主设备保护整定计算.ppt

主设备继电保护整定计算二,2009.5.6,继电保护整定计算,2,一、电力系统振荡及其简化计算,电力系统振荡概述1）什么叫振荡？电力系统受到扰动后，输电线路两侧发电机组失去同步，功角和系统中各点的电流、电压发生周期性的脉动变化2）振荡产生的原因静稳定破坏：大机组开停机、失去励磁、负荷和潮流变化太大、环网解环动稳定破坏：大扰动、发电机失去同步、短路故障切除太慢、重要的联络线断开非周期重合闸,2009.5.6,继电保护整定计算,3,3）振荡种类衰减振荡：发电机在异步运行中经过几个周期的振荡后逐步拉入同步，振幅逐步周期性衰减的不衰减振荡：长线路弱联接两系统振荡后，很难自行恢复同步4）振荡的特征周期和时间：初期较长12S中期0.10.3S后期1S左右振荡电流和电压：三相对称脉动变化电流幅值决定于系统的综合阻抗5）振荡后果振荡事故使系统瓦解是电力系统的灾难：使系统解列或甩掉大量负荷，影响生产或停产；可能使保护误动，危及发电机等设备安全有些振荡事故处理得当，经过较短时间可以恢复同步,2009.5.6,继电保护整定计算,4,2.电力系统振荡简化计算,以为参考向量,设h=1,2009.5.6,继电保护整定计算,5,1）振荡电流分析与计算,2）振荡电压分布与计算,当两侧电源幅值不相等或ZM、ZN、ZL阻抗角不同时，I与U的计算要复杂一些,2009.5.6,继电保护整定计算,6,第3部分电网的电流保护和方向性电流保护,电网相间短路的三段式电流保护配置,应用领域：35KV、10KV网络线路保护,2009.5.6,继电保护整定计算,7,一、单侧电源网络相间短路电流保护电流速断保护（第段）,仅反应于相电流增大而瞬时动作的电流保护。1、短路电流的计算：,图中1最大运行方式下d(3)2最小运行方式下d(2)3保护1第一段动作电流,2009.5.6,继电保护整定计算,8,可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）,2009.5.6,继电保护整定计算,9,2、整定值计算及灵敏性校验,为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次侧参数表示。在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长,动作电流：动作时限：TdzI=0s,2009.5.6,继电保护整定计算,10,灵敏性,灵敏性：用保护范围的大小来衡量lmax、lmin一般用lmin来校验：要求：（1520）方法：图解法解析法：,式中ZL=Z1*L被保护线路全长的阻抗值,2009.5.6,继电保护整定计算,11,算例,计算电流速断保护1的动作电流、时限以及最小保护范围。已知：,Kk=1.2,Z1=0.4/KM，Zsmax=18,Zsmin=12,2009.5.6,继电保护整定计算,12,4、小结,仅靠动作电流值来保证其选择性能无延时地保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。当系统运行方式变化比较大，或者保护线路长度比较短（短线路），可能无保护范围终端线路采用线路变压器组的接线方式方式，按躲变压器低压侧线路出口处短路整定，可保护本线路全长，并能保护变压器的一部分。,2009.5.6,继电保护整定计算,13,二、单侧电源网络相间短路电流保护限时电流速断保护（第段）,1、要求：（1）任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性（2）在满足要求（1）的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。,2009.5.6,继电保护整定计算,14,2、整定值的计算和灵敏性校验,为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。即整定值与相邻线路段配合。动作电流：动作时间：t取0.5“，称时间阶梯（时限级差）灵敏性：要求：1.31.5若灵敏性不满足要求，与相邻线路第段配合：,如果仍小于1.3，可考虑采用电流电压连锁保护，或采用距离保护,2009.5.6,继电保护整定计算,15,4、小结：限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性与第段共同构成被保护线路的主保护，兼作第段的近后备保护。,2009.5.6,继电保护整定计算,16,三、单侧电源网络相间短路电流保护定时限过电流保护（第段）,1、作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定。不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。,2009.5.6,继电保护整定计算,17,2、整定值的计算和灵敏性校验：,1）、动作电流：躲最大负荷电流在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq,式中，,2009.5.6,继电保护整定计算,18,2）、动作时间,在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可能动作。例如：下图中d1短路时，保护14都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。,阶梯时间特性,当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合,2009.5.6,继电保护整定计算,19,3）、灵敏性,近后备：Id1.min本线路末端短路时的短路电流远后备：Id2min相邻线路末端短路时的短路电流,2009.5.6,继电保护整定计算,20,4、小结,第段的IdZ比第、段的IdZ小得多，其灵敏度比第、段更高；在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；保护范围是本线路和相邻下一线路全长；电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，t越长，应设三段式保护。,2009.5.6,继电保护整定计算,21,五、三段式电流保护评价,选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性（靠IdZ、t），但在多电源或单电源环网等复杂网络中可能无法保证选择性。灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。第段：运行方式变化较大且线路较短，可能失去保护范围；第段：长线路重负荷（If增大，Id减小），灵敏性不满足要求。速动性：第、段满足；第段越靠近电源，t越长缺点可靠性：线路越简单，可靠性越高优点应用范围：35KV及以下的单电源辐射状网络中；第段：110KV等，辅助保护,2009.5.6,继电保护整定计算,22,第二节电网相间短路的方向性电流保护,问题的提出双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题,对电流速断保护：d1处短路，,d2处短路，,对过电流保护：d1处短路，,d2处短路，,有选择性:,2009.5.6,继电保护整定计算,23,保护1、3、5只反映由左侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合。而保护2、4、6仅反映由右侧电源提供的短路电流，它们之间应相互配合，矛盾得以解决,原因分析：反方向故障时对侧电源提供的短路电流引起误动。解决办法：加装方向元件功率方向继电器。仅当它和电流测量元件均动作时才启动逻辑元件。这样双侧电源系统保护系统变成针对两个单侧电源子系统。,2009.5.6,继电保护整定计算,24,双侧电源网络中电流保护整定的特点：1、电流速断保护,如果保护定值大于反方向短路的最大电流，则不需要安装方向元件,2009.5.6,继电保护整定计算,25,限时电流速断保护,原则与单侧电源网络中第段的整定原则相同，与相邻线路段保护配合。需考虑保护安装点与短路点之间有分支的影响，即分支电路的影响。分支电路分两种典型情况：助增，外汲。,2009.5.6,继电保护整定计算,26,对方向性电流保护的评价,在多电源网络及单电源环网中能保证选择性快速性和灵敏性同前述单侧电源网络的电流保护接线较复杂，可靠性稍差，且增加投资出口时，GJ有死区，使保护有死区缺点力求不用方向元件（如果用动作电流和延时能保证选择性）,2009.5.6,继电保护整定计算,27,第3节电流、电压联锁保护,当系统运行方式变化太大时，Klm检验不满足要求时采用,无时限电流、电压联锁速断保护（）1）按正常运行方式下电流、电压元件相同的保护范围整定,2）Klm校验,3）动作时间,电流、电压元件均需校验Klm,E：相电势；XXt.ZC：系统正常方式阻抗；L：正常方式保护范围,电流元件按躲正常运行方式下线路末端短路整定,2009.5.6,继电保护整定计算,28,1）动作电流、动作电压整定下一条线路采用电流速断,：电流元件可靠系数1.15,：电压元件的可靠系数1.21.3；,：线末变压器低压侧短路、保护处最小残压,下一条线路采用电流电压联锁保护时,2.限时电流、电压联锁保护（段）,2009.5.6,继电保护整定计算,29,2）Klm校验,3）动作时间,或,2009.5.6,继电保护整定计算,30,3.带低电压闭锁的过流保护（段）,1）电流电压整定,Ie：额定电流Ue：额定电压,2）Klm校验,（电流、电压均校验）,（电流、电压均校验）,3）动作时间按阶梯原则整定,2009.5.6,继电保护整定计算,31,第四讲电力变压器的整定计算,一、变压器的保护配置1）瓦斯保护重瓦斯：反应油箱内部短路，主保护轻瓦斯：反应油面降低，发信号2）纵联差动保护：反应绕组及引出线各种短路，主保护3）电流速断保护：小容量变压器绕组及引线故障4）过电流保护（或带复合电压启动）：后备保护5）零序电流保护：中性点接地系统接地短路的后备6）大型变压器的过励磁保护及过电压保护7）过负荷保护,2009.5.6,继电保护整定计算,32,二、变压器差动保护整定计算,1.基本原理,一般TA极性端靠断路器侧。一次电流从极性端流入，二次电流从极性端流出1）正常运行及外部短路,理想：,实际：,2009.5.6,继电保护整定计算,33,2009.5.6,继电保护整定计算,34,变压器保护需要解决的问题,在不降低可靠性与安全性的前提下，提高变压器在正常运行时发生轻微匝间故障或高阻接地故障时的灵敏度解决空投变压器于匝间故障时保护动作时间慢、离散度大的问题变压器区外故障、区外故障切除恢复中伴随TA饱和、TA暂态特性不一致等因素引起差动保护误动的问题消除和应涌流对变压器保护的影响如何减少TA二次回路在各种情况下断线及短路对差动保护的影响,“和应涌流”就是在一台变压器T1空载合闸时，不仅合闸变压器有励磁涌流，而且在与之并联运行的变压器T2中也出现涌流现象后者称为和应(sympathetic)涌流.如果T2的纵差保护没有涌流闭锁环节或闭锁性能不好，它将在Tl空载合闸的稍后时刻“和应”误动。,2009.5.6,继电保护整定计算,35,构成变压器纵差动保护的基本原则,幅值校正（电流平衡调整）；相位校正,2009.5.6,继电保护整定计算,36,不平衡电流产生的原因和消除方法,（1）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：（Y/-11）Y.d11接线方式，两侧电流的相位差30消除方法：相位校正。Y侧TA采用形接法，侧TA采用Y接法，或采用软件校正相位。差动臂中的电流同相位，但大小增大了，为使正常运行或区外故障时，Ij=0，则应使：,即：高压侧电流互感器变比应加大3倍.,Y-变换,2009.5.6,继电保护整定计算,37,数字式纵差动保护接线,（1）按常规纵差动保护接线（2）各侧TA按星形接线，由软件进行相位校正和幅值校正（Y-变换）：,2009.5.6,继电保护整定计算,38,Y相位补偿,2009.5.6,继电保护整定计算,39,电流相位补偿新方法(RCS-978),由Y相位补偿新方法：在软件中将侧电流做一个反相序的两相电流之差。为求得零序电流的平衡，将Y侧电流减去零序电流。侧Y侧,2009.5.6,继电保护整定计算,40,空投变压器于匝间故障(B相2.5%匝间故障),-Y,Y-,2009.5.6,继电保护整定计算,41,电流相位补偿新方法,采用Y相位补偿的新方法后，由于Y侧没有进行两相电流差的计算，变压器空载合闸时各相有涌流时其特征都很明显。试验表明，空投在故障变压器上保护动作时间小于40mS。,2009.5.6,继电保护整定计算,42,变压器各侧电流互感器的不同型号和变比误差的影响,影响：变压器两侧额定电压不同，装设在两侧的电流互感器型号就不相同，致使它们的饱和特性和励磁电流(归算到同一侧)也不相同。尽管它们在最大短路电流情况下均满足电流互感器的10%误差曲线要求。在外部短路时仍将引起较大的不平衡电流，对此只有采用适当增大保护动作电流的办法予以考虑。电流互感器都是标准化的定型产品，所以实际选用的变比，一般均与计算变比不完全一致，而且各变压器的变比也不可能完全相同。利用磁平衡原理的差动继电器中设置了平衡线圈加以消除。,2009.5.6,继电保护整定计算,43,解决措施,在RCS-978保护中是选用平衡系数来完成的。RCS-978中，此平衡系数的计算是由软件来完成的。试验人员只需输入系数参数即可，计算的结果可以在显示屏显示。,2009.5.6,继电保护整定计算,44,带负荷调压在运行中改变分头的影响,带负荷调压(又称有载调压)变压器在运行中，常常需要改变分接头以调整电压，这样实际上改变了变压器的变比，从而增大了差动回路中的不平衡电流，这一问题的解决一般采用提高保护动作电流来消除影响。,2009.5.6,继电保护整定计算,45,2变压器差动保护特点,1）变压器励磁涌流ILy不平衡电流正常时：ILc（2-10）%Ie变压器空载合闸或外部三相短路切除后电压恢复时：ILy=(6-8)Ie电压为零时合闸出现最大励磁涌流,空载合闸三相变压器，至少有两相出现不同程度的励磁涌流,2009.5.6,继电保护整定计算,46,励磁涌流的特点：励磁涌流含有大量非周期分量；励磁涌流含有大量谐波，以二次谐波为主；波形间出现间断；励磁涌流只在变压器高压侧出现，不采取措施，保护将误动，防止励磁涌流影响的方法有：采用具有速饱和铁心的差动继电器；采用二次谐波制动；间断角原理的差动保护(4)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别等。,2009.5.6,继电保护整定计算,47,3.差动保护整定计算,1）带速饱和铁芯BCH-22）带制动特性的BCH-1、BCH-4,以上两者整定计算繁琐，且目前很少应用,3）二次谐波制动和比率制动的差动保护：微机型广泛应用,ABC为比率制动特性外部故障时，IJ=IbpmaxIJ.bp.min最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流,制动工作区：QS外部短路电流大时,LH进入饱和工作状态：IJ.bp，Izd,Idz定义制动系数:Kzd=Idz/Izd考虑PQ段特性后，Kzd并非常数常用QS斜率表示制动性能：m=PR/NK,制动电流,动作电流,2009.5.6,继电保护整定计算,49,比率制动系数Kz的整定,最小制动电流整定,最小动作电流：大于正常运行时最大不平衡电流,二次谐波制动系数，防止空载合变压器出现励磁涌流，保护误动,差动速断整定：防止大短路电流时，TA饱和使二次谐波增大，延缓保护动作甚至拒动,Kk：可靠系数，1.31.5；Ktx：同型系数，取1.0,U：调变压器分接头偏离额定值的最大值f：电流互感器计算变比与实际不同产生的误差，可用软件补偿，取为零,Kk0.81.0,K0.10.2,Idz(48)IBe,K2=Id2/Id15%20%（Id2为Id中二次谐波分量）,2009.5.6,继电保护整定计算,50,区外故障不平衡电流的增大及解决措施,除了需要差动电流作为动作电流外，还引入外部短路电流作为制动电流，这样当外部短路电流增大时，制动电流随之增大，使继电器的动作电流相应增大，即比率制动特性的差动继电器在大型变压器保护中，只有一个这样的特性是不够的。若特性设置过高，对解决不平衡电流的影响有好处，但区内故障动作速度会减慢；若特性设置过低，在低压侧区外故障时，不平衡电流会很大，会造成误动；,2009.5.6,继电保护整定计算,51,由于起动电流整定成(0.30.5)倍的额定电流。动作特性的初始部份无制动特性运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者二次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护的误动。,2009.5.6,继电保护整定计算,52,在RCS-978中，设置了多个比率制动特性，有三拆线灵敏的比率制动特性，并设有抗TA饱和的相电流二、三次谐波闭锁；有用高定值、高比率特性的抗区外故障TA饱和和区内故障快速动作的比率制动特性；有快速反应区内匝间故障的工频变化量差动，它们各负其责，协同工作，解决了区外故障可靠不动、区内故障灵敏而快速动作的问题。,2009.5.6,继电保护整定计算,53,稳态差动动作特性,2009.5.6,继电保护整定计算,54,变压器工频变化量差动保护,匝间短路是电力变压器主要的内部故障形式之一，根据1995-1999年全国统计表明，匝间故障约占变压器内部故障的70%左右。因此在保证安全性的前提下，采用灵敏度高的保护方法来检测出变压器的匝间故障，对提高变压器的安全运行水平具有重要意义。针对上述问题，我们采用工频变化量差动保护来提高装置的灵敏度。装置利用变压器各侧电流中的工频变化量与差电流中的工频变化量，实现工频变化量比率差动保护。,2009.5.6,继电保护整定计算,55,工频变化量继电器的理论基础,重叠原理的应用,2009.5.6,继电保护整定计算,56,NARIPOWERSYSTERMRELAYINGINC.,变压器工频变化量差动保护构成,工频变化量比率差动继电器工频变化量差动过流继电器涌流闭锁与过激磁闭锁元件,2009.5.6,继电保护整定计算,57,工频变化量比率差动继电器,动作方程,2009.5.6,继电保护整定计算,58,工频变化量比率差动动作特性,2009.5.6,继电保护整定计算,59,变压器发生轻微匝间故障（C相1.5%匝间故障）,工频变化量差动,常规差动,2009.5.6,继电保护整定计算,60,工频变化量比率差动继电器,由于它完全反映的是故障分量，不受变压器正常运行时负荷电流的影响(对稳态量的比率差动继电器，负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度)。因而有很高的检测变压器内部小电流故障能力。工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值，这样在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现TA饱和与TA暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。同时防止变压器区外故障TA饱和造成差动保护误动。受过渡电阻影响小。,特点：,2009.5.6,继电保护整定计算,61,四、过电流保护整定计算,1.不带低压起动的过流保护,1）,Kk：可靠系数，1.21.3Kh：返回系数，0.85IBfh.max：变压器的最大负荷电流,并列变压器：,对降压变压器：,m：并列变压器最少台数,Kzq：电动机自起动系数1.52（35kV以上）1.52.5（610kV）,起动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流IBfhmax来整定,2009.5.6,继电保护整定计算,62,2）按低压母线备自投负荷,：正常运行最大负荷,Ifh.ZT：自投部分负荷电流,3）与相邻保护配合,：变压器低压最大过流定值,取1）、2）、3）中大者为定值,4）动作时间,：相邻过流保护动作时间,5）灵敏度校验,2009.5.6,继电保护整定计算,63,2.带低电压起动的过流保护,1）动作电流,2）动作电压,Ufh.min：最低工作电压，0.9Ue,3）灵敏度校验,UsU.min：校验点短路，保护处母线最大残压,KlmUU0dz，电压元件会误动，加负序功率方向元件闭锁发电机匝间短路：S2方向由发电机母线，GJ2动作发电机外部不对称故障：S2方向由母线发电机、GJ2不动而闭锁,U0dz=1V,2009.5.6,继电保护整定计算,70,4.发电机负序电流保护,发电机负荷不对称发电机外部不对称故障,I2转子中产生倍频电流转子过热,1）定时限负序过负荷,过负荷：发信号,过流保护,A：发电机允许过热时间常数,汽轮发电机：100M，A=10；200M，A=8；300M，A8水轮发电机：A=40,运行人员处理时间,汽轮发电机：Idz=0.5Ief水轮发电机：Idz=0.6Ief,2009.5.6,继电保护整定计算,71,：与相邻元件配合整定,：相邻元件动作电流,Kk=1.2Kfz.2：负序电流分支系数,：按发电机出口两相短路故障满足灵敏系数整定,：发电机出口最小短路电流,Klm=1.25,取、中大者为定值,2009.5.6,继电保护整定计算,72,2)反时限负序过流保护,曲线2：转子允许过热曲线曲线3：按转子温升裕度动作曲线曲线1：确保转子安全动作曲线,5.发电机电压元件闭锁的过流保护(参考变压器保护部分),2009.5.6,继电保护整定计算,73,6.发电机过负荷保护：动作于信号,1)定时限过负荷,tbh.f：发电机过流保护动作时间,2)反时限过负荷(大型发电机),按定子绕组过负荷、发热条件宜采用反时限过负荷保护,K：与定子热容量与温升相关的参数I*：定子绕组的负荷电流,反时限继电器整定,：定子绕组允许温升裕度,2009.5.6,继电保护整定计算,74,7.发电机失磁保护整定计算,发电机励磁减小或失磁E90发电机失步,吸收系统无功U可能产生电压崩溃发电机振动，局部过热,失磁保护动作于跳闸,1)由阻抗继电器构成的失磁保护,2009.5.6,继电保护整定计算,75,正常运行发电机：发有功和无功，图中1发电机失磁：ZJ沿虚线进入失步阻抗圆，ZKJ动作，图中4发电机只发有功：图中2发电机欠励磁：图中3外部短路：Zd在第象限，图中5,ZA的整定：系统振荡时，继电器不应误动,2009.5.6,继电保护整定计算,76,ZB的整定发电机失磁后，ZB与失步后的转差率s有关s大时，ZJ-jXd；s小时，ZJ-Xd为使ZKJ可靠动作ZB-jXd；ZB=-KkXd,Kk：可靠系数1.2Xd：发电机的同步电抗,可得：,2009.5.6,继电保护整定计算,77,动作时间按躲过振荡周期整定转子电压闭锁元件,(最小负荷时转子励磁电压),Ue：额定励磁电压Kk=1.2,2009.5.6,继电保护整定计算,78,8.强行励磁和强行减励磁保护,强行励磁按正常运行最低电压整定,Uef.min：发电机最低运行电压，一般取0.9UefKk：可靠系数，取1.051.1Kh：返回系数，取0.850.9,2)强