繼電保護(hù)基本概念

1、繼電保護(hù)基本概念第1頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 主要內(nèi)容一、繼電保護(hù)的基本知識 二、線路保護(hù)的基本原理 三、變壓器保護(hù)的基本原理第2頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二一、繼電保護(hù)基本知識 （一）繼電保護(hù)的任務(wù) 1.電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài) （1）故障 短路（最常見、危害最大） 種類：K(1)、K(2)、K（1,1）、K(3)、 匝間短路（變壓器、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等） 危害：電流、電弧 燒壞設(shè)備 電動力 損壞絕緣、載流體 電壓 用戶無法正常工作 系統(tǒng)穩(wěn)定性 振蕩甚至瓦解 斷線 復(fù)合故障 第3頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)5

2、3分，星期二 （2）不正常運(yùn)行狀態(tài) 過負(fù)荷 頻率下降（有功缺額） 過電壓（無功過剩） 系統(tǒng)振蕩 故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)如果不及時處理會引發(fā)“事故”2.繼電保護(hù)的任務(wù) 反“事故” 具體為：（1）快速、有選擇地切除故障（跳閘）（2）發(fā)現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)，通知運(yùn)行人員及時處理 （一般為發(fā)信號）第4頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （二）對繼電保護(hù)的基本要求 選擇性、速動性、靈敏性、可靠性 1.選擇性 （1）切除故障元件，縮小停電范圍 選擇性之一 （2）各級、各種保護(hù)互為備用 選擇性之二 （防備保護(hù)拒動、斷路器拒跳） 主保護(hù) 近后備 后備保護(hù) （斷路器失靈保護(hù)） 遠(yuǎn)后備：本級保護(hù)

3、拒動時，上級保護(hù)作為其后備 第5頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.速動性 （1）減小元件損壞程度 （2）使電動機(jī)易于自起動 （3）系統(tǒng)易于納入同步 （4）防止故障擴(kuò)大 保護(hù)速動 快速斷路器第6頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 3.靈敏性 反應(yīng)故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)的能力 一般用靈敏系數(shù)表示 例如： 對于過量保護(hù)（過電流保護(hù)）有 保護(hù)整定的動作電流值越高，靈敏系數(shù)越小，靈敏性越低； 動作電流值越低，靈敏系數(shù)越大，靈敏性越高。 第7頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 4.可靠性 （應(yīng)該動作時）不拒動； （不該動作時）不誤

4、動。 對繼電保護(hù)的四個基本要求之間相互制約 選擇性 速動性 動作時間 動作值 靈敏性 可靠性 第8頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （三）繼電保護(hù)的基本工作原理 1.短路時電氣量的變化及相應(yīng)的保護(hù)原理 正常運(yùn)行 短路 （1）電流 電流保護(hù)（反應(yīng)電流上升） （2）電壓 電壓保護(hù)（反應(yīng)電壓下降） （3）阻抗 阻抗保護(hù)，即距離保護(hù) （4）電流方向 正方向定義為電流（功率）由母線流向線路。 正常運(yùn)行、區(qū)外故障時：線路兩端一正一負(fù)； 區(qū)內(nèi)故障時：線路兩端均為正（雙側(cè)電源）， 或一端為正，另一端無流（單側(cè)電源） 縱差動保護(hù)、高頻保護(hù)等 第9頁，共33頁，2022年，5月20日，1

5、9點(diǎn)53分，星期二 2.繼電保護(hù)反應(yīng)的物理量 電氣量：I、U、Z、相量、序分量等； 非電氣量：瓦斯（氣體）、溫度等。 3.繼電保護(hù)裝置的組成 測量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分 被測量 測量部分 邏輯部分 執(zhí)行部分 跳閘或發(fā)信號 整定值 判斷是否發(fā)生故障 決定是否動作 保護(hù)出口 （不正常運(yùn)行狀態(tài)） 以滿足選擇性 等要求 第10頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二4.繼電保護(hù)主要類型 兩大類： 線路保護(hù) 元件保護(hù)（發(fā)電機(jī)、變壓器、電容器、 電動機(jī)、電抗器等） 第11頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （四）繼電保護(hù)的基礎(chǔ)元件 1.電流互感器（CT、TA）

6、原理特點(diǎn)： （1）將一次大電流變?yōu)楸阌跍y量的小電流（5A、1A）, 使測量儀表和保護(hù)裝置小型化； （2）工作原理與變壓器相似，使二次設(shè)備與一次設(shè)備 可靠隔離； （3）運(yùn)行中的CT二次側(cè)不允許開路； （4）測量誤差：變比誤差、角度誤差（10誤差曲線） （5）類型：計量用（額定值附近的精度） 保護(hù)用（大電流倍數(shù)時的線性度） （6）接線方式： 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)“三表法”，A,B,C均裝CT； 中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)“兩表法”，A,C相裝CT。 第12頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.電壓互感器（PT、TV） 原理特點(diǎn)： （1）將一次高電壓變?yōu)楸阌跍y量的低電壓（100V）

7、; （2）工作原理與變壓器相似，使二次設(shè)備與一次設(shè)備 可靠隔離； （3）運(yùn)行中的PT二次側(cè)不允許短路（PT二次裝設(shè)熔絲）； （4）接線方式（常規(guī)接法）： 一次接成星形，中性點(diǎn)接地； 二次接成星形（輔助二次接成開口三角形）。 變比為： 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng) 或 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng) 第13頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 3.繼電器（RELAY） 定義：當(dāng)輸入量（激勵量）的變化達(dá)到要求時， 在相關(guān)電氣輸出回路中使輸出量（被控量） 發(fā)生預(yù)定階躍變化的器件。 輸入量可以是電氣量或非電氣量（如瓦斯等）； 輸出量均為電氣量。 基本組成：線圈； 接點(diǎn)（常開/常閉）。 應(yīng)用：常規(guī)保護(hù)用各

8、種類型繼電器構(gòu)成保護(hù)主元件； 微機(jī)保護(hù)主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)（數(shù)字化）, 外圍控制回路中可采用中間繼電器 實(shí)現(xiàn)各種邏輯或進(jìn)行觸點(diǎn)容量轉(zhuǎn)換。 4.其它基礎(chǔ)元件 各種變換器、序分量濾過器等。 第14頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二二、線路保護(hù)的基本原理 （一）三段式電流保護(hù)（反應(yīng)相間短路故障） 1.電流速斷保護(hù)（I段） （1）工作原理 動作電流 可靠系數(shù)，取 1.21.3 動作時限 不需與外部保護(hù)配合 （如線路上有管形避雷器時，動作時限應(yīng)躲過其 泄放雷電流時間：0.06s0.08s）第15頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （2）保護(hù)區(qū)問題 一般不能保

9、護(hù)全線； 保護(hù)區(qū)長短受系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路類型等影響， 不穩(wěn)定。 （3）應(yīng)用 只要有保護(hù)區(qū)，即可投入使用； 應(yīng)用于線路變壓器組時，可以保護(hù)全線。 第16頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.帶時限電流速斷保護(hù)（II段） （1）工作原理 既然要保護(hù)本線路全長，則保護(hù)區(qū)必然延伸至 相鄰下一條線路首端。 一定要帶時限（以保證選擇性） 保護(hù)區(qū)一般不伸過下一條線路的I段保護(hù)區(qū) （2）動作電流 可靠系數(shù)，取 1.11.2 * 也可按躲過線路末端變壓器低壓側(cè)三相短路時流過 保護(hù)安裝處的最大短路電流整定： 可靠系數(shù)，取 1.11.2 兩者取其大。 第17頁，共33頁，2022年，5月2

10、0日，19點(diǎn)53分，星期二 （3）動作時限 0s 0.5s （4）靈敏度 要求 不滿足時，只能與下級的II段配合。 第18頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 3.定時限過電流保護(hù)（III段） （1）工作原理 進(jìn)一步降低動作電流（擴(kuò)大保護(hù)區(qū)），作為本級 I、II段的近后備和下級保護(hù)的遠(yuǎn)后備。 （2）動作電流 整定原則： 躲過最大負(fù)荷電流； 躲過電動機(jī)自起動電流； 下級故障線路切除后，前級III段保護(hù) 應(yīng)可靠返回。 可靠系數(shù)（取11.2） 電動機(jī)自起動系數(shù)（取23） 返回系數(shù)（取0.90.95） 第19頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （3）動作時

11、限 階梯形配合。 時限級差t一般取0.3s0.5s （4）靈敏度 要求 第20頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二（二）電壓閉鎖電流保護(hù) 為提高III段過電流保護(hù)的靈敏度，引入電壓閉鎖元件， 電流元件與低電壓元件同時滿足時（“與”），保護(hù)才出口。 電流元件只要躲過正常負(fù)荷電流即可！ 如靈敏度仍不滿足要求，可用復(fù)合電壓元件取代 低電壓元件，即： 低電壓元件 負(fù)序過電壓元件 第21頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二（三）方向電流保護(hù)（反應(yīng)相間故障） 應(yīng)用在雙側(cè)電源線路上。 方向問題的提出 雙側(cè)電源線路保護(hù)的選擇性出線配合矛盾； 加裝方向元件（與電流元件

12、是“與”的關(guān)系。母線 流向線路為正，線路流向母線為負(fù)）后，矛盾解決。 一般情況下，I、II、III段均帶方向元件 必須按相起動 只有故障相的方向元件才能判別故障方向。 如： 第22頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.低周減載（按頻率自動減負(fù)荷） （1）原理 由系統(tǒng)有功功率缺額（電源、負(fù)載）引起，此時， 必須斷開部分負(fù)荷，減少有功缺額，使系統(tǒng)頻率恢復(fù) 至允許范圍之內(nèi)。 （2）實(shí)現(xiàn) 分級減載，可采用專用減載裝置，也可分散至各 微機(jī)保護(hù)裝置中。 （3）閉鎖條件 當(dāng)滿足下列任一條件時，低周減載閉鎖。 TV斷線（可能測不出真實(shí)f） 正序電壓低于閉鎖值（失電等） 負(fù)序電壓大于5

13、V（短路故障） 相電流小于10額定電流（小負(fù)荷，切除無效果） 頻率小于45Hz 滑差df/dt大于閉鎖值（非功率缺額引起）第23頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 3.備用電源自動投入裝置 （1）原理 當(dāng)工作電源因故障被斷開后，自動、迅速地將備用 電源投入工作。 （2）配置 參見培訓(xùn)教材P83圖（略）。 明備用專用備用電源（線路、變壓器） 暗備用互為備用電源 （3）主要邏輯實(shí)現(xiàn) 工作電源失壓判定（低電壓元件） 工作電源無流判定（過電流元件） 備用電源有壓判定（過電壓元件） 動作延時（使低電壓元件動作的故障發(fā)生后保護(hù) 最大動作時間t保證選擇性） 合閘時加速保護(hù)第24頁，共

14、33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 4.小電流接地電網(wǎng)中單相接地故障檢測（選線） 在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（小電流接地電網(wǎng)）中， 允許帶單相接地故障運(yùn)行一段時間。 基本特征：母線出線零序電壓，零序電流較小， 無法直接判定接地故障饋線。 主要選線方法： （1）零序電流比幅法（不接地系統(tǒng)） （2）零序電壓、零序電流比相法（不接地系統(tǒng)） （3）群體比幅比相法（方法1、2的綜合） （4）其它方法：零序無功功率法、5次諧波法等。第25頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二三、變壓器保護(hù)的基本原理 （一）變壓器的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)設(shè)置 1.故障 （1）箱殼內(nèi)故

15、障 繞組相間短路（三個單相變壓器組不會發(fā)生） 繞組匝間短路 繞組接地短路（與鐵芯、外殼） （繞組開焊） （2）箱殼外故障 引出線或絕緣套管的相間、接地短路。 第26頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.不正常運(yùn)行狀態(tài) 過負(fù)荷 漏油導(dǎo)致油面下降 過勵磁（大容量變壓器） 外部故障引起的過電流 3.保護(hù)設(shè)置 （1）瓦斯保護(hù)（主保護(hù)） 反應(yīng)油箱內(nèi)各種故障，不反應(yīng)油箱外故障 分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù) 應(yīng)用中應(yīng)注意出口繼電器的觸點(diǎn)抖動問題 （氣體體積、油流速度），即應(yīng)有自保持。 （2）縱差動保護(hù)或電流速斷（主保護(hù)） 反應(yīng)繞組相間短路、匝間短路、引出線相 間短路、中性點(diǎn)接地側(cè)接地

16、短路等故障。 不反應(yīng)少繞組的匝間短路、繞組尾部的相 間短路、繞組開焊等故障，故存在“死區(qū)” 必須與瓦斯保護(hù)一起構(gòu)成主保護(hù)。第27頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 （3）反應(yīng)相間故障的后備保護(hù) 既作外部故障的遠(yuǎn)后備，又作主保護(hù)的近后備。 根據(jù)變壓器容量大小及作用不同，可分別采用： 過電流保護(hù) 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù) 負(fù)序電流保護(hù)等 （4）接地保護(hù) 零序電流保護(hù)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng) 零序電壓保護(hù)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng) 中性點(diǎn)間隙零序電流保護(hù) （5）過負(fù)荷保護(hù)（發(fā)信號、起動風(fēng)冷、閉鎖有載調(diào)壓等） （6）過勵磁保護(hù)（大容量、超高壓變壓器） （7）其它非電量保護(hù)（變壓器本體或有載

17、調(diào)壓部分的油溫 、繞組溫度保護(hù)、壓力釋放保護(hù)等） 第28頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二（二）差動保護(hù)基本原理 1.工作原理 （1）差動回路的構(gòu)成（環(huán)流法） （2）內(nèi)部故障時，差動電流為兩差動臂電流之和， 差動電流很大，差動繼電器動作。 （3）外部故障（或正常運(yùn)行）時，理想情況下差動 電流為0，實(shí)際應(yīng)用時，必須使兩差動臂電流方 向相反，且適當(dāng)選擇變比使兩差動臂二次電流 大小相等。 （4）星形中性點(diǎn)接地側(cè)區(qū)外接地故障時，星形側(cè)有 零序電流分流，三角形側(cè)無零序電流，差動繼 電器可能誤動。 總之，差動保護(hù)接法應(yīng)滿足： 兩差動臂二次電流反相相位校正 兩差動臂二次電流大小相等平

18、衡調(diào)整 （幅值校正） 差動回路不可以通過零序電流分量 第29頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.常規(guī)接線（以YN,D11接線為例） 變壓器YN側(cè)，TA接成三角形； 變壓器D側(cè)，TA接成星形。 經(jīng)分析可知，可以滿足上述三個條件。 3.微機(jī)型變壓器差動保護(hù)接線 各側(cè)TA均為星形接法，通過引入兩相電流之差的 方法進(jìn)行移相，完全可以滿足上述三個要求。 可分為Y側(cè)移相和側(cè)移相（靈敏度稍高）兩種。 第30頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二（三）微機(jī)型（數(shù)字式）變壓器差動保護(hù)相關(guān)問題 需解決的問題 （1）正確識別勵磁涌流和短路電流。 （2）外部故障時，差動保護(hù)不應(yīng)動作； 內(nèi)部故障時，差動保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度。 （3）外部故障切除后，差動保護(hù)不應(yīng)誤動。 （4）TA的飽和、斷線的影響 1.正確識別勵磁涌流和短路電流 （1）涌流的產(chǎn)生 （2）涌流的特點(diǎn) （3）識別方法 二次諧波制動 偶次諧波制動 間斷角原理 其它方法（波形對稱、前后半波波形比較等） 第31頁，共33頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)53分，星期二 2.外部故障不誤動、內(nèi)部故障有足夠靈敏度 （1）區(qū)外故障的不平衡電流 （2）制動特性 二折線法 三折線法 最小動作電流 拐點(diǎn)電流 制動系數(shù) 3.外部故障切除后不誤動 原因：區(qū)外故障區(qū)外