繼電保護簡介

1、繼電保護簡介1. 概述1.1. 電力系統(tǒng)的故障及不正常工作狀態(tài)由于設備構造上的缺陷、設計和安裝的錯誤、檢修質量不高、運行維護不當、操作錯誤、設備絕緣老化、風雨雷電及鳥獸災害等原因，致使電力系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生故障。最常見的故障是各種類型的短路：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路及發(fā)電機和變壓器的繞組匝間短路。輸電線路的斷線也屬于故障。短路類型示意圖概率三相短路5%兩相短路10%兩相接地短路20%單相接地短路65%故障造成的后果：² 電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞。² 故障處短路電流很大，形成電弧，燒壞電氣設備。² 短路電流的熱效應和電

2、動力，使故障電路中電氣設備遭到破壞或影響其使用壽命。² 破壞發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)振蕩或瓦解。另外電力系統(tǒng)還可能出現(xiàn)各種不正常工作狀態(tài)，如過負荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。故障和不正常工作狀態(tài)都能引起人身傷亡和設備的損壞，甚至使系統(tǒng)瓦解。故在電力系統(tǒng)中，除應采取各項措施消除或減少發(fā)生故障的可能性外，一旦發(fā)生故障，必須迅速而又有選擇性的切除故障設備，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法。這一切的實現(xiàn)均倚賴于繼電保護裝置。1.2. 繼電保護裝置定義繼電保護裝置是指能反映電力系統(tǒng)中的故障和不正常工作狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動裝置，由于其從前大多由繼電器組合而成，故稱為繼

3、電保護裝置。1.3. 繼電保護裝置原理繼電保護裝置利用正常與故障或異常狀況下電氣量的變化來鑒別：² 反應電氣量增加：過電流、過電壓。² 反應電氣量減少：低電壓保護。² 反應U/I變化：距離保護。² 反應電氣元件兩端相位或功率的變化：差動保護1.4. 對繼電保護裝置的基本要求² 選擇性：保護動作時僅將故障元件切除，使停電范圍盡量縮小。² 速動性：快速切除故障以提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，² 靈敏性：要求保護裝置對其保護范圍內(nèi)的任何故障和不正常工作狀態(tài)都能正確反應。² 可靠性：1.5. 繼電保護裝置的分類繼電保護裝置由最

4、初的熔絲保護發(fā)展到機電型再到晶體管型再到集成電路型，發(fā)展到今天，微機型繼電保護正得到越來越廣泛的應用。按構成原理分類：電流電壓保護、差動保護、距離保護等。按被保護對象分類：發(fā)電機保護、變壓器保護、母線保護、線路保護和電動機保護等。2. 輸電線路保護輸電線路主要是架空線路的故障最多，線路必須架設完備的保護。按其作用對象不同可分為：中低壓線路保護，高壓超高壓線路保護。2.1. 大接地短路電流系統(tǒng)與小接地短路電流系統(tǒng)2.1.1. 大接地短路電流系統(tǒng)110KV及以上電壓系統(tǒng)中，中性點直接接地，單相接地短路時，接地電流很大，一般500A以上，因此叫做大接地短路電流系統(tǒng)。當有一相發(fā)生接地時，繼電保護裝置動

5、作使斷路器跳閘，切除故障線路。2.1.2. 小接地短路電流系統(tǒng)35KV及以下電壓系統(tǒng)中，中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，單相接地短路時，故障點流過很小的電容電流，因此叫做小接地短路電流系統(tǒng)。當有一相發(fā)生接地故障時，線電壓仍三相對稱，不影響正常供電，允許運行12小時而不必跳閘，由運行人員采取措施，切除故障。當發(fā)生兩點接地短路時，短路電流會很大，相間短路保護可動作于斷路器跳閘。2.2. 中低壓線路保護主要包括相間短路保護（過電流保護與方向過電流保護）與接地保護（零序過流保護與接地選線）。2.2.1. 三段式過電流保護用于單側電源網(wǎng)絡線路的相間短路。2.2.1.1. 電流速斷保護反應電流增大而瞬時動作

6、的電流保護稱為電流速斷保護。不能保護線路全長，但要求保護范圍不能小于15%20%。2.2.1.2. 限時電流速斷保護作用：解決電流速斷保護不能保護線路全長，作電流速斷保護的后備保護。任何情況下都能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性，力求最小的動作時限。正是因為它能以較小的時限快速切除全線路范圍內(nèi)的故障，因此稱之為限時電流速斷保護。2.2.1.3. 定時限過電流保護作用：作本線路和相鄰線路的后備保護。2.2.1.4. 反時限過電流保護定時限過電流的動作時間與電流的大小無關，只要達到動作電流值，就以一定的時限動作。一般用在首末端短路電流變化較小的情況下。而反時限過電流保護則是保護的動作時間與短路電流

7、成反比，短路電流大，動作時間小，短路電流小，動作時間長。2.2.2. 低壓閉鎖的三段式過電流保護為了彌補過電流保護靈敏度不夠的情況，增加了低電壓閉鎖元件。2.2.3. 方向過電流保護用于雙側電源網(wǎng)絡線路的相間短路保護。2.2.4. 三段式或四段式零序方向過流保護用于中性點直接接地系統(tǒng)中的線路單相接地保護。2.2.5. 小電流接地選線用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中查找單相接地的線路（注意：不是選相）。對中性點不接地系統(tǒng)，接地選線的方法之一是反應工頻電容電流方向的零序功率方向保護：根據(jù)中性點不接地系統(tǒng)單相接地時的特點：非故障線路的零序電流超前于零序電壓90°；故障線路的零序電流

8、滯后于零序電壓90°的特點，構成保護。對中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，不能利用零序功率方向保護作為接地選線的方法。2.3. 高壓超高壓線路保護2.3.1. 距離保護簡單的電流電壓保護的靈敏性受系統(tǒng)運行方式影響大，在重負荷長距離輸電線路上，其靈敏性往往不能滿足要求；另外在超高壓多電源的復雜網(wǎng)絡中，往往不能滿足選擇性要求。距離保護是反應被保護線路始端電壓和線路電流的比值的一種保護，該比值稱為測量阻抗Zj。正常運行時，測量阻抗稱為負荷阻抗，其值較大。當系統(tǒng)發(fā)生短路時，測量阻抗等于保護安裝處（如變電站內(nèi)）到短路點的線路阻抗，其值較小，距離保護根據(jù)測量阻抗的大小，反應故障點的遠近，故稱距離保護。

9、有時又稱為阻抗保護。2.3.2. 縱聯(lián)差動保護基于比較被保護線路兩端電流的大小和相位的原理。多用于長度較短的線路及發(fā)電機、變壓器、母線。3. 變壓器保護3.1. 概述作為電力系統(tǒng)中重要的電氣設備，變壓器在運行中的故障將給供電和系統(tǒng)帶來嚴重的后果。3.1.1. 變壓器的故障變壓器可能發(fā)生的故障有：各相繞組之間發(fā)生的相間短路；單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路；單相繞組和鐵芯間絕緣損壞而引起的接地短路；引出線的相間短路；引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路等。變壓器發(fā)生故障時，必須將其從電力系統(tǒng)中切除。3.1.2. 變壓器的不正常運行狀態(tài)變壓器的不正常工作狀態(tài)主要包括：由于外部短路或過負荷引起的過電流

10、；油箱漏油造成的油面降低；變壓器中性點電壓升高；由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁等。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，應發(fā)出信號。為保證電力變壓器的安全運行，按規(guī)程規(guī)定，變壓器一般應裝設以下繼電保護裝置：3.2. 變壓器的瓦斯保護瓦斯保護防御變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低。當變壓器油箱內(nèi)發(fā)生各種短路故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，變壓器油和絕緣材料受熱分解，產(chǎn)生大量氣體，從油箱流向油枕上部。故障越嚴重，產(chǎn)生氣體越多，流向油枕的氣流和油流速度也越快，利用這種氣體來實現(xiàn)的保護稱瓦斯保護。輕瓦斯保護反應于氣體容積，動作于信號。重瓦斯保護反應于油流流速，動作于跳閘。瓦斯保護可作為變壓器內(nèi)

11、部故障的一種主保護，但不能作為防御各種故障的唯一保護。3.3. 變壓器的縱聯(lián)差動保護縱聯(lián)差動保護用來防御變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路。可用作變壓器的一種主保護。3.3.1. 原理縱聯(lián)差動保護是通過比較流入和流出變壓器的電流大小而構成的一種保護。其差值就是差動電流。正常運行或區(qū)外故障時，差流（經(jīng)過某些補償措施后）很小，甚至接近于零。變壓器區(qū)內(nèi)故障時，差流較大，可達到幾倍到幾十倍的額定電流，此時，應立即將變壓器從系統(tǒng)中切除。目前，變壓器普遍采用的差動保護包括差動速斷和比率差動，二者同時使用。3.3.2. 勵磁涌流的影響及消除正常運行時，勵磁電

12、流僅為變壓器額定電流的3%6%。在電壓突然增加的特殊情況下，例如空載投入變壓器或外部短路故障切除后恢復供電等情況下，就可能產(chǎn)生很大的勵磁電流。這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。勵磁涌流的存在，常導致差動保護的誤動作。為此，必須采取相應措施克服勵磁涌流對差動保護的影響。目前，廣泛采用的方法是利用涌流中的二次諧波制動。變壓器空載合閘時，勵磁涌流中含有較大成分的二次諧波分量（一般超過20%），但在變壓器內(nèi)部故障或外部故障的短路電流中，二次諧波含量較小。因此，采用二次諧波制動是防止變壓器差動保護誤動的有效辦法。應注意的是，二次諧波制動的只是比率差動保護，而對差動速斷保護沒有影響。3.

13、4. 變壓器的后備保護除了瓦斯保護和差動保護以外，變壓器還應裝設后備保護。3.4.1. 復合電壓啟動的過電流保護包括低電壓啟動和負序電壓啟動。靈敏度高，接線簡單，應用廣泛。3.4.2. 零序電流保護防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路。3.4.3. 過負荷保護防御變壓器對稱過負荷。4. 其他保護母線保護、電動機保護等其他種類的保護，這里不再祥述。5. 安全自動裝置5.1. 重合閘（ZCH）輸電線路的故障中，瞬時性故障約占總次數(shù)的80%90%以上。瞬時性故障使線路被繼電保護動作斷開后，故障自行消除。如果此時把斷路器合上，即可恢復供電，避免了不必要的停電，提高了系統(tǒng)供電可靠性。為此，在電力系統(tǒng)中

14、采用自動重合閘，即當斷路器自動跳閘后，自動將斷路器重新合閘。但對于某些永久性故障，重合閘后，由于故障仍然存在，線路會被繼電保護再次跳開。重合閘的成功率一般在60%90%。重合閘在線路發(fā)生瞬時性故障時，可迅速恢復供電從而提高供電可靠性；可以提高雙側電源輸電線路構成的系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；可以糾正斷路器機構不良或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。自動重合閘主要用于架空線路。對電纜線路，由于故障幾率較少，同時其故障常為絕緣破損造成的永久性故障，故不采用自動重合閘。對于包括有架空線與電纜的混合輸電線路，只有在裝設有能判別電纜區(qū)段或架空線區(qū)段故障的裝置的條件下，采用自動重合閘才是適宜的。5.1.1. 對重合閘

15、的基本要求：² 手動或遙控跳閘，不應重合閘。² 手動或遙控合閘于故障線路，繼電保護動作跳開，不應重合閘。² 自動重合閘的動作次數(shù)應符合規(guī)定的次數(shù)：我國大部分選用一次重合閘，二次重合閘應用較少。² 自動重合閘在動作后，應能自動復歸，準備好下次再動作。² 當斷路器處于不正常狀態(tài)而不允許重合閘時，應將重合閘閉鎖。² 重合閘后應加速繼電保護的動作。5.1.2. 重合閘有單相重合閘、三相重合閘及綜合重合閘5.1.3. 普通35KV、10KV線路采用檢無壓三相一次（或二次）重合閘5.1.4. 雙側電源線路采用檢無壓檢同期三相一次重合閘5.2. 自

16、動按頻率減負荷（ZPJH）又稱低頻減載、低周減載。5.2.1. 頻率降低的原因及危害在正常情況下，系統(tǒng)頻率應保持在50±0.5HZ（小系統(tǒng)），50±0.2HZ（大系統(tǒng)）。² 對用戶危害：頻率變化將引起電動機轉速的變化，影響產(chǎn)品質量（紡織、造紙）；影響電子設備的運行（國防、科工）。² 對系統(tǒng)危害：汽輪機葉片斷裂（<48.549.5HZ，易產(chǎn)生裂紋；<45HZ，斷裂）頻率雪崩電壓雪崩5.3. 備用電源自投（BZT）5.3.1. 原因（優(yōu)點）² 提高了供電可靠性。² 限制了短路電流。² 簡化了繼電保護。5.3.2. 幾

17、種常用的BZT5.3.2.1. 分段備自投正常運行時，兩臺變壓器同時投入運行，分段斷路器3DL斷開。當任一故障使I母線失壓時，在1DL確實斷開且II母線有壓的情況下，3DL自動投入，恢復I母線的供電。5.3.2.2. 變壓器備自投正常運行時，1臺變壓器投入運行，另一臺變壓器備用。當任一故障母線失壓時，在1DL、3DL確實斷開且#2變壓器進線有壓的情況下，2DL、4DL自動投入，恢復母線的供電。5.3.2.3. 橋備自投正常運行時，兩條線路和兩臺變壓器同時投入運行，內(nèi)橋斷路器3DL斷開。當任一故障使I母線失壓時，在1DL確實斷開且II母線有壓的情況下，3DL自動投入，恢復I母線的供電。5.3.2.4. 進線備自投正常運行時，1條線路投入運行，另一條線路投備用。當任一故障使母線失壓時，在1DL確實斷開且#2DL進線有壓的情況下，2DL自動投入，恢復母線的供電。5.4. 電壓并列和切換5.4.1. 電壓并列用于單母線分段相同電壓等級的兩個PT之間負荷切換5.4.2. 電壓切換用于變電站雙母線接線方式5.5. 電壓無功綜合控制5.5.