继电保护概述及基础知识

继电保护原理第一章继电保护概述培训内容•第一节继电保护的任务•第二节继电保护装置的原理、组成及分类•第三节继电保护的基本要求第一章继电保护概述第一节继电保护的任务系统的电流、电压均处于电气设备正常承受范围内，不会对电气设备造成危害电力系统的运行状态1.正常运行2.故障3.不正常运行断线短路三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等单相断线两相断线过负荷、过电压频率降低、系统振荡等继电保护的任务1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动地、迅速地、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。2.当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。第一章继电保护概述第二节继电保护装置的原理、组成及分类继电保护装置的原理及组成•能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置2020/6/197测量逻辑执行被测物理量整定值跳闸或信号测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。继电保护的分类继电保护装置按保护对象分按保护原理分按故障类型分按保护技术分按保护作用分输电线路保护发电机保护变压器保护电动机保护母线保护机电型保护整流型保护晶体管型保护集成电路型保护微机保护电流保护电压保护距离保护差动保护方向保护零序保护主保护后备保护辅助保护相间短路保护接地故障保护匝间短路保护断线保护失步保护失磁保护及过激磁保护•主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。•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。•近后备保护：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后备的保护。•远后备保护：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。2020/6/199主保护、后备保护主保护、后备保护示例•主保护、近后备、远后备示例图第一章继电保护概述第三节继电保护的基本要求继电保护的基本要求•对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。选择性要求•继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电的范围尽量小，以保证系统中的无故障部分仍能继续工作。当k1短路时，保护1、2动→跳1QF、2QF，有选择性；当k2短路时，保护5，6动→跳5QF、6QF，有选择性；当k3短路时，保护7、8动→跳7QF、8QF，有选择性；若保护7拒动或7QF拒动，保护5动→跳5QF(有选择性)；若保护7和7QF正确动作于跳闸，保护5动→跳5QF，则越级跳闸(非选择性)。速动性要求•快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。•对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定，例如：•1）根据维持系统稳定的要求，必须快速切除的高压输电线路上发生的故障；•2）使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值(一般为0．7倍额定电压)的故障；速动性要求•3）大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障；•4）1～10kV线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障等；•5）可能危及人身安全、对通讯系统或铁道信号系统有强烈干扰的故障等。速动性要求•故障切除的总时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。•一般的快速保护的动作时间为0．04～0．08s，最快的可达0．01～0．02s；•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。灵敏性要求•在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考虑：•1.在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式；•2.在所保护的短路类型中，选择最不利于保护动作的短路类型；•3.在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点（计算所选的短路点）。灵敏性要求•通常灵敏性用灵敏系数来衡量，表示为Ksen：1）反应故障参数增加的保护装置(如电流保护)，其灵敏系数：2）反应故障参数降低的保护装置(如低电压保护)，其灵敏系数：•其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。Ksen=保扩区末端金属性短路时保护安装处故障参数的最小值=Ik.min保护装置的动作参数IactKsen=保护装置的动作参数=Uact保护区末端金属性短路时保护安装处故障参数的最大值Uk.man可靠性要求•可靠性：指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作(拒动)，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该错误动作(误动)。1、影响可靠性的因素•内在的：装置本身的质量，包括元件损坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，融点多少等；•外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装。可靠性要求2、提高可靠性的措施1）选用适当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件和融点的数量；2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施；3）提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理；4）采取保护装置多重化措施。•以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的发展•继电保护的原理和结构形式发展如下继电保护原理第二章继电保护的基础知识培训内容•第一节电流互感器及电压互感器•第二节变换器•第三节对称分量滤过器•第四节幅值比较和相位比较•第五节常用电磁型继电器第二章继电保护的基础知识第一节电流互感器及电压互感器电流互感器•将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证工作人员的安全。电流互感器1.电流互感器正方向规定1LloaZ2L1K2K极性端极性端2I1I一次侧电流同名端流进二次侧电流同名端流出1I2IaZ1aZ2loaZZ等值电路相量图1I2II21III由等值电路可见：由电磁平衡原理：2211WIWI所以112InIITATAn电流互感器变比电流互感器2、电流互感器的误差（1）电流互感器存在误差的原因%100'1'12IIII比值误差角度误差由于励磁电流的存在，使一次电流折算值与二次电流不等，即两者的大小和相位不同。小于10%小于7º12argII电流互感器2、电流互感器的误差（1）电流互感器存在误差的原因（2）电流互感器10%误差曲线电流互感器比值误差为10%，角度误差小于7°，电流互感器一次电流倍数与允许的二次负载阻抗之间的关系曲线loaZm0maxZ%10I07%10I07电压互感器电压互感器的接线方式星型接线三相五柱式接线V-V接线特点：可以获得对称的三个线电压，但不能获得相电压可以获得相电压、线电压和零序电压可以获得相电压、线电压和零序电压VPVUUUABCabcABCAUBUCUbUCUaUUabcnVVV1PV2PV3PVUUUABCabcnUnl电流互感器与电压互感器的工作特点•电压互感器二次电压可看成是电压源，而电流互感器二次电流可看成是电流源；•电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁密较电流互感器高得多；•电压互感器工作在二次侧开路状态，电流互感器工作在二次侧短路状态；•电流互感器二次不能开路。第二章继电保护的基础知识第二节变换器概述•1、变换器作用•保护装置动作判据主要为母线电压(线路电压)、线路电流。因此需要将母线(线路)电压互感器、电流互感器输出的二次电压、电流再经变换器进行线性变换后送入继电保护装置的测量电路。变换器的基本作用如下：•1）电量变换：将互感器二次侧电压(额定100V)、电流(额定5A或1A)，转换成弱电压(数伏)，以适应弱电元件要求。•2）电气隔离：电流、电压互感器二次侧的保安、工作接地，是用于保证人身和设备安全的，而弱电元件往往与直流电源连接，直流回路不允许直接接地，故需要经变换器实现电气隔离。•3）调节定值：整流型、晶体管型继电保护可以通过改变变换器一次或二次线圈抽头来改变测量继电器的动作值。概述•1、变换器作用•2、变换器的种类•电压变换器：将一次电压变换成装置所需要的二次电压。•电流变换器：将一次电流变换成装置所需要的二次电压。•电抗变压器：与电流变换器一样，将一次电流变换成装置所需要的二次电压。电压变换器•如图所示UV原方与电压互感器相联，TV二次侧有工作接地，UV副方的“直流地”为保护电源的0V，电容C容量很小，起抗干扰作用。•从UV原方看进去，输入阻抗很大，对于负载而言UV可以看出一个电压源，UV两侧电压成正比：U2=KuU1··电流变换器•如图所示：从UA原方看进去，输入阻抗很小，对于负载而言UA可以看成一个电流源。•UA二次电流(一般为mA级)与一次电流成正比，二次电流在电阻上形成二次电压：U2=RKII1··电抗变压器•VX等效电路如图所示，UX输入阻抗很小，串于TA二次回路；对于负载，UX近似为电压源。UX励磁阻抗相对于负载来说很小，可以认为一次电流全部用于励磁，这样二次电压U2=ZmI1=KII1•其中KI称为UX的转移阻抗。与UA的电压变换电路不同，UX输出电压超前输入电流一定相位角，具有“电抗特性”。·····第二章继电保护的基础知识第三节对称分量滤过器概述•为了提高保护装置的灵敏度，经常采用序分量来作为保护的判据。要获得这些序分量就必须借助于各种序分量滤过器，称为对称分量滤过器。当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出负序分量当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出零序分量零序分量滤过器零序电压滤过器零序电流滤过器负序分量滤过器负序电压滤过器负序电流滤过器零序电压滤过器•零序电压滤过器的作用是为了获得零序电压，它的输入是三相电压，输出只与输入电压中的零序电压成正比。03UNabcABC03UUUUUcbaout构成依据：构成元件：三个单相式电压互感器或三相五柱式电压互感器都可以获得零序电流滤过器•零序电流滤过器的作用是为了获得零序电流，它的输入是三相电流，输出只与输入电流中的零序电流成正比。构成依据：构成元件：gIaIbIcIKOAIBICI由三台具有相同型号和变比的电流互感器构成零序电流滤过器。03IIIIIcbag负序分量滤过器•负序电压滤过器：阻容式•负序电流滤过器：电容移相式第二章继电保护的基础知识第四节幅值比较和相位比较概述•幅值比较：就是通过比较两个电压的大小来决定继电器是否动作；•相位比较：就是通过比较两个电压的相位来决定继电器是否动作。幅值比较与相位比较之间的关系•幅值比较的动作方程：•相位比较的动作方程：21UU0090arg90YXUU2U2020/6/1945)(21)(21212211UUUUUUUUUUUUYYXXYX或或YUXU1UYUXU1U2UYUXU1U2U幅值比较与相位比较之间的关系•用四边形法则来分析两者之间的关系：•可见：当则有，当则有，当则有090argYXUU21UU090argYXUU21UU090argYXUU21UU第二章继电保护的基础知识第五节常用电磁型继电