繼電保護專業(yè)基礎(chǔ)講義課件

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

4、變壓器的保護Text5、陽煤電網(wǎng)繼電保護及自動裝置的運行1、繼電保護的基礎(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、繼電保護的作用

2、繼電保護裝置的定義電力系統(tǒng)繼電保護裝置就是裝設(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后備保護定義1遠(yuǎn)后備：在每個設(shè)備構(gòu)成的一套保護中分別起主保護、后備保護的兩部分。作為后備保護的部分既可作為主保護拒動的后備，更主要的作為相鄰下一設(shè)備斷路器和保護拒動的后備保護。2近后備：對每個被保護設(shè)備（或稱元件）上裝設(shè)著分別起主保護和后備保護作用的獨立的兩套保護，后備保護作用的實現(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，二是主保護拒動，由本處的后備保護起作用。2、速動性基本含義：指繼電保護裝置應(yīng)盡可能快的速度斷開故障元件。3、靈敏性（1）基本含義：指保護裝置對其保護范圍內(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：可靠性是指在保護裝置規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該反應(yīng)的故障時，保護裝置應(yīng)該可靠地動作(即不拒動)。而在不屬于該保護動作的其它情況下，則不應(yīng)該動作（即不誤動）5、經(jīng)濟性和可維護性經(jīng)濟性是指保護裝置購置、安裝、調(diào)試及運行維護等費用?？删S護性是指保護裝置的正常動作及定期維護，應(yīng)該比較方便。2、線路的三段式過流保護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，簡稱電流速斷保護。2、畫出實例圖如下：二、無時限電流速斷保護（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，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裝置來講，通過該保護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、速斷保護的整定公式IOP=Krel*If.maxKrel為可靠系數(shù)，Krel=1.2～1.37、速斷保護在大小運行方式下的保護范圍分析當(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范圍。規(guī)程規(guī)定，最小保護范圍不應(yīng)小于線路全長的15%～20%。8、速斷保護的主要優(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、對保護的要求首先在任何情況下都能保護本線路的全長，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（電流II段保護）由于要求限時電流速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護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范圍不超出下一條線路電流速斷的保護范圍，同時動作時限比下一條線路的電流速斷保護高出一個△t的時間階段。7、保護裝置靈敏性的校驗（1）定義為了能夠保護本線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(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、保護引出的原因前面所講的無時限電流速斷保護和限時電流速斷保護的動作電流，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可無時限的切除故障線路，但它不能保護線路的全長。限時電流速斷保護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。2、保護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，它不僅能保護本線路的全長，而且也能保護相鄰線路的全長，以起到后備保護的作用。四、定時限過電流保護（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。2、分析和實例由于電流速斷不能保護線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護，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組合在一起，構(gòu)成三段式電流保護。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過電流保護，或限時電流速斷加過電流保護，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1采用瞬時動作的過電流保護即可滿足要求，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2應(yīng)首先考慮采用0.5秒的過電流保護，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2只裝設(shè)一個0.5s的過電流保護也是完全允許的，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2就是一個速斷加過電流保護的兩段式保護。繼續(xù)分析保護3，其過電流保護由于要和保護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。具有上述配合關(guān)系的保護裝置配置情況，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)或保護范圍的要求。1、縱差保護的引出在現(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能無時限的切除被保護線路任何點的故障。電流電壓保護、方向電流保護和距離保護都不能滿足這一點要求。因為這些保護的測量元件只能反應(yīng)被保護線路一端的電氣量，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。因此為了保證保護的選擇性就不得不采用延時或縮短保護區(qū)的辦法。因而這些保護都不能滿足無延時切除被保護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——縱差保護。3、線路的縱差保護2、縱差保護的原理按比較被保護的線路各端電流的大小相位的原理實現(xiàn)的。3、縱差保護的定義由于引入繼電器的電流是被保護線路兩端電流之差，故這種保護稱為電流縱差動保護。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、變壓器的保護一、故障異常狀態(tài)及保護方式3、應(yīng)該裝設(shè)的保護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。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。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和差動保護后備的零序電流保護、零序電壓保護及變壓器接地中性點有放電間隙的零序電流保護。4防止變壓器過勵磁保護。5防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和差動保護后備的過電流保護和阻抗保護。6防止變壓器對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護。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。1、差動保護的原理（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