继保原理课件(2013版).

《电力系统继电保护原理》教案主讲教师：穆大庆（电气与信息工程学院）§1绪论§1-1继电保护的作用一、故障及不正常运行状态┌I↑↑危害┌故障元件故障→│U↓↓---→│非故障元件(各种短路)└f↕│用户└电力系统┌过负荷不正常运行状态→│过电压危害┌元件不能正常工作│f↓---→│长时间将损坏设备└系统振荡└发展成故障二、继电保护的任务┌故障时：自动、快速、有选择性地切除故障元件,保证非故障系统事故→│部分恢复正常运行。└不正常运行时：自动、及时、有选择地动作于信号、减负荷或跳闸§1-2继保的基本原理和保护装置的组成一、反应系统正常运行与故障时电气元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）运行参数：I、U、Z∠φ反应I↑→过电流保护反应U↓→低电压保护反应Z↓→低阻抗保护(距离保护)问题：单端测量的运行参数无法区分本线路末端d1点短路（内部短路）与下条线路首端d2点短路（外部短路）二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理）以A-B线路为例：规定电流正方向：保护处母线→被保护线路规定电压正方向：母线高于中性点1、外部d2点短路时：(包括正常运行时)2、内部d1点短路时：（双端测量原理可很好地区分内部短路与外部短路）180)()()()()()(.2.2AAAdBBBdPUIPUI0)()()()()()(.1.1AAAdBBBdPUIPUI§1-3对电力系统继电保护的基本要求一、选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。d3点短路：6动作：有选择性；5动作：无选择性如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)d1点短路：1、2动作：有选择性；3、4动作：无选择性后备保护（本元件主保护拒动时）：(1)由前一级保护作为后备叫远后备.(2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.二、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障(微机保护一般可做到30ms以下)。三、灵敏性：保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力（保护应该动作的情况所测电气量与保护设定门槛相差越大→灵敏度↑）。一般用灵敏系数Klm（或保护范围）来衡量灵敏度。四、可靠性：不拒动、不误动。大型贵重电气设备的保护强调不拒动；长距离、弱联系、重负荷的高压联络线的保护强调不误动。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高）§2电网的电流保护和方向性电流保护§2-1单侧电源网反映相间短路的电流保护（过量保护）过量保护：反映所测电气量上升而动作的保护低（欠）量保护：反映所测电气量下降而动作的保护一、过电流继电器1、电磁型过电流继电器J电磁型继电器的动作量Idz.J与返回量Ih.J一般不相等，定义返回系数：Kh=Ih.J/Idz.J（过量J：Kh1；低量J：Kh1）继电特性：继电器J无论起动或返回，动作都是明确干脆的，不会停留在某个中间位置。2、集成电路型过电流继电器（主要用于35KV及以下线路的相间短路保护）3ms延时：防止干扰信号引起的误动(干扰持续时间一般1ms)12ms展宽：使输出动作信号展成连续高电平。二、电流速断保护（电流I段）电流速断保护：瞬时动作的电流保护。1、短路特性分析：三相短路时d(3),流过保护安装处的短路电流：dsdZZEZEIZd()↑→Id↓曲线max：系统最大运行方式下发生三相短路情况。曲线min：系统最小运行方式下发生两相短路情况。（线路上某点两相短路电流为该点三相短路电流的倍）322、动作电流整定原则：按躲开下条线路出口（始端）短路时流过本保护的最大短路电流整定（以保证选择性）：IIdz.1I(3)d.B.maxIIdz.2I(3)d.c.max取：IIdz.1=KkI·I(3)d.B.maxIIdz.2=KkI·I(3)d.C.max（可靠系数：KkI=1.2～1.3）3、灵敏性校验该保护不能保护本线全长。用保护范围来衡量灵敏性：max：最大保护范围.min：最小保护范围.可见L越短、Zs.max与Zs.min相差越大，则（min/L）越小校验保护范围：要求（min/L）15%～20%LzZEKlzZEsxxIksxx1min.min1max.3/3/23由：)23(123min.max.1minsIksIkZKZLzKLl可求得：三、限时电流速断保护（电流II段）限时电流速断保护：以较小的动作延时切除本线路全线范围内的故障1、动作电流的整定：与下条线路的电流I段配合。即：保护范围延伸到下条线路，但不超出下条线路电流I段保护范围的末端。即：躲开下条线路电流I段保护范围末端短路时（即流过下条线路的短路电流刚好为其电流I段整定值时），流过本保护的最大短路电流。IIIdz.1=KkII·IIdz.2=KkII·KkI·I(3)d.C.max可靠系数：KkII=1.1～1.2（Id中非周期分量已衰减，故比KkI稍小）2、动作时限的配合为保证本线路电流II段与下条线路电流I段的保护范围重叠区内短路时的动作选择性，动作时限按下式配合：tII1=tI2+t=t（t取：0.3s～0.5s）3、保护装置灵敏性的校验对于过量保护,校验灵敏系数的计算式：（校验时电流保护的故障参数计算值：系统最小运行方式下被保护线路末端发生两相短路时，流过本保护的最小短路电流）保护的动作参数值短路时的故障参数计算被保护区内发生金属性lmK对保护1的电流II段：Klm=要求：Klm1.3～1.5若Klm不满足要求，可继续延伸保护范围使得：IIIdz.1=KkII·IIIdz.2(与下条线路的电流II段保护配合）同时进一步提高时限（保证重叠区内故障的动作选择性）：tII1=tII2+t=tI3+t+t=2t四、定时限过流保护（电流III段，主要作为后备保护，对灵敏性要求高）1、动作电流的整定原则按躲开流过保护的最大负荷电流来整定：IIIIdzIfh.max1..min..)2(dzIIBdII实际整定原则：考虑到其他线路故障（外部故障）被切除后电压恢复时，本线路所带电动机负荷的自启动电流大于正常负荷电流，此时保护应可靠返回，则要求：IIIIhKzq·Ifh.max即要求：IIIIdz(Kzq/Kh)·Ifh.max(自启动系数Kzq1，取决于电动机负荷情况；继电器返回系数Kh1，常规保护取0.85~0.9，微机保护可取1)取：IIIIdz=(KkIIIKzq/Kh)·Ifh.max(可靠系数KkIII：1.1～1.2）另外，为了更好地保证选择性（防止越级跳闸），要求本设备的后备保护范围不能超出下级设备后备保护范围末端，即本线路电流III段与下条线路电流III段配合：IIII1.dz=KphIIIIIII2.dz（配合系数KphIII：1.1～1.2）2、按选择性要求配合动作时限为保证动作选择性，动作时限按“阶梯原则”配合：tIII1=Max{tIII2,tIII3,tIII4}+t对定时限过流保护，当故障越靠近电源端时，此时短路电流Id越大,但过流保护的动作时限反而越长———缺点∴定时限过流保护一般作为后备保护，但在电网的末级线路上可以作为主保护。3、定时限过流保护灵敏系数的校验(1)作为本线路主保护或近后备时，按本线路末端短路流过本保护的最小短路电流来校验：(2)作为远后备时（相邻线路的后备），按相邻线路末端短路流过本保护的最小短路电流来校验：2.1min..)2(lmdzIIIxmdlmKIIK，要求5.1~3.1min..)2(lmdzIIIbmdlmKIIK，要求五、阶段式电流保护的应用及评价(1)电流I段：由动作电流的整定来保证动作选择性，按躲开某点的短路电流整定，动作迅速（无时限），但不能保护本线路全长，作为本线路主保护的一部分。(2)电流II段：由动作电流整定与时限配合来保证动作选择性，动作电流按躲开某点的短路电流整定，能保护本线路全长，动作时限较小，作为本线路主保护的另一部分（电流I段的补充）(3)电流III段：由动作时限的配合来保证动作的选择性，动作电流按躲开负荷电流整定，其值较小，灵敏度较高，然而动作时限较长，且越靠近电源短路，动作时限反而越长，一般作为后备保护，但是在电网终端可作为主保护。六、电流保护的接线方式LJ—(接线)—TA1、两种常用的接线方式(1)三相星形(2)两相星形各相LJ出口采用“或”逻辑。保护装置动作电流Idz.J=Idz/nTA（nTA：电流互感器变比）2、两种接线方式的应用特点(1)对中性点接地或不接地网中各种相间短路两种接线方式均能正确反映这些故障。(2)对中性点非直接接地网中的异地两点接地短路（不同线路上两点接地）∵这种电网允许带一个接地点继续运行1~2小时，只需任切除一接地点并级线路上两点接地时，只需切除后一接地点串级线路上两点接地时则：①串级线路上两点接地时：三相星形接线一般能保证只切除后一接地点（因短路电流大小相当于前级线路的50%以后,下级线路出口以前的非异地两相短路电流,故前级线路一般是II段启动而下级线路是I段动作）两相星形接线只能保证2/3的机会切除后一接地点②并级线路上两点接地时：三相星形接线：若保护1，2时限相同（例如皆由I段动作，或皆由II段动作），则两条线路将同时被切除。两相星形接线：即使保护1，2时限相同，也能保证有2/3的机会只切除任一条线路。(3)作为Y/接线变压器后面短路的远后备保护的接线方式Y/-11接线T：正序：侧超前Y侧30°负序：侧落后Y侧30°现以Y/-11接线的降压变压器为例：假设低压侧（侧）发生AB两相短路：（为分析方便，假设故障前空载）0;CBAIII)/32(22TBYCYAYBnIIII则：CABlmBIIIKI和，只能反映两相星形：不能反映较大，灵敏系数三相星形：能反映若采用两相星形接线，为提高灵敏度，可在两相星形的中线上再接一个继电器3LJ。∵两相短路时有：0CBAIII∴3LJ中的电流:∴I3LJ反映了IBKlm↑TABTACALJnInIII/|/)(|33、两种接线方式的应用(1)110kV及以上高压线路的保护以及发电机、变压器等大型贵重元件的保护皆采用三相星形。(2)35kV及以下的中、低压输电线路的电流保护，过去采用两相星形（接线简单、经济，且统一规定装在A、C两相），但目前微机保护取代常规保护后，普遍采用三相星形（有利于更好地监视三相电流，有利于一些单相接地选线装置的采用）。七、三段式电流保护内部逻辑图§2-2电网相间短路的方向性电流保护一、方向性问题的提出（以双侧电源电网为例）E1单独供电：由保护1、3、5起线路保护作用E2单独供电：由保护6、4、2起线路保护作用E1、E2同时供电：（以B母线两侧保护2,3为例）假设：┌电流I段保护：IIdz.3IIdz.2└电流III段保护：tIII3tIII2d1点短路时（要求：2动作，3不动），虽然此时可能满足选择性（3不误动）；但若出现d2点短路，则：2误动→非选择性动作。规定保护正方向：保护安装处母线→被保护线路分析可知：被保护线路正方向短路时：保护不会出现误动；反方向短路时：由对侧电源供给的短路电流可能造成该保护误动作，此时的功率方向：线路→母线为防止保护误动,增设功率方向闭锁元件GJ(装于误动保护上)┌正方向（母线→线路）：GJ动作启动保护短路点位于│└反方向（线路→母线）：GJ不动闭锁保护增设GJ后,双侧电源网可以按单侧电源网的三段电流保护进行配合。二、GJ的工作原理保护1上装设GJ,假设GJ接线方式为：加入GJ的电压——相电压（以相应相高于中性点N为正极性）电流—