继电保护基础知识

继电保护基础知识•继电保护概述•继电保护作用•继电保护基本组成•继电保护工作原理•对继电保护装置的要求•继电保护分类•继电保护装置运行规程一、继电保护概述：电力系统在运行中，由于电气设备的绝缘老化或损坏、雷击、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见也是最危险的故障是各种类型的短路，常见的不正常运行状态是过负荷，这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全可靠运行。除了应采取提高设计水平、提高设备的制造质量、加强设备的维护检修、提高运行管理质量、严格遵守和执行电业规章制度等项措施，尽可能消除和减少发生故障的可能性之外，还必须做到一旦发生故障，能够迅速、准确、有选择地切除故障设备，防止事故的扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，以减小对用户的影响。当电力系统出现不正常运行状态时，应能及时发现并尽快处理，以免引起设备故障。要在极短的时间内完成上述任务，只能借组继电保护装置来实现。二、继电保护作用：继电保护装置是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并动作于断路器故障或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是：1、当电力系统发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中消除，以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏。2、当系统发生不正常工作情况时，能自动、及时、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者消除那些继续运行会引起故障的电气设备。3、实现电力系统自动化和运动化，以及工业生产的自动控制。三、继电保护的基本组成：继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分、执行部分、信号部分及操作电源等组成，如下图所示：1、测量部分：用来检测被保护对象（电气设备或输电线路）的运行状态，将被保护对象的运行状态信息（如电流、电压等）通过测量、变换、滤波等加工处理后送入逻辑部分。2、逻辑部分：将测量部分送来的信息与基准整定值进行比较，判断保护装置是否该动作于跳闸或信号，是否需要延时等，输出相应信息。3、执行元件：根据逻辑元件输出的信息，送入跳闸信息至断路器控制回路或发出报警信息至报警信号回路。四、继电保护的工作原理：电气设备从正常工作状态到故障或不正常工作状态，其电气量（如电流、电压的大小及电流、电压之间的相位角等）往往会发生显著变化，继电保护装置就是利用这种变化来鉴别有无故障或不正常工作情况，以电气量的测量值或它们之间的相位关系来检测故障地点，有选择性地切除故障或显示电气设备的不正常工作状态。电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征如下：1、电流增大。短路时故障点与电源之间的电气元件上的电流，将由负荷电流值增大到大大超过额定负荷电流。2、电压降低。系统发生相间短路或接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值均下降，且越靠近短路点，电压下降越多，短路点电压最低可降至零。3、电压与电流之间的相位角发生改变。正常运行时，同相电压和电流之间的相位角即负荷的功率因数角，一般约为20度；三相金属短路时，同相电压与电流之间相位角即阻抗角，对于架空线路一般为60―80度；而在反方向三相短路时，电压与电流的相位角，对于架空线路为180+（60―80）度。4、测量阻抗发生变化。测量阻抗即为测量点（保护安装处）电压与电流相量之比值，即Z=U/I。以线路故障为例，正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗为线路阻抗；故障后测量阻抗模值显著减小，而阻抗角增大。5、出现负序和零序分量。正常运行时，系统只有正序分量；当发生不对称短路时，将出现负序分量和零序分量。6、电气元件流入和流出电流的关系发生变化。对任一相正常运行的电气元件，根据基尔霍夫定律，其流入电流等于流出电流，但元件内部发生故障时，其流入电流不等于流出电流。此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护，如瓦斯保护（在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器和绝缘材料分解，产生大量含瓦斯气体，从油箱流向油枕，反应这种气流和油流动作的保护。瓦斯保护主要元件为瓦斯继电器）以6-10kV线路过流保护动作过程为例：视线路原在运行状态，断路器辅助触点QF1闭合。当线路发生过电流时，通过电流互感器立刻反映到二次侧，引起二次设备动作。例如线路用户端发生AC相间短路故障时，动作过程如下：1TAa、1TAc一次侧流过短路电流——1TAa、1TAc二次侧电流增大——电流继电器1KA、2KA动作，其动合触点闭合——启动时间继电器KT，经整定时限后其延时触点闭合——信号继电器KS和断路器操作机构的跳闸线圈YT同时动作，使断路器QF跳闸，并由KS的触点发出信号。断路器QF跳闸后，由其辅助触点QF1切断跳闸线圈YT中的电流。五、对继电保护装置的要求：为完成继电保护的基本任务，动作于断路器跳闸的继电保护装置必须满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性4项基本要求。1、选择性：指电力系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其他无故障部分继续运行，以尽量减小停电范围。图中线路WL4上K1点短路时，应跳开断路器QF4，而其他非故障线路仍继续运行。仅将故障线路WL4切除，不能因为变压器T也有短路电流通过而将断路器QF2跳开。此时，如果QF2跳闸，称为“误动作”，将造成母线W3失电压，扩大停电范围。但是，由于某种原因导致QF4拒动时，再跳开断路器QF2切除故障是正确的，仍属于有选择性。继电保护的这种功能称为后备保护，即变压器T的保护装置起到对相邻元件（WL3、WL4、WL5线路）后备保护的作用。当后备保护动作时，停电范围虽有所扩大，但仍是必要的，否则当保护装置或断路器拒动时，故障无法切除，后果极其严重。如果在K2点发生短路，应当只跳开断路器QF2，切出故障。让线路WL1及母线W2继续运行。继电保护装置的选择性，是恢复采用适当类型的继电保护装置和正确选择其整定值，使各级保护配合而实现的。2、快速性：为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电，以及避免和减轻电气设备在事故时说遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。但是，并不是对所有的故障情况都要求快速切除故障。因为提高快速性会使继电保护装置较复杂，增加投资，有时也可能影响选择性，因此，应根据被保护对象在电力系统中的地位和作用，来确定其保护的动作速度。例如，对大容量的发电机和变压器，要求保护装置的动作时间在工频几个周期之内，对高压和超高压输电线路，要求保护装置的动作时间在工频1-2个周期以内；对于某些电压等级较低的线路，则允许1-2s，甚至更长些，对于后备保护的动作时间，要求大于主保护的动作时间。3、灵敏性：灵敏性是既定保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作，态的反应能力，一般以灵敏系数Ks表示。灵敏度要保证在最不利于保护动作的条件下仍能够可靠动作，不同保护间还要相互配合反应故障参数上升而动作的过量保护装置反应故障参数降低而动作的欠量保护装置4、可靠性：指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，继电保护装置在需要它动作时可靠动作（不拒动），而在电气设备无故障或保护范围外发生故障时，保护装置可靠不动作（不误动）。继电保护的可靠性是对继电保护最根本的要求六、继电保护分类1、按保护对象分类：继电保护按保护对象不同分为元件保护和线路保护。元件保护又分为发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等，线路保护又分为高压和超高压输电线路保护、高压和低压配电线路保护等。2、按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序电流保护等。3、按所反应的故障类型分类：相间短路保护、接地短路保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等。4、按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（电磁型和感应型）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护、微机型保护等。5、按保护所起的作用分类：（1）主保护：反应被保护元件自身故障并以尽可能短的延时，有选择地切除故障的保护；（2）后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件，后备保护分为近后备和远后备两种。（远后备保护指的是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；近后备保护是指当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护）（3）辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足或当其退出运行时，而增设的较简单的保护。七、继电保护装置运行规程：1、继电保护及自动装置投退规定：（1）继电保护和自动装置的投退必须经有关部门批准，主系统继电保护装置（220kV及以上母线和线路保护及主变零序保护）和自动装置（重合闸）须经升中调批准；发变组、厂用系统的继电保护及自动化装置应经生产厂长和当值值长批准。（2）运行和备用中的设备，其保护和自动装置均应投入，禁止设备无保护运行。保护装置故障情况下，可申请将故障部分退出运行。（3）对主保护双重化的设备，运行中严禁将主保护同时退出。（4）运行中的设备因需要停用两种以上保护之一进行维修检查时，在不影响其他保护或装置情况下，可停用其中之一，但不得停用该设备的主保护；只有单一保护者，不得停用。（5）厂用负荷保护（熔断器、热偶、一次过流）值班员不得任意更改或退出，若须更改或退出必须经生产厂长、当值值长同意，并作好记录。（6）保护装置或二次回路的检查、试验应配合一次设备停电进行，允许其他保护装置短时停用。2、继电保护定值更改规定（1）继电保护装置和自动装置的定值变更，应根据有关部门的通知书或电话命令进行调整和更改。主系统继电保护装置（220kV及以上母线和线路保护及主变零序保护）须经省调命令。其调整和更改均由继电保护人员执行。值班员应会同变更保护定值的工作负责人一起核对无误后方能投入保护；属省调下达的定值，由值班员与省调值班调度员核对无误后，方能投入保护。并将保护定值变更情况详细记入“继电保护记录薄”内。（2）继电保护和自动装置的定值（省调定值和我厂定值）记录应与实际相符。主要保护按照规定定期进行核对和试验。集控室应保存一套完整、正确的继电保护原理图，并有完整的定值记录单。（3）改变运行方式等原因需调整保护定值时，必须在调整保护定值前退出保护出口压板，定值调整完成后再重新投入保护出口压板。3、继电保护投退操作注意事项（1）保护和自动装置投入，应先投入交流后投直流后路。（2）保护压板投入时应先投功能和压板后投出口压板：保护压板退出时与此相反。（3）继电保护及自动装置的投入或退出应用专用压板和开关进行，不得用拆接二次线头和加临时线的方法进行。（4）在操作保护压板时，应注意不与相邻压板或盘面接触，防止保护误动或造成直流接地。（5）投入保护压板前，应先用万用表DC220V档分别测量压板两端对地电位正常，以判断保护无异常；投入压板后用万用表DC220V档分别测量压板两端对地电位正常，一判断压板投入接触良好；对于出口压板，投入压板前，应先用万用表DC220V档测量压板两端确无电压后方可投入压板。（6）在正常电气设备停电操作中，保护装置若不进行工作，而又不影响到其他电气设备正常运行时，其压板可不进行切除操作，但设备投运时，必须对其详细检查。（7）保护装置不正常时压板的投退由继电保护专业人员指导投退。（8）继电保护和自动装置的投停及运行中运行方式的改变，除回路中引出的压板、转换开关或切换刀闸由值班员操作外，其余均由继电保护人员进行。改变一次系统运行方式时，应同时考虑继电保护配合。（9）继电保护屏前后，必须有正确的设备名称，继电器、压板均应有正确的标志，投停前均应核对设备正确无误。4、继电保护或自动装置在运行中的注意事项（1）严禁无工作票在运行的保护或装置上以及仪用PT、CT二次回路上进行维修工作，运行值班人员发现此种现象，应立即制止。（2）运行中的电流回路上进行测量、试验、方式切换等操作时，应在试验端子上进行，并做好防止CT二次回路开路的措施。（3）为防止运行设备的保护误动作，不允许在运行的继电保护盘上或附近进行振动较大的工作，必要时采取措施或停用部分保护。（4）查找运行中保护装置的直流电源接地时，必须采取可靠措施防止误动，直流系统大负荷投运造成