设备继电保护的.ppt

设备继电保护的范围、原理及处理方法,前言,设备在运行中因外界或自身原因产生故障时，继电保护应能自动地、迅速地、有选择性地使断路器跳闸，将故障设备从电力系统中切除，减少和消除故障所引起的严重后果，把故障限制在一定范围内，使非故障部分能迅速恢复正常运行。另当设备出现非正常运行状态时，继电保护应发出相应的预告信号：如继电器掉牌，发出音响和灯光信号。此时值班人员要按照运行规程，根据故障性质积极思考，及时采取相应措施，迅速有条不紊的处理，不使事故扩大，避免造成严重后果。,目录,一、发电机二、变压器三、线路,发电机,当机组事故或故障时，通过保护装置自动停机或发信号，但运行人员不能因此而放松惕，谨防保护装置失灵。当发现危及设备和人身安全的事故时，应将机组紧急停机。,一、纵联差动保护:是定子绕组及其引出线的相间短路（一相或三相）保护，是发电机的主保护，动作于停机。1、差动保护动作电流:应按下面两个条件进行整定计算，取其中较大者作为差动保护的整定值。,（1）为避免电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发电机额定电流，即IDZ=KKIF.eKK-可靠系数，取1.3；IF.e-发电机额定电流（2）躲过外部短路时的最大不平衡电流IDZ=KkIbp.max=KkKfzqKtxfiID.max,Kk-可靠系数，取1.3Fi-电流互感器10%误差，取0.1Kfzq-非周期分量系数，取1Ktx-同型系数，取0.5ID.max-发电机外部短路时的最大短路电流,2、保护范围：包括发电机及出口断路器之间的连接线，即构成成纵差保护的两组电感器之间（发电机、母线、电缆、互感器）。3、原理：发电机差动保护是以非穿越性电流（方向相反、大小相等的电流）作为动作量、以穿越性电流（方向相同、大小相等的电流）作为制动量，来区分被保护元件的正常状态、故障状态和非正常运行状态：（1）正常运行状态，穿越性电流即为负负荷电流，非穿越性,电流理论为零；（2）内部相间短路状态，非穿越性电流剧增；（3）当外部故障时，穿越性电流剧增。在上述三个状态中，保护能灵敏反应内部相间短路状态动作出口，从而达到保护元件的目的，而在正常运行和保护范围外故障时可靠不动作。4、处理方法：（1）通过测试、分析等手段，确认是发电机本体故障还是保护误动。再根据故障原因，有针对性地处,理；（2）用2500v摇表测量发电机对地绝缘电阻，检查其绝缘是否击穿，内部有无冒烟、焦臭味和着火现象；（3）比较发电机同一相绕组首尾端的电流。正常情况下，电流值和相位都是相等的，发电机内部短路时，首尾端的电流不等，保护动作；（4）对保护区域内的设备：电流互感器、电压互感器、定子出线、电缆头进行详细检查，如测量绝缘、有否短路、接地等情况；（5）若上述,检查情况正常，应检查差动保护的整定值是否正确，是否是因继电器故障而误动作；6）经检查未发现故障点，绝缘电阻好，可报告调度，从零起升压，在零起升压中特别注意，发现异常立即停机；（7）在未查明差动保护动作原因之前不允许强行开机并网运行。,二、单相接地保护:是防御发电机定子绕组单相接地的保护，是发电机最常见的一种电气故障。当电容电流小于5A时可继续运行。但因接地处的电弧原因，易使故障扩大成相间短路。当故障点的电容电流大于5A时，产生的电弧会烧坏绝缘，甚至可能烧坏定子铁心，使发电机遭受更为严重的破坏。因此，拥有一套可靠而灵敏的单相接地保护装置，成为消除这种电气故障的关键。,1、保护范围：包括电压互感器、电流互感器、电缆、母线、开关、刀闸。2、原理：机端S和中性点N处三次谐波电压分别为US3和UN3。用US3作为动作量，UN3作为制动量构成发电机定子绕组单相接地保护，且当动作电压大于制动电压时保护动作，则在发电机正常运行时保护不会误动，而在发电机中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。用这种原理构成的发电机定子,绕组单相接地保护，可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地障，对其余范围则可用反应基波零序电压的保护，从而构成100%发电机定子绕组接地保护。根据运行经验，延时时间应躲过变压器高压侧后备保护的动作时间，一般为35s为宜，否则容易误动。,三、失磁保护:反应发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁磁(励磁电流为零)后。功率因数进相，无功表偏负值，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响。处理方法：如果确认发动机已失磁，但机组未停机应立即将机组解列停机（因机组不允许无励磁运行），然后检查是否是灭磁开关或整流装置的自动开关误跳,励磁回路有无开路、短路，励磁绕组有无故障。并积极与调度联系了解系统的运行情况，是否是因为系统原因造成。,四、过负荷保护:长时间过负荷将使发动机绕组过热，并加速绝缘的老化。当发电机定子电流超过名牌上规定的额定值时。过负荷保护动作，发出“过负荷“信号，通知运行人员及时采取措施，减少发电机负荷，消除过负荷。过负荷是的处理方法：（1）在事故情况下，允许发电机的定子线圈短时间内过负荷运行，也允许转子线圈有相应的过负荷。（2）当系统内其他并列运行的发电机出现故障时，,引起电压下降，发电机的励磁由自动励磁调节器和强行励磁装置增加到做大时，在1min内值班人员不得干涉自动调节励磁装置或强行励磁装置的动作，在1min以后，立即减少发电机的定子和转子电流到正常运行所允许的数值。调整时，应不得使发动机的功率因数进相和电压过低。（3）如果经处理励磁电流不能满足上述要求时，应报告调度，要求降低有功负荷，直达到电流许可值为止。,五、转子一点接地保护：用于反应发电机转子绕组一点接地故障，动作于信号。发电机转子回路发生一点接地时，对发电机无直接危害，故可继续运行，（如转子绕组绝缘损坏与转子铁芯或轴发生接触），此故障并不形成故障电流，但它可能发展成两点接地，如果发展成为两点接地，励磁线圈将形成短路，时转子磁场畸变，引起机组强烈震动，严重危害发电机的安全，,一般运行人员予以酌情处理（时停机或是不停机）。1、处理方法：若正、负极对地电压相相加小于转子运行电压则为非金属接地，此时应检查转子外部励磁回路、灭磁电阻，非线性电阻和连接线、分流器以及可控硅、转子滑环、碳刷和连接导线有无积灰、积垢、油污及金属物件相碰等接地现象；（2）若为金属性接地，应通知调度要求停机处理，在未停机之前，应尽量减少励磁电流，并加强对转子和,励磁回路的监视；（3）严禁转子一点接地长时间运行，（应加强监视）并应及时复规“转子一点接地”信号，若不能复归应立即停机并处理；（4）转子一点接地后，若接着发生转子电流剧烈增大，机组剧烈震动，则已由一点接地发展成两点接地，应立即紧急停机处理。,六、定子绕组过电流保护：当发电机外部发生短路时（如连接在母线上的变压器、线路上发生相间短路；或者在发电机电压母线上发生短路时），都会有过电流流过发电机定子绕组。而此时短路元件的保护或断路器拒绝动作，为了能可靠地切除故障，需在发电机上装设防御外部短路的过电流保护装置。这种保护作为外部短,路的后备，也兼作纵差保护的后备保护。保护范围：一般包括变压器的母线，厂用变压器低压侧和发电机电压直配线路末端。,七、定子绕组过电压保护：用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压而导致定子绕组绝缘遭到破坏。过电压保护的组成：它的启动回路由电压继电器，电压互感器二次侧小母线、时间继电器、信号继电器及出口中间继电器组成。2、动作原理：电压继电器接在发电机出口电压互感器的二次侧引出电压小母线上，,当发电机电压升到电压继电器的动作电压时，电压继电器动作，触点闭合，使时间继电器动作，经过0.5s的延时后，时间继电器动合触头闭合，时信继电器和出口中间继电器同时动作，一方面发出过电压保护动作于信号，另一方面动作于跳闸。（0.5s的延时动作可以躲过大气过电压的作用，防止保护误动作）。,八、PT断线的原因：谐振、过电压使电压互感器高压熔管熔断或二次保险熔断（或空开跳）。1、现象：三相电压不平衡，电压互感器高压熔管熔断或二次保险熔断时（或空开跳），相电压接近或等于0，其他相电压不变；PT断线光字牌亮或综自单元及后台监控机发出告警。,2、处理办法：（1）停用所带的继电保护与自动装置，以防止误动；（2）检查二次电压回路的接点有无松动、断线现象，切换回路有无接触不良；（3）检查端子箱二次保险是否熔断，空开是否跳开，如二次保险熔断就更换，二次空开跳了合上；若仍不能复归，用万用表量二次线电压（两相间）或相电压（单相对地），是否为一次高压熔断管熔断，如是应向调度汇报，按调度命令执,行，闸操作完毕，做好安全措施，更换高压熔断管。,九、复合电压过流保护：复合电压过电流保护通常作为变压器或发电机的后备保护,它的启动回路是由复合电压元件和电流继电器两大部分组成（其中复合电压元件包括负序电压继电器、欠压继电器和断线闭锁用电压型中间继电器组成），两个继电器只要有一个动作,同时过电流继电器也动作，整套装置即能启动。一般,过电流保护装置，只要动作电流达到整定值，保护装置就动作。复合电压是由相间低电压和负序电压（所谓负序电流和负序电压，就是指三相交流电不平衡时分解出来的一个电流或电压分量。一般三相交流电对称时只有正序分量，当三相不对称时，可以得到正序、零序和负序三个分量。而这三个分量通过的路径有一定的差别，因此可以采用不同的方法检,测，作为判断三相交流电不平衡甚至短路的依据）构成。一般装设闭锁元件，防止保护误动。,十、负序电流保护：为了防御电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称运行（产生的负序电流），会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护。,十一、失步保护：反应发电机与系统振荡过程的失步保护。,变压器,变压器的故障通常分为：油箱内部故障和油箱外部故障两大类（1）油箱内部故障：包括绕组的相间短路、单相匝间短路及绕组的接地短路（内部碰壳等）。这些故障将产生电弧，烧坏绕组的绝缘和铁芯，引起绝缘材料、变压器油的激烈气化，甚至造成油箱爆炸等严重事故。,（2）油箱外部故障，常见有变压器高、低套管故障和引出线的相间短路及引出线外部碰壳的单相接地短路等。若变压器的外壳密封不严或损坏，使变压器油不断外漏，将引起油箱内部的油面降低，影响正常运行。,一、纵差动保护：主要反应绕组，套管和引出线的相间和接地短路故障，高压侧单相接地以及匝间短路。是变压器相间短路的主保护。保护作用于分闸。,1、保护原理：当保护区域内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的相量和及电流达到一点值时，差动保护动作跳开变压器各侧断路器。以双绕组变压器为例，由于变压器高压侧与低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧,电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流为零，差动保护需躲开差动回路中的不平衡电流（励磁涌流产生的不平衡电流；两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；计算变比和实际变比不同而产生的不平衡电流；带负荷调整分接头产生的不平衡电流）,2、保护范围：变压器两侧构成差动保护的两组电流互感器之间的高低压绕组、套管及引出线。3、处理方法：（1）对差动保护范围内的设备（变压器、断路器、电流互感器、母线、电力电缆、绝缘子等）进行仔细检查，是否发生短路和接地故障；（2）检查差动保护二次回路有无有故障；（3）如果已查明是差动保护二次回路有故障，主变又急需送电，在重,瓦斯和过流保护齐备的情况下，可按值班调度员的命令停用差动保护，试送主变恢复运行。但应尽快投入差动保护；（4）检查主变温度，外部及各侧开关的实际位置；（5）用2500v摇表测量变压器及所连接线设备的绝缘电阻，观察其绝缘电阻是否符合要求；（6）有备用变压器时，可不经调度命令，投入备用变压器（系统联络变压器除外）；,7）如果不能迅速自行排除故障，应向值班调度汇报，按其命令拉开各侧刀闸，做好安全措施等待检修；（8）再检查保护区内的设备无短路和接地、变压器无异常、且绝缘电阻符合要求时，可对变压器作充电合闸试验；（9）但在未查明原因证明变压器良好之前，不得试送，更不能盲目投入运行。,二、气体（瓦斯）保护：它用于反应变压器油箱内部故障及油面下降。是变压器本体的主保护，可分为：“重瓦斯”和“轻瓦斯”。当油箱内产生少量气体或油面下降时，“轻瓦斯”作用于信号；当短时间内产生大量气体或产生强烈的油流时，“重瓦斯”作用于分闸。,1、原理：变压器油箱内部发生故障（如相间与匝间短路）产生电弧或内部某些部件发热时，都会使变压器和绝缘材料分解并产生挥发性气体。由于气体比较轻，便上升到变压器的最高部位储油柜内。使瓦斯继电器作用于信号的触点闭合而发出信号。当故障严重时，大量气体会产生很大的压力而形成油流与气流，迅速冲向储油柜。在油流的剧烈冲击下，瓦斯继电器作用于跳闸的触点,闭合而跳闸。因此，变压器油箱内气体的产生和油向储油柜方向流动可作为变压器内部发生异常状态或故障的特征。轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小：250-300立方厘米，重瓦斯保护动作值采用油流速度大于：0.6-1.5m/s,2、瓦斯保护范围：油箱内部的相间短路、绕组匝间、层间短路、绕组与铁芯与外壳间的短路故障、铁芯故障、油面下降或漏油、分接头接触不良。3、处理方法：（1）轻瓦斯保护动作的处理方法是：a、复归音响密切监视变压器电流、电压、温度的变化；b、检查直流系统绝缘有无二次回路有无故障；c、检查油温、油色、油位是否正常，,变压器内部声响有无变化，有无渗漏油，油面是否低于瓦斯继电器等；d、检查瓦斯继电器内的气体若是无色、无臭不可燃，则变压器仍可运行，若变瓦斯继电器内气体是白色、淡黄色、带强烈臭味或是灰色，则说明变压器内部发生了故障，应立即将变压器停运。,（2）重瓦斯的处理方法：a、作用于跳闸，首先应将机组停机至检修状态；b、若有备用变压器，应立即投运。c、检查变压器油色、油温、油位是否正常，瓦斯继电器内有无气体，防爆管隔膜是否破裂或压力释放器是否动作，有无喷油和喷烟现象；d、拉开变压器一、二次侧隔离开关检查绕组绝缘；e、若上述检查均正常，则需检查直流系统绝缘是否接地，二次回路有无故障，以判断保护是否误动或断路器误动；f、收集瓦斯继电器内的气体进行鉴别,（如轻瓦斯中的d项）。复归重瓦斯动作信号，并做好安全措施通知检修人员进行处理。在未查明原因之前不允许将变压器投入运行。,三、复合电压过流保护：是变压器内、外部相间故障的主保护（如瓦斯，速断或差动保护）的后备保护，保护延时作用于分闸。它包括欠压过电流和复合过电流等装置。,1、原理：过电流保护电压启动元件是由一个负序电压继电器和一个欠电压继电器组成：（1）当发生不对称短路（两相短路）时（不对称运行的原因：负荷不平衡，线路和变压器等输变电设备的阻抗不相等或发生不对称短路），系统出现负序电压，负序电压继电器的动断触头断开，欠压继电器失压（电压强迫为零），失压继电器的动断触头闭合。接通电压,型中间继电器。若电流继电器动作，启动时间继电器，经过整定时限后，变压器两侧断路器分闸；（2）当发生对称短路时（可能瞬间出现负序电压也可使负序电压继电器触头打开，从而使欠压继电器失压，触点闭合，断路器分闸）因系统中无负序电压出现，负序继电器不动作，动触头闭合，但欠电压继电器因电压降低而使动断触头闭合，经延时后保护,动作，变压器两侧断路器分闸。2、产生短路的原因：（1）绝缘陈旧，老化，运行中发生击穿或者绝缘受损坏；（2）不正常运行状态：如长期过负荷运行，温升超过允许值加速绝缘老化，或设备过电压引起绝缘击穿；（3）自然灾害；（4）倒杆、碰线、电缆机械故障；（5）误操作事故。3、处理方法：根据现场检查的实际情况，对照进行处理。,四、过负荷保护：用于反应变压器的对称过负荷，故保护只反应一相电流即可，并根据不同的情况延时作用于信号或分闸。装设过负荷保护的目的是：当变压器在运行中，由于过负荷而使实际工作电流超过变压器的额定电流时，能发出“过负荷”信号，以便运行人员采取措施消除过负荷。,五、零序电流保护：它作为变压器中性点有效接地系统侧内、外部单相接地短路或绕组一相碰壳的后备保护，保护延时作用于分闸。处理方法：检查中性点有效接地系统侧内外有无单相接地短路或变压器绕组一相有无碰壳。,六、温度保护：它由温度继电器和信号继电器组成，用于监视变压器油温（变压器的正常上层油温一般不得超过85）升高及冷却系统故障，保护作用于信号，以便提醒运行人员立即采取措施予以消除。,线路保护,输电线路发生故障时，为了减小设备被损坏的程度，提高电力系统并列运行的稳定性，应尽快将故障切除。因此，需采用快速动作的继电保护。,一、瞬时电流速断保护：瞬时电流速断保护是一瞬时动作的保护，它的选择性是依靠动作电流的特殊整定来实现的。其任务是快速切除本线路首端相间短路故障，通常作为线路的主保护。动作于分闸。1、原理：当线路在瞬时电流保护区内发生三相短路或两相短路时，电流继电器中流过与短路电流成比例的电流，达到或超过其动作电流值，,电流继电器触点闭合，串联于保护回路的信号继电器和出口中间继电器接通了保护回路，出口中间继电器动作后，其动合触头闭合，保护装置动作，跳开断路器切除短路故障。它由电流互感器、电流继电器、信号继电器及出口中间继电器组成2、处理方法：信号继电器动作后，本身掉牌，其触点接通声光信号回路，光字牌亮，,语音报警系统发出声响。说明发生了短路故障。此时运行人员首先按事故停机流程将机组停机至检修状态，其次将信号归，然后运行人员再进行事故分析和处理。,二、限电流速断保护：由于瞬时电流速断保护只能保护本线路首端相间短路，而不能保护本线路全长，特别是当线路很短时，其保护范围很小，有时甚至没有。这时可以考虑增设一套限时电流速断保护。对短线路时，可以用限时电流速断保护作为主保护。其任务是较快切除瞬时电流速断保护死区范围内的相间短路故障。可作为瞬时电流速断保护的“近后,备，它由电流互感器、电流继电器、时间继电器、信号继电器及出口中间继电器组成。动作原理和瞬时电流速断保护相同，只是保护动作必须带有一定的延时。保护范围：本线路全长，并延伸到下邻线路首端一小部分。,三、过电流保护：瞬时电流速断保护和限时电流速断保护相配合可作为本线路的主保护，但它不能起远后备保护作用。为了能对本线路起到近后备和对下邻线路起到远后备保护作用，还必须装设第三套保护，即过电流保护，当本线路的主保护、下邻线路或断路器拒动时，由过流保护动作跳开本线路断路器，以免事故扩大。,1、原理：它是反应电流增大而动作的。在正常情况运行时，线路流过的负荷电流小于保护整定电流，保护不会动作；当线路发生故障时，故障电流大于保护整定的动作电流，保护动作。（过流保护分：定时限电流保护和反时限电流保护，所谓定时限时指：保护的动作时限与通过的被保护元件的电流大小无关，是一个定值；所谓反时限是指；保护的动作时限与通过的被保护元件,的电流大小有关，呈反比例关系。即电流越大，动作时限越短；电流越小，动作时限越小）。2、保护范围：本线路及下邻线路全长，即本线路的过流保护，要求保护到下邻线路的末端为止。,四、III段式电流保护：由瞬时电流速断（I断）、限时电流速断（II断）与定时限过流保护（III段）相配合构成的一整套保护。（1）第I段快速切除线路首端故障；（2）第II段以较短时限切除本线路全长上的故障；第I段、第II段为主保护，（3）第III段既作本线路的I、II段保护的近后备，也作为下邻线路的远后备。当本线路主保,护、下邻线路及所有断路器拒动时，能以较长的时限动作于本线路断路器跳闸，将故障切输。电线路并不是一定都要装三段式电流保护，有时只装其中两段就可以了。,五、零序电压保护：中性点有效接地电网发生单相接地短路时，可以利用对称分量法将电流、电压分解为正序、负序零序分量。故障点零序电压越高，离故障点越近。变压器中性点若是接地的，则该接地处的零序电压为零。,六、距离保护（没用）:是利用阻抗继电器作为测量元件，测量保护安装处至故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。保护感受的距离越近，测量阻抗越小，动作时限越短；反之，感受距离越远，测量阻抗越大，动作时限越长，这就保证在任何状态的电网中都能有选择性地切除故障线路。,距离保护通常由四部分组成：（1）启动元件，通常由电流继电器或阻抗继电器担任，也可用反应负序、零序分量的元件，作用：是在线路