電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件

一、基本概念

電力系統(tǒng)一次設(shè)備

發(fā)電機、變壓器、母線、輸電線路、電動機、電抗器、電容器等組成電能傳輸設(shè)備（屬于高壓設(shè)備）。電力系統(tǒng)二次設(shè)備

對一次設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制與保護設(shè)備（從TA、TV取得成正比“小信號”——>相額定電壓57.7V，額定電流1A或5A）。1電力系統(tǒng)一次設(shè)備+二次設(shè)備。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第1頁一、基本概念2電力系統(tǒng)運行狀態(tài)

正常狀態(tài)、不正常狀態(tài)、故障狀態(tài)。

正常狀態(tài)電力系統(tǒng)在要求程度內(nèi)能夠長久安全穩(wěn)定運行。最關(guān)鍵指標(biāo)：Ue±10%,△f≤±0.2Hz

。

不正常狀態(tài)正常運行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。故障狀態(tài)

一次設(shè)備運行中因為外力、絕緣老化、過電壓、誤操作，以及自然災(zāi)害等各種，造成原因發(fā)生短路、斷線。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第2頁一、基本概念3短路故障

雷擊、臺風(fēng)、地震、絕緣老化、人為等原因造成。伴隨短路故障出現(xiàn)電流增大、電壓降低。

故障類型

縱向故障：指各種類型斷線故障，包含單相斷線、兩相斷線和三相斷線。橫向故障：指各種類型短路，包含三相短路、兩相短路、單相接地短路及兩相接地短路。單相短路，約為總短路故障數(shù)65%，三相短路只占5～10%。三相短路故障發(fā)生幾率即使最小，但故障產(chǎn)生后果最為嚴重。

不對稱性短路對稱性短路電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第3頁一、基本概念3短路故障

短路危害

短路電流大，燃弧，易使元件損壞；電壓降低，電力用戶正常生產(chǎn)、生活受到影響；破壞電力系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性，引發(fā)系統(tǒng)振蕩，甚至系統(tǒng)瓦解。美加大停電、巴西大停電！！電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第4頁一、基本概念3短路故障

短路特征正常運行短路故障線路流過負荷電流線路流過短路電流母線電壓靠近額定母線電壓降低電壓/電流為負荷阻抗，很大電壓/電流為母線至故障點線路阻抗，很小電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第5頁一、基本概念3短路故障

短路特征實現(xiàn)保護類型電流增大——過電流保護電壓降低——低電壓保護阻抗減小——阻抗（距離）保護兩側(cè)電流大小和相位差異——縱聯(lián)差動保護不對稱分量出現(xiàn)——零序或負序分量保護（不對稱短路）非電氣量——瓦斯保護、過熱保護等電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第6頁一、基本概念繼電保護裝置

就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號一個自動裝置。4繼電保護裝置任務(wù)

當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生短路、斷線等故障時，切除故障時間要求為幾十到幾百毫秒?；救蝿?wù)

發(fā)生故障時，自動、快速、有選擇地將故障元件（設(shè)備）從電力系統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運行。對不正常運行狀態(tài)，為確保選擇性，普通要求保護經(jīng)過一定延時，并依據(jù)運行維護條件（如有沒有經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號（減負荷或跳閘），且能與自動重合閘相配合。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第7頁一、基本概念

測量部分5繼電保護裝置組成

測量相關(guān)電氣量，與整定值比較，給出“是”或“非”，“0”或“1”，“大于”、“小于”、“等于”等性質(zhì)一組邏輯信號，判斷保護是否應(yīng)該開啟。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第8頁一、基本概念

邏輯部分5繼電保護裝置組成

依據(jù)測量部分輸出信號大小、性質(zhì)、先后次序等，使保護按一定邏輯關(guān)系判定故障類型和范圍，確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出告警信號，并將相關(guān)指令傳達給執(zhí)行部分。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第9頁

執(zhí)行部分一、基本概念依據(jù)邏輯部分輸出結(jié)果，發(fā)出跳閘脈沖及對應(yīng)動作信息，或發(fā)出告警信號?？刂铺l、調(diào)整，或通知值班人員5繼電保護裝置組成

電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第10頁包含TV、TA、二次電纜、保護裝置、信號設(shè)備、工作電源等。

斷路器

電流互感器電流繼電器中間繼電器信號繼電器時間繼電器一、基本概念6繼電保護二次回路

電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第11頁7繼電保護工作配合

預(yù)設(shè)范圍，保護范圍重合，無死區(qū)發(fā)電機保護區(qū)變壓器保護區(qū)線路保護區(qū)低壓母線保護區(qū)高壓母線保護區(qū)1高壓母線保護區(qū)一、基本概念電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第12頁8繼電保護分類

主保護

主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇性地切除被保護設(shè)備和線路故障保護。如線路縱連保護。電力系統(tǒng)中電力設(shè)備和線路，應(yīng)裝設(shè)短路故障和異常運行保護裝置。電力設(shè)備和線路短路故障保護應(yīng)有主保護和后備保護，必要時可增設(shè)輔助保護。

線路主保護：縱聯(lián)電流差動保護、縱聯(lián)距離保護、縱聯(lián)方向保護變壓器主保護：電流差動保護、瓦斯保護母線保護：電流差動保護一、基本概念電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第13頁

遠后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路保護實現(xiàn)后備。近后備保護：當(dāng)主保護拒動時，由該電力設(shè)備或線路另一套保護實現(xiàn)后備保護；當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。

后備保護

后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障保護。后備保護分為遠后備和近后備兩種方式。一、基本概念8繼電保護分類電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第14頁

輔助保護

輔助保護是為補充主保護和后備保護性能或當(dāng)主保護和后備保護退出運行而增設(shè)簡單保護。如零序電流保護。縱聯(lián)速動主保護相間距離保護接地距離保護零序電流保護斷路器失靈保護一、基本概念8繼電保護分類電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第15頁9對繼電保護基本要求

選擇性速動性靈敏性可靠性一、基本概念簡稱為：繼電保護“四性要求”?！八男浴笔欠治龊脱芯坷^電保護基礎(chǔ)。對四性中每一項要求都應(yīng)該有度，應(yīng)以滿足電力系統(tǒng)安全運行為準(zhǔn)則，不應(yīng)片面強調(diào)某一項而忽略另一項，不然會帶來不良影響。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第16頁一、基本概念

可靠性

可靠性是指保護該動作時應(yīng)動作，不該動作時不動作，即不誤動、不拒動。為確?？煽啃?，在裝置選擇上應(yīng)選取硬件和軟件可靠裝置，在保護配置上，220kV及以上電壓等級電網(wǎng)線路保護普通采取近后備保護方式，110kV及以下電壓等級電網(wǎng)普通采取遠后備保護方式。

安全性：區(qū)外故障可靠不動作可信賴性：區(qū)內(nèi)故障可靠動作9對繼電保護基本要求電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第17頁一、基本概念

選擇性

選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身保護切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設(shè)備、線路保護或斷路器失靈保護切除故障為確保選擇性，對相鄰設(shè)備和線路有配合要求保護和同一保護內(nèi)有配合要求兩元件(如起動與跳閘元件、閉鎖與動作元件)，其靈敏系數(shù)及動作時間應(yīng)相互配合。

9對繼電保護基本要求電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第18頁一、基本概念

靈敏性

靈敏性是指在設(shè)備或線路被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置含有正確動作能力裕度，它反應(yīng)了保護對故障反應(yīng)能力，普通以靈敏系數(shù)來描述。靈敏度系數(shù)指在被保護對象末段發(fā)生金屬性短路時，故障量與整定值（反應(yīng)故障量上升保護，如電流保護）或整定值與故障量之比（反應(yīng)故障量下降保護，如阻抗保護）。9對繼電保護基本要求電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第19頁一、基本概念

速動性

速動性是指保護裝置應(yīng)能盡快切除短路故障，以提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路損壞程度，縮小故障涉及范圍。繼電保護在滿足選擇性前提下，應(yīng)盡可能加緊保護動作時間。在保護配置上，經(jīng)過配置全線速動主保護、相間和接地故障速動段保護來快速切除故障。整定計算中，可經(jīng)過合理縮小后備保護動作時間級差來提升快速性。對于系統(tǒng)穩(wěn)定及設(shè)備安全有主要影響對動作時間有要求保護應(yīng)確保其速動性，必要時可犧牲選擇性。9對繼電保護基本要求電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第20頁一、基本概念9對繼電保護基本要求速動性和可靠性主要經(jīng)過加強主保護配置、選擇技術(shù)成熟原理先進硬件可靠保護裝置來確保；靈敏性和選擇性主要經(jīng)過選擇合理運行方式、正確配合關(guān)系以及準(zhǔn)確計算公式來確保。電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第21頁

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)本線路

一、基本概念10慣用稱謂電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第22頁下一條線路(相鄰線路)

一、基本概念10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)10慣用稱謂10慣用稱謂電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第23頁背后線路

一、基本概念10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第24頁一、基本概念10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)(本線)末端短路相鄰線出口短路

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第25頁相鄰線末端短路

一、基本概念10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第26頁反方向短路

一、基本概念10慣用稱謂

討論保護1——>就以保護1為基準(zhǔn)電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第27頁Zm1Zm2－Zm3

依據(jù)測量阻抗在不一樣情況下“差異”，保護就能夠區(qū)分出系統(tǒng)是否發(fā)生故障，以及故障發(fā)生范圍——正向及范圍，或反向。

距離保護經(jīng)過測量輸電線路一端電壓、電流,計算它們比值，反應(yīng)故障點到保護安裝處距離。該比值稱之為測量阻抗:二、距離保護Zm1Zm2Zm1Zm2－Zm3Zm1Zm21基本原理電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第28頁二、距離保護1基本原理測量阻抗通常為復(fù)數(shù)，可表示為：測量阻抗幅值測量阻抗角測量電阻測量電抗電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第29頁

測量阻抗含有以下“差異”：二、距離保護1基本原理

系統(tǒng)正常運行時電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第30頁

短路時

在R-X復(fù)平面，能夠看出測量阻抗與動作范圍關(guān)系。二、距離保護1基本原理電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第31頁相電壓：線電壓：零序電流賠償系數(shù)二、距離保護1基本原理電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第32頁

金屬性接地故障故障相相電壓測量阻抗故障相相間電壓

相間直接短路故障時測量阻抗接地距離保護相間距離保護二、距離保護1基本原理電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第33頁直線區(qū)域電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第34頁設(shè)計為一個“面”區(qū)域電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第35頁

所以，通常將阻抗繼電器保護范圍擴大為一個面或圓形式。當(dāng)測量阻抗落在這個范圍內(nèi)時，阻抗元件動作；不然不動作。這個保護范圍邊界叫做：整定阻抗。用表示?？紤]到二次側(cè)測量阻抗受以下原因影響：1）電流、電壓互感器誤差；2）輸電線路阻抗角角度差；3）過渡電阻影響等二、距離保護1基本原理

設(shè)計為一個“面（區(qū)域）”電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第36頁接線方式——即采取何種測量電壓和測量電流

最優(yōu)：

1）能夠反應(yīng)短路點到保護安裝處正序阻抗；

2）適合于任何短路類型。測量電壓

測量電流二、距離保護2距離保護接線方式電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第37頁

經(jīng)過分析、研究、比較，當(dāng)前，慣用接線方式有2種：

（1）相間距離

0°接線方式。

（2）帶零序賠償接地距離0°接線方式。二、距離保護2距離保護接線方式電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第38頁電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第39頁接地阻抗0°接線方式相間阻抗0°接線方式

接線方式能夠反應(yīng)故障類型二、距離保護2距離保護接線方式電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第40頁二、距離保護3距離保護基本組成電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第41頁I段：無延時，保護本線路一部分II段:tII延時，可靠保護線路全長，保護范圍延伸至相鄰線路，III段：tIII延時，作為本線路I、II段后備，躲過最小負荷阻抗即可。二、距離保護3距離保護保護范圍電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第42頁分支電流（助增與外汲）交流失壓及PT斷線閉鎖系統(tǒng)振蕩及振蕩閉鎖線路串聯(lián)賠償電容二、距離保護3影響距離保護原因電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第43頁

在距離保護各種動作區(qū)域中，慣用一個形式是：圓特征。經(jīng)典圓特征以下：方向特征整定阻抗是圓直徑（絕對值最大——保護范圍最大）希望：線路阻抗角等于最大靈敏角。二、距離保護3距離保護動作特征圓內(nèi)動作！電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第44頁

在距離保護各種動作區(qū)域中，慣用一個形式是：圓特征。經(jīng)典圓特征以下：

方向圓特征能夠判斷：短路范圍和方向。不過，出口短路時需要“記憶”。最慣用動作特征之一方向特征二、距離保護3距離保護動作特征電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第45頁

偏移特征能夠判斷：短路范圍，沒有出口死區(qū)。不過，反方向出口短路會誤動。偏移特征二、距離保護3距離保護動作特征電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第46頁

全阻抗特征能夠判斷：短路范圍。不過，沒有方向性。

較少采取。沒有最大靈敏角概念。全阻抗特征二、距離保護3距離保護動作特征電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第47頁

另外，兩個或多個圓特征可組成“與”、“或”關(guān)系，組合出其它特征。

橄欖型特征蘋果型特征

（兩圓“與”）（兩圓“或”）二、距離保護3距離保護動作特征電力系統(tǒng)繼電保護原理及應(yīng)用培訓(xùn)課件第48頁多邊形特征——淡化了最大靈敏角概念

與圓特征比較，多邊形特征保護范圍、耐過渡電阻能力輕易兼顧。慣用特征之