继电保护及自动装置PPT课件

-,1,路改强2016年3月,继电保护及自动装置,-,2,目录,-,3,（一）继电保护的基本知识1、继电保护的作用（1）继电保护主要功能：1）有选择性地通过断路器将故障设备从系统中快速自动切除，保证无故障设备继续运行；2）反应电力系统的不正常工作状态，根据运行维护的条件和设备承受能力，发出警告信号、减负荷或延时跳闸。（2）作用：检测短路电流，短时间切除故障，保证系统安全稳定运行，提高供电可靠性，降低主设备损坏程度。,继电保护的原理与运行,-,4,2、继电保护的基本原理电力系统正常运行有其额定参数（电流、电压、功率），短路时电流增加、电压和有功减少，频率变化。根据短路基本特征构成不同原理的保护：（1）反应电流急剧增加的电流保护；（2）反应电压急剧降低的低电压保护；（3）反应电流和电压变化（电压和电流比值）的阻抗保护（距离保护）；（4）同时反应被保护元件两端电气量的快速保护，如差动保护、高频保护等；（5）反应不对称或异常运行时出现的判据，如负序或零序分量的保护；（6）反应非电气量的瓦斯保护、超温保护。,继电保护的原理与运行,-,5,3、继电保护的基本要求及发展（1）继电保护基本要求1）可靠性。正常运行和区外故障不误动，区内故障可靠动作不拒动。2）选择性。系统发生故障，保护仅切除故障元件。3）快速性。尽可能短的时间切除故障。4）灵敏性。保护装置对故障或不正常状态反应灵敏。（2）继电保护的发展过程继电接触式保护-集成电路式保护-微机保护,继电保护的原理与运行,-,6,（二）电力变压器保护1、变压器故障和不正常状态（1）变压器故障类型1）油箱故障：绕组相间短路、匝间短路及中性点接地系统绕组的接地短路；2）油箱外故障：套管、引出线上发生相间、接地短路。（2）变压器不正常工作状态：外部短路引起的过流；过负荷；油箱漏油造成油面降低；中性点电压升高或外部电压过高、频率降低引起过励磁。,继电保护的原理与运行,-,7,2、变压器保护配置（1）反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护；（2）反应变压器绕组和引出线相间短路、中性点直接接地系统绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵差保护；（3）反应变压器外部相间短路的作为瓦斯和差动保护后备的过电流保护；（4）反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护；（5）反应变压器对称过负荷的过负荷保护；（6）反应变压器过励磁保护。,继电保护的原理与运行,-,8,3、变压器瓦斯等非电量保护利用变压器的油、气、温度等非电量构成的变压器保护称为非电量保护。有瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护、冷却器全停保护。（1）瓦斯保护当变压器油箱内部发生故障，短路电流和电弧作用使内部产生大量气体，油流加快，利用气体和油流实现的保护称为瓦斯保护。轻瓦斯气体动作于信号（250cm3)；严重故障油流速度高（整定1m/s)，重瓦斯动作跳闸。,继电保护的原理与运行,-,9,（2）瓦斯保护优缺点优点：简单、灵敏，全面反应变压器油箱内的各种故障。800kVA及以上油浸变压器、400kVA及以上室内油浸变压器均装设瓦斯保护。缺点：不能反应变压器套管和引出线的故障。,继电保护的原理与运行,-,10,4、变压器差动保护（1）差动保护范围：各侧电流互感器所包围的电气部分。范围内发生绕组相间短路、匝间短路、引出线相间短路，中性点接地侧绕组、引出线、套管单相接地短路时，差动保护均动作。（2）差动保护类型：变压器的差动保护有变压器纵差、分侧差动、零序差动保护。1）纵差保护：变压器主保护。电压10kV以上、容量10MVA及以上的变压器均配纵差保护。如图示。,继电保护的原理与运行,-,11,2）分侧差动保护是在各侧绕组的两端设电流互感器实现差动。多用于超高压大型变压器的Y侧，构成简单、灵敏度高，不受励磁电流、涌流、带负荷调压及过励磁影响。如图示。3）零序差动保护由高压侧、中压侧、公共绕组侧的零序电流构成，各侧零序电流由微机型保护自产所得。主要用于大容量超高压三绕组自耦变Y侧内部接地故障。有与分侧差动保护一样的优点，如图示。,继电保护的原理与运行,-,12,（3）纵差保护原理变压器纵差保护是在假设变压器的电能量传递为线性的情况下，基于基尔霍夫第一定律构成，即=如图示。空投变压器、外部故障，差动回路中流过较大的不平衡电流或励磁涌流，会引起差动保护误动。因此，微机型差动保护要采取措施。微机差动保护原理是利用软件计算方法来实现的。所以考虑：1）差动电流互感器TA二次电流移相；2）滤除区外接地时流过主变的零序电流；3）使主变各侧差动TA二次电流大小相同。如图示。,继电保护的原理与运行,-,13,5、变压器过流保护（1）变压器过流保护组成变压器复合电压过流、复合电压闭锁方向过流等。（2）复压闭锁过流保护作用负序电压和低电压构成的复合电压能够反映保护范围内变压器各种故障，降低了过流保护的电流整定值，提高了过流保护的灵敏度。（3）复压闭锁过流保护动作逻辑。如图示。6、变压器保护配置图如图示,继电保护的原理与运行,-,14,7、变压器保护的运行变压器运行中主保护、后备保护不能任意投入、退出、变更定值，若需要须根据调度指令进行。运行主变的主保护（差动、瓦斯保护）不许同时退出，更不许无保护状态下运行。（1）主变保护巡视检查1）根据运行日志投运记录核对保护压板；2）检查保护信号显示是否正确；3）检查保护屏装置有无异常声音；4）二次回路接线端子有无松动过热；,继电保护的原理与运行,-,15,5）主变保护停用定检或除缺时，检查主变保护联跳其它母联开关压板是否退出；6）主变保护动作时，应将保护动作时间、信号、自动装置动作信号完整无误记入运行日志，便于分析处理。（2）瓦斯保护运行1）主变投运前，检查瓦斯继电器有无气体，是否漏油，试验轻瓦斯能否动作于信号、重瓦斯能否动作于跳各侧开关；2）新投产或大修后的主变投运后，重瓦斯先动作于信号，待试运时间后再投跳闸；,继电保护的原理与运行,-,16,3）主变正常运行，轻瓦斯应投信号，重瓦斯投跳闸；4）主变停运时，轻瓦斯保护不应退出，以便发现油面降低；5）主变运行中加油、滤油及油路系统检修时，调度同意可将重瓦斯改投信号，工作完毕应每12小时释放瓦斯继电器内的气体，一天后无气体方可把重瓦斯投跳闸。,继电保护的原理与运行,-,17,（3）轻瓦斯动作后处理1）报告调度，记录时间，复归信号；2）检查主变有无不正常现象（油温、油位、声响），查明瓦斯继电器是否空气侵入、油面降低、二次回路故障等；3）如主变外部无异常，应鉴定气体继电器内气体性质，如气体无色、无臭、不可燃，主变可继续运行；如气体可燃，须把主变退出运行；4）以上检查没问题，应查油的闪点，若闪点温度较过去记录低5，说明内部有故障，应停运。,继电保护的原理与运行,-,18,（4）重瓦斯动作后处理当主变重瓦斯保护动作于跳闸，会出现音响、光字信号，各侧开关无数据。1）报告调度，记录时间、信号，复归音响、闪光；2）检查主变外部，有无喷油、冒烟、着火，有无漏油，检查油位、油温、油色变化；3）检查瓦斯继电器二次回路是否正确；4）检查气体继电器内气体性质，分析判断故障原因，进行处理；5）测量主变绝缘电阻、直流电阻，油样色谱分析；4）以上检查没问题，调度同意后，可将主变投运，并监视。,继电保护的原理与运行,-,19,（5）差动保护运行1）差动保护第一次投运，应作空载合闸试验，检验其躲励磁涌流的性质；2）差动回路上工作，应将差动保护退出；3）新投产和二次差动回路改动后的保护，应作六角图试验，证明变比、极性正确及差压满足要求，方可将保护投入；4）二次回路断线，应将差动保护退出。,继电保护的原理与运行,-,20,（6）差动保护动作后处理当主变差动保护动作于跳闸，会出现音响、光字信号，各侧开关闪光无数值。1）报告调度，记录时间、信号，复归音响、闪光；2）检查主变本体有无异常，套管有无闪络，引出线及绝缘子有无故障痕迹；3）检查主变油位、油温、油色是否正常；4）检查二次回路有无断线、短路，直流回路是否两点接地，二次回路端子是否松动；5）测量主变绝缘电阻、直流电阻；,继电保护的原理与运行,-,21,6）根据现象判断是否系统穿越性故障引起；7）若瓦斯和差动都动作，须对主变试验检查；8）若因外部短路引起误动，应对保护进行试验，合格后投运；9）若差动回路接线错误引起，一时无法消除，经调度同意后，可将主变投运，差动保护暂时退出；10）差动保护动作后，不查明原因不得试运。,继电保护的原理与运行,-,22,（三）输电线路保护1、相间短路的三段式电流保护线路短路时，线路电流增大，母线电压降低。利用电流增大超过定值即动作，为线路的电流保护。电流保护分为：瞬时电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。（1）瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护反应线路故障电流增大而动作，没有延时，选择被保护线路上发生短路才动作。动作电流整定为：躲过本线路末端短路可能出现的最大短路电流。原理见图示。,继电保护的原理与运行,-,23,（2）限时电流速断保护限时电流速断保护范围要求保护线路全长并延伸到下级线路中，不超过下级线路速断保护范围。因此，限时速断电流保护必须与下级线路的电流速断保护配合，动作时限比下级速断高出一个时间阶梯（一般取0.5s）。原理见图示。,继电保护的原理与运行,-,24,（3）定时限过电流保护为防止本线路主保护（电流速断、限时电流速断保护）拒动和下一级线路的保护或断路器拒动，装设定时限过电流保护作为后备保护。过电流保护有两种：动作时间为固定整定的定时限过流保护；动作时间与过流倍数有关，电流越大动作越快，为反时限过流保护。过电流保护的动作电流须大于本线路最大负荷电流，动作时限比下一级线路过流保护动作时间高出一段（一般1.52.5s）。过流时限选择，如图示。,继电保护的原理与运行,-,25,（4）阶段式电流保护电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护按照不同原则选择动作电流：速断是按躲开本线路末端最大短路电流来整定；限时速断是按躲开下级各相邻线路电流速断保护的最大动作范围来整定；过电流是按躲开本线路最大负荷电流来整定。电流速断不能保护线路全长，限时速断不能作为相邻线路的后备保护，因此，为保证迅速、有选择切除故障，常把三种保护组合一起，构成三段式电流保护。,继电保护的原理与运行,-,26,2、电网相间短路的方向电流保护电网示意图如图示，提出了方向问题。解决措施是在过电流保护中各加一功率方向元件，构成了方向电流保护。规定短路功率方向从母线流向被保护线路为正。方向电流保护的时限、原理接线如图示。,继电保护的原理与运行,-,27,3、电网的接地保护中性点直接接地电网发生接地短路，出现大的零序电流，反应零序电流增大而动作的保护叫零序电流保护。接地保护装置通过零序电流滤过器取得零序电流（电缆线路采用零序电流互感器），通过零序电压滤过器取得零序电压。分别见图示。,继电保护的原理与运行,-,28,（1）中性点直接接地系统的接地保护1）零序电流保护：常采用三段式零序电流保护，即零序电流速断（零序段）、限时零序电流速断（零序段）、零序过电流（零序段）。2）零序方向电流保护：同样三段式零序方向电流保护。（2）中性点不接地系统的接地保护中性点不接地电网发生单相接地时，故障电流小，一般允许继续运行1-2h，保护装置发出信号不跳闸。绝缘监视装置利用单相接地出现零序电压接通信号回路，原理见图示。,继电保护的原理与运行,-,29,4、电网的距离保护距离保护是反应故障点至保护安装处的距离，并根据距离远近确定动作时间的一种保护装置，又叫阻抗保护。ZK=/ZKZzd故障点在保护范围外，保护不动作。（1）三段式距离保护距离I段保护范围为被保护线路全长的80-85%，动作时限为固有动作时间，瞬时动作。,继电保护的原理与运行,-,30,距离段保护线路全长及下一线路的30-40%，动作时间与下一线路距离I段动作时限配合，多0.5s。距离段为后备保护，保护本线路及下一线路全长甚至更远，动作时限比下一线路距离段多0.5s。如图（2）振荡闭锁、断线闭锁1）并联运行的电力系统或发电厂之间因短路切除太慢或遭受较大冲击出现功率角大范围周期性变化的现象，称为电力系统振荡。此时，系统各点电压、电流、功率大小方向及距离保护测量阻抗都周期性变化，距离保护可能误动。,继电保护的原理与运行,-,31,2）振荡闭锁系统故障（不可能三相对称）会出现负序分量，且负序电流是突变的；振荡时（三相完全对称无负序分量），负序电流缓慢变化。用负序电流增量元件作振荡闭锁回路的启动元件，区别故障还是振荡。3）电压断线闭锁二次电压回路断线，造成测量阻抗为0假象，阻抗继电器误动。采用负序、零序电流或其增量元件作启动元件，电压断线时，阻抗继电器误动但整套距离保护不动作。设置专用的断线闭锁回路，可发现消除电压断线及误动。,继电保护的原理与运行,-,32,5、输电线路全线速动保护（1）线路光纤差动保护纵联差动保护是用某种通信通道将线路两端的保护装置纵向连接，把各端电气量传送对端比较，判断故障在线路范围内还是外，决定是否跳闸。1）光纤纵联电流差动保护两端电流相量和作为动作电流，相量差作为制动电流。原理如图：线路内部故障，动作电流很大，等于短路点电流；制动电流较小，小于短路电流，差动继电器动作。线路外部故障，动作电流为0，制动电流为2倍短路电流，差动继电器不动作。,继电保护的原理与运行,-,33,（2）线路纵联保护纵联保护是用线路两端的电气量在故障、非故障的特征差异，即线路区内、外故障时，两端的电流波形、功率方向、电流相位、测量阻抗有明显差异，可构成不同原理的纵联保护。1）纵联保护分类纵联电流差动保护；方向比较式纵联保护；电流相位比较式纵联保护；纵联距离保护。,继电保护的原理与运行,-,34,（3）高频闭锁方向保护高频闭锁方向保护是利用高频信号，间接地比较线路两端电气量的方向，以判别是被保护线路内部还是外部故障，决定其是否动作的保护。规定母线指向线路的电流方向为正方向，线路指向母线的电流方向为反方向。高频闭锁方向保护故障原理见两图。当被保护线路内部故障时，两端的短路电流方向皆为正方向，两侧均不发闭锁信号，立即跳闸。当被保护线路外部故障时，近故障点一侧的短路电流方向为反方向，发高频闭锁信号，一方面使该侧不动作，另一方面把高频闭锁信号送到对端。对侧短路电流方向为正方向，但收到对侧送来的高频信号闭锁而不动作。,继电保护的原理与运行,-,35,（4）相差高频保护相差高频保护是利用高频信号将电流相位传送到对侧，比较被保护线路两侧电流相位。当被保护线路内部故障时，两端的电流相位相同均为正，皆为正方向，两侧收发信机收到高频信号是间断的，正半周有高频信号，负半周无高频信号，保护正确动作。当被保护线路外部故障时，两侧电流相位为180，两侧收发信机交替工作，收到连续的高频信号，两侧高频信号互为闭锁而不动作于跳闸。,继电保护的原理与运行,-,36,（5）保护通道1）导引线通信导引线电流差动保护原理，如图示。2）电力线载波通信相-地耦合专用通道，相-相耦合复用通道如图示。3）光纤通信单向光纤通信构成，如图示。优点：通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、资源丰富、重量轻、体积小，被广泛应用。,继电保护的原理与运行,-,37,（四）母线保护、断路器保护1、母线保护110kV及以上电压等级的母线，有单母线、单母分段、双母线、3/2断路器接线等，为防止变电站母线故障，设备损坏、系统失稳，要装设选择性好、动作迅速可靠的母线保护。母线保护有：母线完全差动保护、比相式母线差动保护、比例制动式母线差动保护、中阻抗母差保护。,继电保护的原理与运行,-,38,（1）母线完全差动保护母线上全部连接元件按相接入差回路，各元件单元TA二次电流的相量和作为动作电流。母线故障，母差动作；母线外部故障，母线上流进流出一次电流之和为零，母差可靠不动作。如图示，单母全差保护原理接线图。双母线运行方式，按一定要求，把引出线和电源支路分配固定连接于两条母线上，这种固定连接母线差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。母线故障，只切除故障母线上元件，非故障母线继续运行；当固定连接方式被破坏，保护将无选择切除所有元件。如图示。,继电保护的原理与运行,-,39,（2）比相式母线差动保护母线上各元件电流正方向为流入母线，将一条母线看作一个节点，各元件电流同相，认为该母线故障，当任一路电流反相，说明母线外部故障。如图示，比相差动保护原理框图、原理图。（3）中阻抗母差保护差流回路阻抗较大，该保护动作快、躲故障时TA饱和能力强，多用于500kV母线保护中。,继电保护的原理与运行,-,40,2、断路器保护220kV及以上的变电站需对断路器进行保护，因为断路器所带线路、变压器、母线等故障，断路器拒动失灵后果严重：引起主设备损坏；停电范围扩大。（1）断路器失灵保护判断断路器失灵两个条件：保护动作未返回；该断路器中还有电流。断路器失灵保护动作后，先切除母联断路器，再切除故障母线。见图示,继电保护的原理与运行,-,41,（2）断路器非全相保护断路器非全相运行保护是根据非全相运行时三相开关位置不一致及产生负序及零序电流的特点构成。当非全相保护有断路器三相不一致开入且零序或负序电流达到整定值，经过延时跳开该断路器。图示。（3）短引线保护双断路器接线（3/2接线），所带线路或变压器停运，断路器仍连接运行时，装设短引线保护来保护之间连线故障，并且用刀闸辅助触点控制该保护投退。原理见图示,继电保护的原理与运行,-,42,（一）输电线路的自动重合闸1、自动重合闸的作用与分类（1）自动重合闸的作用1）提高供电可靠性。因线路瞬时故障多，90%；2）可纠正保护误动、人员误碰、开关机构不良导致的误跳；3）提高了系统并列运行的稳定性。,安全自动装置的构成与运行,-,43,（2）自动重合闸的分类1）按作用于断路器的方式分为三相、单相、综合重合闸；2）按重合条件分为单侧电源线路、双侧电源线路重合闸，双侧电源线路重合闸又分快速、非同期、检无压、检同期重合闸；3）按动作次数分为一次、二次重合闸。二次重合闸很少用。,安全自动装置的构成与运行,-,44,（3）对自动重合闸的基本要求1）自动重合闸装置动作应迅速，动作后能自动复归；2）手动分闸时不应重合；手动合闸到故障线路时保护动作跳闸后不重合；3）装置能在重合闸后加速保护动作；4）装置宜采用控制开关与断路器位置不对应启动；5）动作次数符合规定，能自动闭锁。,安全自动装置的构成与运行,-,45,2、单、双电源侧线路三相一次重合闸1）单电源侧线路三相一次重合闸见流程图。2）双电源侧线路三相一次重合闸检无压、检同期三相重合闸工作流程、原理见图示。,安全自动装置的构成与运行,-,46,3、综合重合闸（1）功能1）单相接地故障，只切除故障相，进行单相重合；重合到永久故障时跳三相，不再重合；2）切除故障后非全相运行过程中，若健全两相发生故障：故障发生在单相重合脉冲前，应立即切除三相并进行一次三相重合；如果发生在脉冲后，则跳开三相不重合。3）线路发生相间故障，跳开三相进行一次重合。工作流程见图示。,安全自动装置的构成与运行,-,47,（2）重合闸在3/2接线中的应用1）边断路器重合优先：边断路器重合成功后，