继电保护原理

继电保护定义反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出信号或指示的自动装置。故障：短路、断路、两者同时发生不正常状态过负荷功率缺额而引起的频率降低发电机突然甩负荷而产生的过电压振荡一、基本概念继电保护作用迅速切除故障，使停电范围缩小指示不正常状态，并予以控制一次系统、二次系统一次系统：发电厂和变电所的电器主接线，是由高压电器设备通过连接线组成的系统。主要包括生产和转换电能的设备，接通或断开电路的设备，限制故障电流和防御过电压的电器设备、接地装置和载流导体5部分。二次系统：由二次设备组成的系统。凡监视、控制、测量以及起保护作用的设备。一次设备、二次设备一次设备：一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备。如发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其他用电设备等。二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备二、继电保护的基本原理基本原理利用被保护线路或故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。利用基本电气参数的区别过电流保护原理：正常负荷时电流较小，而短路时电流较大。低电压保护原理：短路时线路上的电压降低。阻抗保护原理：短路时线路电流上升，电压下降，故阻抗（U/I）变小。利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别——纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等对称分量是否出现——零序保护和负序保护原理：电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。反应非电气量的保护瓦斯保护原理：反应变压器油箱内部故障时所产生的气体过热保护原理：反应于电动机绕组的温度升高给出“是”、“非”、“大于”等逻辑信号判断保护是否启动常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”等，确定断路器跳闸或发出信号测量部分逻辑部分执行部分输入信号整定值输出信号四性：选择性、速动性、灵敏性和可靠性选择性——保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少。ABd1d2d3C12341、2处保护动作3处保护动作4处保护动作补充概念后备保护方式远后备：后备保护与主保护处于不同变电站近后备：主保护与后备保护在同一个变电站，但不共用同一个一次电路。电路近后备：主保护与后备保护在同一个变电站内，共用同一个互感器或同一个一次电路。例：4处过电流保护为电路近后备保护;2、3处保护为变电站近后备；1处保护为远后备d112Y3465牵引变电所110kV主保护后备过流阻抗公用电路跳闸4CT速动性——继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。故障的切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和。保护动作时间一般快速保护：60ms～120ms;最快可达：10ms～40ms(如：超高压线路主保护)断路器动作时间一般的断路器：60ms～150ms;最快可达：20ms～60ms灵敏性——保护装置对其保护范围内的故障或不正常状态的反应能力，常用灵敏系数来衡量。可靠性——在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反映的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动，称信赖性）而在不属于该保护装置动作的其他情况下，则不应该动作（即不误动，称安全性）。静态继电保护目前是综合自动化熔断器1890s电磁型1901感应型1927高频载波保护1950s晶体管保护微波保护1970s集成电路保护1980s微机保护1990s光纤保护过流1908差流1910方向比较1920距离保护1970s行波保护增量保护2000s广域保护牵引网保护原理分析牵引网保护配置与整定计算牵引变压器保护配置与整定计算17一、牵引供电系统的特点◆单相、移动、冲击性负荷；◆负荷电流变化范围大；◆负荷电流中的谐波含量高（20%～30%），在再生工况下更高（可达40%以上）；◆空载投入机车牵引变压器、含有AT或BT的牵引网空载投入时，将产生励磁涌流；◆供电臂供电距离长，单位阻抗大；◆牵引网结构复杂，接触网机械故障的机率增大。因此，与电力系统中的线路保护相比，牵引网馈线保护有其特殊性。18二、牵引网自适应距离保护1.对距离保护的要求◆躲故障过渡电阻能力◆负荷特性对距离保护的影响19jXOabcZzdZlminRgRjXO再生负荷R涌流涌流+重负荷再生负荷+重负荷牵引负荷误动区因此，在牵引网馈线保护中距离保护通常采用偏移四边形特性。2.自适应距离保护的基本思想◆相控整流电力机车负荷电流中含有丰富的奇次谐波分量；◆电力机车通过电分相或空载投入AT，牵引网产生的励磁涌流中含有较高的二次谐波分量。20基本思想：根据负荷电流中综合谐波含量，自动调节阻抗继电器的边界。①综合谐波抑制◆综合谐波含量定义2123571IIIIKI11zdzdRRK11zdzdXXK◆自适应调节动作边界自适应阻抗继电器的动作特性图②二次谐波闭锁◆目的为了避免电力机车通过电分相或AT供电方式下空载投入接触网产生的励磁涌流引起保护误动作。◆判据22221IKI3.距离保护的整定一、ab边的整定ab边按线路阻抗整定，即：23二、bc边的整定按基波最小负荷阻抗整定，即：maxminmaxmax)/sin(cosFkFfLfzdIKUZtgZRLXKXkzd0三、电流增量保护1.目的提高躲过渡电阻能力2.基本思想◆负荷电流在短时间（ms级）内增量不大；◆短路电流在短时间（ms级）内增量很大。3.电流增量定义24qhIII时间间隔通常取一个或两个工频周波4.动作判椐251111(1)AghqAhhhZDIIKKIIIKKIKI23571IIIIKI◆综合谐波含量：◆谐波抑制系数：AK（通常取大于1的数）◆二次谐波闭锁：221IKI&t△ZDI2/I1≥KYL信号跳闸△I≥I△ZD◆原理框图5.动作分析◆负荷→故障故障电流基本为纯正弦波，则=0，显然，继电器的动作量为基波电流增量。◆负荷→负荷负荷电流中综合谐波含量越大，继电器的动作量也就越小，继电器的动作门槛值也就越大，继电器越不容易动作。可见改进后躲过渡电阻的能力大大增强。K261111(1)AghqAhhhZDIIKKIIIKKIKI6.特点◆可按一列机车起动电流整定27.maxzdkFIKI机车起动电流，跟机车类型有关，一般在200A左右。典型时限：常规保护最长时限＋(0.2-0.4)s◆躲过渡电阻能力强、灵敏度高四、过电流保护◆综合谐波抑制◆二次谐波闭锁28信号跳闸1212/zdIKIIIIKt五、反时限过负荷保护常用的三种反时限特性◆一般反时限290.020.14101GFGFTtII◆甚反时限13.5101GFGFTtII◆极度时限280101GFGFTtII特点：近处故障时动作时限短，远处故障时动作时间自动加长。一、单线单边供电方式301.保护配置◆阻抗Ⅰ段◆电流速断◆电流增量（选配）变电所分区所DL2.保护整定◆阻抗Ⅰ段31电抗边按线路全长整定：0XLKXkZD电阻边按负荷阻抗整定：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max负荷角线路阻抗角可靠系数线路全长单位线路电抗最大负荷电流典型动作时限0.1s信号跳闸1zdIIt32◆电流速断maxFkzdIKI可靠系数最大负荷电流典型动作时限0.1s灵敏度校验：..min1.2dSPmzdIKI信号跳闸1212/zdIKIIIIKt33◆电流增量maxFkzdIKI可靠系数一列车的启动电流动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2-0.4)s二、单线越区供电方式341.保护配置◆阻抗Ⅰ段◆阻抗Ⅱ段◆电流速断◆过电流◆电流增量（选配）SSSPL1L2D1D22.保护整定◆阻抗Ⅰ段35电抗边按线路全长L1的85%整定：电阻边按负荷阻抗整定：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max负荷角线路阻抗角线路全长单位线路电抗最大负荷电流0185.0XLXZD◆阻抗Ⅱ段电抗边整定按线路全长（L1+L2）整定：120()ZDkXKLLX电阻边按负荷阻抗整定典型动作时限0.1s典型动作时限0.2s◆电流速断电流速断按分区所SP处最大短路电流整定。36max..2.1SPdzdIISP处短路时的最大短路电流典型动作时限0.1s信号跳闸1212/zdIKIIIIKt37◆过电流过电流定值按躲过最大负荷电流整定。maxFkzdIKI可靠系数最大负荷电流典型动作时限0.2s灵敏度校验：..min1.2dSPmzdIKI38◆电流增量maxFkzdIKI一列车的启动电流动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2-0.4)s三、复线单边供电方式39SSLSPD1D2D31.保护配置变电所SS处D1、D2分区所SP处D3◆阻抗Ⅰ段◆正向阻抗Ⅰ段◆阻抗Ⅱ段◆反向阻抗Ⅰ段◆电流速断◆电流速断◆过电流◆电流增量（选配）◆电流增量（选配）2.变电所保护整定◆阻抗Ⅰ段40电抗边按线路全长L的85%整定，考虑上行互感：电阻边按负荷阻抗整定：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max负荷角线路阻抗角线路全长单位线路电抗最大负荷电流◆阻抗Ⅱ段电抗边整定按线路全长2L整定：电阻边按负荷阻抗整定)15.185.0(85.0120XXLXZD单位上下行线路互感02ZDkXKLX典型动作时限0.1s典型动作时限0.2s◆电流速断电流速断按躲过分区所SP处最大短路电流整定。41◆过电流max..2.1SPdzdIISP处短路时的最大短路电流典型动作时限0.1s典型动作时限0.2smaxFkzdIKI可靠系数最大负荷电流42◆电流增量maxFkzdIKI一列车的启动电流动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2-0.4)s3.分区所保护整定◆正反向阻抗Ⅰ段43电抗边按线路全长L整定：电阻边按负荷阻抗整定：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max负荷角线路阻抗角线路全长单位线路电抗最大负荷电流0ZDkXKLX典型动作时限0.1s44◆电流速断按躲过1列机车最大负荷电流整定：.max1.2ZDJCII1列车最大负荷电流◆电流增量maxFkzdIKI一列车的启动电流典型动作时限0.1s动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2-0.4)s一、差动保护1.电流平衡方程45◆Y/△-11变压器变压器微机保护装置IIIIAIBICIBAIICBIIACII1W2W2110301111010111ABCTBCTCTCAphIIInIInnIIIIKI＝◆单相变压器46变压器微机保护装置AIBIIBAIIABIII1W2W2121ABCTTCTBAphIIInnnIIIIKI＝◆Vv变压器47变压器微机保护装置AIBICIIIIIAIBICI1W2W211001111010111ACTBTCTCphIInInnIIIKI◆阻抗匹配平衡变压器48IIII2213W变压器微机保护装置AIBICIBAII