电力系统继电保护1整理(张保会)ppt课件

1、电力系统继电保护,2,前言,电力系统组成：发、输、配、用电能的特点：一次设备：发出、传送、分配和使用电能的设备。发电机、变压器、母线、输电线路、电容器、电动机等属于一次设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。（+管理）,3,4,1.1.1正常工作状态,5,6,7,不正常工作状态的危害,1、过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流增大危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障2、频率降低：由于系统中出现有功功率缺额而引起的危害1）影响产品质量2）降到4748Hz以下会引起频率崩溃3）使电压下降可能引发电压崩溃,8,不正常工作状态的危害,3、过电

2、压：发电机突然甩负荷而产生危害：造成绝缘击穿导致短路4、系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行,9,10,11,12,鸟窝,13,14,CompanyLogo,二、线路运行存在的问题,线路落地击穿路面,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,后备保护主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种；近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。远后备保护：当主保护或断路器

3、拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。,32,33,34,35,36,37,二、选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,第二章电网的电流保护,2.1单侧电源网络相间短路时电流量值特征,50,51,52,53,2.1.1继电器测量元件,Mdc,Mth,Mm,54,动作电流：能使继电器动作的最小电流值，记作Iop,55,返回电流：能使继电器返回（原位）的最大电流值Ire,5

4、6,57,58,59,60,2.1.2单侧电源网络相间短路时电流量值特征,目前，我国电力系统主要的电压等级：500kV,330kV,220kV,110kV,66kV,35kV,10kV,6kV,380/220V。,61,62,最大运行方式下三相短路,最小运行方式下两相短路,63,64,2.1.3电流速断保护,对于仅反应于电流幅值增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。它是三段式电流保护的第一段,65,1电流速断保护动作电流的整的整定,66,1电流速断保护动作电流的整的整定,67,保护范围,注意：保护范围可能为0,68,69,动作时间,保护本身没有延时，电流继电器延时一般小于10ms；保护出口

5、中间继电器延时60-80ms，一方面延时动作可以躲过线路中避雷器的放电时间40-60ms，另一方面扩大触电容量和数量。可见，并不是瞬间完成的，有一定的延时。,70,71,72,73,构成,74,结论,仅靠动作电流值来保证其选择性，保护范围直接受到运行方式变化的影响，一般不能保护线路全长（当线路末端为线路-变压器单元时可以保护全长）；需要根据具体场合选择，一般适用于长线路。能无延时地（相对而言）保护本线路的一部分（不是一个完整的电流保护）。,75,2.1.4限时电流速断保护,定义：是带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范围之外的故障，且作为速断保护的后备保护。要求：任何情况下能保护线路全长

6、，并具有足够的灵敏性；在满足要求的前提下，可以带一定时间延时，但力求动作时限最小；在下级线路发生短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。,76,1启动电流的整定,77,2动作时限的选择,应比下一条线路速断保护的动作时限高出一个时间阶梯t,t通常取0.5S,78,79,3灵敏性校验,按系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时的短路电流进行校验,80,81,限时电流速断动作时限的配合关系,82,4限时电流速断保护的构成（图1）,83,限时电流速断保护的构成（图2）,84,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

7、主保护，兼作第段的后备保护。,一句话：限时电流速断保护作为本线路首段的近后备、本线路末端的主保护、相邻下一线路首端的远后备。,85,2.1.5（定时限）过电流保护,过电流保护是指启动电流按躲最大负荷电流来整定的保护。它是三段式电流保护的第段。该保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。可作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一路保护的远后备保护,86,1启动电流计算,动作电流:躲最大负荷电流在外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。,87,2动作时限的选择,按阶梯原则选择,88,89,3灵敏性的校验,（1）作为近后备时,90,3灵敏性的校验,（1）作为远后备时,91,在各个灵敏度系

8、数之间，要求灵敏系数互相配合,92,过电流保护的构成,93,94,流入保护继电器的电流与电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数,95,96,97,两种接线方式在各种故障时的性能分析,1、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映；只是动作继电器的个数不同。2、中性点直接接地系统的单相接地短路，三相星形可反应各种接地故障，两相（AC）星形不能反映B相接地故障3、在小接地电流系统中，发生异地两点接地时，一般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。,98,99,停电通知,100,101,102,结论（换一种说法）：当在Y/变压器的侧发生两相短路时：滞后相电流是其它两相电流的两倍并与

9、它们反相位。当在Y/变压器的Y侧发生两相短路时：超前相电流是其它两相电流的两倍，并与它们反相位。（作业：推导此结果）当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压侧线路故障的后备保护，采用两相星形接线时的灵敏度比三相星形接线时降低一半,103,两相三继电器接线方式,104,5两种接线方式的应用,（1）三相星形接线：主要用于发电机、变压器的后备保护，采用电流保护作为大电流接地系统的保护（要求较高的可靠性和灵敏性）；也用于中性点直接接地系统中，作为相间短路和单相接地短路的保护（但不常见）。（2）两相星形接线：中性点不接地电网或经高阻接地电网中，用于相间短路保护；（注：所有线路上的保护装置应安装在相同的

10、两相上：A、C相）。,105,三段式电流保护的接线图举例,106,107,2.1.8对电流保护的评价,1、选择性：在单测电源辐射网中，有较好的选择性，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。2、灵敏性：受运行方式的影响大，往往满足不了要求。电流保护的缺点例：第段：运行方式变化较大且线路较短，可能使保护范围为零；第段：长线路重负荷（IL增大，Id减小），灵敏性不满足要求。3、速动性：一般情况下可以满足快速切除故障的要求（第、段满足）；第段越靠近电源，t越长缺点4、可靠性：线路越简单，可靠性越高优点,108,2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护,109,主要内容,1、问题的提出

11、及解决办法2、功率方向继电器3、相间短路功率方向继电器接线方式4、方向性电流保护整定计算特点5、对方向性电流保护的评价,110,1、问题的提出及解决办法,111,112,113,（2）原因分析,114,（3）解决方法,115,116,2、功率方向继电器,117,（1）基本原理,118,119,（2）功率方向继电器的动作方程,120,121,（2）功率方向继电器的动作方程,122,(二)功率方向继电器的动作区,123,LG-11整流型功率方向继电器,124,125,126,127,128,129,130,LG-11、LG-12小常识,131,LG-11、LG-12小常识,动作时间：对于LG-11

12、型，在灵敏角下，电压由额定突然降4倍最小动作电压，电流同时由0升至额定电流时，动作时间不大于30mS；对于LG-12型，在灵敏角下，同时突然加入额定电流和4倍最小动作电压时，动作时间不大于40ms。记忆时间：对于LG-11型，当模拟保护出口处短路在灵敏角下，突然增加额定电流至10倍额定电流，电压自100V同时突然降到0的情况下，继电器应可靠动作，其极化继电器动作保持时间不小于50ms,132,133,134,135,136,按相启动,注意电流线圈和电压线圈的极性,137,138,139,140,141,分析正方向远方两相短路,142,143,144,145,146,147,148,149,（二

13、）限时电流速断保护的整定计算,150,（二）限时电流速断保护的整定计算,151,（二）限时电流速断保护的整定计算,152,（二）限时电流速断保护的整定计算,153,154,5、对方向性电流保护的评价,155,156,直接接地：110kV及以上电网不接地：36kV单相接地电流30A3560kV单相接地电流10A非直接接地：其他情况,157,158,序网电流电压分布特点：,正序电压距故障点越近，电压越低；距电源越近，电压越高。负序、零序距故障点越近，电压越高。各序分量经变压器后的相位变化：Y0：正序分量逆时针转300；负序分量顺时针转300；侧无零序流出。Y0：正序分量顺时针转300；负序分量逆时

14、针转300；侧无零序流出；Y0侧无零序流出。,159,160,161,线路L-4和变压器T-4包含在正（负）序网络中，但是变压器T-4中性点未接地，不能流通零序电流，所以他们不包括在零序网络中相反，线路L-3和变压器T-3因为空载不能流通正（负）序电流而不包括在正（负）序网络中，但因变压器T-3中性点接地。故L-3和T-3能够流通零序电流，所以他们包含在零序网络中,162,163,164,165,166,对称分量法的基本原理,167,168,169,170,171,注意：正常运行和电网相间短路时，由于电压互感器的误差以及三相系统对地不完全平衡，在开口三角形侧也可能有数值不大的电压输出，此电压称

15、为不平衡电压，以UUnb表示。当系统中存在有三次谐波分量时，一般三相中的三次谐波电压是同相位的，在零序电压过滤器的输出端也有三次谐波电压输出。对反应于零序电压而动作的保护装置，应该考虑躲开它们的影响。,172,173,174,175,2.3.3零序电流速断保护（I）段,176,177,178,179,180,181,182,183,184,185,186,187,188,189,190,191,192,193,G,194,195,=0,196,197,发电机出线端的零序电流（图）,198,在故障线路上（图）,199,200,中性点不接地系统发生单相接地后零序分量分布的特点：,201,202,5

16、.中性点不接地电网中单相接地的保护,203,(2)零序电流保护利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。,5.中性点不接地电网中单相接地的保护,204,(2)零序电流保护利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。,5.中性点不接地电网中单相接地的保护,205,(2)零序电流保护利用故障线路零序电流较非故障线路为大的特点来实现有选择性地发出信号或动作于跳闸。,5.中性点不接地电网中单相接地的保护,206,(3)零序功率方向保护,利用故障线路与非故障线路零序功率方向相反的特点来实现有选择性的保护。用于零序电流保护不满足要求

17、和接线复杂的网络中。,207,在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过下列数值时，即应装设消弧线圈：36kV电网30A；lOkV电网20A；2266kV电网10A。,208,209,采用过补偿后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流。其方向是由母线流向线路，与非故障线路的方向一样。它的数值也和非故障线路容性电流差不多。因此前述的零序电流保护和零序功率方向保护均不能采用。目前消弧线圈接地电网的单相接地保护方式主要还有有下列几种：,210,(2)利用破坏补偿的方法。在发生接地故障后，利用出现的U0的特点，短时将消弧线圈切除，这样可以根据不接地系统所采用的方式实现有选择的保护。待保护动作

18、后，再将消弧线圈投入(3)短时投入有效电阻的方法。发生单相接地时，在中性点与地之间投入一个有效电阻，使在接地点产生一有效分量电流，再利用余弦型功率方向继电器进行选择故障线路。经一定延时后再把电阻切除。此外，还有反映5次谐波电流的接地保护和反映暂态零序电流首半波的接地保护到目前为止，中性点经消弧线圈接地系统的单相接地保护，还没有令人满意的保护方案。,211,212,213,214,215,216,217,218,219,220,221,222,223,224,225,226,227,228,返回,230,231,正常运行时电压、电流和测量阻抗的关系,232,233,234,距离保护的动作时间t与

19、保护安装点至短路点之间的距离l的关系称为距离保护的时限特性,235,断路器2的三段t2III应与继电器3的三段配合,236,237,3.1.3距离保护的具体组成元件,238,3.2阻抗继电器,3.2.1阻抗继电器的分类按加入继电器的补偿电压分类单相式，多相式按继电器的动作特性分类圆特性、非圆特性按比较回路实现方法分类比幅式、比相式,239,240,241,全阻抗继电器动作特性,242,方向阻抗继电器的动作特性,243,偏移特性阻抗继电器的动作特性,244,苹果型动作特性,245,橄榄型动作特性,246,多边形特性（一）,247,3.2.3阻抗继电器的特性分析,248,249,250,1）幅值比

20、较动作方程,251,2）相位比较动作方程,252,253,1）幅值比较动作方程（比幅式）,254,2）相位比较动作方程,255,256,1）幅值比较动作方程,257,1）幅值比较动作方程,258,2）相位比较动作方程,259,260,261,3.3阻抗继电器的实现方法,262,回顾（比幅与比相的关系）,263,1）幅值比较动作方程（比幅式）,264,3.3.1幅值比较原理的实现,比幅式阻抗继电器构成框图,265,Ku为实数,266,幅值比较回路,（1）均压式,267,（2）环流式,268,（回顾）相位比较动作方程,269,270,271,272,273,3.4距离保护的实现方法,1基本要求（1

21、）测量阻抗正比于保护安装处到短路点之间的距离（2）测量阻抗与故障类型无关2常用的几种接线方式,274,3.母线残压的计算公式,零序电流补偿系数,275,276,4.0o接线方式分析,(1)三相(金属性)短路时,277,（2）BC两相短路时,278,（2）BC两相短路时,279,在两相短路时，只有接于故障环路的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗偏大，不会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。,280,（3）中性点直接接地电网的两相（金属性）接地短路时,在两相接地短路时，只有接于故障环路得阻抗继电器测量阻抗等于短路点

22、到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作,281,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析（1）A相接地短路,282,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析,在单相接地短路时，只有接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。其余两只阻抗继电器的测量阻抗偏大，不会误动作。这也就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相的原因,283,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析（2）两相接地短路,，,，,284,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析（2）两相接地短路,285,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析,在两相接地短路时

23、接在故障相的阻抗继电器的测量阻抗等于短路点到保护安装地点的线路正序阻抗。接在非故障相的两只阻抗继电器的测量阻抗较大，不会误动作。,286,5.具有零序电流补偿的0o接线方式的分析（3）两相短路,287,288,3.5阻抗继电器的精确工作电流与精确工作电压,289,在灵敏角条件下，方向阻抗继电器的实际动作条件,290,291,292,293,294,3.6阻抗继电器的死区,295,296,297,298,299,300,记忆回路记忆回路是一个由R、L、C组成的电路,301,(2)引入第三相电压,思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作，但它的作用时间有限。,解决方法：引入非故障相

24、电压。,第三相电压为C相，它通过高阻值的电阻R接到记忆回路中Cj和Rj的连接点上。,正常时：电压较高且Lj、Cj处于工频谐振状态，而R值又很大，第三相电压基本上不起作用。,302,当系统中AB相发生突然短路时：,(2)引入第三相电压,303,结论：超前近90，电阻Rj上电压降超前90，即极化电压与故障前电压同相位。因此，当出口两相短路时，第三相电压可以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。,(2)引入第三相电压,304,(2)引入非故障相电压,305,出口两相短路时，引入第三相电压而产生的UP可保证继电气的方向性三相短路时，无第三相电压，故不能消除出口三相短路的死区3.7影响距离保护正确工

25、作的因素及对策,306,影响阻抗继电器正确工作的因素,短路点的过渡电阻电力系统振荡保护安装处与故障点之间的分支电路TA、TV的误差TV二次回路断线串联补偿电容,307,3.6短路点过渡电阻对距离保护的影响,308,309,310,M1,M2,311,312,313,314,3.7.2电力系统振荡对距离保护的影响,315,316,317,此处有错讲完改,318,319,320,321,322,323,324,325,326,327,当保护安装处越靠近振荡中心时，受到影响越大振荡中心在保护范围以外或位于保护的反方向时，则在振荡的影响下距离保护不会误动,328,系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响,

26、329,继电器的动作特性在阻抗平面上沿方向所占面积越大，受振荡的影响就越大当保护的动作带有较大的延时时，可躲过振荡的影响距离保护的第I段和第II段，必须经过振荡闭锁控制；距离保护的第三段，可以利用延时躲过振荡的影响,330,5.振荡闭锁措施基本要求当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护区内故障，不管系统是否发生振荡，都不应闭锁保护振荡闭锁措施利用短路出现负序分量而震荡时无负序分量利用振荡和短路时电气量变化速度不同,331,利用短路出现负序分量而震荡时无负序分量,332,333,利用振荡和短路时电气量变化速度不同,利用振荡和短时电气量变化速度不同,33

27、4,3.8距离保护的整定计算及对距离保护的评价,3.8.1距离保护的整定计算1距离保护段整定阻抗,335,2.距离保护段整定阻抗,336,2.距离保护段整定阻抗,337,距离保护动作时间的配合,欠量保护，灵敏度表示方法与电流保护不同,338,339,340,341,4.整定计算举例,342,343,344,345,346,347,348,电力系统纵联保护,4.1输电线路纵联保护概述,350,1.反应单侧电气量的缺陷,351,352,353,高电压，短线路,354,355,356,357,358,359,阻波器：由一电感线圈与可变电容器并联组成的回路，其谐振频率为载波频率对载波电流：Z1000将

28、高频电流限制在被保护线路以内对工频电流：Z0.04工频电流可畅通无阻。,360,361,362,结合电容器结合电容器的电容量很小，对工频电流具有很大的阻抗，可防止工频电压侵入高频收信机。对高频电流则阻抗很小，高频电流可顺利通过。结合电容器与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许通带内的高频电流通过,363,连接滤波器：连接滤波器是一个可调节的空心变压器。在其连接至高频电缆一侧的线圈中串接有电容器连接滤波器与结合电容器共同组成带通滤波器，使所需频带的高频电流能够通过,364,高频电缆的作用是将位于主控室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来,365,保护间隙是带通频道的辅助设备，用它保护

29、高频收发信机和高频电缆免受过电压的袭击,366,接地刀闸接地刀闸也是高频通道的辅助设备。在调整或维修高频收发信机和连接滤波器时，将它接地，以保证人身安全。,367,高频收发信机：用来发出和接收高频信号,368,高频收发信机：用来发出和接收高频信号,369,370,371,372,373,374,375,376,377,378,379,这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号，而在故障线路上并不传送高频信号。因此，在故障线路上由于短路使高频通道可能遭到破坏时，并不会影响保护的正确动作,380,低定值电流启动发信原件,高定值电流启动停信原件,功率方向元件,381,延时200ms返回,

30、延时4-16ms,382,距离保护本身的启动元件或第III段距离元件,第II段方向距离元件,383,384,385,386,387,388,389,390,391,392,393,394,395,396,397,398,399,400,401,402,403,404,405,5.2.1单侧电源线路的三相一次重合闸三相一次重合闸就是不论在本线路上发生任何类型的故障，继电保护装置均将线路三相断路器一起断开，然后重合闸装置起动，将三相断路器一起合上。若故障为永久性故障，则继电保护装置将再次将断路器三相一起断开，而不再重合。,406,407,408,409,410,411,412,413,414,41

31、5,416,417,418,419,420,421,422,423,424,425,426,427,428,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过励磁,429,430,431,432,433,434,435,436,437,438,439,2.三相变压器接线产生的不平衡电流,440,441,442,443,444,445,446,6.2.3具有制动特性的差动继电器,1.BCH-1型差动继电器的制动特性,447,448,449,450,K=2,451,变压器相间短路的后备保护,452,大于变压器正常运行的负荷电流,45

32、3,454,455,456,457,458,459,460,462,463,464,465,466,467,468,469,发电机的故障定子绕组定子绕组及引出线上的相间短路定子绕组的匝间短路定子绕组的单相接地故障转子绕组一点接地或两点接地转子励磁回路励磁电流消失,470,471,472,473,474,475,2不正常运行状态定子绕组过电流对称过负荷负序过电流和过负荷定子绕组过电压转子绕组过负荷逆功率。,476,477,478,479,总结：发电机应装设的保护（1）发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路

33、的保护发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流,480,总结：发电机应装设的保护（2）过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护转子过负荷保护：逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。非电量保护：如断水保护,481,482,各项保护可动作于：停机解列灭磁解列减出力缩小故障影响范围程序跳闸信号,483,484,485,通常取