继电保护(概述和电流保护)071029

电力系统继电保护0引言1.电力系统中一次、二次的概念2.自动化/控制的实质3.电力系统的运行目标一次：电能的发、输、配、用环节及其相互关系；二次：测量、监视、控制、保护及其相互关系；一次二次的关系：二次是一次正常运行的保证，即二次为一次服务。机器代替人；弱电控制强电；二次控制一次。安全、优质、经济。0引言4.电力系统运行目标如何实现？5.《电力系统继电保护》6.《电力系统自动装置》7.《电力系统自动化》1继电保护概述1.继电保护的重要性①电力系统故障的必然性②电力系统元件之间的电磁联系③对故障切除时间的要求结论:只有安装于每一个电气设备上具有自动检测功能的自动装置（继电保护装置）才能完成此重任。1继电保护概述2.电力系统状态及其划分原则（继保）①正常状态、不正常状态、故障状态②划分原则：等式约束、不等式约束maxminmaxmaxminmaxkkiiiijijSSUUUIIfff发电机、变压器或用电设备的功率及其上限母线电压及其上、下限输、配电线路中的电流及其上限系统频率及其上、下限1继电保护概述3.不正常状态及其危害①不正常状态：（电压U频率f电流I）过负荷，频率降低，频率升高，过电压，中性点不接地和非有效接地系统中的单相接地，电力系统振荡。可能发展成故障；缩短电气设备的寿命；损耗和温升增加；电动机转速降低（升高）；产品质量下降；汽轮机叶片的振动变大；频率崩溃；电压崩溃。②危害1继电保护概述4.故障状态及其危害①故障状态：短路、断线1短路电流和电弧损坏故障元件。②危害2短路电流损坏非故障元件或缩短其使用寿命。3电压大大降低，用户的正常工作遭到破坏或产生废品。4破坏并列运行的稳定性，引起振荡，甚至使系统瓦解。1继电保护概述5.不正常、故障、事故的关系1）故障和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故2）事故的定义：系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的地步3）事故的表现：大面积停电、人生死亡、设备损坏2继电保护的任务1.识别故障，动作于跳闸触发断路器自动隔离故障元件，将故障影响范围限制到最小，使无故障部分尽快恢复到正常运行状态。2.反映电气设备的不正常工作状态，动作于信号反映电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(如有无经常值班人员等)发信，以通知值班人员即时进行处理；或由装置自动进行调整；并将那些若继续运行即会造成设备损坏或导致故障发生的设备从系统中切除。3对继电保护装置的基本要求1.选择性211d2d3d4dABCD单侧电源电路G342.速动性3.灵敏性4.可靠性4继电保护的基本原理电力系统发生故障时的现象：电流增大、电压降低、电压和电流间相位角发生变化等。4.方向保护；3.阻抗(或称为距离)保护；2.低电压保护；1.电流保护；利用发生故障时这些电气量与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护：5.纵联保护等。4继电保护的基本原理继电保护的组成框图：测量比较执行输出逻辑判断继电保护组成方框图相应输入量跳闸或信号逻辑判断的依据：被测量的大小、性质、组合方式、出现顺序等。5继电保护的发展史1.继电保护原理的发展史1890年电流保护；1908年电流差动保护；1910年方向性电流保护；1920年距离保护；1927年高频保护；1950年行波保护的设想，1975年装置实现；1980年工频突变量原理的保护；近期的发展。5继电保护的发展史2.继电保护装置的发展史机电型（电磁型）晶体管型集成电路型(未实用化推广)其它可能的发展方向微机型5继电保护的发展史3.微机继电保护装置的特点优点：硬件便于统一；具有很强的软件、硬件自检功能；可方便地实现复杂的动作特性；维护调试方便；并具有故障测距、故障录波和报告打印等辅助功能。缺点：抗干扰能力差。随着电子技术的发展和软件抗干扰能力的采用，该缺点已不明显。6继电器分类及其图形符号1.继电器的分类测量继电器、辅助继电器横向、纵向；常开（动合）常闭（动断）：左开右闭；上开下闭；时间继电器的识别技巧：气囊2.识图技巧7继电器特性1继电器特性00E23456kIreIopI继电特性曲线1E1该特性的特点：只有两个状态、能防抖动。rereopIKI2返回系数如返回系数为1，则意味着什么？8电网的电流保护1电流速断保护（电流Ⅰ段）2限时电流速断保护（电流Ⅱ段）3定时限过电流保护（电流Ⅲ段）4三段式电流保护的评价5电流保护的接线方式（电流继电器的接线方式）8.1电流速断保护211d2d3d4d12ABCD短路电流曲线IlGmnSminmaxsssZZZ1.电流速断保护：反应于电流幅值增大而瞬时动作的电流保护1fsEEIKZZzlK3/2：短路类型系数，三相短路取1，两相短路取sZ：系统等效阻抗，取决于运行方式问题：1）保护1能否有选择性的保护AB全长？2）最大最小方式如何兼顾？如何区分本线末与下一线出口？3）如何实现保护1的保护范围大，且具有绝对的选择性？（保护范围和选择性的矛盾）动作判据：opsetII8.1电流速断保护211d2d3d4d121FPIABCD短路电流曲线IlG2FPI2.整定原则：躲过下一段线路出口短路所能够出现的最大短路电流。1.maxFFPREfBICI2.max1.2~1.3FFPREfCFREICIC8.1电流速断保护211d2d3d4d121FPIABCD短路电流曲线IlG2FPI.max1min132sFPEZIlz3.保护范围校验：1.max1min32FPsEIZzl要求最小保护范围：min/15~20%ll8.1电流速断保护4.原理接线图：8.1电流速断保护211d2d3d4d121FPIABCD短路电流曲线IlG2FPI5.电流速断保护的优缺点：缺点：不可能保护本线路全长！（最大运行方式下的三相短路保护范围最大；最小运行方式下的两相短路保护范围最小。）优点：原理简单、动作迅速可靠。评价：满足速动性、选择性；不满足灵敏性8.1电流速断保护1：如何扩大保护1的保护范围？降低动作门坎（整定值）2：如何保证保护1的选择性？与保护2的电流速断配合两点思考：211d2d3d4d121FPIABCD短路电流曲线IlG2FPI1setI2setI8.2限时电流速断保护1.限时电流速断的整定与下一条线路的电流速断配合（定值、时间）211d2d3d4d12ABCD短路电流曲线IlG2FPI1SPI12121.1~1.20.5SSFPREPSFSREICIttttCts其中：8.2限时电流速断保护min1/SSEfBPKII1.3~1.5SEK要求：2.灵敏度校验问题：如果灵敏度不满足该如何处理？21ABCD（a）系统接线图Gtl1t2t1t2ttt（b）与电流速断配合限时电流速断动作时限的配合关系2t2tt1t1`tt（c）与限时电流速断配合8.2限时电流速断保护3.原理接线图8.2限时电流速断保护4.限时电流速断的评价选择性灵敏性快速性靠定值和延时配合来满足满足不满足211d2d3d4d12ABCD短路电流曲线IlG2FPI1SPI1FPItl1t2t1t2ttt（b）与电流速断配合8.2限时电流速断保护5.主保护和后备保护的概念1）主保护2）后备保护近后备远后备3）电流Ⅱ段可做电流Ⅰ段的后备4）电流Ⅱ段没有后备后备8.3定时限过电流保护1.设置过电流保护的目的后备作用（包括近后备、远后备）2.如何延长过电流保护的保护范围（提高灵敏度）？3.如何保证过电流保护的选择性？降低整定值（降低到什么程度？依据是什么？）增加延时（增加多少？依据是什么？）8.3定时限过电流保护.RERESSLmaxICCI44.0TRESSPLmaxRTCCIICt.TRESSSTLmaxRCCIIC4.过电流保护的整定431d2dABCDM21G单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明3t2t1ttttlt..SSmaxSSLmaxICI3434TTPPTTIIttt2323TTPPTTIIttt1212TTPPTTIIttt34123412TTTTTTTTPPPPIIIItttt8.3定时限过电流保护.22/TLSEfCminPKII.11/TRSEfCminPKII5.灵敏度校验431d2dABCDM21G单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明3t2t1ttttlt.11/TLSEfBminPKII1）近后备：2）远后备：.22/TRSEfDminPKII3）要求：近后备灵敏度大于1.3～1.5；远后备灵敏度大于1.2；从电源端到负荷端灵敏度递增。评价：靠延时满足选择性；满足灵敏性；不满足速动性8.4三段式电流保护的应用及评价1原理简单、只需电流量、工作可靠，一般情况下能够满足快速性要求，广泛应用于35kV以下电网；2它们都是反应于被保护对象故障时电流升高而动作，但整定原则不同；3保护范围受运行方式和故障类型的影响较大；4电流速断靠定值满足选择性；限时电流速断靠定值和延时满足选择性；过电流保护靠延时满足选择性；5电流速断不能保护线路全长，限时电流速断不能作为相邻线的后备，故此，常将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段组合起来构成阶段保护，具体应用时可采用：Ⅰ、Ⅲ；Ⅱ、Ⅲ或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的组合方式。8.4三段式电流保护的应用及评价两点思考：1对于双电源系统，电流保护还能应用吗？如何处理？AB12IE1d345CD1dI1dIE6782电流保护的保护范围受运行方式和故障类型的影响本质是什么？电流大或增大不是故障的本质特征，故障的本质问题是电网结构的改变。因此，能够反应电网结构参数变化的保护将有较好的性能。8.5电流继电器的接线方式ABCCaIIaIcI两相星形接线方式的原理接线图跳闸aKAcKA1完全星形2不完全星形（V型）ABCCbaIIIaIbIcI三相星形接线方式的原理接线图跳闸aKAcKAbKA8.5电流继电器的接线方式3两种接线方式的性能分析串联线路上两点接地的示意图IIIAB12c(A)(B)(C)BAdBd12cA并联线路上两点接地的示意图AdBd9距离保护1距离保护的原理mmmIUZmmmmmjXRZZmZmmRmX式中——测量阻抗的阻抗值。——测量阻抗的阻抗角。——测量阻抗的实部，称为测量电阻；——测量阻抗的虚部，称为测量电抗。KZk1Lsetk2距离保护原理示意图Lk1Lk2mUmI之G~k3Lk3G~QFQFMN9距离保护2距离保护的优点：1）与基于单端量的电流保护相比：保护范围不受运行方式和故障类型的影响；2）与基于双端量保护相比：距离保护只需单端电气量、保护性能不受通信通道的影响。3距离保护存在的问题：因为用到电压量，距离保护的性能受电压互感器断线、系统振荡、出口故障、CVT暂态特性等因素影响。9距离保护4距离保护存在问题的对策：1）电压互感器断线：由起动元件把关，闭锁距离保护；2）系统振荡：振荡闭锁元件把关（对距离保护Ⅰ、Ⅱ段）。3）出口故障：记忆电压、阻抗偏移特性、突变量方向元件。4）CVT暂态特性：距离保护范围的开放策略、估计算法。9距离保护5对距离保护的评价1.通过测量故障距离来确定故障的范围，保护区稳定、灵敏度高，动作情况受电网运行方式变化的影响小，能够用在多侧电源的高压及超高压的复杂电网中。2.由于只利用了线路一侧的电气量，距离保护I段的整定范围为线路全长的80％～85％，在双侧电源线路中，大部分区域故障能够无延时地切除；有30％～40％的区域故障经0.5s的延时后跳闸。3.距离保护的阻抗测量原理，除可以应用于输电线路的保护外，还可以应用于发电机、变压器保护中，作为其后备保护。4.在220kV以及以上电压等级的网络中，有时候这不能满足电力