电力系统继电保护原理

电力系统继电保护原理概述保护的分类（按照原理来分）过电流，低电压电压保护，距离保护，纵联保护，序分量保护等保护的分类（按照保护的对象）线路保护---电流，电压保护，距离保护和纵联保护元件保护---变压器保护，发电机保护，母线保护，电动机，电容器，电抗器保护等概述6电力变压器的继电保护6.1变压器的故障类型和不正常运行状态及其相应的保护方式6.2变压器的故障分量比率差动保护6.3变压器的电流和电压保护6.4变压器的接地保护6.5变压器的瓦斯保护6.1变压器的故障类型和不正常运行状态及其相应的保护方式1.变压器的故障类型油箱内故障各绕组之间的相间短路各绕组通过外壳发生的接地故障单相绕组部分线匝之间的匝间短路导致铁心烧损，绝缘物质剧烈化，可能引起爆炸油箱外故障套管或引出线之间的相间短路绝缘套管闪络或破坏，引出线通过外壳，而发生的接地故障2.变压器的不正常运行状态外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流和中性点过电压负荷超过额定容量引起的过负荷漏油等原因引起的油面降低对于大容量的变压器，过电压或低频率等异常运行方式引起的过励磁3.变压器应装设的主保护-瓦斯保护定义：瓦斯是一种气体，瓦斯保护是一种反映于非电气量的保护。它检测气体及内部液体的流动。当变压器邮箱内部发生各种故障时，油温上升，气体膨胀，瓦斯保护动作。保护的对象：反应变压器油箱内各种短路以及油面的降低。分类：轻瓦斯保护动作于信号重瓦斯保护动作于跳闸3.变压器应装设的主保护-纵差保护和电流速断保护瓦斯保护的特点：只能反映邮箱内的故障，无法反映套管及引出线的各种故障纵差动保护：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障电流速断保护—小容量的变压器的主保护（6.3MVA及以下），反应变压器绕组、套管及引出线上的故障主保护动作后，都应跳开变压器各电源侧的断路器4.变压器应装设的后备保护（1）反应外部相间短路的后备保护过电流保护—用于降压变压器低电压启动的过电流保护—升压变压器复合电压起动的过电流保护一般用于升压变压器负序电流及单相式低电压起动的过电流保护-升压变，联络变阻抗保护—升压变，联络变4.变压器应装设的后备保护（2）反应外部接地故障的后备保护变压器中性点接地运行：零序电流保护自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器：零序方向电流保护防止中性点过电压：零序电压保护、间隙零序电流保护5.变压器应装设的其他保护过负荷保护：接一相电流，一般延时动作于信号过励磁保护：严重过励磁时动作于跳闸其他非电量保护：油温高保护：反应变压器油温上升压力释放保护：反应油箱内压力升高冷却器故障保护：反应冷却系统故障，如冷却器失电或三相缺相，油压或水压差偏小等6.2变压器的纵差动保护——变压器的主保护之一1.差动保护的基本原理2.产生不平衡电流的因素(1)变压器励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器励磁回路可能出现数值很大的励磁电流，该电流称为励磁涌流(2)变压器两侧电流相位不同(3)计算变比与实际变比不同(4)两侧电流互感器型号不同(5)变压器带负荷调整分接头(1)变压器励磁涌流正常情况下：2%~10%额定电流外部故障时，由于电压降低，励磁电流更小电压突然变化时，励磁电流最大可达6~8倍额定电流，即励磁涌流合闸时电压的初相角铁心中剩磁的大小和方向变压器铁心的饱和磁通（铁心性质）电源容量大小、回路阻抗大小、变压器容量大小单相变压器：电压初相角=00时合闸，涌流最大；初相角=900时合闸，没有涌流三相变压器：无论何时合闸，都会产生涌流励磁涌流的特征有很大的非周期分量有大量高次谐波，而以二次谐波为主波形之间出现间断，存在间断角励磁涌流例1例2例3例4基本波100100100100二次谐波36315023三次谐波76.99.410四次谐波96.25.4－五次谐波5－－－直

流66806273防止励磁涌流影响的方法采用具有速饱和铁心的差动继电器鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别：判间断角利用二次谐波制动采用波形对称的方法来鉴别涌流具有速饱和铁心的差动继电器BLH为具有速饱和特性的中间变流器基本原理：非周期分量电流使BLH快速饱和，破坏了周期分量电流的传变缺点：内部故障时保护动作时间延长励磁涌流鉴别原理（1）二次谐波抑制

——A，B，C三相差动电流中各自的二次谐波电流；

——二次谐波制动系数；

——对应的三相基波差动电流动作值。励磁涌流鉴别原理（2）波形比较制动

（3）其他鉴别励磁涌流的方法变压器严重故障的加速方法（1）差动速断保护元件当以定值避开励磁涌流闭锁的时延，达到快速切除的目的。还可以根据变压器出现励磁涌流时端电压较高，而内部短路时端电压较低的情况用变压器端电压作为差动速断的辅助判据，（2）低压加速励磁涌流是因变压器铁芯严重饱和产生的，出现励磁涌流时变压器端电压比较高，而发生内部短路时，变压器端部残压较低，据此可建立下列判据：(2)变压器两侧电流相位不同(2)变压器两侧电流相位不同-变比计算(3)计算变比与实际变比不同变压器变比和电流互感器变比都是根据产品目录选取的，难以满足上式要求可以举例计算说明一下

(3)计算变比与实际变比不同-举例说明一台接线的变压器，容量为31500kVA，电压比为115kV/10.5kV，两侧的额定电流分别为：158A和1730A115kV侧10.5kV侧一次侧额定电流158A1730A变压器绕组接线方式Y电流互感器（TA）接线YTA计算变比1730/5TA选用变比300/52000/5二次回路电流1730/400=4.32差动回路的不平衡电流(3)计算变比与实际变比不同解决方法：电磁式保护：在差动继电器的中间变流器上加平衡线圈进行补偿微机保护：计算补偿平衡线圈进行补偿

Wb为平衡线圈，Wcd为差动线圈合理选择Wb和Wcd，满足如下关系Wb只能是整数，因此不可能完全补偿微机保护中的计算补偿(4)两侧电流互感器型号不同外部故障最大短路电流同型系数由于两侧电流互感器的型号不同，因此同型系数Ktx取1.0(5)变压器带负荷调整分接头改变分接头就是改变了变压器的变比，使得稳态情况下，变压器纵差动保护的最大不平衡电流：(6)变压器不平衡电流总结(1)变压器励磁涌流------已经解决

(2)变压器两侧电流相位不同—已经解决(3)计算变比与实际变比不同(4)两侧电流互感器型号不同(5)变压器带负荷调整分接头稳态情况下，变压器纵差动保护的最大不平衡电流：3.变压器纵差动保护的整定计算(1)躲开变压器的最大负荷电流(2)躲开外部短路时的最大不平衡电流(3)躲开变压器最大励磁涌流励磁涌流最大倍数4.变压器纵差动保护的灵敏度校验最小短路电流的计算方式：单侧电源供电时，系统在最小运行方式下，变压器发生短路时的最小短路电流灵敏度不满足要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器5.具有磁力制动的差动继电器使继电器的起动电流随制动电流(外部故障时的短路电流)的增加而增加制动线圈Wzh产生的磁通不流入中间铁心制动磁通在二次线圈W2的感应电势互相抵消制动特性曲线从原点作制动制动特性曲线的切线，切线的斜率即为制动系数，一般小于0.5铁心未饱和具有制动特性的差动继电器的整定起动电流随着外部短路电流的增大而增大由于曲线3始终在直线1之上，因此外部故障时差动继电器不会误动内部故障时，继电器的灵敏性大大提高内部故障时灵敏性分析直线4对应于双侧电源供电直线5对应于仅制动线圈安装侧供电，是继电器最不利的工作情况7.微机保护中比率制动特性的实现微机型变压器纵联差动保护比率制动差动原理对于三绕组变压器制动电流的计算应根据变压器各侧绕组的实际功率、流向选择。有以下两种方案：差动保护逻辑二次谐波制动原理差动保护逻辑框图波形比较制动原理差动保护逻辑框图6.2变压器的故障分量比率差动保护故障分量比率差动保护原理故障分量比率差动继电器的动作方程如下:其中，正常运行时通常，可以写成：发生内部轻微故障时发生严重外部故障时6.3变压器的电流和电压保护——变压器的近后备以及相邻元件的远后备概述主保护—瓦斯保护和差动保护反映于变压器内部以及引出线的故障外部故障时，流过变压器有过电流，可以考虑装设过电流保护，作为变压器的后备保护。过电流保护低电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流保护1.过电流保护

整定原则对并列运行的变压器，应考虑突然切除一台时所出现的过负荷对降压变压器，应考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流动作时限及其灵敏度校验动作时限：阶梯动作时限，即比出线保护的动作时限高出一个保护的灵敏度校验：作为变压器的后备保护时，要求由于考虑了电动机的自启动过程，电流保护的整定值比较大，保护的灵敏度往往不够。2.低电压起动的过电流保护在一台变压器突然切除或电动机自起动时由低电压元件闭锁保护动作整定原则低电压元件起动值应考虑以下因素躲开正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压外部故障切除后，电动机自起动过程中，必须返回过电流元件按躲开变压器的额定电流整定灵敏度校验：在最大运行方式下，相邻元件末端三相短路时，保护安装处的最大线电压低电压元件的灵敏度校验：过电流元件的灵敏度校验：3.复合电压起动的过电流保护整定原则过电流元件按躲开变压器的额定电流整定相间电压元件起动值应考虑以下因素躲开正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压外部故障切除后，电动机自起动过程中，必须返回负序电压元件起动值按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压整定复压起动的电流保护的优点与低电压起动的过电流保护相比：由于负序电压元件的起动值小，因此在不对称短路时，电压元件的灵敏度高在变压器后面发生不对称短路时，电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关注意：对于大容量的变压器和发电机组，由于其额定电流很大，而在相邻元件未端两相短路时的短路电流可能较小，因此采用复合电压起动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下，应采用负序过电流保护。6.4变压器的接地保护——变压器的主保护之一变压器中性点的接地原则在多电源系统中，每个发电厂至少有一台变压器的中性点接地，以防止发生由于接地短路引起的危险过电压。线路上单相接地短路时，线路AB的A侧零序保护动作跳闸后，发电厂B就带接地点运行,从而会产生危险的过电压而损坏变压器。变压器中性点的接地原则在发电厂和低压侧也有电源的变电所的变压器多于一台时，应该将部分变压器的中性点接地。低压侧无电源的变压器的中性点多采用不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线（可不装设方向元件）。。当母线A单相接地短路时，接地变压器

跳闸后，低压侧有电源的不接地变压器

仍带接地故障运行，高压侧就成为不接地系统，从而产生危险的过电压。在此情况应有保护将变压器

也切除。低压侧无电源的变压器的中性点多采用不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线（可不装设方向元件）。只有一台升压变压器的零序电流保护的整定原则保护的动作电流，按照与被保护侧母线引出线零序电流保护后段在灵敏度上相配合的条件来整定，即保护的灵敏度按后备保护范围末端接地短路校验，灵敏系数应不小于1.2。保护动作时间比出线零序电流保护后备段大一个阶梯时限

。仅部分变压器中性点接地系统的变压器接地保护1、中性点未装放电间隙尽量减少故障的影响范围，即发生故障时，应使故障侧的变压器退出运行；出现接地故障后，应考虑首先断开中性点不接地的变压器，以防止过电压造成的危害。中性点未装放电间隙的分级绝缘变压器的接地保护示意图仅部分变压器中性点接地系统的变压器接地保护2、中性点装设放电间隙仅部分变压器中性点接地系统的变压器接地保护如果万一放电间隙拒动，变压器中性点可能出现工频过电压，为此设置了零序过电压保护。自耦变压器接地保护的特点与普通变压器不同