电力系统继电保护(中国电力出版社_霍利明主编)_PPT课件

选用教材第一章绪论-刘伟娜第二章电网的电流保护-吕佳第三章电网的距离保护-刘伟娜第四章输电线路纵联保护-宗哲英第五章输电线路的自动重合闸-吕佳第六章电力变压器的继电保护-葛丽娟第七章发电机保护-宗哲英第八章母线保护PPT-葛丽娟第九章微机保护概述-刘伟娜目录第一章绪论第一节电力系统继电保护的作用一、电力系统的故障和不正常运行状态电力系统的一次设备：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。电力系统的一次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态和故障状态。不正常运行状态：过负荷；系统中出现有功功率缺额而引起的额定频率减低；发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高；中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压升高；系统振荡。故障：各种形式的短路；断线故障或者几种故障同时发生的复合故障。发生故障时可能产生的后果：（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。（2）短路电流通过系统中非故障元件时，由于发热和电动力作用引起它们的损坏或缩短使用寿命。（3）部分电力系统的电压大幅度下降，使大量电力用户的正常工作和生活遭到破坏或产生废品。（4）破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。二、继电保护装置及其任务继电保护装置：反应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的一种自动装置。继电保护装置基本任务：(1)发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行；(2)对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。第二节继电保护的基本原理和保护装置的组成一、继电保护的基本原理1.利用基本电气参数的区别（1）过电流保护。（2）低电压保护。（3）距离保护。～ABC12kI)3(k0kUkZ2.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规定电流的正方向：从母线流向线路，线路AB两侧电流相位（或功率方向）。双侧电源网络(a)正常运行情况；(b)线路AB外部短路情况；(c)线路AB内部短路情况～ABC～(a)～ABC～(b)1k～ABC～(c)2k3.序分量是否出现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。根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。4.反应非电气量的保护反应变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成瓦斯保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。二、继电保护装置的组成继电保护由三个部分组成：测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分逻辑部分执行部分输入信号输出信号整定值第三节对继电保护的基本要求电力系统继电保护的基本性能应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。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。k1点短路时，应先由保护3动作跳闸，将故障线路CD切除，而变电所A、B、C继续供电，而不是由保护1或2首先动作跳闸，中断变电所B、C、D的供电，造成大面积停电。～ABCD1k123二、速动性短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。因此，在发生故障时，应力气保护装置能迅速动作切除故障。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.06~0.12s，最快的可达0.01~0.04s，一般的断路器的动作时间为0.06~0.15s，最快的可达0.02~0.06s。三、灵敏性指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否存在过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。四、可靠性指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。第四节继电保护技术的发展简史首先出现了反应电流超过一预定值的过电流保护。熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。电力系统的发展，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置（断路器）的过电流继电器。1890年出现了装于断路器上直接反应一次短路电流的电磁型过电流继电器。20世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电压相比较的保护原理。在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。在20世纪50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。在1975年前后诞生了行波保护装置。继电保护的结构型式的发展：机电式整流式晶体管式集成电路式微机式第二章电网输电线路的电流电压保护第一节继电保护用继电器和电力互感器继电器是组成继电保护装置的基本元件。电流继电器是实现电流保护的基本元件，在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器的继电特性是通过力矩相互作用实现的。能使继电器动作（动合触电闭合）的最小电流称为继电器的动作电流；能使继电器返回（动合触电打开）的最大电流称为继电器的返回电流。由于摩擦力矩的存在，使得返回电流与动作电流不等。1345687M12MthfMMthfMM(a)(b)12rMf2MreM9101112kI2Φ8电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线继电器状态kIreIactI过电流继电器的继电特性保护继电器的返回电流与动作电流的比值称作返回系数，记为：reKactrereIIK将一次系统的大电流准确地变换为适合二次系统使用的小电流（额定值为1A或5A），以便继电保护装置或仪表用于测量电流。并将一次、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系。电流互感器在电路图中的文字符号为TA。电流互感器由铁芯及绕组组成，原方绕组和副方绕组通过一个共同的铁芯进行互感耦合。电流互感器：'1U'1X2X'1I2I2U'1U''11jXI22jXI2U2I'1I'FU'FX'FU'FI'FU'FI'FILZ电流互感器的等值回路及相量图电压互感器：将一次系统的高电压准确地变换为适合二次系统使用的低电压（额定值为100V或100/V）。并将一次、二次设备安全隔离，以保障二次设备和工作人员的安全。电压互感器在电路图中的文字符号为TV。1.电磁式电压互感器2.电容式电压互感器'1U'1Z2Z'1I2I'1U''11IZ22IZ2U2I'1I0()a()b2U'FU'FZLZ'FI'FU'FI电压互感器的等值电路与相量图1C1U1I2I2CL20UT1C2CtX120112CUUCC()a()b2ULILZLZLI电容式电压互感器原理图第二节相间短路的电流保护根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流保护有三种：第一，无时限电流速断保护或无时限电流电压联锁速断保护；第二，带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护；第三，定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。一、无时限电流速断保护无时限电流速断保护依靠动作电流来保证其选择性，即被保护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不能动作；而只有在内部短路时流过保护的电流才有可能大于其动作电流，使保护动作。故无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性。无时限电流速断保护的灵敏度是通过保护范围的大小来衡量的，即它所保护的线路长度的百分数来表示。保护在不同运行方式下和不同短路类型时，保护的灵敏度即保护范围各不相同。应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不小于线路全长的15%。ABC1QF2QFsmaxsminZZ3QFminlmaxlΙact1IIl0213k无时限电流速断保护整定计算示意图ΙΙact1relkBmaxIKI当系统运行方式变化很大，或者保护线路的长度很短时，无时限电流速断保护的灵敏度就会不满足要求甚至没有保护范围，此保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护。电流电压联锁速断保护是采用电流、电压元件相互闭锁实现的保护，只要有一个元件不动作，保护即被闭锁。二、带时限电流速断保护电流保护第Ⅰ段只能保护线路的一部分，而该线路剩下部分的短路故障必须依靠电流保护第Ⅱ段来可靠切除。这样，线路上的电流保护第Ⅰ段和第Ⅱ段共同构成整个被保护线路的主保护，它能以尽可能快的速度，可靠并有选择性地切除本线路上任一处故障。带时限电流速断保护电流测量元件的整定值遵循原则：第一、在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路全长（包括本线路末端），为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证保护在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长；第二、为了保证在相邻的下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线路的无时限电流速断保护配合。ΙΙΙΙΙact1relact2bminΙact1act2/IKIKtttABC1QF2QF3QFΙact1IIl0ABIBIBCIkkBmaxIΙact1IΙact2IkCmaxI当带时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第Ⅱ段整定值配合的方法确定，以降低本线路电流保护第Ⅱ段的整定值，提高其灵敏度。ΙΙΙΙrelact2act1bminKIIKΙΙact1act2ttt三、定时限过电流保护定时限过电流保护的作用是做本线路主保护的近后备，并做相邻下一线路或元件的远后备，因此它的保护范围要求超过相邻线路或元件的末端。由于定时限过电流保护的动作值只考虑在最大负荷电流情况下保护不动作和保护能可靠返回的情况，而无时限电流速断保护和带时限电流速断保护的动作电流则必须躲过某一个短路电流，因此，电流保护第Ⅲ段的动作电流通常比电流保护第Ⅰ段和第Ⅱ段的动作电流小得多，其灵敏度比电流保护第Ⅰ、Ⅱ段更高。当网络中某处发生短路时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第Ⅲ段的电测量元件均可能动作。为了保证选择性，各线路第Ⅲ段电流保护均需增加延时元件，且各线路第Ⅲ段保护的延时必须互相配合。两相邻线路电流保护第Ⅲ段动作时间之间相差一个时间阶段的整定方式称为按阶梯原则整定。当定时限过电流保护灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护。所谓低电压启动的过电流保护是指在定时限过电流保护中同时采用电流测量元件和低于动作电压动作的低电压测量元件来判断线路是否发生短路故障的保护。四、电流保护的接线方式所谓电流保护的接线方式是指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。为能反映所有类型的相间短路，电流保护要求至少在两相线路上应装有电流互感器和电流测量元件。完全星形接线方式，一般用于大接地电流系统。不完全星形接线方式，一般用于小接地电流系统。两种接线方式均能反映所有的相间短路，两种接线方式的区别主要有：（1）两种接线的投资不同；（2）在大接地电流系统中，完全星形接线能反映所有单相接地故障，不完全星形接线不能反映B相接地故障；（3）在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，不完全星形接线只有三分之一的