继电保护基础知识.ppt

1、,电流保护的基本思想： 利用电气元件短路故障时电流增大的特征构成。 电力系统中的各种电气元件短路故障后，电流都会增大，利用电流增大的特征就可以构成电流保护。 电流保护是继电保护中一种最基本、最重要的保护。,电力系统短路故障的基本特征是： 电流增大、 电压降低。,电流保护基本原理,一、电流互感器、电压互感器,1、电流互感器,电流互感器的作用是测量一次侧线路的大电流，把一次侧线路的大电流线性转换为二次侧的小电流，以供继电保护使用。,电流互感器二次侧回路不允许开路。,电流互感器二次侧额定电流有5A和1A两种。,电流互感器的极性和一、二次电流的正方向,电流互感器极性定义：电流互感器一次侧电流从正极性端

2、流入时，二次侧电流从正极性端流出；或电流互感器一次侧电流从反极性端流入时，二次侧电流从反极性端流出。 一次、二次侧电流同相位。,电流互感器的极性反映了电流互感器一、二次侧电流的正方向。,电压互感器,电压互感器也是一种小型变压器，其一次绕组并联于一次系统中，把一次系统的大电压线性转变为二次侧的小电压。,电压互感器的二次额定线电压为100V，额定相电压为57.7V。,110kV及以上中性点直接接地系统中广泛采用电容式电压互感器。,电磁型电压互感器的工作原理,二、阶段式电流保护装置,1. 瞬时电流速断保护（电流段） 定义：是仅反映电流增大而瞬时动作的保护。,为提高系统运行的稳定性，保证向重要用户的可

3、靠供电，防止短路电流损坏故障设备，要求各种电气设备必须配备瞬时电流速断保护（电流段），以快速切除故障。,（1）瞬时电流速断保护（电流段保护）； （2）限时电流速断保护（电流段保护）； （3）定时限过电流保护（电流段保护）。,是反映直接测量的线电流增大而瞬时动作的保护。,a 三相短路线电流计算 E - 系统等效电源的相电势 - 短路点至保护安装处的阻抗， 线路每公里的阻抗 保护安装处到系统等效电源之间的系统阻抗,输电线路相间短路电流计算,b 两相相间短路线电流计算,输电线路相间短路电流计算,相同地点发生两相相间短路是三相短路电流的 倍。,输电线路上不同地点短路电流的变化曲线,从短路曲线可见，短路

4、点离保护安装处越远，短路电流越小。,母线A处三相短路电流为：,（2）电流速断保护（电流段）的整定原则, 动作（起动）电流整定值 躲开本线路AB段末端（或相邻下一线路出口处）B处最大短路电流。即大于本线路末端（即母线B处） 的最大短路电流。 动作时限整定值,， 是电流段的可靠系数，取1.21.3,对上图中的电流速断保护1进行整定计算。,所以电流段只能保护本线路首端一部分。,2、限时电流速断保护（电流段）,定义：能够以较小的时限切除全线路范围以内的故障。 特点： 保护线路的全长； 具有最小的动作时限。 （1）工作原理 以限时电流速断保护1为例。 由于要求保护本线路全长，则保护范围必然延伸到下一线路

5、出口。为了保证选择性，需带时限。比下一线路电流速断保护延时t。,（2）限时电流速断保护（电流段）的整定原则 起动电流整定值 限时电流速断保护1的保护范围不应超过保护2的段保护范围 （ 电流段可靠系数 ） 动作时限 （ t0.5s ），一般,当K点短路故障时，断路器1的电流段保护起动但不动作。,3.定时限过电流保护（电流段）,作为后备保护：（1）近后备保护本线路全长 （2）远后备保护相邻下一线路全长 整定：按照躲开（大于）最大负荷电流整定，定值较低。,起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。 定时限过电流保护在正常运行时不应起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作。 定时限

6、过电流保护（电流段）一般情况下能够保护本线路全长，下一线路全长，甚至下级更远的线路。,可靠系数，1.15 1.25 返回系数，0.85 自起动系数，与负荷性质与接线有关，大于1 动作时限 阶梯型的时限特性： ，一般, 起动电流整定值 外部k点故障切除后电动机M发生自起动时，保护装置能够可靠返回，即返回电流要满足,电流段：,（1）保护本线路首端一部分； （2）瞬时动作，即动作时限为0s。,电流段：,（1）保护本线路全长及相邻下一线路首端部分，但不超过下一条线路电流段的保护范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。,电流段：,（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； （2）延时动作

7、，一般动作时限为：,三段式电流保护总结,2.1 距离保护基本原理,一、距离保护的基本概念,距离保护（阻抗保护）：利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离（阻抗）而工作的保护。是反应测量阻抗降低而动作的保护。,电流保护：反应短路电流增大而动作的保护。 经济、可靠；受运行方式影响，很难保证灵敏性。,测量阻抗为：,正常运行时：测量电压 高，测量电流 小，测量阻抗大； 内部短路时：测量电压 小，测量电流 大，测量阻抗小。,距离保护的基本概念,距离保护是反应测量阻抗变化的阻抗保护。,测量阻抗 是复数。,是保护安装处至短路故障处之间线路的阻抗。,设线路单位长度

8、阻抗为,距离段：,（1）保护本线路全长的8085； （2）瞬时动作，即动作时限为0s。,距离段：,（1）保护本线路全长及相邻下一线路首端部分，但不超过下一条线路距离段的保护范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。,距离段：,（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； （2）延时动作，一般动作时限为：,三段式距离保护总结,阻抗保护的动作特性,阻抗是复数，是向量，既有大小（幅值），也有方向（相位）,不同方向（相位）上的阻抗不能比较大小，所以阻抗保护的动作特性分析不同于电流保护。,阻抗继电器的测量阻抗可以在阻抗复平面图上进行表示，测量阻抗是阻抗复平面图上的一个坐标点，或一个向量。,当

9、电流参考方向为：母线线路,正方向K1故障时，测量阻抗在第一象限。反方向K2故障时，测量阻抗在第三象限。,阻抗保护的动作特性,阻抗保护的动作特性由阻抗复平面图上的阻抗动作区来表示。,阻抗动作区：是阻抗复平面图上的一个区域，当测量阻抗落在区域内，则阻抗保护认为是内部故障，保护动作。,测量阻抗为Zm1时，在阻抗动作区内，阻抗保护动作；,测量阻抗为Zm2时，在阻抗动作区外部，阻抗保护不动作。,阻抗动作区可以是任意形状。,阻抗复平面上圆特性的阻抗继电器,动作特性：唯一取决于短路点到保护安装处的阻抗大小，与测量阻抗的阻抗角无关，也与短路发生在保护安装处的正向或反向无关。,阻抗动作区是一个以原点为圆心、 为

10、半径的圆。,三种阻抗动作区： 1. 全阻抗继电器特性; 2. 方向阻抗继电器特性; 3. 偏移阻抗继电器特性,全阻抗继电器,方向阻抗继电器 动作特性：阻抗动作区是以 为直径，以 为圆心的圆。动作区的圆弧经过原点。,方向阻抗继电器的动作区主要位于第一象限。,方向阻抗继电器具有方向性。当线路正向故障时，测量阻抗位于阻抗复平面图上的第一象限。如果线路反向故障时，测量阻抗位于阻抗复平面图上的第三象限。,3.1 中性点直接接地电网的接地保护,一、阶段式零序电流保护的构成原理,在我国电力系统中： 110kV及以上电网中性点直接接地 66kV及以下电网 中性点不接地或不直接接地,在中性点直接接地电网中，单相

11、接地故障电流大，接地故障占故障总数的80以上。,中性点直接接地电网发生接地故障时，将出现很大的零序电流。,电力系统的正序、负序、零序电流电压分量,电力系统的正序分量：,电力系统的负序分量：,电力系统的零序分量：,电力系统的正序、负序、零序分量由A、B、C 三相相量分解得来。,电力系统的正序、负序、零序电流电压分量,电力系统的正序分量在正常运行状态、故障运行状态都存在。,电力系统的负序分量在不对称故障状态时存在。,电力系统的零序分量在接地故障状态时存在。,电力系统的零序分量只有在单相接地故障、相间接地故障状态时存在，在正常运行时是不存在的。,零序电流的计算,电力系统中发生接地短路故障时，零序电流

12、的计算是在系统等值零序序网图中进行的。,其中， 是故障附加零序电压源。,零序电流为：,是线路AB的零序阻抗，一般是正序阻抗的3倍。,零序电流保护的工作原理,零序电流保护：反映零序电流增大而动作的保护,零序电流保护的起动电流整定类似反映线电流的电流保护。 必须基于故障零序电流的计算，根据不同地点接地故障时零序电流大小的不同来整定。,接地故障点越远，零序电流越小。,电压互感器的二次侧开口三角输出零序电压 。,零序电压、零序电流的获取 1. 零序电压的获取 （1） 零序电压过滤器,（2） 加法器 （3） 微机保护内直接利用程序 （4） 发电机中性点电压互感器或消弧线圈二次侧,3.2 零序电流互感器（

13、过滤器） （1）零序电流过滤器 利用A、B、C三相的三个电流互感器来获取零序电流，三个相电流互感器中性线上的电流就是零序电流。,（2）专用零序电流互感器（电缆线路） 一次电流： 优点：无不平衡电流，接线简单,零序电流段：,（1）保护本线路首端一部分； （2）瞬时动作，即动作时限为0s。,零序电流段：,（1）保护本线路全长及相邻下一线路首端部分，但不超过下一条线路电流段的保护范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。,零序电流段：,（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远； （2）延时动作，一般动作时限为：,三段式零序电流保护总结,4. 中性点非直接接地系统的接地保护,（1）中性点

14、不接地电网 （2）中性点经消弧线圈接地电网（即经过电感接地） （3）中性点经电阻接地电网,中压电网（3kV、6kV、10kV）一般都是中性点非直接接地电网，又称为小接地电流系统、中性点非有效接地系统。包括,一、中性点不接地电网单相接地故障的特点（单条线路）,a)接地相电压为零。 b)中性点电压升高为相电压。 c)非故障相电压升高 倍； d)电网各处的零序电压相等， 都升高为相电压。 e)线电压依然对称。,接地点电流为正常时三相电容电流代数和， 接地点电流是线路的零序电流。,N,N,D,中性点不接地系统中单相接地故障特点,（1）单相接地故障电流小，为分布电容电流。线路对地分布电容大，单相接地故障

15、电流大。 （2）线路线电流变化不大。 （3）仍然可以带单相接地故障运行2个小时，供电可靠性高。为了防止单相接地故障发展成严重的相间短路，需要及时告警并排查单相接地故障点。,中性点直接接地系统中单相接地故障特点,（1）单相接地故障电流大，远大于负荷电流。 （2）故障相电流远大于非故障相电流。 （3）对系统破坏大，必须快速跳闸切除故障线路。,5. 低压配电系统的接地方式及接地故障的保护,配电系统中性点的正确接地方式及对接地故障合理有效的保护是保证安全生产、系统可靠运行的重要方面。,在我国现行建筑设备规范标准，将低压配电系统分为三种 ,即 TN系统、TT系统和 IT系统三种形式。,（1）TN系统：电

16、源中性点（零线）直接接地，负荷设备零线、地线与电源零线、地线相连。 （2）TT系统：电源中性点（零线）直接接地，负荷设备地线就地接大地。 （3）IT系统：电源中性点不接地或经阻抗接地。,6 纵联保护,纵联保护：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧电气量同时比较、联合工作的保护。即线路两侧之间有纵向联系的保护。,纵联保护特点：可以快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，实现全线速动。线路两侧之间有通信。,对于220kV及以上高压线路，要求必须配置全线速动的纵联保护，把它作为主保护，对全线路内发生的各种类型故障，均能快速动作切除故障。,输电线路纵联电流差动保护原理,根据基尔霍夫电流定律，

17、线路两侧电流参考方向如上图所示。当线路上没有内部故障时，线路两侧的电流之和为零，即流入线路元件的电流之和为零；当线路有内部故障时，线路两侧电流之和不为零。 即：,正常运行或外部故障时(F2): 或 内部故障时（F1）： 或,输电线路纵联电流差动保护的工作原理： 当差动电流 时，认为是内部故障，保护动作。,输电线路纵联电流差动保护原理的优点,1、保护范围明确，即是线路两侧电流互感器之间的范围。 2、动作速度快，可以实现全线路瞬时切除区内故障。 这是由于纵联电流差动保护不需与相邻元件的保护配合。 3、不受系统振荡、系统运行方式变化的影响。,6.1 输电线路纵联保护的基本原理的分类,（1）两端电流相

18、量的故障特征（纵联电流差动保护原理） 正常运行和外部故障时（F2）： 内部故障时（F1）：,（2）两端功率方向的故障特征（方向纵联保护原理） 假设正功率方向为：母线线路 正常运行和外部故障时（F2）：一端功率为正，一端为负 内部故障时（F1）：两端功率都为正,输电线路纵联保护的基本原理的分类,（3）两端电流相位的特征（相差纵联保护原理） 正常运行和外部故障时（F2）： 和 的相位相差180。 内部故障时（F1）： 和 的相位相同。,（4）两端测量阻抗的特征（距离纵联保护原理） 正常运行和外部故障时（F2）：两端的距离段测量阻抗一侧为反方向，另一侧为正方向。 内部故障时（F1）：两端的距离段测量阻抗都在正方向,6.2 输电线路纵联保护的按照通信通道分类,输电线路纵联保护的保护原理分类和按照通信通道的分类是 不同的分类方法。两种分类方法可以重叠应用。 目前导引线在线路纵联保护中的应用越来越少，基本上都是 采用输电线载波通道、微波和光纤作为通信通道。 在后三种通信通道中，光纤的通信质量是最好的。输电线载 波通道的通信质量最差。,通