳闸等 二 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 根据不同的判据就构成不同原理的继电保护 二 继电保护的基本原理 二 继电保护的基本原理 一般情况下 发生短路故障后 总是伴随有电流的增大 电压的降低 线路始端测量阻抗的减小 以及电压和电流之间相位角的变化 因此 利用正常运行与故障时这些基本参数的区别 便可以构成各种不同原理的继电保护 二 继电保护的基本原理 电流增大 过电流保护 电压降低 低电压保护 二 继电保护的基本原理 测量阻抗发生变化 阻抗保护 Z U I 正常运行时 负荷阻抗短路时 短路阻抗测量阻抗变小 二 继电保护的基本原理 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角 一般约为20 电流与电压之间的相位角发生变化 方向保护 二 继电保护的基本原理 元件电流流入与流出的关系发生变化 电流差动保护 正常运行时 电流流入 电流流出发生故障时 电流流入 电流流出 正常 I 0 短路 I Id 二 继电保护的基本原理 出现零 负序分量 序分量保护 正常运行时 只有正序分量两相短路时 有负序分量出现接地短路时 有零序分量出现 二 继电保护的基本原理 除上述反应于各种电气量的保护以外 还有根据电气设备的特点实现反应于非电量的保护 例如 当变压器油箱内部的绕组短路时 反应油被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护 反应电动机绕组的温度升高而构成的过负荷或过热保护等 以上各种原理的保护 可以由继电保护装置来实现 三 继电保护的分类 按被保护的对象分类输电线路保护发电机保护变压器保护母线保护电动机保护等 三 继电保护的分类 按保护原理分类 电流保护电压保护距离保护差动保护方向保护零序保护 三 继电保护的分类 按保护所反应故障类型分类相间短路保护接地短路保护匝间短路保护 三 继电保护的分类 继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保护 测量值 整定值 欠量保护 测量值 整定值 三 继电保护的分类 按保护所起的作用分类 主保护 反映被保护元件本身的故障 并以尽可能短的时限切除故障的保护 后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护 又分为近后备保护和远后备保护 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 四 继电保护装置的组成 测量部分 逻辑部分 执行部分 输入信号 输出信号 整定值 四 继电保护装置的组成 测量比较 测量部分是通过获取被保护的电气元件的物理量 与设定的值进行比较 根据比较的结果生成一组 是 与 非 的逻辑信号 后续的流程会根据这些信号来执行 逻辑判定 逻辑判定部分按照一定的逻辑关系判定出故障的类型和范围 然后确定保护装置输出相应的动作 例如断路器跳闸 动作是否延时等 然后将这些指令信息传递给执行输出部分 继电保护中常用的逻辑回路有或 与 否 延时启动 延时返回 记忆 等回路 执行输出 执行输出部分将逻辑判定传过来的指令 完成保护装置承担的任务 如在故障时跳闸 发送告警或正常运行时不动作等 五 继电保护基本要求 选择性速动性灵敏性可靠性 五 继电保护基本要求 选择性 保护装置动作时 仅将故障元件从电力线系统中切除 使停电的范围尽量小 保证电力系统中无故障的部分仍然能继续工作 五 继电保护基本要求 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 应力求保护装置迅速动作 切除故障 五 继电保护基本要求 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 10kV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 对通信系统或铁道信号系统有强烈干扰的故障等 五 继电保护基本要求 故障切除时间 t tPR tQF tPR 保护动作时间 一般为0 06 0 12s 最快0 01 0 04s 断路器动作时间 tQF 一般为0 06 0 15s 最快0 02 0 06s 五 继电保护基本要求 灵敏性 继电保护装置对其保护范围内发生故障或不正常工作状态的反应能力 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 五 继电保护基本要求 通常 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 如电流保护 对反应于数值下降而动作的欠量保护 如电压保护 继电保护和安全自动装置技术规程 DL400 91 五 继电保护基本要求 可靠性指发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 即不发生拒绝动作 拒动 而在不该动作时 它能可靠不动 即不发生错误动作 简称误动 影响可靠性的因素 内在的 装置本身的质量 包括元件好坏 结构设计的合理性 制造工艺水平 内外接线简明 触点多少等 外在的 运行维护水平 调试是否正确 正确安装 六 电流保护 主保护 三 第 段 电流速断保护第 段 限时电流速断保护 段 式 第III段 定时限过电流保护后备保护 六 电流保护 1 一段又叫电流速断保护 按躲开本段末端最大短路电流整定 2 二段又叫限时电流速断 按躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定 可以作为本段线路一段的后备保护 比一段多时间t时限 3 三段又叫过电流保护 按照躲开本元件最大负荷电流来整定 具有比二段更长的时限 可以作为一二段的后备保护 保护范围最大 时限最长 6 1电流速断保护 对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护 称为电流速断保护 为优先保证继电保护动作的选择性 就要在保护装置起动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不起动 这在继电保护技术中 又称为按躲过下一条线路出口处短路的条件整定 6 1电流速断保护 I DZ 1安装在A母线处的保护的起动电流I D 2 max2点处短路时 可能出现的最大短路电流 即在最大运行方式下B母线上三相短路时的电流必须满足I DZ 1 I D 2 max引入可靠系数K K 则I DZ 1 K K I D 2 max同理 I DZ 2 K K I D 4 max 6 1电流速断保护 电流速断保护的主要优点是 简单可靠 动作迅速 因而获得了广泛的应用 但由于引入的可靠系数K K 1 所以电流速断保护的缺点是 不能保护本线路的全长 运行实践证明 电流速断保护的保护范围大概是本线路的85 90 6 2限时电流速断保护 由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长 因此我们考虑增加一段新的保护 用来切除速断范围以外的故障 保护本线路的全长 同时也能作为电流速断保护的后备保护 6 2限时电流速断保护 由于要求必须保护本线路的全长 因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去 这样当下一条线路出口处 对于保护1来说 d2点处 发生短路时 它就要起动 在这种情况下 为了保证动作的选择性 就必须使保护的动作带有一定的时限 但又为了使这一时限尽量缩短 我们就考虑使它的保护范围不超过下一条线路速断保护 如图1中的保护2 的保护范围 而动作时限则比下一条线路速断保护高出一个时间阶段 t 1 t 2 t 6 2限时电流速断保护 保护2装有电流速断保护 其起动电流为I DZ 2 假设其保护范围为B母线到d3之间的部分 则在d3点发生短路时 短路电流即为I DZ 2 保护2的速断保护刚好能动作 根据以上分析 保护1的限时电流速断保护不应超出保护2的电流速断保护的保护范围 I DZ 1 I DZ 2 6 2限时电流速断保护 如果选取等号成立 就意味着保护1的限时电流速断保护的范围正好和保护2的电流速断保护的范围相重合 但在实践中是不允许的 I DZ 1 I DZ 2 6 2限时电流速断保护 因为保护1和保护2安装在不同的地点 它们所使用的电流互感器和继电器的特性很难完全一样 如果正好遇到保护2的电流速断保护出现负误差 其保护范围比计算值缩小 而保护1的限时电流速断保护出现正误差 其保护范围比计算值增大 那么在实际上 当计算的保护范围末端 比如图中的d3点 甚至其后面至C母线之前的某点 短路时 就会出现保护2的电流速断保护不能动作 而保护1的限时电流速断保护却会起动的情况 即便是保护2的电流速断保护不能起动 也应该由它的限时电流速断保护动作切除故障 而如果保护1的限时电流速断保护也起动了 其结果就是两个保护的限时速断同时作用于跳闸 因此保护1就失去了选择性 为了避免这种情况发生 就不能采用两个电流相等的整定方法 而必须采用 引入可靠系数 即为 I DZ 1 K K I DZ 2 6 2限时电流速断保护 在线路上装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后 如果在保护1的电流速断保护范围内故障 两者都能起动 但限时电流速断保护比电流速断保护高一个时限 在时间上保证了选择性 因此由电流速断保护瞬时切除故障 而如果在保护1的电流速断保护范围以外而同时又在线路A B范围内故障时 则由保护1的限时电流速断保护动作以较短的时限 在0 35 0 6s之间 通常最多取0 5s 切除故障 所以 线路装设了电流速断保护和限时电流速断保护以后 它们的联合工作就可以保证全线路范围以内的故障能够在0 5s的时间内予以切除 在一般情况下都能够满足速动性的要求 因此具有这种性能的保护可以作为线路的 主保护 6 3定时限过电流保护 定时限过电流保护通常是指其起动电流按躲过最大负荷电流来整定的一种保护 它在正常运行时不起动 而在电网发生故障时 则能反应于电流增大而动作 它不仅能作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一线路保护的远后备保护 也作为过负荷时的保护 段保护为后备保护 既是本线主保护的近后备保护又是下线路的远后备保护 段保护区应伸出下线路范围 6 3定时限过电流保护 电流 段的动作选择性由动作电流保证电流 段的选择性由动作电流与动作时限共同保证而电流 段是依靠动作时限的所谓 阶梯特性 来保证的 6 3定时限过电流保护 若线路有几条并行的 则上一级的动作时限应比下一级每一并行的