繼電保護(hù)專業(yè)基礎(chǔ)講義課件

繼電保護(hù)基礎(chǔ)1、繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識2、線路的三段式過流保保護(hù)3、線路的縱差保護(hù)

4、變壓器的保護(hù)Text5、陽煤電網(wǎng)繼電保護(hù)及自動裝置的運行1、繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識1、介紹短路的危害（內(nèi)容）1故障點的很大的短路電流燃起的電弧，使故障設(shè)備損壞。2從電源到故障點間流過的短路電流，它們引起的發(fā)熱和電動力將造成在該路徑中有關(guān)的非故障元件的損壞。3靠近故障點的部分地區(qū)電壓大幅下降，使用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。4破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。一、繼電保護(hù)的作用

2、繼電保護(hù)裝置的定義電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置就是裝設(shè)在每一個電氣設(shè)備上，用來反應(yīng)它們發(fā)生的故障和不正常運行情況，從而動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。3、繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)1自動、有選擇性、快速的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件損壞程度盡可能減輕，并保證該系統(tǒng)中非故障部分迅速恢復(fù)正常運行。2反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護(hù)的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號、減負(fù)荷或延時跳閘3后備保護(hù)定義1遠(yuǎn)后備：在每個設(shè)備構(gòu)成的一套保護(hù)中分別起主保護(hù)、后備保護(hù)的兩部分。作為后備保護(hù)的部分既可作為主保護(hù)拒動的后備，更主要的作為相鄰下一設(shè)備斷路器和保護(hù)拒動的后備保護(hù)。2近后備：對每個被保護(hù)設(shè)備（或稱元件）上裝設(shè)著分別起主保護(hù)和后備保護(hù)作用的獨立的兩套保護(hù)，后備保護(hù)作用的實現(xiàn)的特點有兩個方面，一是“就近”實現(xiàn)，不依靠相鄰的上一個元件處的保護(hù)，二是主保護(hù)拒動，由本處的后備保護(hù)起作用。2、速動性基本含義：指繼電保護(hù)裝置應(yīng)盡可能快的速度斷開故障元件。3、靈敏性（1）基本含義：指保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)的故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力稱為靈敏性（靈敏度）。（2）衡量標(biāo)準(zhǔn)靈敏性常用靈敏系數(shù)來衡量。它是在保護(hù)裝置的測量元件確定了動作值后，按最不利的運行方式、故障類型、保護(hù)范圍內(nèi)的指定點校驗，并滿足有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。4、可靠性基本含義：可靠性是指在保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該反應(yīng)的故障時，保護(hù)裝置應(yīng)該可靠地動作(即不拒動)。而在不屬于該保護(hù)動作的其它情況下，則不應(yīng)該動作（即不誤動）5、經(jīng)濟性和可維護(hù)性經(jīng)濟性是指保護(hù)裝置購置、安裝、調(diào)試及運行維護(hù)等費用?？删S護(hù)性是指保護(hù)裝置的正常動作及定期維護(hù)，應(yīng)該比較方便。2、線路的三段式過流保護(hù)1、電流繼電器的功能電網(wǎng)發(fā)生相間短路時，一個明顯的特征就是故障相電流明顯增大，因此通過檢測電流的變化可以斷定事故的發(fā)生，這就是作為故障檢測元件之一的電流繼電器的功能。2、動作電流定義（Iop.r）能使繼電器動作的最小電流值。3、返回電流的定義（Ire.r）能使繼電器返回原位的最大電流值。一、基礎(chǔ)知識4、繼電特性的定義在繼電器動作以后，當(dāng)電流減小到輸入繼電器的電流Ir≤Ire.r時，繼電器能立即返回原位。無論啟動和返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一中間位置。這種特性我們稱之為“繼電特性”5、返回系數(shù)的定義和公式繼電器的返回電流與動作電流的比值。Kre=Ire.r/Iop.r6、返回系數(shù)的范圍：0.8——0.91、定義：反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流保護(hù)，簡稱電流速斷保護(hù)。2、畫出實例圖如下：二、無時限電流速斷保護(hù)（電流I段）3、解決選擇性的兩種辦法：第一，優(yōu)先保證動作的選擇性，即從保護(hù)裝置啟動參數(shù)的整定上保證下一條線路出口短路時不啟動。在繼電保護(hù)技術(shù)中，這又稱躲開下一條線路出口處短路的條件整定。第二，當(dāng)快速切除故障為首要條件時，就采用無選擇性的電流速斷保護(hù)，而以自動重合閘來糾正這種無選擇性動作。4、最大運行方式和最小運行方式的定義對每一套保護(hù)裝置來講，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的方式，稱為系統(tǒng)最大運行方式，而短路電流為最小的方式，則稱為系統(tǒng)最小運行方式。5、大小運行方式下的短路電流情況在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路故障時，通過保護(hù)裝置的電流為最大，而在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，則短路電流為最小。6、速斷保護(hù)的整定公式IOP=Krel*If.maxKrel為可靠系數(shù)，Krel=1.2～1.37、速斷保護(hù)在大小運行方式下的保護(hù)范圍分析當(dāng)系統(tǒng)為最大運行方式且發(fā)生三相短路故障時，電流速斷的保護(hù)范圍為最大，當(dāng)出現(xiàn)其它運行方式或兩相短路時，速斷的保護(hù)范圍都要減小，而當(dāng)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路時，電流速斷的保護(hù)范圍為最小。一般情況下，應(yīng)按這種方式和故障類型來校驗其保護(hù)范圍。規(guī)程規(guī)定，最小保護(hù)范圍不應(yīng)小于線路全長的15%～20%。8、速斷保護(hù)的主要優(yōu)點簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。1、定義限時電流速斷保護(hù)用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也作為速斷的后備。它能以較小的時限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障。2、對保護(hù)的要求首先在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長，并且具有足夠的靈敏性，其次在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。3、工作原理的分析和實例圖如下：三、限時電流速斷保護(hù)（電流II段保護(hù)）由于要求限時電流速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路的全長，因此它的保護(hù)范圍必須延伸到下一條線路中去，這樣當(dāng)下一條線路出口處發(fā)生短路時，它就要誤動。為了保證動作的選擇性，就必須使保護(hù)的動作帶有一定的時限，此時限的大小與其延伸的范圍有關(guān)。為盡量縮短此時限，首先規(guī)定其整定計算原則為限時電流速斷的保護(hù)范圍不超出下一條線路電流速斷的保護(hù)范圍，同時動作時限比下一條線路的電流速斷保護(hù)高出一個△t的時間階段。7、保護(hù)裝置靈敏性的校驗（1）定義為了能夠保護(hù)本線路的全長，限時電流速斷保護(hù)必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，具有足夠的反應(yīng)能力，這個能力通常用靈敏系數(shù)來Ksen衡量。（2）公式Ksen=If.B.min/I2op.2式中If.B.min——系統(tǒng)最小運行方式下線路A—B末端發(fā)生兩相短路時的短路電流；I2op.2——保護(hù)2限時電流速斷的整定電流值。（3）靈敏系數(shù)的范圍：1.3——1.58、單相原理接線圖1、保護(hù)引出的原因前面所講的無時限電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)的動作電流，都是按某點的短路電流來整定的。雖然無時限電流速斷保護(hù)可無時限的切除故障線路，但它不能保護(hù)線路的全長。限時電流速斷保護(hù)雖然可以較小的時限切除線路全長上任一點的故障，但它不能作為相鄰線路故障的后備。故引入定時限過電流保護(hù)。2、保護(hù)定義啟動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置。它在正常運行時不應(yīng)該啟動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情況下，它不僅能保護(hù)本線路的全長，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長，以起到后備保護(hù)的作用。四、定時限過電流保護(hù)（電流III段）4、自起動系數(shù)定義和范圍當(dāng)故障切除后電壓恢復(fù)時。電動機有一個自啟動的過程。電動機的自啟動電流要大于它正常工作的電流，因此引入一個自啟動系數(shù)Kst來表示自啟動時最大電流Ist.max與正常運行時最大負(fù)荷電流IL.max之比，即Ist.max=Kst*IL.max式中Kst一般取1.5～35、返回系數(shù)定義數(shù)值Kre=Ire/Iop式中Ire——返回電流Iop——啟動電流Kre——返回系數(shù)，一般取0.856、定時限過電流保護(hù)整定公式Iop=(Krel*Kst)/Kre*IL.max式中Krel——可靠系數(shù)，一般取1.15～1.25Kre——返回系數(shù)，一般取0.857、為什么要求有較高的返回系數(shù)當(dāng)Kre減小時，保護(hù)裝置的啟動電流越大，因而其靈敏性越差。這就要求過電流繼電器有較高返回系數(shù)的原因。8、動作時限的要求（為什么稱為定時限）此保護(hù)的動作時限，經(jīng)整定計算確定之后，即由專門的時間繼電器予以保證，其動作時限與短路電流的大小無關(guān)，因此稱為定時限過電流保護(hù)。2、分析和實例由于電流速斷不能保護(hù)線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護(hù)，因此為保證迅速而有選擇性的切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護(hù)組合在一起，構(gòu)成三段式電流保護(hù)。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過電流保護(hù)，或限時電流速斷加過電流保護(hù)，也可以三者同時采用。如下圖所示網(wǎng)絡(luò)接線：在電網(wǎng)最末端——用戶的電機或其它受電設(shè)備上，保護(hù)1采用瞬時動作的過電流保護(hù)即可滿足要求，其啟動電流按躲開電動機啟動時的最大電流整定，與電網(wǎng)中其它保護(hù)的定值和時限上都沒有配合關(guān)系

在電網(wǎng)倒數(shù)第二級上，保護(hù)2應(yīng)首先考慮采用0.5秒的過電流保護(hù)，如果在電網(wǎng)中對線路C—D上的故障沒有提出瞬時切除的要求，則保護(hù)2只裝設(shè)一個0.5s的過電流保護(hù)也是完全允許的，而如果要求線路C—D上的故障必須快速切除，則可增設(shè)一個電流速斷，此時保護(hù)2就是一個速斷加過電流保護(hù)的兩段式保護(hù)。繼續(xù)分析保護(hù)3，其過電流保護(hù)由于要和保護(hù)2配合，以此動作時限要整定為1～1.2s，一般在這種情況下，就需要考慮增設(shè)電流速斷或同時裝設(shè)電流速斷和限時電流速斷，因此保護(hù)3可能是兩段式也可能是三段式。越靠近電源端，則過電流不好的動作時限就越長，因此，一般都需要裝設(shè)三段式的保護(hù)。具有上述配合關(guān)系的保護(hù)裝置配置情況，以及各點短路時實際切除故障的時間也相應(yīng)地表示在圖上。由圖可見，當(dāng)全網(wǎng)任何地點發(fā)生短路時，如果保護(hù)或斷路器拒絕動作的情況，則故障都可在0.5s的時間予以切除。下圖為階段式電流保護(hù)的配合和實際動作時間的示意圖。3、單相接線原理圖具有電流速斷、限時電流速斷和過電流保護(hù)的單相原理接線圖。電流速斷部分由繼電器1～3組成，限時電流速斷部分由繼電器4～6組成，過電流部分由繼電器7～9組成。由于三段的啟動電流和動作時間整定值均不相同，因此必須分別使用三個電流繼電器和兩個時間繼電器，而信號繼電器3，6和9則分別用以發(fā)出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段動作的信號。4、優(yōu)點簡單、可靠，并且在一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。因此在電網(wǎng)特別是在35KV及以下的較低電壓的網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。5、缺點它直接受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響。例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性必須用系統(tǒng)最小運行方式來校驗，這就使它往往不易滿足靈敏系數(shù)或保護(hù)范圍的要求。1、縱差保護(hù)的引出在現(xiàn)代的高電壓（220KV及以上）輸電系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在很多情況下都要求保護(hù)能無時限的切除被保護(hù)線路任何點的故障。電流電壓保護(hù)、方向電流保護(hù)和距離保護(hù)都不能滿足這一點要求。因為這些保護(hù)的測量元件只能反應(yīng)被保護(hù)線路一端的電氣量，因而它們無法區(qū)分本線路末端和下一線路始端的故障。這不僅由于在這兩處短路時，測量元件至短路點的電氣距離趨于相等，而且還由于測量元件的測量誤差，短路電流計算的原始數(shù)據(jù)不十分準(zhǔn)確，互感器誤差，短路類型不同，以及系統(tǒng)運行方式的變化等因素。因此為了保證保護(hù)的選擇性就不得不采用延時或縮短保護(hù)區(qū)的辦法。因而這些保護(hù)都不能滿足無延時切除被保護(hù)線路任何點故障的要求，為了解決這一問題就必須采用新原理的保護(hù)——縱差保護(hù)。3、線路的縱差保護(hù)2、縱差保護(hù)的原理按比較被保護(hù)的線路各端電流的大小相位的原理實現(xiàn)的。3、縱差保護(hù)的定義由于引入繼電器的電流是被保護(hù)線路兩端電流之差，故這種保護(hù)稱為電流縱差動保護(hù)。4、分析和實例圖在輸電線路的兩段裝設(shè)性能和變比完全相同的電流互感器，其二次側(cè)同極性端用引導(dǎo)線連接，電流繼電器接于差動回路中。如下圖所示被保護(hù)線路MN末端K1點和下一條線路始端K2點短路時，通過線路末端的短路電流（IN1與IN2），不僅大小不同，而且方向相反。如果M側(cè)保護(hù)的測量元件能同時反應(yīng)線路MN兩側(cè)的電量（電流的大小和相位或功率的方向），則保護(hù)就能正確判斷線路MN末端（內(nèi)部）和下一條線路始端（外部）的短路。因此，不需延時就可保證動作的選擇性，即可以無延時的切除被保護(hù)線路任何點的故障。輸電線路內(nèi)、外短路示意圖5、影響縱差保護(hù)的因素1電流互感器的誤差和不平衡電流；2引導(dǎo)線的阻抗和分布電容；3引導(dǎo)線的故障和感應(yīng)過電壓。1、故障類型電力變壓器的故障分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障包括繞組的相間短路，中性點直接接地側(cè)的接地短路和匝間短路。油箱外部故障，主要是絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和中性點直接接地側(cè)的接地短路。2、異常運行狀態(tài)過負(fù)荷外部引起的過電流、外部接地短路引起的中性點過電壓、油面下降及過電壓或頻率降低引起的過勵磁現(xiàn)象等。4、變壓器的保護(hù)一、故障異常狀態(tài)及保護(hù)方式3、應(yīng)該裝設(shè)的保護(hù)1防止變壓器繞組和引出線相間短路，直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的（縱聯(lián)）差動保護(hù)。2防止變壓器油箱內(nèi)部各種短路或斷線及油面降低的瓦斯保護(hù)。3防止直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路并作為瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)后備的零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)及變壓器接地中性點有放電間隙的零序電流保護(hù)。4防止變壓器過勵磁保護(hù)。5防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)后備的過電流保護(hù)和阻抗保護(hù)。6防止變壓器對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)。7反應(yīng)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)。1、差動保護(hù)的原理（1）接線方式和比率制動判據(jù)二、變壓器內(nèi)部故障的差動保護(hù)三相變壓器高、低（有時還有中壓側(cè)）繞組接線方式（即連接組別）不同，例如常見的主變具有高、低壓雙側(cè)繞組，采用Y,d11型接線方式，因此變壓器兩側(cè)同名相電流的相位不一致。在注冊運行工況下，變壓器三角形側(cè)的線電流比星型側(cè)的線電流超前30°，令一方面因變壓器變比K的影響，高、低壓側(cè)的電流也不相同。為了保證正常運行時在變壓器差動保護(hù)的二次回路中，原、副方電流的幅值與相位基本一致，在選取電流互感器的二次接線方式與變比時需考慮進(jìn)行相位與幅值校正。采用比率制動特性后，最小動作電流Iop.min只需躲過正常運行時最大不平衡電流。（2）不平衡電流的種類1由于變壓器高、低壓側(cè)電流互感器變比不能完全滿足要求而產(chǎn)生不平衡電流。2帶負(fù)荷調(diào)壓而產(chǎn)生不平衡電流。3變壓器兩側(cè)電流互感器誤差不同產(chǎn)生的不平衡電流。4勵磁涌流（3）勵磁涌流的定義當(dāng)變壓器空載投入或者外部故障切除電壓恢復(fù)時，勵磁電流突然大大增加，其值可達(dá)額定電流的6～8倍，該電流稱為勵磁涌流。（4）勵磁涌流的特點1變壓器每相繞組勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量，其含量大小與鐵芯飽和磁通、剩磁大小及電壓突變初相角等因素直接相關(guān)。2每相涌流及二相涌