继电保护总结(重点看)

1 绪论绪论 1 继电保护的用途有哪些 答 1 当电力系统中发生足以损坏设备或危及电网安全运行的故障时 继电保护使故障设备迅速脱离电网 以恢复电力系统的正常运行 2 当电力系统出现异常状态时 继电保护能及时发出报警信号 以便运 行人员迅速处理 使之恢复正常 2 什么是继电保护装置 答 指反应电力系统中各电气设备发生的故障或不正常工作状态 并用于 断路器跳闸或发出报警信号的自动装置 3 继电保护快速切除故障对电力系统有哪些好处 答 1 提高电力系统的稳定性 2 电压恢复快 电动机容易自启动并迅速恢复正常 从而减少对用户的 影响 3 减轻电气设备的损坏程度 防止故障进一步扩大 4 短路点易于去游离 提高重合闸的成功率 4 什么叫继电保护装置的灵敏度 答 保护装置的灵敏度 指在其保护范围内发生故障和不正常工作状态时 保护装置的反应能力 5 互感器二次侧额定电流为多少 为什么统一设置 答 5A 1A 便于二次设备的标准化 系列化 6 电流互感器影响误差的因素 答 1 二次负荷阻抗的大小 2 铁心的材料与结构 3 一次电流的大小以及非周期分量的大小 7 当电流互感器不满足 10 误差要求时 可采取哪些措施 答 1 增大二次电缆截面 2 将同名相两组电流互感器二次绕组串联 3 改用饱和倍数较高的电流互感器 4 提高电流互感器变比 8 电流互感器使用中注意事项 答 1 次回路不允许开路 2 二次回路必须有且仅有一点接地 3 接入保护时须注意极性 9 电流互感器为什么不允许二次开路运行 答 运行中的电流互感器出现二次回路开路时 二次电流变为零 其去磁 作用消失 此时一次电流将全部用于励磁 在二次绕组中感应出很高的电动势 其峰值可达几千伏 严重威胁人身和设备的安全 再者 一次绕组产生的磁化 力使铁芯骤然饱和 有功损耗增大 会造成铁芯过热 甚至可能烧坏电流互感 器 因此在运行中电流互感器的二次回路不允许开路 10 继电器的概念 基本要求 答 1 概念 继电器是一种能自动执行断续控制的部件 具有对被控电 路实现 通 断 控制的作用 2 基本要求 工作可靠 动作过程满足 继电特性 11 什么是返回系数 答 动作电流与返回电流的比值 其中返回电流小于动作电流 以保证触 点不抖动 2 电流保护电流保护 1 接地电流系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护 而要 单独采用零序电流保护 答 三相式星形接线的相间电流保护 虽然也能反应接地短路 但用来保 护接地短路时 在定值上要躲过最大负荷电流 在动作时间上要由用户到电源 方向按阶梯原则逐级递增一个时间差来配合 而专门反应接地短路的零序电流 保护 不需要按此原则来整定 故其灵敏度高 动作时限短 因线路的零序阻 抗比正序阻抗大的多 零序电流保护的范围长 上下级保护之间容易配合 故 一般不用相间电流保护兼作零序电流保护 2 什么叫定时限过电流保护 答 为了实现过电流保护的动作选择性 各保护的动作时间一般按阶梯原 则进行整定 即相邻保护的动作时间 自负荷向电源方向逐级增大 且每套保 护的动作时间是恒定的 与短路电流的大小无关 具有这种动作时限特性的过 电流保护称为定时限过电流保护 3 何谓系统的最大 最小运行方式 答 在继电保护的整定计算中 一般都要考虑电力系统的最大最小运行方 式 最大运行方式是指在被保护对象末端短路时 系统的等值阻抗最小 通过 保护装置的短路电流为最大的运行方式 最小的运行方式是指在上述同样短路 情况下 系统等值阻抗最大 通过保护装置的短路电流为最小的运行方式 4 什么是感应型功率方向继电器的潜动 为什么会出现潜动 解决办法是 什么 答 当感应型功率方向继电器仅在电流线圈或电压线圈通电而产生转矩引 起可动系统的转动的现象称为潜动 只加电压不加电流时所产生的潜动称为电压潜动 只加电流不加电压时所产生的潜动称为电流潜动 潜动主要是由于继电器的磁系统不对称而引起的 解决办法 调整电路参数 保证平衡 5 相间方向电流保护中 功率方向继电器使用的内角为多少度 采用 接线方式有什么优点 90 答 相间功率方向继电器一般使用的内角为 采用接线具有以下优 45 90 点 1 接入非故障相电压 各种两相短路故障都没有死区 可灵敏动作 2 适当选择内角 后 对线路上各种相间故障都保证动作的方向性 3 采用记忆回路可以消除出口短路 死区 6 零序电流保护的整定值为什么不需要避开负荷电流 答 零序电流保护反应的是零序电流 而在负荷电流中不包含 或很少包 含 零序分量 故不必考虑避开负荷电流 7 过电流保护的整定值为什么要考虑继电器的返回系数 而电流速断保护 则不需要考虑 答 过电流保护的动作电流是按避开最大负荷电流整定的 一般能保护相 邻设备 在外部短路时 电流继电器可能起动 但在外部故障切除后 此时电 流降到最大负荷电流 必须可靠返回 否则会出现误跳闸 考虑返回系数的目 的 就是保证在上述情况下 保护能可靠返回 电流速断保护的动作值 是按避开预定点的最大短路电流整定的 其整定 值远大于最大负荷电流 故不存在最大负荷电流下不返回的问题 再者 瞬时 电流速断保护一旦起动立即跳闸 根本不存在中途返回问题 故电流速断保护 不考虑返回系数 8 电流三段保护的概念及基本要求 答 1 电流速断保护 指仅反应电流增大而瞬时动作的保护 是三段式 电流保护的第 段 是电流保护的主保护 2 限时电流速断保护 指快速切除本线路上瞬时速断保护范围之外故障 的保护 是三段式电流保护的第 段 是电流保护的主保护 同时可以作为速 断保护的后备保护 基本要求 在任何情况能够保护线路的全长 并具有足够的灵敏度 在下一级线路发生故障时候 首先保证由下一级线路切除故障 3 过电流保护 指按躲过最大负荷电流来整定的保护 是三段式电流保 护的第 段 可以作为本线路的近后备保护 还可以作相邻线路的远后备 基本要求 正常运行时不起动 外部故障切除之后能可靠返回 9 电流保护的接线方式 答 指保护中电流继电器和电流互感器之间的连接方式 常用接线方式有 三相星形接线方式和两相星形接线方式 10 两种接线方式性能分析 答 1 各种相间短路 相同之处 两种接线方式均能正确反应 不同之处 动作的继电器个数不同 2 大接地电流系统中单相接地短路 三相星形 可反应各相的接地短路 两相星形 不能反应 B 相接地短路 3 Y d11 接线变压器后两相短路 当 Y d11 接线的变压器 侧两相短路时 在 Y 侧滞后相电流大小为其它两 相电流的两倍 当 Y d11 接线的变压器 Y 侧两相短路时 在 侧超前相电流大小为其它两 相电流的两倍 11 对电流保护的评价 答 1 段 段做为主保护 段做为后备保护 2 段不能保护全长 保护范围不稳定 3 段可以保护全长 保护速动性差一些 4 段最灵敏 故障越靠近电源 切除时间越长 5 简单 可靠 单侧电源系统中选择性较好 一般可以满足速动要求 12 方向元件与电流元件之间为按相与 按相连接 的关系 13 功率方向继电器的基本要求 答 1 方向性明确 正方向故障时动作 反方向故障时不动作 2 接入的电压 电流尽可能大 灵敏度高 没有死区 14 接线 A 相引入的基准量是什么 90 答 A I BC U 15 变压器中性点接地方式的基本原则 答 1 发生接地故障时候不会出现危险过电压 2 零序网络不会因某台变压器的投退而发生较大变化 3 终端变压器中性点一般不接地 4 自耦变压器中性点必须接地 16 零序电压的特点 答 故障点最高 离故障点越远 越低 变压器中性点接地处 0 U 0 U 0 U 0 17 零序电流的特点 答 分布与中性点接地的多少及位置有关 大小与零序阻抗 正负序阻抗 故障前负荷情况相关 18 零序电流保护的优点 答 1 受运行方式的影响小 保护范围大且相对稳定 2 不受系统振荡和过负荷的影响 3 方向性零序电流保护没有电压死区 3 电网距离保护电网距离保护 1 什么是距离保护 基本工作原理是什么 答 距离保护是利用短路时电压 电流同时变化的特征 测量电压与电流 的比值 反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护 基本工作原理是 当 系统发生短路故障时 首先判断故障的方向 若位于保护区的正方向上 且故 障点到保护安装处的距离小于整定距离 说明故障发生在保护范围内 保护应 立即动作 跳开相应的断路器 反之则保护不应动作 通常情况下 距离保护 可以通过测量短路阻抗的方法来间接的测量和判断故障距离 2 电力系统正常运行时与发生金属性短路时的测量阻抗有什么区别 答 在电力系统正常运行时 近似为额定电压 为负荷电流 测量阻 U I 抗为负荷阻抗 且负荷阻抗的量值较大 其阻抗角为数值较小的功率因数角 Z 一般功率因数角不低于 0 9 对应的阻抗角不大于 28 5 阻抗性质以电阻 性为主 电力系统发生金属性短路时 降低 增大 测量阻抗变为短路 U I Z 点与保护安装处的线路阻抗 短路阻抗的阻抗角就等于输电线路的阻抗角 阻 抗性质以电感为主 阻抗角数值较大 对于 220KV 及以上电压等级的线路 阻 抗角一般不低于 75 3 三相系统中测量电压和测量电流的选取 UA UKA IA K 3I0 1 单相接地短路故障 以 A 相金属性接地为例 UA IA K 3I0 1 即 对于非故障相 B C 的测量电压 电流不 U UAI IA K 3I0 能准确地反应故障的距离 由于接近正常电压 而均接近于正常 UKB UKC IB IC 的负荷电流 B C 两相的工作状态与正常负荷状态相差不大 所以该两相电压 电流算出的测量阻抗接近负荷阻抗 对应的距离一般都大于整定距离 由它们 构成的距离保护一般都不会动作 两相接地短路故障 以 BC 相金属性两相接地为例 即 UB IB K 3I0 1 UC IC K 3I0 1 U UB 或 抑或 I IB K 3I0 U UCI IC K 3I0 U UB UC 均能正确判断故障距离 I IB IC 两相不接地短路故障 在金属性两相短路的情况下 故障点处两故障相 的对地电压相等 各相电压都不为 0 以 A B 相故障为例 故 UKA UKB 而非故障相 C 相故障点处的电压与故障相 U UA U I AB IA IB 电压不等 作相减运算时不能被消除 不能用来进行故障距离的判断 三相对称短路 三相对称短路时 故障点处的各相电压相等 且在三相 系统对称时均都为 0 这种情况下 应用任何一相的电压 电流或任何两相间 电压 两相电流差作为距离保护的测量电压和电流 都可以用来进行故障判断 4 什么是距离保护的时限特性 答 距离保护的动作时间 t 与故障点到保护安装处的距离之间的关系称 为距离保护的时限特性 目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性 距 离 段为无延时的速动段 段位带时限的速动段 固定的时延一般为 0 3 0 6s 段时限需要与相邻下级线路的 段或 段保护配合 在其延时的基 础上再加上一个时间级差 5 距离保护由哪几部分构成 各部分的功能是什么 答 距离保护一般由启动 测量 振荡闭锁 电压回路断线闭锁 配合逻 辑和出口等几部分组成 启动部分用来判别系统是否发生故障 测量部分是距离保护的核心 在系统故障的情况下 快速 准确地测定出 故障方向和距离 并给出相应的信号 振荡闭锁部分是为防止电力系统发生振荡时保护误动 要求该元件能准确 判别系统振荡 并将保护闭锁 电压回路断线部分是防止电压回路断线时保护测量电压消失而致使距离保 护的测量部分出现误判断 要求该部分应该将保护闭锁 配合逻辑部分是用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距 离保护中各段之间的时限配合 出口部分包括跳闸出口和信号出口 在保护动作时接通跳闸回路并发出相 应的信号 6 什么是阻抗继电器动作区域 答 定义 正方向保护范围内短路情况下测量阻抗与整定阻抗同方向 并 且其值小于整定阻抗 但在实际情况下 由于互感器误差 故障点过渡电阻等因素 继电器实际 测量到的测量阻抗一般并不能严格地落在与整定阻抗同向的直线上 而是落在 该直线附近的一个区域中 为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作 在阻抗复平面上 其动作的范围应该是一个包括整定阻抗对应线段在内 但在 整定阻抗的方向上不超过整定阻抗值的区域 如圆形区域 四边形区域 苹果 形区域 橄榄形区域等 当测量阻抗落在该动作区域以内时 就判断为区内故 障 阻抗继电器给出动作信号 当测量阻抗落在该动作区域以外时 判断为区 外故障 阻抗继电器不动作 7 阻抗继电器的动作特性 阻抗继电器动作区域的形状称为动作特性 例如动作区域为圆形时 称为 圆特性 动作区域为四边形时 称为四边形特性 8 圆特性阻抗继电器有什么类别 动作条件又是什么 答 根据动作性圆在阻抗复平面上位置和大小的不同 圆特性可分为偏移 圆特性 方向圆特性 全阻抗圆特性和上抛圆特性等几种 偏移圆特性 圆心位于处 半径为 园内为动作区 圆外 21 2 1 setset ZZ 21 2 1 setset ZZ 为非动作区 动作条件为 2121 2 1 2 1 setsetsetsetm ZZZZZ 或 90arg90 2 1 setm mset ZZ ZZ 方向圆特性 在上述的偏移圆特性中 令 则动作特性变化成方向0 2 set Z setset ZZ 1 圆特性 圆心位于处 半径为 set Z 2 1 set Z 2 1 可以得到方向圆特性为的动作方程为 或 setsetm ZZZ 2 1 2 1 90arg90 m mset Z ZZ 全阻抗圆特性 在偏移特性中 令 则动作特性变化成全阻抗圆特 2 Z Z 1 Z 性 特性圆的圆心位于坐标原点处 半径 可以得到全阻抗圆的动作方程 Z 为 或 90 arg90 Z Z 上抛圆特性 在偏移圆特性中 如果都处于第一象限 则动作特性变化成上抛 Z 1 2 圆特性 圆心位于处 半径为 1 2 Z 1 2 1 2 Z 1 2 9 绝对值比较原理在模拟式保护中和数字式保护中的实现方法 答 在传统的模拟式距离保护中 绝对值比较原理是以电压比较的形式实 现的 根据动作特性的需要 首先形成两个参与比较的电压量 然后在绝对值 比较电路中比较两者的大小 也可以用模拟加减法器通过对测量电压 电流和 整定阻抗进行模拟运算的办法实现 在数字式保护中 绝对值比较既可以用电 压的形式实现 也可以用阻抗的形式实现 来自电压和电流互感器的测量值分 别通过各自的模拟量输入回路送到数模转换器 转换成数字信号 由微型计算 机计算出向量 再进行比较判别 U 10 比较工作电压相位法如何实现故障区段的判断 答 在距离保护中 工作电压又称为补偿 电压 通常用 表示 定义为保护安装处测量电压与测 量电段流 的线性组合 以作为参考相量 根据不同故障情况下相对相位的 差异 即 与反相位时判断为区内故障 同相位 与 时判断为区外故障 可以区分出故障点所在的区 段 如右图可知 K 点故障时 为同相位 故可 与 以 判得该故障为区外故障 11 距离保护在双侧电源的电力系统中是如何配置的 答 当距离保护用于双侧电源的电力系统时 为便于配合 一般要求 I II 段的测量元件 都要具有明确的方向性 即采用具有方向性的测量元件 第 III 段为后 备段 包括对本线路 I II 段保护的近后备 相邻下一级线路保护的远后备和反 MZK 向母线保护的后备 故第 III 段通常采用带有偏移特性的测量元件 用较大的延 时保证其选择性 12 分别讨论距离保护各段保护的整定原则 答 距离保护 I 段为无延时的速动段 应该只反应本线路的故障 下 级线路出口发生短路故障时 应可靠不动作 故其测量元件的整定阻抗应该按 躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定 距离保护 II 段的整定 a 应与相 邻线路距离保护 I 段配合 目的是为了保证在下级线路上发生故障时 上级线 路保护处的保护 II 段不至于越级跳闸 其 II 段的动作范围不应该超出相邻保护 的 I 段的动作范围 b 与相邻变压器的快速保护配合 当被保护线路的末端母 线接有变压器时 距离 II 段应与变压器的快速保护 一般是差动保护 相配合 其动作范围不应该超出变压器快速保护的范围 距离保护 II 段的动作时间应与 之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差 距离保护第 III 段的整定 a 按与相邻下级线路距离保护 II 或 III 段配合整定 b 按与相邻下级变压器的 电流 电压保护配合整定 c 按躲过正常运行时的最小符合阻抗整定 距离保 护 III 段动作时间应比与之配合的相邻设备保护动作时间大一个时间级差 但考 虑到距离保护 III 段一般不经振荡闭锁 其动作时间不应小于最大的振荡周期 13 谈谈对距离保护的评价 答 由于距离保护同时利用了短路时电压 电流的变化特征 通过 测量故障阻抗来确定故障所处的范围 保护区稳定 灵敏度高 动作情况受电 网运行方式变化的影响小 能够在多侧的高压及超高压复杂电力系统中应用 由于距离保护只利用了线路一侧短路时电压 电流的变化特征 距离保护 I 段的整定范围为线路全长的 80 85 这样在双侧电源线路中 有 30 40 的区域内故障时 只有一侧的保护能无延时地动作 另一侧保护需经 0 5s 的延 时后跳闸 在 220kv 及以上电力等级网络中 有时候不能满足电力系统稳定性 对短路切除快速性的要求 因而 还应配备能够全线快速切除故障的纵联保护 距离保护的阻抗测量原理 除可以应用于输电线路的保护外 还可以应用于 发电机 变压器保护中 作为后备保护 相对于电流 电压保护来说 距离 保护的构成 接线和算法都比较复杂 装置自身的可靠性稍差 14 什么是振荡闭锁 为什么距离保护中要装设振荡闭锁而电流 电压等 保护中不需要 答 并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的 现象称为电力系统振荡 在系统振荡时要采取必要的措施 防止保护因测量元 件动作而误动 这种用来防止系统中振荡时保护误动的措施 称为振荡闭锁 因电流保护 电压保护和功率方向保护等一般都只应用在电压等级较低的中低 压配电系统 而这些系统出现振荡的可能性很小 振荡时保护误动产生的后果 也不会太严重 故一般不需要振荡闭锁 距离保护一般用在较高电压等级的电 力系统 系统出现振荡的可能性大 保护误动造成的损失严重 所以必须考虑 振荡闭锁问题 15 距离保护的振荡闭锁措施应满足的基本要求有哪些 答 系统发生全相或非全相振荡时 保护装置不应误动作跳闸 系 统在全相或非全相振荡过程中 被保护线路发生各种类型的不对称故障 保护 装置应有选择性地动作跳闸 纵联保护仍应快速动作 系统在全相振荡过程 中再发生三相故障时 保护装置应可靠动作跳闸 并允许带短路延时 16 距离保护的振荡闭锁措施有哪些 答 利用系统短路时的负荷 零序分量或电流突然变化 短时开放保 护 实现振荡闭锁 利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁 利用动作的 延时实现振荡闭锁 4 输电线纵联保护输电线纵联保护 1 为什么要选用纵联保护 单端电气量保护无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路 无法实现 全线速动 对于 220kV 及以上电压等级系统 为满足稳定性需求 要求全线快速切除 故障 纵联保护利用通信通道将一端的电气量信息传送到另一端 继电保护装 置综合两侧的信息 来判断故障发生在区内还是区外 不需要与相邻线路保护 配合 理论上具有绝对的选择性和快速性 2 纵联保护的分类 1 按利用信息通道分为 导引线纵联保护 电力线载波纵联保护 微波 纵联保护 光纤纵联保护 2 按保护动作原理分为 方向比较式纵联保护 按保护判别方向原理分 为方向纵联保护和距离纵联保护 纵联电流差动保护 比较电流波形或相位关 系 3 高频保护的类型 根据高频信号的利用方式一般将常用的高频保护分以下四种 1 高频闭锁方向保护 间接比较式闭锁信号 2 高频闭锁距离保护 间接比较式闭锁信号 3 相差高频保护 直接比较式闭锁信号和允许信号 4 高频远方跳闸保护 间接比较式跳闸信号 目前 高频闭锁方向保护 高频闭锁距离保护原理等广泛用于高压或超高 压线路的常规与微机成套线路保护装置中 作为线路的主保护 4 高频收发信机接入输电线路的方式有哪些 1 相 相 制 连接在两相导线之间 衰减小 成本高 2 相 地 制 连接在某一相导线和大地之间 衰减大 成本低 5 高频通道的工作方式有哪些 1 短时发信方式 指在正常情况下 发信机不发信 高频通道中没有高 频电流 系统中发生故障时 才由起动元件起动发信机发信 故障切除后 经 一定延时停信 2 长时发信方式 指在正常情况下 收 发信机处于工作状态 高频通道 中有高频电流 发生故障时 才由保护控制是否停信 3 移频发信方式 指在正常情况下 发信机发送频率 f1 的高频电流 发 生故障时 由保护控制改发频率为 f2 的高频电流 6 高频信号的作用分哪几种 1 跳闸信号 直接引起跳闸的信号 保护动作或者收到跳闸信号就会发 生跳闸 要求 两侧保护具有直接判断区内外故障的能力 两侧保护具有重叠 区 2 允许信号 允许保护动作于跳闸的信号 保护动作同时收到允许信号 才会发生跳闸 3 闭锁信号 阻止保护动作于跳闸的信号 保护动作同时收不到闭锁信 号才会发生跳闸 7 相 地 制高频通道示意图 高频通道的构成 1 输电线路 2 阻波器 3 结合电容器 4 连接滤波器 5 高频电缆 6 保护间隙 7 接地刀闸 8 高频收 发信机 GFX GSXGFXGSX 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 6 7 5 8继电 保护 继电 保护 8 闭锁式方向纵联保护基本原理 123456 ABCD k S S S S S S K 点发生短路后 由于各个保护安装处的电流都增大超过继电器定值 启 动发信机发送闭锁信号 对 AB 线路 为区外故障 A 侧功率方向为正 停止发送闭锁信号 B 侧的 功率方向为负 该侧继续发出高频闭锁信号 被对侧和本侧保护接收 保护 1 2 均不动 对 BC 线路 为区内故障 两侧的功率方向均为正 两侧停止发送高频闭锁 信号 保护 3 4 动作切除故障 9 电流起动方式保护框图 I2 S m s t1 0 1 1 1 1 GS X GF X m s t20 通道 跳闸 电流起动元件 S 方向元件 时间元件 1 I 2 I 1 t 2 t 跳闸条件 先收到高频电流 而后收不到高频电流 同时方向元件动作 保护跳闸 10 以上框图中方向元件分类及基本要求 1 分类 零序方向元件 负序方向元件 突变量方向元件 2 基本要求 正确反应所有故障类型的故障点的方向 没有死区 不受负荷影响 正常负荷状态下不起动 不受系统振荡影响 单纯振荡时不误动 振荡中再故障时能正确判断故 障方向 两相运行中发生故障能正确判断方向 11 以上框图中采用两个灵敏度不同的起动元件的作用 1 低定值起动元件 灵敏度较高 起动发信机发信 1 I 2 高定值起动元件 灵敏度较低 起动保护的跳闸回路 2 I 采用两个灵敏度不同的起动元件 灵敏度高的起动发信机发闭锁信号 灵 敏度低的起动跳闸回路 以保证在外部故障时 远离故障点侧起动元件开放跳 闸时 近故障点侧起动元件肯定能起动发信机发闭锁信号 不会发生误开放现 象 12 以上框图中 时间元件 的作用 1 t 2 t 1 延时返回元件 外部故障切除后 保证近故障点侧继续发信时间 1 t 1 t 避免高频闭锁信号过早解除而造成远离故障点侧保护误动 大于两侧元件返回 的最大时间差 并有一定裕度 2 延时动作元件 防止外部故障时 远离故障侧的保护在未收到近故障 2 t 点侧发送的高频闭锁信号而误动 要求延时大于高频信号在保护线路上的传 2 t I1 输时间 考虑两侧起信元件起动时间差 信号传输时间 裕度 13 通道破坏 收发信机故障对保护的影响 区内无影响 区外有影响 闭锁式方向纵联保护的优点 由于利用非故障线路的一端发闭锁信号 闭锁非故障线路不跳闸 而对于 故障线路跳闸不需要闭锁信号 所以在区内故障伴随通道破坏时 保护仍能可 靠跳闸 14 闭锁式距离纵联保护基本原理及动作过程 闭锁式距离纵联保护是距离保护与电力线载波通道相结合 利用收发信机 的高频信号传送对侧保护的测量结果 两端同时比较两侧距离保护的测量结果 实现内部故障瞬时切除 区外故障不动作 动作过程 以两端距离 段作为故障启动元件 以两端距离 段作为方向 判别元件 若两端距离 段动作且收不到闭锁信号 表明线路内部故障 立即 跳闸 15 高频相差保护 现场已经不再使用 了解原理即可 工作原理 M I N I kk 1 正常运行或区外故障时 M i N i 2 区内故障时 t i M i N i N i i iM 利用高频电流体现相位特征 约定每侧当电流为正时发出高频电流 电流 为负时不发高频电流 外部故障时 高频电流是连续存在的 内部故障时 高频电流是断续的 通过高频电流是否连续来判断故障发生在区内还是区外 t i M I 16 高频相差保护操作电流 控制发信机发信的电流 2 1 IKI 正序电流 反应三相短路 负序电流 减小负荷电流的影响 K 取 6 或 8 以负序电流为主 17 高频相差保护中的闭锁角 按躲过区外故障时两侧收到的高频电流可 能出现的最大间断角来整定 最大间断角为 电流互感器误差 7 保护及发信回路误差 15 传输时间误差 L 100 6 对地分布电容电流误差及裕度 15 闭锁角 6 100 37L b 18 高频相差保护中的相继动作 为解决因线路过长导致 M 端保护不能跳闸的问题 采用 N 侧跳闸的同时 立即停止本侧发信 N 侧停信后 M 侧收信机只能收到自己所发的信号 间隔 角为 180 M 侧保护可立即跳闸 保护的这种一端保护先动作 另一端保护 再动作跳闸 称为 相继动作 19 纵联电流差动保护基本原理 QF1QF2QF3QF4 ABC 2 I k2 k1 1 I 利用线路两端电流相量和的变化特征构成 区内故障 k1 k III 2 1 区外故障 k2 或正常运行 0 2 1 unb III 保护动作的判据 max 2 1unbrelset IKIII 这样构成的保护在区内故障和区外故障或正常运行状态之间有很明显的差 别 保证了保护动作的可靠性与灵敏度 20 纵联电流差动保护整定计算 1 不带制动特性的差动保护 按躲过外部短路时的最大不平衡电流整定 max k I max kstnperrelset IKKKKI C res max I minset I A B res g I maxset I res I set I 动作区动作区 可靠系数 取 1 2 1 3 rel K 互感器误差系数 取 10 er K 非周期分量系数 取 1 5 2 np K 同型系数 电流互感器同型时取 0 5 不同型时取 1 st K 按躲过最大负荷电流整定 保证正常运行时一侧电流互感器二次回路断 线后差动保护不动作 max Lrelset IKI 可靠系数 取 1 2 1 3 rel K 2 比率制动式差动保护 2 1 IIIr 2 2 1 II Ires 保证外部短路可靠不动作的同时 提高了内部故障时的灵敏度 5 自动重合闸自动重合闸 1 自动重合闸的概念 一种按照预定要求在断路器跳开之后 自动将其投入的自动装置 对于瞬 时性故障 经过重合闸之后 线路可恢复正常运行 2 重合闸的作用 1 对于瞬时性故障 可迅速恢复供电 从而能提高供电的可靠性 2 对双侧电源的线路 可提高系统并列运行的稳定性 从而提高线路的 输送容量 3 可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸 3 重合闸的不利影响 1 系统再次受到故障冲击 2 断路器工作条件恶化 4 对重合闸的基本要求 1 动作迅速 2 不允许任意多次重合 3 作后应能自动复归 4 动跳闸时不应重合 5 动合闸于故障线路不重合 5 自动重合闸的分类 1 根据重合闸控制断路器所接通或断开的电力元件不同可分为 线路重 合闸 变压器重合闸和母线重合闸等 2 根据重合闸控制断路器连续跳闸次数的不同可分为 多次重合闸和一 次重合闸 3 根据重合闸控制断路器相数的不同可分为 单相重合闸 三相重合闸 和综合重合闸 6 重合闸的启动方式 保护起动和开关位置不对应启动 7 三相一次自动重合闸动作过程 故障 断开三相 QF 按要求重合 瞬时性故障 恢复正常运行 永久性故障 断开三相 QF 不再重合 8 三相一次自动重合闸原理框图 1 一次合闸脉冲的作用 发出合闸脉冲命令 准备整组复归 时间为 15S 防止多次重合 2 重合闸时限的整定原则 单侧电源线路的三相重合闸 A 故障点电弧熄灭 绝缘恢复 B 断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油 准备好重合于 永久性故障时能再次跳闸 否则可能发生断路器爆炸 如果采用保护装置起动 方式 还应加上断路器跳闸时间 C 根据运行经验 采用 1s 左右 双侧电源系统中 除上述要求外 还需考虑两侧保护以不同时限切除故 障的情况 按最不利情况考虑 本侧先跳 对侧后跳 1 1 2 2k 重重合合闸闸 起起动动 一一次次合合闸闸 脉脉冲冲元元件件 手手动动跳跳闸闸 与与 合合闸闸 手手动动合合闸闸 信信号号 后后加加速速 重重合合闸闸 时时间间 1QF t 1pr t 0 t pr2 t QF2 t u t ARD t QF1跳开 QF2跳开 QF1重合 QF1 重合闸时间 uQFprQFprARD tttttt 1122 9 双侧电源输电线路重合闸的主要方式 1 快速自动重合闸 过程 保护断开两侧断路器之后 在 0 5 0 6s 之内使之重合 使用条件 两侧装有全线速动的保护 两侧装有可快速重合的断路器 合闸瞬间冲击电流在允许范围之内 2 非同期重合闸 过程 保护断开两侧断路器之后 不考虑两侧系统是否同步 使之重合 期待系统自动拉入同步 使用条件 合闸瞬间冲击电流在允许范围之内 3 双回线检邻线有电流重合闸方式 过程 保护断开两侧断路器之后 检测相邻线路是否有电流 如果有电流 则允许重合 优点 用电流检定取代同步检定 实现简单 4 检无压检同期重合闸方式 检无压侧 同时投入同步检定继电器 检同期侧 无电压检定绝对不允 许同时投入 两侧的投入方式可以利用连结片定期轮换 先重合检无压侧 再 重合检同期侧 对于瞬时性故障 两侧保护动作 断路器断开 线路失去电压 检无压 侧重合闸先进行重合 重合成功 另一侧同步检定继电器在两侧电源符合同步 条件后再进行重合 恢复正常供电 对于永久性故障 两侧保护动作 断路器断开 线路失去电压 检无压 侧重合闸先进行重合 重合不成功 保护再次动作 跳开断路器不再重合 另 一侧的检同期重合闸不起动 10 重合闸前加速保护 1 配置 各条线路都装设保护装置 只是在靠近电源的线路上装设重合 闸装置 当任何一条线路发生故障时 首先由最靠近电源的线路上的保护动作 瞬时无选择的切除故障 然后由其重合闸装置重合 如果是瞬时性故障则系统 恢复供电 如果是永久性故障 此时线路上的保护应按照配合关系有选择性的 切除故障 2 优点 快速切除瞬时性故障 提高重合闸的成功率 所用设备少 简单经济 3 缺点 QF1 工作条件恶劣 可能扩大停电范围 4 适用范围 35kV 以下由发电厂或重要变电站引出的直配线路上 11 重合闸后加速保护 1 配置 各条线路都装设保护及自动重合闸装置 当线路上发生故障时 首先各保护应按照配合关系 有选择性的由某个保护动作切除故障 然后再由 其自动重合闸装置重合 如果是瞬时性故障则系统恢复供电 如果是永久性故 障 则由本线路的加速保护动作瞬时切除故障 与第一次动作是否带有延时无 关 2 优点 第一次跳闸有选择性 再次切除故障的时间加快 有利于系统并联运行的稳定性 3 缺点 需要重合闸装置多 第一次动作可能带有时延 12 单相自动重合闸动作过程 单相接地短路 跳故障单相 重合单相 瞬时性故障 重合成功 永久性故障 跳三相 相间故障 跳三相 不重合 13 单相自动重合闸动作时限 除应满足三相重合闸时所提出的要求外 还应考虑潜供电流对灭弧所产生 的影响 潜供电流 当线路故障相自两侧断开后 由于非故障相与断开相之 间存在着静电和电磁的联系 虽然短路电流已被切断 但故障点弧光通道中仍 有一定数值的电流流过 即为潜供电流 14 综合重合闸 综合重合闸是指当发生单相接地故障时 采用单相重合闸方式 而当发生 相间短路时 采用三相重合闸方式 15 综合重合闸的工作方式有哪些 综合重合闸 单相重合闸 三相重合闸 停用重合闸 16 单侧与双侧电源装重合闸有何不同 双侧电源比起单侧电源要考虑一下两点 1 时间的配合 考虑两侧保护可能以不同的时限断开两侧断路器 2 同期问题 重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合闸 的问题 6 电力变压器保护电力变压器保护 1 变压器的故障 各相绕组之间的相间短路 2 I 1 I 1TA n 1 I T n 2TA n 2 I 21 II KD Id 油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障 引出线的相间短路 油箱外部故障 绝缘套管闪络或破坏 引出线通过外壳发生的单相接地短路 2 变压器不正常工作状态 外部相间 接地短路或过负荷 过电流 油箱漏油造成油面降低 外部接地短路 中性点过电压 外加电压过高或频率降低 过励磁等 3 应装设的继电保护装置 变压器保护的配置原则 1 瓦斯保护 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低 重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号 2 纵差动保护或电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相 短路 大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路 3 外部相间短路的后备保护 作为 1 2 的后备 过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序过电流 4 零序电流保护 防御大接地电流系统中变压器外部接地短路 5 过负荷保护 防御变压器对称过负荷 6 过励磁保护 防御变压器过励磁 7 其他非电量保护 油温高保护 冷却器故障保护 压力释放保护等 4 构成变压器纵差动保护的基本原理 流入差动继电器 KD 的差动电流为 2 1 IIIr 正常运行或外部故时 应使 2 1 II 即 2 2 1 1 TATA n I n I 亦即 T TA TA n n n 1 2 按相实现的变压器纵差动保护 其电流互感器变比的选择原则按相实现的变压器纵差动保护 其电流互感器变比的选择原则 两 侧电流互感器的变比的比值等于变压器的变比 5 不平衡电流产生的原因及其消除方法 1 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 11 Y d11 接线方式 两侧电流的相位差 30 消除方法 相位校正 变压器 Y 侧 CT 二次侧 形接线 Y d11 变压器 侧 CT 二次侧 Y 形接线 Y Y12 可见 差动臂中的 同相位了 但 A2B2A2 I3I I 为使正常运行或区外故障时 则应使 0 r I A2A2 II3 T A TA TA TA A TA n n n nn A A 1 2 1 2 2 2 1 1 3 3 即 按相实现的按相实现的 Y d11 接线方式变压器纵差动保护 接线方式变压器纵差动保护 T TA TA n n n 3 1 2 其电流互感器变比的选择原则 其电流互感器变比的选择原则 2 由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 CT 的变比是标准化的 如 600 5 800 5 1000 5 1200 5 所以 很难完全满足或 T TA TA n n n 1 2 T TA TA n n n 3 1 2 即 产生 0 r I unb I 消除方法 利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑 3 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 CT 变换误差 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑 4 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流 改变分接头 改变 破坏或的关系 T n T TA TA n n n 1 2 T TA TA n n n 3 1 2 产生新的不平衡电流 CT 二次侧不允许开路 即不能改变 此误差 21 TATA nn 无法消除 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑 上述上述 1 1 4 4 为稳态情况下为稳态情况下 产生不平衡电流的原因 产生不平衡电流的原因 5 暂态情况下的不平衡电流 非周期分量的影响 比稳态大 且含有很大的非周期分量 持续时间比较长 几十周波 unb I 最大值出现在短路后几个周波 引入非周期分量影响系数 np K 措施 采用快速饱和中间变流器 抑制非周期分量 由励磁涌流产生的不平衡电流 6 励磁涌流概念 电压突然增加 空载合闸 故障消失电压恢复 的暂态过程中出现的很大 的励磁电流 可达额定电流的 6 8 倍 称之为励磁涌流 励磁涌流完全是差动 电流 可能导致差动保护误动 7 励磁涌流产生的原因 C res max I minset I A B res g I maxset I res I set r I 电压突然上升后 磁通不能突变 产生暂态磁通 可能导致变压器严重饱 和 产生很大的励磁电流 8 影响励磁涌流大小的因素 1 合闸时刻 对于单相变压器 电压为零时合闸 即合闸角为 0 度 励磁涌流现象最严重 电压最高时合闸 即合闸角为 90 度 没有励磁涌流 对于三相变压器 不能保证三相都在电压最高时合闸 所以至少有两相会产生不同程度 的励磁涌流 2 剩磁 剩磁较大时 暂态磁通较大 涌流也较大 3 饱和磁通 变压器越易饱和 励磁涌流越大 9 励磁涌流的特点 1 含有很大的非周期分量 2 波形偏向时间轴一侧 并出现间断 3 含有大量的高次谐波分量 以二次谐波为主 10 防止保护误动措施 1 采用具有速饱和铁心的差动继电器 2 采用涌流鉴别方法闭锁差动保护 3 采用不受涌流影响的主保护 11 比率制动式差动保护基本原理 引入一个能够反应穿越电流大小的制动电流 动作电流不必躲过最大穿越 电流造成的不平衡电流 而是根据制动电流自动调整 12 比率制动式差动保护动作判据 min setr II gresres II gresressetr IIKII min gresres II 13 为什么能改善内部故障时保护的灵敏性 上图中 直线 1 为与外部故障时 Id 的关系 直线 2 为无制动特性纵差保护的动作电流 Idz J Kk Ibp max 曲线 3 为制动特性曲线 由图中可见 对无制动的纵差保护为短路电流较小的内部故障时 灵敏度 往往不能满足要求 而如果采用比率制动型继电器 应在 I2h Id max 时 使 Idz J Kk Ibp max 即通过 a 点的曲线 3 因为曲线 3 始终位于直线 1 上面 即在任何大小的外部短路电流作用下 继电器不会误动 同时可以看出曲线 3 比直线 2 扩大了保护的可靠动作区 14 比率制动式差动保护整定计算 1 最小动作电流 按躲过变压器正常运行条件下产生的最大不平衡电流整定 也可以按下式 取为 Nset II5 02 0 min 2 拐点电流 流过额定电流时互感器不会饱和 一般取倍变压器额定电流 0 16 0 3 斜率 K gresres setset II II K max min max 15 变压器相间短路的后备保护 1 过电流保护 2 低电压启动的过电流保护 3 复合电压启动的过电流保护 4 负序过电流保护 16 变压器的接地保护 零序电流保护 7 发电机保护发电机保护 1 发电机故障类型 答 1 定子绕组 相间短路 匝间短路 接地短路 2 转子绕组 匝间短路 一点或两点接地短路 励磁电流消失 2 发电机不正常运行状态 答 1 过电流 2 过负荷 3 转子表层负序过负荷 4 过电压 5 转子绕组过负荷 6 逆功率 3 发电机保护配置 答 1 定子绕组相间短路保护 电流速断保护 纵联差动保护 2 定子绕组匝间短路保护 横差保护 故障分量负序方向保护 纵向基波零序电压保护 3 定子绕组接地保护 基波零序电流保护 基波零序电压保护 三次谐波型接地保护 4 外部相间短路及主保护的后备保护 过电流保护 复压起动过电流保护 负序过流及单元件低压起动 过流保护 低压自保持的过电流保护 5 定子绕组过电压保护 6 转子绕组一点或两点接地保护 7 低励或失磁保护 8 逆功率保护 4 发电机纵差保护反应的故障类型 答 可以反应相间短路 不能反应匝间 接地短路 5 比率制动纵差保护特点 答 提高内部故障时保护灵敏度 6 裂相横差保护反应的故障类型 答 1 同相同分支匝间短路 短路匝数较小时 有死区 2 同相不同分支匝间短路 不同的分支短路匝数接近时 有死区 3 定子绕组相间短路 4 分支开焊 5 不能反应引出线上相间短路 7 单元件横差保护反应的故障类型 答 机内绕组相间 匝间短路 分支开焊 8 纵向基波零序电压保护的基本原理 不能反应接地故障 答 纵向基波零序电压 0 3 CNBNAN UUUU 1 正常运行或外部故障 三相电压保持平衡 没有输出 2 内部故障 都是不对称故障 三相电压不平衡 有输出 9 发电机失磁后 机端测量阻抗如何变化 答 发电机正常运行时 向系统输送有功功率和无功功率 功率因角 为 正 阻抗在第一象限 失磁后 无功功率由正变负 角逐渐由正值向负值变 化 测量阻抗向第四象限过渡 发电机失磁后进入异步运行时 机端测量阻抗 将进入临界失步圆内 并最后在 X 轴上落到至范围内 d X d X 10 发电机失磁后 对系统和发电机本身有何不良影响 答 1 发电机失磁后 角在 90 以内时 输出功率基本不变 无功功率的 d X S X d E g U S U sin Sd sd XX UE P Sd s Sd sd XX U XX UE Q 2 cos 减少也较缓慢 但 90 时 发电机将从系统吸收无功功率 2 若发电机正常运行时向系统送无功功率 Q1 失磁后 从系统吸收无功功 率为 Q2 则系统将出现 Q1 Q2 的无功差额 从而引起电压下降 当系统无功 不足时 电压下降严重 有导致系统电压崩溃的危险 3 发电机失磁后会导致失步运行 出现转差频率 f 的电流 从而产生附加 温升 危及转子安全 4 发电机失磁后 由于异步运行 定 转子都将受到较大的冲击力 又因 转速较高 机组将受到很大的振动 11 发