第6章继电保护新

1、电力工程基础电力工程基础 2015.3第第 6 6 章章 电力系统继电保护电力系统继电保护 (5(5学时学时) )6-1 6-1 概述概述6-2 6-2 电网的电流保护电网的电流保护6-3 6-3 纵联差动保护纵联差动保护6-4 6-4 电力变压器保护电力变压器保护6-5 6-5 大型电动机及电容器组的保护大型电动机及电容器组的保护重点不讲简讲简讲电力工程基础电力工程基础 2015.3电力系统继电保护：是一门研究这种自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。继电保护自动装置：能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。基本任务：自动、迅速、

2、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行；6-1 6-1 概概 述述6-1-1 6-1-1 继电保护的作用和任务继电保护的作用和任务电力工程基础电力工程基础 2015.3BkAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应，如：在无人值班的变电所，一般动作于故障元件的断路器跳闸；若发生过负荷而有自动减负荷装置时，可动作于自动减负荷装置；在有值班人员的变电所或控制室，一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。电力工程基础电力工程基础 2015.31. 电流保护2. 低电

3、压保护3. 低阻抗(距离)保护4. 方向保护Bk2AC1QF 2QF3QF4QF5QF6QFk16-1-2 6-1-2 继电保护的基本原理继电保护的基本原理 利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。5. 纵联差动保护6. 序分量保护7. 其他保护：瓦斯保护、行波保护等电力工程基础电力工程基础 2015.36-1-3 6-1-3 继电保护的构成继电保护的构成1. 输入电路：将电力系统一次回路中的电量变换成为满足继电保护二次电路需要的各种电量。包括各种互感互感器器、变换器、序量滤过器、滤波回路、整流电路、模数变换等部件。2. 测量元件：电磁型：

4、电流、电压、时间、中间等继电器；晶体管型：电流、电压、方向元件等；微机型：通过软件实现。给定12345电力工程基础电力工程基础 2015.33. 逻辑元件：由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部份组成。4. 输出部分：通常指开关量的输出。5. 执行部分：当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。电力工程基础电力工程基础 2015.31. 有选择性：指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。2. 动作迅速：动作迅速对用户、电气设备和电力系统的

5、稳定运行等有很大的好处。Bk1AC15378k22QFk3III64QF96-1-4 6-1-4 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求电力工程基础电力工程基础 2015.3保护的灵敏度一般用灵敏系数（L Lminmin、 ）来衡量。对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为： Kse=保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值保护的整定值（动作值）对于反应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为 Kse=保护的整定值保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值3. 灵敏度好：灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。SEK电力工程基础电力工程基础 2015.3灵敏度计算时故障

6、参数的最大（小）值应考虑用实际可能的最不利保护运行方式、最不利短路类型和最不利的短路点等进行计算。各种保护的灵敏系数要求值在技术规程中均有规定。4. 可靠性高：属于保护范围内的短路或故障，保护应百分之百的动作，对于保护范围外的故障则应百分之百的不动作。电力工程基础电力工程基础 2015.3 反应电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护： 主保护是指满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护是在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。在主保护拒动时用以切除故障的保护称近后备保护，而在断路器拒动时用以切除故障的保护则

7、称为远后备保护。 辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能不足或在主、后备保护退出运行时而增设的简单保护。6-1-5 6-1-5 电力系统继电保护的配置原则电力系统继电保护的配置原则 对于电力系统中的电力设备和线路，应装设反应各种短路故障和异常运行的保护装置。电力工程基础电力工程基础 2015.36-1-6 6-1-6 常用继电器及其图形符号常用继电器及其图形符号 继电保护装置中的关键元件是继电保护装置中的关键元件是继电器，继电器按功能可分为：测量继电器：电压继电器、电流继电器辅助继电器：P197各个相邻元件的保护范围不能有重叠区；对于电力设备和线路的异常运行状态（如过负荷等） 应有反应异常运行

8、的异常运行保护。电力工程基础电力工程基础 2015.36-2 6-2 电网的电流保护电网的电流保护6-2-1 6-2-1 过电流继电器过电流继电器过电流继电器的触发特性过电流继电器的触发特性过电流继电器的返回系数过电流继电器的返回系数KSTKRRIICKRIKSTI返回电流启动电流12345过电流继电器的种类过电流继电器的种类KRIKSTIKI2cu电力工程基础电力工程基础 2015.3 1 1、电流速断保护的动作原理与整定计算、电流速断保护的动作原理与整定计算Ak121BxsmaxxsminIFP2IkBmaxlLminLmax1206-2-2 6-2-2 电流速断保护（电流保护电流速断保护

9、（电流保护I I段）段）电力工程基础电力工程基础 2015.3无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障。以AB线路断路器2QF处的无时限电流速断保护为例，则必须首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。231)2(min1)3(maxlZZEIlZZEIssfssf短路点距电源越远，即L越大，则故障电流 越小；若系统运行方式愈小，即 愈大，则 也愈小。fISZfI1 1、电流速断保护的动作原理与整定计算、电流速断保护的动作原理与整定计算电力工程基础电力工程基础 2015.32处无时限电流速断保护的动作电流IFP1整定为：ma

10、x)3(1BfFREFPICI可靠系数 可取1.21.3。FREC整定计算：整定计算：Ak121BxsmaxxsminIFP2IkBmaxlLminLmax120按最大短路电流整定；按按最大短路电流整定；按最小短路电流校验最小短路电流校验电力工程基础电力工程基础 2015.3无时限电流速断保护（电流保护无时限电流速断保护（电流保护I I段）的动作时间：段）的动作时间：t tF Fp p2 2= 0= 0无时限电流速断保护（电流保护无时限电流速断保护（电流保护I I段）的灵敏度：用保护范围即段）的灵敏度：用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。无时限电流保护不能它所保护的线路的长度的百分

11、数来表示。无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下的保护范围来校验保护的保护线路全长，应采用最不利情况下的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的15%15%。按最小运行方式下二相短路求lmin灵敏度：灵敏度： lmin15%-20% lAB2 2、电流速断保护的灵敏度、电流速断保护的灵敏度)23(123max21minmin1max2SFPSSSFPZIEZllZZEI最小短路电流计算公式解得： 折算到短路点电源的等效内阻抗SZAk121Bxsmaxxsmin电力工程基础电力工程基础 2015.33、电流速断保护的原理接线

12、、电流速断保护的原理接线KTAIOP.rIKA 当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范围时，该保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速围时，该保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护，以提高电流保护第断保护，以提高电流保护第I I段的灵敏度。段的灵敏度。4、电流速断保护的优缺点电流速断保护的优缺点原理简单，元件少，动作可靠及迅速原理简单，元件少，动作可靠及迅速不能保护线路全长，且在不同的运行方式下保护范围是不同不能保护线路全长，且在不同的运行方式下保护范围是不同的的看看 P203QFKKS信号信号到分闸线圈到分闸线

13、圈电力工程基础电力工程基础 2015.3速断保护的单相原理接线图速断保护的单相原理接线图电力工程基础电力工程基础 2015.31 1、带时限电流速断保护的工作原理、带时限电流速断保护的工作原理 为什么要配置带时限电流速断保护？为什么要配置带时限电流速断保护？ 带时限电流速断保护的主要作用：在任何情况下，带时限电带时限电流速断保护的主要作用：在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端）。流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端）。为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路的全

14、长；为了保证在相邻各种误差的情况下仍能保护线路的全长；为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路带时限电流下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合。的无时限电流速断保护配合。6-2-36-2-3带时限电流速断保护（电流保护带时限电流速断保护（电流保护IIII段段）电力工程基础电力工程基础 2015.3IFP3IkBmaxISp1IFop2l0Ak13QF2QFB1QFC电力工程基础电力工程基础 2015.3ISP3 IFP2 则： ISP3CSREI

15、FP2 tS3tF2t可靠系数可靠系数 一般取一般取1.11.21.11.22 2、限时电流速断保护、限时电流速断保护IIII段的整定和动作时限的选择段的整定和动作时限的选择IFOP3IkBmaxISop3IFop2IkCmaxl0SREC按下一段线路速断整定值整定按下一段线路速断整定值整定Ak132B1CM电力工程基础电力工程基础 2015.33 3、电流保护第、电流保护第IIII段的灵敏度：段的灵敏度： “技术规程技术规程”规定：当线路长度小于规定：当线路长度小于50km50km时，大于等时，大于等于于1.51.5；当线路长度在；当线路长度在50km200km50km200km时，大于等于

16、时，大于等于1.41.4；当长度大于当长度大于200km200km时，大于等于时，大于等于1.31.3。 当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第邻线路电流保护第IIII段整定值配合，以降低本线路电流段整定值配合，以降低本线路电流保护第保护第IIII段的整定值而提高其灵敏度，段的整定值而提高其灵敏度，5 . 13 . 13minsPfBSEIIKAk132B1C电力工程基础电力工程基础 2015.3 限时电流速断保护的单相原理接线图限时电流速断保护的单相原理接线图（也可看（也可看P205P205）电力工程基础电力工程基础 20

17、15.36-2-4 6-2-4 定时限过电流保护（电流保护定时限过电流保护（电流保护IIIIII段）段）1 1、 过电流保护的工作原理（电流保护过电流保护的工作原理（电流保护IIIIII段）段） 作用：作本线路主保护的后备保护（近后备保护）；作相邻作用：作本线路主保护的后备保护（近后备保护）；作相邻 下一线路的后备保护（远后备保护）。下一线路的后备保护（远后备保护）。2 2、如何整定动作电流？、如何整定动作电流？ 按本条线路的最大工作电流整定。按本条线路的最大工作电流整定。 正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流为：电流为：Ak132B

18、1CM电力工程基础电力工程基础 2015.3maxmaxLSSSSICI即： 为电动机的自起动系数为电动机的自起动系数流过该流过该该电流保护不能动作，该电流保护不能动作，SSCmaxSSTPSTIImaxSSREIIKRIKSTI不但如此，更要：不但如此，更要：电力工程基础电力工程基础 2015.3maxLRSSTRERERTPSTICCCCIImaxmaxLSSTRESSTREREICCICITRECRC为为电流继电器电流继电器电流返回系数电流返回系数为电流为电流3 3段的可靠系数，通常取段的可靠系数，通常取1.151.151.251.25Ak132B1C电力工程基础电力工程基础 2015.

19、3问题：问题： 0tIIIst0tIIIst1tIIIst2tIIIst3tIIIst4l0QF4321M5QFABCD如何保证电流保护如何保证电流保护IIIIII段动作的选择性？段动作的选择性？时间阶梯原则时间阶梯原则tTP4tTP3tTP2tTP1 即：tTP4 tTP3 ttTP3 tTP2 ttTP2 tTP1 tTPTPTPIII321电力工程基础电力工程基础 2015.33 3、灵敏度校验、灵敏度校验 5 . 13 . 12minTPSTBfSEIIK 2 . 12minTPSTCfSEIIK近后备保护近后备保护远后备保护远后备保护电力工程基础电力工程基础 2015.3接线方式：指

20、电流互感器和电流测量元件间的连接方式。接线方式：指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。分类：完全星形接线：一般用于大接地电流系统。不完分类：完全星形接线：一般用于大接地电流系统。不完全星形接线：一般用于小接地电流系统。全星形接线：一般用于小接地电流系统。特点：均能反应所有的相间短路；特点：均能反应所有的相间短路；在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不完全星形接线不能反应接地故障，不完全星形接线不能反应B B相接地故障；相接地故障；AB C+逻辑元件KA1KA2KA3iaibicin 6-2-5 6-2-5 电流保护的接线方式电

21、流保护的接线方式看P209电力工程基础电力工程基础 2015.3 在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况下只要求切除一个接地点而允许带一个接地点继续一般情况下只要求切除一个接地点而允许带一个接地点继续运行一段时间。运行一段时间。 对在保护动作时间相同的并行线路，不完对在保护动作时间相同的并行线路，不完全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星形接线百分之百有选择性。形接线百分之百有选择性。逻辑元件KA1A B C+KA2iaicin电力工程基础电力工程基础 201

22、5.36-2-6 6-2-6 三段式电流保护的原理图及延时特性Ak2M1QFB2QFC3QFk1三段式电流保护的功能框图三段式电流保护的功能框图:电力工程基础电力工程基础 2015.3具有电流速断、限时电流速断和过电流保护的单相具有电流速断、限时电流速断和过电流保护的单相原理接线图原理接线图1 1为速断继电器；为速断继电器；4 4为限时速断继电器；为限时速断继电器；7 7为定时限为定时限速断继电器速断继电器电力工程基础电力工程基础 2015.36-3-1变压器纵差保护的基本原理 纵联差动保护是按比较 被保护的变压器两侧电流的 大小和相位的原理实现的。 6-3 纵联差动保护k1k2KDNM*2I

23、1I电力工程基础电力工程基础 2015.3 正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为 ，由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。 变压器内部故障时，流过差动继电器的电流为 ，该电流大于KD的动作电流时，KD动作。 由于变压器两侧额定电压和额定电流不同，为了保证其纵联差动保护正确动作，必须适当选择两侧电流互感器的变比 12IIIK12IIIK111IkTA22IkTATTATAkkk21电力工程基础电力工程基础 2015.36-3-26-3-2纵联差动保护中不平衡电流产生的原因及减小措施纵联差动保护中不平衡电流产生的原因及减小措施（1）对于励磁电流所产生的不平衡电流 由

24、于变压器的励磁电流只流经它的电源侧，故造成变压器两侧电流不平衡，从而在差动回路内产生不平衡电流 当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，其值可达变压器额定电流的510倍。可能造成保护误动作. 所谓励磁涌流，就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。 消除励磁涌流的 1）接入速饱和变流器。 2）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护装置。 3）采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护。 4）采用差动电流速断保护。电力工程基础电力工程基础 2015.3（2）对于电流互感器变比引起的不平衡电流 用自耦变流器升流TPA；用中间变流器TAM平衡线圈进行补偿TTATAkkk21（3）对

25、于电流互感器TA误差引起的不平衡电流 尽量选择型号相同、特性相同的电流互感器采用带气隙的电流互感器解决办法：电力工程基础电力工程基础 2015.3TPATMA电力工程基础电力工程基础 2015.3（3）变压器带负荷调整接头而产生的不平衡电流 调整分接头实际上就是改变变压器的变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。这个不平衡电流无法消除。解决办法：用提高保护动作电流的方法来躲过这种不平衡电流的影响。 （5）变压器两侧电流相位不同产生的不平衡电流三相变压器的接线组别不同时，其两侧的电流相位关系也就不同。 电力工程基础电力工程基础 2015.3 ，d11接线变压器差

26、动保护的接线方式及其有关电流的相量图 AIBICIcIbIaI2aI2bI2cI电力工程基础电力工程基础 2015.3 采用了相位补偿接线后，在电流互感器绕组接成三角形的一侧，流入差动臂中的电流要比电流互感器的二次电流大 倍 。可通过适当选择电流互感器变比来消除。 353.NYYTAIn5.NddTAIn变压器星形侧变比：变压器三角形侧变比：电力工程基础电力工程基础 2015.3 变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以及铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于油箱内充满了变压器油，故障后强大的短路电流使变压器油急剧的分解气

27、化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。6-4 6-4 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护 电力工程基础电力工程基础 2015.3 瓦斯保护:800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。

28、 纵差保护或电流速断保护:6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于 。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。s5 . 0电力工程基础电力工程基础 2015.3 接地短路的零序保护:对于中性点直接接地系统中的变 压器，应装设零序保护，零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以及外部元件的接地短路。 相间短路的后备保护:相间短路的后备保护用于反应外

29、部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。 过负荷保护:对于400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。电力工程基础电力工程基础 2015.3 6-4-1 6-4-1 电力变压器的瓦斯保护电力变压器的瓦斯保护 当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其它绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变