2011第13章电力系统继电保护tian (13-2).ppt

1、第十三章 电力系统继电保护,13.1 继电保护的基本原理 13.2 输电线路的继电保护 13.3 电力变压器的继电保护,13.2 输电线路的继电保护,继电保护研究方面,输电保护,一、相间短路的电流保护,（一）电磁型电流继电器 1. 组成,一、相间短路的电流保护,（一）电磁型电流继电器,2电气设备常用图形及文字符号,参见第14章表14-1及表14-2,（二）瞬时电流速断保护 电流 I 段保护,1.单相原理接线图,（二）瞬时电流速断保护 电流 I 段保护,1.单相原理接线图,（二）瞬时电流速断保护 电流 I 段保护,1.单相原理接线图,中间继电器作用： 容量大，可接通跳闸线圈YR 增大保护固有动作

2、时间 防止误动,中间继电器主要有两方面的作用：一是利用中间继电器的常开触点（容量大）代替电流继电器的的小容量触点，接通跳闸线圈；二是利用带有0.060.08s延时的中间继电器，增大保护固有动作时间，防止管式避雷器放电引起速断保护误动作。,（二）瞬时电流速断保护 电流 I 段保护,2. 瞬时电流速断保护的作用原理,（二）瞬时电流速断保护 电流 I 段保护,2. 瞬时电流速断保护的作用原理,忽略电阻R 为系统等效电源的相电势,注意,一定的运行方式下，If=f(l),1. 整定： 原则：在保证选择性的基础上，校验灵敏性 引入一个大于1的可靠系数 （1.21.3）,最大运行方式下被保护线路末端三相短路

3、时，流过保护的最大短路电流,瞬时电流速断保护不能保护线路全长，且保护范围受系统运行方式和故障类型的影响,2)灵敏度 可用其最小保护范围来衡量,3)动作时限,优缺点 优点：简单、快速、可靠 缺点：保护范围直接受运行方式影响,（三）限时电流速断保护 电流 II 段保护,整定原则：躲过相邻线路电流速断保护的动作电流,限时电流速断保护的可靠系数 1.11.2,相邻线路瞬时电流 速断的动作电流,时限：为保证选择性，应与相邻线路电流I段时限相配合,一个时限阶段 一般取0.5s,（三）限时电流速断保护 电流 II 段保护,时限：为保证选择性，应与相邻线路电流I段时限相配合,一个时限阶段 一般取0.5s,（三

4、）限时电流速断保护 电流 II 段保护,灵敏性：为能保护本线路l1的全长，保护1的限时电流速断保护应在最小运行方式下线路l1末端发生两相短路时，有足够的反应能力，这个能力常用灵敏系数Ks来衡量，即,限时电流速断的单相原理接线,与电流速断不同之处：用时间继电器KT代替了中间继电器KM,KT,限时电流速断的单相原理接线,（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护,1.单相原理接线：与限时电流速断保护相同 2.整定原理 3.动作时限 4.灵敏度,主保护,电流I段保护,电流II段保护,后备保护,电流III段保护,瞬时电流速断和限时电流速断联合工作，构成了线路的主保护，可保证全线路范围内的故障都能在0

5、.5s内予以切除。然而它们不能作相邻线路故障的后备保护。,（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护,2.整定原则 ：按躲开最大负荷电流整定,灵敏度高 能保护本线路的全长 能保护相邻线路的全长 起远后备的作用,（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护,2.整定原则 ：按躲开最大负荷电流整定,（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护,3.动作时限： 按阶梯原则,点发生短路故障时，保护1、3、5都可能启动，最后由 5 切除 （选择性）,时间阶段,（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护,4.灵敏度过 可作本线路全长的主保护或作近后备外，还要作为相邻线路的远后备保护,#1作近后备,#1

6、作远后备,（五）电流保护的接线方式,1.指电流保护中电流继电器线圈与电流互感器二次绕组间的连接方式,2.两种接线方式 （1）完全接线方式： 三相星形接线,（2）不完全接线方式： 两相星形接线,用于35kV及以下线路保护,图,用于发动机、变压器母线及110kV以上线路保护,（五）电流保护的接线方式,中性点非有效接地电网中发生两相接地,采用二相星型接线可保证有2/3的机会只切除一个故障点,（五）电流保护的接线方式,3.Y,d11接线变压器一侧两相短路以降压变压器侧ab两相短路为例，设 k=1,（五）电流保护的接线方式,结论：在Y,d11接线变压器后面发生两相短路时，总有一相电流是其他两相的两倍,（

7、六）阶段式电流保护,三段式 电流保护,主保护,后备保护,瞬时电流速断保护（I段）,限时电流速断保护（II段）,定时限过电流保护（III段）,本线路相间短路的近后备和相邻线路的远后备保护,（六）阶段式电流保护,（六）阶段式电流保护,电网末端：可用二段式,主保护,后备保护,瞬时电流速断保护（I段）,定时限过电流保护（III段）,一、相间短路的电流保护二、相间短路的方向性电流保护,（一）方向性电流保护的工作原理,电流保护对双侧电源不适用，应增设一个方向闭锁元件，构成方向电源保护,二、相间短路的方向性电流保护 （一）方向性电流保护的工作原理,线路功率正方向的规定： 功率从母线流向线路，为正方向 功率从

8、线路流向母线，为负方向,（一）方向性电流保护的工作原理,线路功率正 功率从母线流向线路，为正方向 方向的规定 功率从线路流向母线，为负方向,方向过电流保护接线,（一）方向性电流保护的工作原理,（二）功率方向继电器的工作原理,反方向短路,工作原理 判断功率方向,正方向短路,（二）功率方向继电器的工作原理,实际应用中， 和 要经电压、电流形成回路 变换为 和,动作条件：,继电器的内角,（二）功率方向继电器的工作原理,当母线出口附近发生三相短路时，母线电压将大幅度下降，功率方向继电器就不能正确动作 “死区”,第十三章 电力系统继电保护,三、接地故障的电流保护,一、相间短路的电流保护,二、相间短路的方

9、向性电流保护,三、接地故障的电流保护,特点：出现零序电压和零序电流,中性点直接接地电网：,接地电流较大，需装设动作于跳闸的接地保护,中性点非直接接地的电网,单相接地时电流较小，动作于发信号,三、接地故障的电流保护,(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 故障点零序电压零序电位最高；,三、接地故障的电流保护,(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 零序电流正方向：母线流向故障点为正。零序电流的分布与电源的数目和位置无关，只要决定于中性点接地变压器的数目和分布,三、接地故障的电流保护,(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 零序功率正方向规定：母线流向线路为正；但实际方向正相反，是由线路指向

10、母线,三、接地故障的电流保护,(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 故障点零序电压零序电位最高； 零序电流正方向：母线流向故障点为正。零序电流的分布与电源的数目和位置无关，只要决定于中性点接地变压器的数目和分布 零序功率正方向规定：母线流向线路为正；但实际方向正相反，是由线路指向母线,三、接地故障的电流保护,(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点,（二）零序电压和零序电流的获取,（二）零序电压和零序电流的获取,（二）零序电压和零序电流的获取,（二）零序电压和零序电流的获取,1.零序电压的获取：三个单相式电压互感器或一台三相五柱式电压互感器中接成开口三角形的第3绕组侧的开口处获得,2.零序

11、电流的获取：三相电流互感器 电缆线：专用零序电流互感器,（三）中性点直接接地电网的零序电流保护 (了解),三段式 电流保护,主保护,后备保护,瞬时电流速断保护（I段）,限时电流速断保护（II段）,零序过电流保护,（三）中性点直接接地电网的零序电流保护,1瞬时零序电流速断保护,整定原则：三条,（三）中性点直接接地电网的零序电流保护,2限时零序电流速断保护,整定原则：与下一条线路的零序 I 段相配合,1.11.2,分支系数,Ks1.31.5,（三）中性点直接接地电网的零序电流保护,3零序过电流保护,整定原则：躲相邻线路出口处发生三相短路时，流过保护的最大不平衡电流,与下一条线段的III段配合,（三

12、）中性点直接接地电网的零序电流保护,3零序过电流保护,时限设定： 阶梯原则 同一线路上， 零序III段动作时限 小于 相间III段的动作时限,（三）中性点直接接地电网的零序电流保护,对零序电流保护的评价 灵敏度高，保护范围稳定 动作时限短,（四）中性点不接地电网单相接地故障的特点及接地保护,1.特点,四）中性点不接地电网单相接地故障的特点及接地保护,1.特点,故障相对地 电容电流,故障点零序电压,升高 倍,流向故障点的电流，即为零序电容电流,A相接地后，非故障相对地电压升高 倍,对地电流也升高 倍,非故障线路l1,发电机端,故障线路,有效值,方向 母线 线路,结论 （1）发生单相接地时，全系统

13、均会出现 （2) 非故障元件上 为其本身的对地电容电流 容性无功方向 母线流向线路 （3)故障线路上的 等于全系统非故障元件对地电容电流的总和， 容性无功方向 线路流向母线,2.中性点不接地电网单相接地保护,（1）绝缘监视装置 正常运行无 ,单相接地全系统均出现,（3）零序功率方向保护 灵敏度较高,第十三章 电力系统继电保护,13.1 继电保护的基本原理 13.2 输电线路的继电保护 13.3 电力变压器的继电保护,13.3电力变压器的继电保护,一、变压器的常见故障和不正常工作状态 二、纵差动保护的基本原理 三、变压器的纵差动保护 四、变压器纵差动保护的整定计算,一、变压器的常见故障和不正常工

14、作状态,1.内部故障 绕组的相间短路： 纵差动保护 绕组的接地短路： 零序电流保护 绕组的匝间短路： 瓦斯保护,不正常工作状态 外部短路引起的过电流： 过电流保护 对称过负荷： 装一相过电流保护 励磁电流升高： 过励磁保护,二、纵差动保护的基本原理,纵差动保护：,1.忽略互感器励磁电流 （1） 正常运行及外部故障,比较被保护元件各端 电流的幅值和相位构成,（2）内部故障,不动作,动作 跳闸,二、纵差动保护的基本原理,2.考虑互感器励磁电流 Im TA二次电流为,不平衡电流,反映了两侧电流互感器的励磁电流之差 差动继电器的动作电流必须躲过外部短路时出现的最大不平衡电流,三、变压器的纵差动保护,特

15、点：正常运行时，低压侧的额定电流不同,三、变压器的纵差动保护,不平衡电流产生的原因 防止其对差动保护影响的方法,三、变压器的纵差动保护,不平衡电流产生的原因 防止其对差动保护影响的方法,1变压器励磁涌流造成的不平衡电流,正常运行时,当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时,励磁电流,励磁涌流,原因：由于磁链守恒定律，铁心的磁通不能突变,三、变压器的纵差动保护,不平衡电流产生的原因 防止其对差动保护影响的方法,励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中的剩磁res，电源容量及变压器的容量大小等都有关系,三、变压器的纵差动保护,三、变压器的纵差动保护,三、变压器的纵差动保护,三、变压器的

16、纵差动保护,励磁涌流特点： （1）含大量非周期分量,电流偏于时间轴的一侧 （2）含大量的高次谐波，以二次谐波为主 30 （3）波形之间出现明显的间断,防止措施 （1）采用具有速饱和变流器的差动继电器 （2）利用二次谐波制动原理构成差动保护 （3）鉴别短路电流和励磁涌流波形之间的差别,防止措施 （1）采用具有速饱和变流器的差动继电器 （2）利用二次谐波制动原理构成差动保护 （3）鉴别短路电流和励磁涌流波形之间的差别 1.效果：短路电流动作而励磁涌流不动作 （1）一次线圈通过周期分量电流 （2）一次线圈通过暂态不平衡电流，含大量非周期分量，B沿局部磁滞回线变化,2.变压器两侧电流相位不同引起的不平

17、衡电流,变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30,2.变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流,变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30,2.变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流,变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30,希望：,2.变压器两侧电流相位不同引起不平衡电流,相位补偿的方法： 将变压器星形侧的TA接成 而将变压器侧的TA接成星形 TA接成一侧电流扩大倍,3.电流互感器变比标准化引起的不平衡电流,可将差动继电器的平衡线圈接入互感器二次电流较小的一侧，以平衡差电流产生的磁势,3.电流互感器变比标准化引起的不平衡电流,可将差动继电器的平衡线圈接入互感器二次电流较小的一侧，以平衡差电流产生的磁势,4.两侧TA型号不同产生的不平衡电流,纵差动保护整定时 应按相对误差为10%来计算其不平衡电流,5.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流,三、变压器的纵差动保护,综上所述，变压器外部短路时差动回路