繼保知識培訓(xùn)

1、輸變電事業(yè)部輸變電事業(yè)部第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用電力系統(tǒng)繼電保護的作用11 電力系統(tǒng)的組成 電力系統(tǒng)是由發(fā)電機、變壓器、輸電線路、配電線路、負(fù)荷等一次設(shè)備和繼電保護、安全自動控制裝置、測量儀表、通信系統(tǒng)等二次設(shè)備共同組成的一個實時動態(tài)平衡系統(tǒng)；其中 一次設(shè)備是電力系統(tǒng)的軀干，電能的生產(chǎn)、傳輸和消費是靠一次系統(tǒng)來完成的； 二次設(shè)備是電力系統(tǒng)的大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，沒有二次設(shè)備電力系統(tǒng)無法工作。1 12 2 電力系統(tǒng)運行狀態(tài)電力系統(tǒng)運行狀態(tài) 三種狀態(tài)： 正常運行，指電壓、電流、頻率（轉(zhuǎn)速）在規(guī)定的范圍內(nèi)，各個一次電氣設(shè)備能夠正常工作而不損壞的運行狀態(tài) 不正常運行，指電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正

2、常工作遭到破壞但未出現(xiàn)故障的狀態(tài)，比如像過負(fù)荷。 故障，通常指各種類型的短路和斷線，包括各相導(dǎo)體之間或者導(dǎo)體對地的不正常連接、三相或者某相開斷。1 13 3 短路的后果短路的后果 故障和不正常運行狀態(tài)都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果，最危險的是短路故障，它可造成： 短路電流和故障點的電弧使得設(shè)備熱損壞； 短路電動力造成設(shè)備機械損壞； 靠近短路的部分電力系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，破壞負(fù)荷穩(wěn)定性，造成次廢品； 引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩甚至系統(tǒng)瓦解； 造成電力系統(tǒng)事故、甚至災(zāi)變 事故是用后果衡量的，它是故障作用的后果，包括對用戶少送電或停電；電能質(zhì)量嚴(yán)重降低；造成人身傷亡和設(shè)備損壞。 災(zāi)變是指大面積停電等惡性事故。 故障不一定引

3、發(fā)事故和災(zāi)變。1 14 4 故障的排除故障的排除 故障是不可避免的，發(fā)生故障后，迅速而有選擇性地切除故障設(shè)備是保證故障設(shè)備不損壞、非故障設(shè)備繼續(xù)安全運行的前提和保障。1 15 5 繼電保護繼電保護 繼電保護裝置，檢測故障發(fā)生后所出現(xiàn)的故障信息，根據(jù)故障信息判斷故障發(fā)生在那個設(shè)備上，進而快速、有選擇地切除故障設(shè)備的一種安全自動裝置。 繼電保護，泛指繼電保護理論、技術(shù)與裝置以及各種裝置一起所組成的系統(tǒng)。1 16 6 繼電保護的基本任務(wù)繼電保護的基本任務(wù)w自動、迅速、有選擇地將故障設(shè)備切除w反映不正常狀態(tài)，發(fā)出報警信號、減負(fù)荷或者跳閘3 繼電保護系統(tǒng)構(gòu)成 繼電保護的根本任務(wù)是檢測并發(fā)現(xiàn)故障，然后通過

4、斷路器切除故障設(shè)備。因此，一個完整的繼電保護系統(tǒng)至少應(yīng)該包括： 傳感器：包括電壓互感器、電流互感器、其它傳感器（比如瓦斯氣體傳感器）等 繼電保護裝置：有通道的繼電保護甚至需要在兩端（比如線路保護）安裝，還需要專用的繼電保護通道 斷路器：用于切除故障設(shè)備，達(dá)到保護目的。一個典型的繼電保護系統(tǒng)圖如圖14所示 1繼電保護裝置2通信設(shè)備圖14 繼電保護系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 對繼電保護的基本要求對繼電保護的基本要求31 可靠性 該動作的必須可靠動作（不拒動，mis-operation），不該動作的可靠不動（不誤動，mal-operation） 32 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障設(shè)備

5、切除，而使非故障設(shè)備能夠繼續(xù)可靠運行，以盡量減少停運設(shè)備、縮小停電范圍的能力。圖15 選擇性說明圖d3點短路：保護6動作，6QF跳閘；若保護6 或6QF拒動， 5QF跳閘； d2點短路：保護5動作，5QF跳閘；若保護5或5QF拒動，保護1和保護3動作于1QF、3QF跳閘；主保護：主保護：能有選擇性地快速切除全線故障的保能有選擇性地快速切除全線故障的保 護。護。后備保護：后備保護：當(dāng)故障線路的主保護或斷路器拒動當(dāng)故障線路的主保護或斷路器拒動 時用以切除故障的保護。時用以切除故障的保護。近后備保護：近后備保護：作為本線路主保護的后備保護。作為本線路主保護的后備保護。遠(yuǎn)后備保護遠(yuǎn)后備保護：作為下一條

6、相鄰線路主保護或開關(guān)拒：作為下一條相鄰線路主保護或開關(guān)拒 跳的后備保護。跳的后備保護。33 速動性 快速切除故障是減小故障損失的最有效手段。但是速動性（又稱快速性）和選擇性是矛盾的。既要保證選擇性，又要保證速動性是非常困難的。有的場合保證速動性是首要的：維持系統(tǒng)穩(wěn)定要求，快速切除高壓輸電線路故障使發(fā)電廠或重要用戶母線電壓低于允許值（0.7倍額定電壓）大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內(nèi)部故障 故障切除時間等于保護動作時間和斷路器切除時間之和。一般的斷路器動作時間0.06-0.15秒，一般保護動作時間小于40毫秒。34 靈敏性 靈敏性是指保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的能力。滿足靈敏性要求的保

7、護裝置無論故障性質(zhì)與故障點在那里都能反映出來。 靈敏性常常用靈敏系數(shù)來衡量。靈敏系數(shù)按照以下原則來計算：在可能的方式下，選擇最不利于保護動作的方式；選擇最不利于保護動作的故障類型；選擇最不利于保護動作的故障點。第四節(jié)第四節(jié) 繼電保護的分類繼電保護的分類按照保護對象分兩類：n線路保護線路保護：電流保護、電壓保護、距離保護、方向比較式縱聯(lián)保護、電流差動保護等n元件保護元件保護：發(fā)電機保護、變壓器保護、母線保護、電動機保護等第五節(jié)第五節(jié) 微機保護概述微機保護概述 微機保護的構(gòu)成 微機保護由兩部分構(gòu)成：微機保護硬件系統(tǒng)和運行于其中的軟件。微機保護的硬件系統(tǒng)包括以下三大部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入

8、系統(tǒng)）：包括電壓形成、采樣保持、多路開關(guān)及數(shù)模轉(zhuǎn)換微型機（或微處理器）主系統(tǒng)：包括微處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時器、并串接口等開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)：由微型機的并行接口、光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成。完成保護需要的外部觸點接入、出口跳閘、人機對話等功能。圖16 示出了微機保護硬件構(gòu)成框圖圖16 微機保護硬件構(gòu)成框圖最初熔斷器最初熔斷器難以實現(xiàn)選擇性難以實現(xiàn)選擇性電壓、電流保護電壓、電流保護環(huán)網(wǎng)、多源網(wǎng)環(huán)網(wǎng)、多源網(wǎng)方向電流、電壓保護方向電流、電壓保護受系統(tǒng)運行方式影響，難以滿足選擇性、靈敏性、速動性受系統(tǒng)運行方式影響，難以滿足選擇性、靈敏性、速動性距離保護距離保

9、護單端測量方式，難以保證快速跳閘單端測量方式，難以保證快速跳閘導(dǎo)引線保護導(dǎo)引線保護長距離難以實現(xiàn)長距離難以實現(xiàn)光纖（高頻）保護光纖（高頻）保護第二章 電流保護第一節(jié) 三段式電流保護 1. 1. 電流速斷保護電流速斷保護電流速斷保護的概念電流保護電流保護：反映電流增大而動作的繼電保護方式電流速斷保護電流速斷保護：反映電流增大并能夠瞬時動作的電流保護，又稱為瞬時電流速斷保護、無時限電流速斷保護、段電流保護。電流速斷保護的動作區(qū)與整定計算希望：AB故障時，保護2 瞬時動作；BC故障時，保護1瞬時動作?，F(xiàn)實：被保護線路AB末端發(fā)生故障和線路BC首端發(fā)生故障是一樣的。無法區(qū)分保護區(qū)內(nèi)AB還是區(qū)外BC故障

10、，導(dǎo)致保護無選擇性動作。解決：縮短保護區(qū)，形成明顯的邊界，以保證AB故障只有保護2動作切除，而BC故障只由保護1動作切除。max. fBoprII具體做法是： 繼電保護的起動電流能夠使裝置啟動的最小動作電流，大于被保護線路末端可能出現(xiàn)的最大短路電流（三相金屬性短路電流）最大運行方式下的三相短路 以期獲得最大、可能的短路電流，保護不誤動。最小運行方式下的兩相短路 在最小運行方式下出現(xiàn)可能的最小短路電流兩相短路，保護是否還能動作。 max. fBoprIImax. fBreloprIKI 2. 2. 限時電流速斷保護限時電流速斷保護問題的提出 電流速斷保護無法保護線路全長，需要增加第二套電流保護限

11、時電流速斷保護，段電流保護限時電流速斷保護要求 能夠保護線路全長，動作范圍包括整個線路難點與解決如何獲得動作的選擇性？ 增加時間延遲時限，從而與相鄰線路電流速斷保護（電流段保護）配合保護構(gòu)成：保護構(gòu)成：動作電流值 低于電流速斷動作時間 增加一個延遲 一般取0.5SoperreoperIK211Ittt21 限時電流速斷保護的時限特性限時電流速斷保護的時限特性限時電流速斷保護的靈敏度及校驗限時電流速斷保護的靈敏度及校驗靈敏度靈敏度 被保護線路末端發(fā)生輕微故障兩相短路時，保護能夠做出反映的能力，被定義為 校驗校驗 要求大于1.31.5operKsenIKImin 3. 3. 定時限過電流保護定時限

12、過電流保護問題的提出 電流速斷保護不能保護全長；限時電流速斷保護能夠保護線路全長，可以起到后備保護的作用，但是不能作為相鄰線路后備保護。 一種既能保護本線路全長，還能保護相鄰線路全長的電流保護被提出，就是定時限過電流保護，或稱段電流保護。定時限過電流保護定時限過電流保護特點低定值和長延時，用作后備動作電流按大于負(fù)荷電流來整定動作時延逐級配合max1 IIopermax.1ILreIIIoperIKtttnn )1(第一節(jié) 三段式電流保護靈敏度校驗靈敏度校驗近后備靈敏度校驗 選擇本線路末端兩相短路作為校驗點，靈敏度大于1.31.5遠(yuǎn)后備靈敏度校驗 選擇相鄰線路末端兩相短路作為校驗點，靈敏度大于1

13、.24. 三段式電流保護三段式電流保護電流速斷保護能瞬時切除故障，但不能保護線路全長；限時電流速斷保護能夠保護線路全長，并有本線路后備保護能力，但沒有相鄰線路后備保護能力；定時限過電流保護動作值最低，動作最靈敏，而且具有近后備和遠(yuǎn)后備保護能力，但動作時間較長。組合在一起，構(gòu)成一套完整的保護三段式電流保護。其中 段分別對應(yīng)于電流速斷、限時電流速斷和定時限過電流保護第二節(jié)第二節(jié) 方向電流保護方向電流保護 1. 問題的提出問題的提出雙電源供電網(wǎng)絡(luò)和單電源環(huán)網(wǎng) 為了提高供電可靠性，縮小停電面積，在兩側(cè)裝設(shè)有斷路器故障后的系統(tǒng)運行方式要求 從兩端切除故障、僅僅從兩端切除故障設(shè)備問題的提出問題的提出K1K

14、1故障故障誤切誤切2QF2QF、5QF5QF 2. 問題的解決問題的解決考慮方向性考慮方向性如果在每個繼電器上增加一個方向元件能夠判明故障發(fā)生的方向，則可以避免上述問題。短路功率僅僅是由母線流向線路方向時，才允許保護動作。方向過電流保護方向元件定時限過電流保護 2. 問題的解決問題的解決考慮方向性考慮方向性如果在每個繼電器上增加一個方向元件能夠判明故障發(fā)生的方向，則可以避免上述問題。短路功率僅僅是由母線流向線路方向時，才允許保護動作。方向過電流保護 3. 功率方向繼電器基本原理0,901800,901800,9090cosPorPPUIPooooo相位比較判據(jù) 電壓電流之間滿足如下相位關(guān)系，則

15、為正向故障（右半平面）幅值比較判據(jù) 電壓電流之間滿足如下幅值關(guān)系，則為正向故障 0090arg90KIUIUIU第三章第三章 距離保護距離保護 第一節(jié)第一節(jié) 工作原理工作原理 距離保護是通過測量被保護線路始端電壓和線路電流的比值而動作的一種保護。 這個比值稱之為測量阻抗。 用來完成這一測量任務(wù)的元件叫阻抗繼電器。 系統(tǒng)正常運行時，測量阻抗為負(fù)荷阻抗，其值甚大；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生了短路時，測量阻抗等于測量點到故障點之間的線路阻抗，其值甚小。當(dāng)測量阻抗小于預(yù)先設(shè)定的值整定值或者整定阻抗時，保護動作。 由于阻抗反映了距離，所以被稱為距離保護 第二節(jié)第二節(jié) 時限特性時限特性 距離保護的動作時間與保護至短路點之

16、間的距離關(guān)系被稱為距離保護的動作時限。 一般地，距離保護動作時限為階梯型三段式動作特性： 距離保護段保護到線路8085全長； 距離保護段保護到線路全長； 距離保護段保護到相鄰線路全長，作為遠(yuǎn)后備保護)(lft 第三節(jié)第三節(jié) 組成元件組成元件1. 起動元件 發(fā)生故障瞬間啟動距離保護，由過電流、低阻抗繼電器組成2. 阻抗測量元件 測量保護到故障點之間的距離（ Z , Z , Z ）。一般地， Z , Z 由方向阻抗繼電器擔(dān)任，而Z 由偏移特性阻抗繼電器擔(dān)任。3. 時間元件 距離段為 段瞬時動作； 段為延時動作，0.5秒； 段和相鄰線路段或段配合，再高0.5秒 4. 出口執(zhí)行元件中間繼電器 第四節(jié)第

17、四節(jié) 阻抗繼電器阻抗繼電器 阻抗繼電器是距離保護的核心元件。用于測量保護到故障點至繼電器之間的距離，并與整定值比較，給出是否動作跳閘的命令。 距離保護的分類：對于接地短路，取相地故障環(huán)路，測量電壓為保護安裝處故障相對地電壓，測量電流為帶有零序電流補償?shù)墓收舷嚯娏鳎伤鼈兯愠龅臏y量阻抗能夠準(zhǔn)確反應(yīng)單相接地故障、兩相接地故障和三相接地故障下的故障距離，這種合理選取相地環(huán)路中電流、電壓的方法稱為接地距離保護接線方式。對于相間短路，故障環(huán)路為相相故障環(huán)路，取測量電壓為保護安裝處兩故障相的電壓差，測量電流為兩故障相的電流差，由它們算出的測量阻抗能夠準(zhǔn)確反應(yīng)兩相短路、三相短路和兩相接地短路情況下的故障距離

18、，這種合理選取相相環(huán)路中電流、電壓的方法稱為相間距離保護接線方式。影響距離保護正確動作的因素主要有： (1) 短路點的過渡電阻。 (2) 在短路點與保護安裝處之間有分支電路。 (3) 電力系統(tǒng)振蕩。A反映電壓、電流中負(fù)序分量或零序分量的故障判斷元件。B反映電流突變量的故障判斷元件。C利用阻抗變化率的不同實現(xiàn)閉鎖。系統(tǒng)短路時，測量阻抗由負(fù)荷阻抗突變?yōu)槎搪纷杩?，而在振蕩時，測量阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo安裝處到振蕩中心點的線路阻抗，這樣，根據(jù)測量阻抗的變化速度的不同就可構(gòu)成振蕩閉鎖。 (4) 測量互感器誤差。阻抗繼電器是通過電流互感器和電壓互感器接入電氣量的，測量互感器的變比誤差和角誤差必然給阻抗繼電器的正

19、確測量帶來影響，關(guān)于這種影響通常在計算阻抗繼電器的動作阻抗時，用可靠系數(shù)來考慮。 (5)電網(wǎng)頻率的變化。在相位比較方向阻抗繼電器中，用記憶極化電壓作為一個比較量，由于電壓記憶回路是調(diào)整在額定工頻下諧振，因此對系統(tǒng)頻率的變化最為敏感。當(dāng)系統(tǒng)的工作頻率與諧振頻率發(fā)生偏移時，將使阻抗繼電器特性曲線在阻抗復(fù)平面向左、右方向偏移。 (6) 在Y/-11 變壓器后發(fā)生短路故障。當(dāng)保護安裝處與短路點具有Y/接線變壓器時，阻抗繼電器的工作將受變壓器的阻抗和一、二次電壓相角差的影響。例如方向阻抗繼電器對Y/變壓器另一側(cè)的兩相短路反應(yīng)能力很差，一般不能起后備作用。 (7) 線路串聯(lián)補償電容的影響。在線路或變電所內(nèi)

20、裝設(shè)串聯(lián)補償電容后，破壞了阻抗繼電器的測量阻抗與距離成比例的關(guān)系，同時它的電抗部分還會改變符號，使保護的方向性被破壞，對阻抗繼電器的正確工作帶來影響。 (8) 過渡過程及二次回路斷線。在電力系統(tǒng)正常運行中，電壓互感器的一次回路或二次回路有可能出現(xiàn)斷線的情況，當(dāng)電壓回路斷線后，二次側(cè)接至保護回路的相電壓或線電壓都可能降低至零，由于這時電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)，仍然有負(fù)荷電流，所以測量阻抗可能小于動作阻抗，使阻抗繼電器可能誤動作。 (9) 平行雙回路互感的影響等。當(dāng)發(fā)生接地短路故障時，雙回路中的接地阻抗繼電器的測量阻抗，受雙回路零序互阻抗的影響，產(chǎn)生阻抗測量上的誤差。距離保護段是瞬時動作，但是只能

21、保護線路全長80%85%，因此，兩段加起來就有30%40%的線路長度內(nèi)的故障不能從兩端瞬時切除，在一端須經(jīng)0.35s0.5s的延時后經(jīng)距離段來切除，距離保護受各種因素的影響，如系統(tǒng)振蕩、短路點的過渡電阻和電壓回路斷線等，因此，在保護中需采取各種防止或減少這些因素影響的措施。如需要采用復(fù)雜的阻抗繼電器和較多的輔助繼電器，使整套保護裝置比較復(fù)雜，故可靠性相對比電流保護低。距離保護目前應(yīng)用較多的是保護電網(wǎng)的相間短路。對于大電流接地系統(tǒng)中的接地故障可由簡單的階段式零序電流保護裝置切除，或者采用接地距離保護，通常在35kV 電網(wǎng)中，距離保護作為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相間短路的主保護 在110kV 及以上系統(tǒng)中，相間短

22、路距離保護和接地短路距離保護主要作為全線速動主保護的相間短路和接地短路的后備保護，對于不要求全線速動的高壓線路，距離保護可作為線路的主保護。距離保護不但反映故障時電流增大，同時反映故障時電壓降低，因此，靈敏性比電流、電壓保護高。更主要的是距離保護段保護范圍不受系統(tǒng)運行方式改變的影響，而其他兩段保護范圍受系統(tǒng)運行方式改變影響也較小，因此，保護范圍比較穩(wěn)定。 第四章 線路縱聯(lián)保護 電流、電壓保護和距離保護都是只反映被保護線路一側(cè)的電量，為了獲得選擇性，其瞬時切除的故障范圍只能是被保護線路的一部分，即使性能較好的距離保護，在單側(cè)電源線路上也只能保護線路全長的80%左右，在雙側(cè)電源線路上瞬時切除故障的

23、范圍大約只有線路全長的60%左右。在被保護線路其余部分發(fā)生故障時，都只能由延時保護來切除。這對于很多重要的高壓輸電線路是不允許的，為了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，線路上要求設(shè)置具有無延時切除線路上任意處故障的保護裝置，輸電線的縱聯(lián)保護就是在這種背景下產(chǎn)生的。因此僅反映線路一側(cè)的電氣量是不可 區(qū)分本線路末端和對側(cè)母線(或相鄰線路始端故障的，只有反應(yīng)線路兩側(cè)的電氣量才可能區(qū)分上述兩點故障，達(dá)到有選擇性地快速切除全線故障的目的。為此需要將線路一側(cè)電氣量的信息傳輸?shù)搅硪粋?cè)去，即在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系，這種保護裝置稱為輸電線的縱聯(lián)保護。輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理當(dāng)輸電線路內(nèi)部發(fā)生如上圖所示的k1點短路故障

24、時，流經(jīng)線路兩側(cè)斷路器的故障電流如圖中實線箭頭所示，均從母線流向線路(規(guī)定電流或功率從母線流向線路為正，反之為負(fù))。而當(dāng)輸電線路MN 的外部發(fā)生短路時(如圖中的k2點)，流經(jīng)MN 側(cè)的電流如圖中的虛線箭頭所示，M 側(cè)的電流為正，N 側(cè)的電流為負(fù)。利用線路內(nèi)部短路時兩側(cè)電流方向同相而外部短路時兩側(cè)電流方向相反的特點，保護裝置就可以通過直接或間接比較線路兩側(cè)電流(或功率)方向來區(qū)分是線路內(nèi)部故障還是外部故障。即縱聯(lián)保護的基本原理是：當(dāng)線路內(nèi)部任何地點發(fā)生故障時，線路兩側(cè)電流方向(或功率)為正，兩側(cè)的保護裝置就無延時地動作于跳開兩側(cè)的斷路器；當(dāng)線路外部發(fā)生短路時，兩側(cè)電流(或功率)方向相反，保護不動

25、作。這種保護可以實現(xiàn)線路全長范圍內(nèi)故障的無時限切除，從理論上這種保護具有絕對的選擇性。 M N Lim in if1if2F1F2正常運行或外部故障時 im+in=0內(nèi)部故障時 im+in=if圖13 縱聯(lián)電流差動保護說明圖S1S2輸電線路縱聯(lián)保護按照所利用通道的不同可以分為以下四種類型(通?？v聯(lián)保護也按此命名)： (1) 導(dǎo)引線縱聯(lián)保護(簡稱導(dǎo)引線保護)。 (2) 電力線載波縱聯(lián)保護(簡稱高頻保護)。 (3) 微波縱聯(lián)保護(簡稱微波保護)。 (4) 光纖縱聯(lián)保護(簡稱光纖保護)。第五章 母線保護為滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差動原理構(gòu)成的。實現(xiàn)母線差動保護所必須考慮的問題是在母線

26、上一般連接著較多的電氣元件(如線路、變壓器、發(fā)電機等)。在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，或表示為I =0；當(dāng)母線上發(fā)生故障時，所有與電源連接的元件都向故障點供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電流等于零，因此， k I=I (短路點的總電流)。從每個連接元件中電流的相位來看，在正常運行和外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的，具體來說，就是電流流入的元件和電流流出的元件中電流相位相反。而當(dāng)母線故障時，除電流等于零的元件以外，其他元件中的電流幾乎是同相位的。復(fù)合電壓動作判據(jù)： 1、任一相電壓低于其定值。 2、

27、任一相電壓突變量大于其定值。 3、負(fù)序電壓計算量大于其定值。 4、自產(chǎn)零序電壓量大于其定值。 以上任一條件滿足，開放出口。K1點故障時，KA1流過電流近似于0, KA2流過的故障電流不再平衡 基本上都是故障電流， KA3流過的故障電流不再平衡 基本上也是故障電流， 當(dāng)KA2與KA3的差電流大于整定電流時，且為了保證在母線電流大的時候差動電流不誤動，引入了比率制動原理，該母線上所有電流的和的絕對值要大于0.3倍的絕對值的和，復(fù)合電壓閉鎖出口開放，保護動作，跳連接于段母線上的所有斷路器。K2點故障時，KA2流過電流近似于0, KA1流過的故障電流不再平衡，基本上都是 故障電流， KA3流過的故障電

28、流不再平衡，基本上也是 故障電流， 滿足比率制動條件后，跳段母線上的所有開關(guān)，但此時故障仍然存在，這就是母聯(lián)的盲區(qū)保護， 1、兩段母線正常運行故障時，跳開段母線上的開 關(guān)后，檢測母聯(lián)跳閘且TWJ=1時，延時150ms封母 聯(lián)CT，母差動動作跳段母線上的開關(guān)切除故 障。 2、分列運行時，母聯(lián)電流強退，保護正確動作。K3點故障時，由于斷路器機構(gòu)或操作電源的原因，保護已動作，但斷路器未跳閘，不能切除線路上的故障，母線保護中的失靈保護作為近后備保護向母聯(lián)斷路器及同一母線上的所有斷路器發(fā)出跳閘命令，切除故障。失靈保護的組成：1、該線路保護動作后不返回。 2、啟動失靈壓板投入。 3、母差失靈裝置中的該支路

29、的電流值 過到失靈的電流定值。 4、復(fù)合電壓閉鎖也判定故障開放失靈 出口。 上述條件都滿足后，保護出口。 對單母線分段或雙母線接線，設(shè)有兩段延時，第一時限跳母聯(lián)或分段開關(guān)，二時限跳失靈單元上母線上的所有開關(guān)。對我所的變壓器單元，失靈保護復(fù)合電壓閉鎖可能不滿足開放條件，所以，保護單元除提供斷路器失靈保護啟動輸入接點外，還必須提供一個解除失靈保護電壓閉鎖的輸入接點。母聯(lián)斷路器失靈保護： 在單母線分段或雙母線接線中，當(dāng)某一段母線發(fā)生故障或充電故障情況下，保護動作而母聯(lián)斷路器拒動時，作為后備保護向兩段母線上的所有斷路器發(fā)送跳閘命令，切除故障。 組成：1、跳母聯(lián)斷路器保護動作而斷路器未跳開。 2、母聯(lián)斷

30、路器任一相電流大于母聯(lián)失靈電流 整定值。 3、兩段母線上的復(fù)合電壓均動作。 以上條件滿足后，保護出口跳兩條母線上的所有開關(guān) 第六章 變壓器保護變壓器故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)包括高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路。變壓器油箱內(nèi)部故障是很危險的，因為故障點的電弧不僅會損壞繞組絕緣與鐵芯，而且會使絕緣物質(zhì)和變壓器油箱中的油劇烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，繼電保護應(yīng)盡可能快地切除這些故障油箱外部最常見的故障主要是變壓器繞組引出線和套管上發(fā)生的相間短路和接地短路(直接接地系統(tǒng)側(cè))，而油箱內(nèi)發(fā)生相間短路

31、的情況比較少。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：負(fù)荷長時間超過額定容量引起的過負(fù)荷；外部短路引起的過電流；外部接地短路引起的中性點過電壓；油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高；大容量變壓器在過電壓或低頻等異常運行工況下導(dǎo)致變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件過熱。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電器應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出警告信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生變化。因此，變壓器的保護也就分為電量保護和非電量保護兩種非電量保護裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護中采用的許多保護如

32、過電流保護、縱差保護等在變壓器的電量保護中都有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。一、瓦斯保護：瓦斯繼電器的工作原理當(dāng)變壓器內(nèi)部故障(包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路)時，由于故障點電流和電弧的作用，使得變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，因而從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量氣體，此時將有大量的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用變壓器內(nèi)部故障時的這一特點構(gòu)成的保護裝置稱為瓦斯保護。如果變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路、鐵芯局部燒損、線圈斷線、絕緣劣化和油面下降等故障時，往往縱差保護等其他保護均不能動作，而瓦斯保護卻能夠動作

33、。因此，瓦斯保護是變壓器內(nèi)部故障最有效的一種主保護。瓦斯保護主要由瓦斯繼電器來實現(xiàn)，它是一種氣體繼電器，安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導(dǎo)油管中，如圖6.7 所示。這樣，油箱內(nèi)的氣體必須通過瓦斯繼電器才能流向油枕。為了使氣體能夠順利地進入瓦斯繼電器和油枕，變壓器安裝時應(yīng)使頂蓋沿瓦斯繼電器方向與水平面保持1%1.5%的升高坡度，通往繼電器的導(dǎo)油管具有不小于2%4%的升高坡度。1瓦斯繼電器；2油枕；3變壓器頂蓋；4連接管道。壓力釋放 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，而氣體繼電器失靈時，油箱內(nèi)部的氣體便沖破防爆膜從安全氣道噴出，護變壓器不受嚴(yán)重?fù)p害。瞬時動作于跳閘。二、變壓器的縱差保護變壓器縱差保護主要是

34、用來反應(yīng)變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。變壓器縱差保護是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的。由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差保護的正確工作，就須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得正常運行和外部故障時，兩個電流相等。為了保證動作的選擇性，差動繼電器的動作電流Iset應(yīng)按躲開外部短路時出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定，即 Iset =Krel unb.max 式中 Krel可靠系數(shù)，其值大于1。 從式中可見，不平衡電流Iunb愈大，繼電器的動作電流也愈大。Iunb太大，就會降低內(nèi)部短路時保護的靈敏度，因此，減小不平衡電流及其對保護的影響，就成為實現(xiàn)變壓器縱差保護

35、的主要問題。為此，應(yīng)分析不平衡電流產(chǎn)生的原因，并討論減少其對保護影響的措施。不平衡電流的原因：1、變壓器正常運行時由勵磁電流引起的不平衡電流。變壓器正常運行時，勵磁電流為額定電流的3%5%。當(dāng)外部短路時，由于變壓器電壓降低，此時的勵磁電流更小。但是，在電壓突然增加的特殊情況下，例如在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下，就可能產(chǎn)生很大的勵磁電流，其數(shù)值可達(dá)額定電流的68 倍。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。由于勵磁涌流的存在，常常導(dǎo)致縱差保護誤動作，給變壓器縱差保護的實現(xiàn)帶來困難。產(chǎn)生勵磁涌流的原因主要是變壓器鐵芯的嚴(yán)重飽和使勵磁 阻抗大幅度降低。勵磁涌流的大小和

36、衰減速度與合閘瞬間電壓的相位、剩磁的大小、方向、電源和變壓器的容量等有關(guān)。當(dāng)電壓為最大值時合閘，就不會出現(xiàn)勵磁涌流，只有正常勵磁電流。而對于三相變壓器，無論在任何瞬間合閘，至少有兩相會出現(xiàn)程度不等的勵磁涌流。 勵磁涌流的特點： (1) 勵磁涌流很大，其中含有大量的直流分量。 (2) 勵磁涌流中含有大量的高次諧波，其中以2 次諧波為 主，而短路電流中2 次諧波成分很小 (3) 勵磁涌流的波形有間斷角。 防止措施： (1)采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成縱差保護 (2) 利用二次諧波制動的差動繼電器構(gòu)成縱差保護。 (3) 采用鑒別波形間斷角的差動繼電器構(gòu)成縱差保護。 2、變壓器各側(cè)電流相位不同

37、引起的不平衡電流。電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此，變壓器兩側(cè)電流的相位差為30，如果兩側(cè)電流互感器采用相同的接線方式，即使兩側(cè)電流數(shù)值相同，也會產(chǎn)生1 2I sin15的不平衡電流。因此，必須補償由于兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。3、電流互感器計算變比與實際變比不同引起的不平衡。4、變壓器各側(cè)電流互感器型號不同引起的不平衡。由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流(歸算至同一側(cè))也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。5、變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭引起的不平衡。變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方

38、法，改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計算中，縱差保護只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)縱差保護投入運行后，在調(diào)壓抽頭改變時，一般不可能對縱差保護的電流回路重新操作，因此又會出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍有關(guān)三、過電流保護 變壓器過電流保護工作原理與線路定時限過電流保護相同，保護動作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。保護的啟動電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定。 Iset=Krel/Kre . IL max 式中 Krel 可靠系數(shù)，一般取為1.21.3； K re返回系數(shù)，取為0.850.95； IL max 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷

39、電流。按以上條件選擇的啟動電流，其值一般較大，往往不能滿足作為相鄰元件后備保護的要求，為此需要采用以下幾種提高靈敏性的方法。1、低電壓啟動的過電流保護：保護的啟動元件包括電流 繼電器和低電壓繼電器。 電流繼電器的動作電流按躲過變壓器的額定電流整定。其動作電流比過電流保護的啟動電流小，從而提高了保護的靈敏性。 低電壓繼電器的動作電壓set U 可按躲過正常運行時最低工作電壓整定。一般取Uop=0.7U NT ( U NT為變壓器的額定電壓)。1、對升壓變壓器，如低電壓繼電器只接在一側(cè)電壓互感器上，則當(dāng)另一側(cè)短路時，靈敏度往往不能滿足要求。為此，可采用兩套低電壓繼電器分別接在變壓器高、低壓側(cè)的互感

40、器上，并將其觸點并聯(lián)，以提高靈敏度，2、為防止電壓互感器二次回路斷線后保護誤動作，設(shè)置了中間繼電器KM。當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時，低電壓繼電器動作，啟動中間繼電器，發(fā)出電壓回路斷線信號。3、由于這種接線比較復(fù)雜，所以近年來多采用復(fù)合電壓啟動的過電流保護和負(fù)序電流保護。2、復(fù)合電壓啟動的過電流保護：在低電壓啟動的過電流保護中低電壓繼電器靈敏度不夠時采用。 U2set=（0.060.12）U N T3、負(fù)序過電流保護：對于大容量的變壓器和發(fā)電機組。由于額定電流很大，而在相鄰元件末端兩相短路時的短路電流可能較小，因此，采用復(fù)合電壓啟動的過電流保護往往不能滿足靈敏系數(shù)的要求。在這種情況下，應(yīng)采用負(fù)序

41、過電流保護，以提高不對稱短路時的靈敏性。 保護裝置由電流繼電器2KA和負(fù)序電流濾過器I 2 等組成，反應(yīng)不對稱短路，由電流繼電器1KA 和電壓繼電器KV 組成單相低電壓啟動的過電流保護，反映三相對稱短路。四、過負(fù)荷保護 變壓器的過負(fù)荷電流在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此只需裝設(shè)單相過負(fù)荷保護。變壓器的過負(fù)荷保護反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷引起的過電流。保護只用一個電流繼電器，接于任一相電流中，經(jīng)延時動作于信號。 過負(fù)荷保護的安裝側(cè)，應(yīng)根據(jù)保護能反映變壓器各側(cè)繞組可能過負(fù)荷情況來選擇，具體如下： (1) 對雙繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機電壓側(cè)。 (2) 對一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機 電壓側(cè)

42、和無電源側(cè)。 (3) 對三側(cè)有電源的三繞組升壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝 設(shè)。 (4) 對于雙繞組降壓變壓器，裝于高壓側(cè)。 (5) 僅一側(cè)電源的三繞組降壓變壓器，若三側(cè)繞組的容 量相等，只裝于電源側(cè)；若三側(cè)繞組的容量不等，則裝于電源側(cè)及繞組容量較小側(cè)。 (6) 對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)裝于各側(cè)的過負(fù)荷保護，均經(jīng)過同一時間繼電器作用于信號。過負(fù)荷保護的動作電流，應(yīng)按躲開變壓器的額定電流整定，即 Iset=Krel/Kre*IN 式中Krel可靠系數(shù)，取1.05； Kre返回系數(shù)，取0.85。 為了防止過負(fù)荷保護在外部短路時誤動作，其時限應(yīng)比變壓器的后備保護動作時限大一個t 。五、變壓

43、器接地短路的后備保護： 電力系統(tǒng)中，接地故障是最常見的故障形式。接于中性點直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地保護作為變壓器主保護和相鄰元件接地保護的后備保護。發(fā)生接地故障時，變壓器中性點將出現(xiàn)零序電流，母線將出現(xiàn)零序電壓，變壓器的接地后備保護通常都是由反應(yīng)這些電氣量構(gòu)成的。 大接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相接地短路時，零序電流的分布和大小與系統(tǒng)中變壓器中性點接地的數(shù)目和位置有關(guān)。通常，對只有一臺變壓器的升壓變電所，變壓器都 采用中性點直接接地的運行方式。對有若干臺變壓器并聯(lián)運行的變電所，則采用一部分變壓器中性點接地運行的方式，以保證在各種運行方式下，變壓器中性點接地的數(shù)目和位置盡量維持不變，從而保證零序保護有穩(wěn)定的保護范圍和足夠的靈敏度。110kV 以上變壓器中性點