电力系统继电保护及安全自动装置

主办：电力调度控制中心时间：2013年3月主讲人：刘超电力系统继电保护及安全自动装置目录第一章电力系统继电保护基础知识第二章电流保护第三章接地保护第四章自动重合闸第五章变压器保护目录第六章发电机保护第七章电容器保护第八章其它第九章继电保护运行管理第一章电力系统继电保护基础知识一、电力系统的稳定、振荡、短路1、电力系统稳定（1）电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率，当电力系统受到扰动，使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动恢复到原来的运行状态，即所谓电力系统稳定。（2）电力系统稳定分静态稳定和暂态稳定。静态稳定：电力系统受到微小的扰动（如负荷和电压较小的变化）后，能自动地恢复到原来运行状态的能力。暂态稳定：电网受到大扰动的情况。2、振荡：发电机与系统电源之间或系统两部分电源之间功角α的摆动现象3、电力系统振荡和短路的区别（1）振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动，而短路时电流、电压值是突变的。此外，振荡时电流、电压值的变化速度较慢，而短路时电流、电压值突然变化量很大。（2）振荡时系统任何一点电流和电压之间的相位角都随功角α的变化而改变；而短路时，电流和电压之间的相位角是基本不变的。4、电力系统振荡时，对继电保护装置有哪些影响，哪些保护装置不受影响？——电力系统振荡时，对继电保护装置的电流继电器、阻抗继电器有影响。（1）对电流继电器的影响，当振荡电流达到继电器的动作电流Iop时，继电器动作，电流速断保护可能会误动作，一般情况下振荡周期较短，当保护装置的时限大于1.5—2s时，就可能躲过振荡误动作。（2）对阻抗继电器的影响。周期性振荡时，电网中任一点的电压和流经线路的电流将随两侧电源电动势间相位角的变化而变化。振荡电流增大，电压下降，阻抗保护可能误动作。因此距离保护必须加装振荡闭锁元件。原理上不受振荡影响的保护有相差动保护、电流差动纵联保护等。。。。5、提高系统稳定性的主要措施（1）减小线路电抗；（2）线路上装设串联电容；（3）装设中间补偿设备；（同步调相机、电容器）（4）采用直流输电。二、中性点接地方式及消弧线圈的补偿方式1、电力系统中性点接地方式：（1）中性点直接接地；（大接地电流系统：X0/X1≤4—5）——用在110kV以上的系统中。（2）中性点经消弧线圈接地；（小接地电流系统：X0/X1＞4—5）——用在3—35kV系统中。（3）中性点不接地。（小接地电流系统：X0/X1＞4—5）——用在3—35kV系统中。2、消弧线圈的感性电流能起到补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少。补偿有三种不同的运行方式：欠补偿、全补偿、过补偿。（1）欠补偿：补偿后电感电流小于电容电流；（当电网中因故障或其他原因切除部分线路后，接地故障电容电流减小，导致电感电流等于电容电流，从而形成全部长的运行方式而造成串联谐振，出现很大的过电压。）（2）过补偿：补偿后电感电流大于电容电流；（3）全补偿：补偿后电感电流等于电容电流。（会发生串联谐振从而使消弧线圈受到很高的电压。）\(^o^)/~消弧线圈一般采用过补偿方式3、大接地电流系统接地短路时，当故障点综合零序阻抗大于综合正序阻抗时，单相接地故障零序电流大于两相短路接地故障零序电流。当零序阻抗小于正序阻抗时，则反之。一般说，线路中点故障，单相接地故障电流较大。单相接地故障时的零序电流：Ik0=UK/(2Zk1+Zk0)两相接地故障时的零序电流：Ik0=UK/(2Zk0+Zk1)三、正序、零序、负序分量1、正序分量:三相量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同，这就是正序分量。此正序分量为一平衡三相系统，正序分量通常又称为顺序分量。2、负序分量：三相量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反，这就是负序分量。负序分量亦为一平衡三相系统。3、零序分量：由大小相等，而相位相同的相量组成。4、分量图：5、大接地电流系统接地短路时，电压、电流、功率的分布特点（1）当系统任一点单相及两相接地短路时，网络中任何处的三倍零序电压（或电流）都等于该处三相电压（或电流）的相量和，即3U0=UA+UB+UC3I0=IA+IB+IC。（2）故障点的零序电压U0最高，变压器中性点接地处的电压为0。（3）零序功率S0=I0U0。由于故障点的电压U0最高，所以故障点的S0最大，越靠近变压器中性点接地处，SO越小。在故障线路上，S0是由线路流向母线。6、单相接地短路：故障边界条件(假定A相单相接地短路)，短路处用相量来示的边界方程为：\(^o^)/~越靠近故障点，零序电压最大，正序电压越小。0.kaU0..kckbIICBAKIkcIkbIkaEa大接地电流系统中（1）：3U0=UA+UB+UC=EB+EC=-EA小接地电流系统中（2）：故障相电压为0；非故障相对地电压升高为原来的根号3倍。7、两相短路：故障边界条件（假定BC两相短路），以相量表示的边界条件方程：0.kaIkckbII..kckbUU..0.kbcUCBAIkcIkbIkaEaK两相短路时的系统接线图单相接地时的系统接线图即：非故障相电流为0，故障俩相电流大小相等，方向相反，bc两点对地电压相同。无零序电流。Ia=Ia1+Ia2=0故：Ia1=-Ia28、两相接地短路故障边界条件（假定BC两相接地短路），短路处以相量表示的边界条件为：0.kaI0.kbU0.kcUCBAIkcIkbIkaEaK两相接地短路时的系统接线图四、继电保护的任务和作用1、故障及不正常运行状态┌Id↑危害┌故障元件故障→│U↓---→│非故障元件(各种短路)└f↕│用户└电力系统┌过负荷不正常运行状态→│过电压危害┌元件不能正常工作│f↓---→│长时间将损坏设备└系统振荡└发展成故障备注：最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路2、继电保护的基本任务（1）发生故障时，迅速而准确的将故障设备从系统中切除，以保证非故障设备继续运行，并防止故障设备继续遭到破坏。（2）当电力系统出现不正常工作状态时，自动发出信号，以使值班人员得以及时察觉和采取必要的措施。反应不正常工作状态的继电保护，通常允许带有一定的延时动作。（3）接地保护与自动重合闸装置相配合，可在输电线路发生暂时性故障时，迅速恢复故障线路的正常运行，从而提高系统供电的可靠性。3、继电保护的主要作用通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。五、继电保护的基本原理——利用短路故障时电气量的变化，便构成了各种原理的继电保护。（1）根据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护。（2）根据短路故障时电压的降低，可构成电压保护。（3）根据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护。（4）根据电压与电流比值的变化，可构成距离保护。（5）根据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构成差动保护。（6）根据不对称故障时出现的电流、电压的相序分量，可构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。\(^o^)/~此外，除了反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护，如电力变压器的瓦斯保护及反应电动机绕组温度升高的过负荷或过热保护等。六、继电保护的组成及分类1、继电保护装置的组成部分由测量回路、逻辑回路和执行回路三个主要部分组成。被测量电气量─→测量回路─→逻辑回路─→执行回路─→跳闸、信号2、分类（1）根据被保护对象分类：a、元件保护：发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护；b、线路保护：电力网及电力系统中输电线路的继电保护。（2）根据作用的不同分类：a、主保护。b、后备保护。（分为远后备和近后备保护）c、辅助保护。备注（1）主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护。（2）后备保护：主保护和断路器拒动时，用来切除故障的保护。a、远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。b、近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现的后后备保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。（3）辅助保护：补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。七、继电保护装置的要求1、可靠性：不拒动、不误动。2、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。（1）d3点短路：6动作：有选择性；5动作：无选择性；（2）如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)；（3）d1点短路：1、2动作：有选择性；3、4动作：无选择性。3、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。4、灵敏性：保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑）\(^o^)/~一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度备注：主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。——当线路上发生短路时，流过线路的电流突增，当电流超过保护装置的整定值并达到整定时间保护动作于跳闸，这种反应电流升高而动作的保护装置称为电流保护。一、电流速断保护（过流Ⅰ段）：——按躲过被保护元件外部短路时流过本保护的最大短路电流进行整定，以保证它有选择性地动作的无时限电流保护称为电流速断保护。——特点：接线简单、动作可靠、切除故障快，但不能保护线路全长，保护范围受到运行方式变化的影响较大。第二章电流保护二、限时电流速断保护（过流Ⅱ段）——以较小的动作时限切除本线路全线范围内的故障，按与下一元件电流速断保护配合以获得选择性的带较短时限的电流保护称为限时电流速断保护。——特点：接线简单、动作可靠，切除故障较快，可以保护线路全长，其保护范围受系统运行方式变化的影响。三、定时限过电流保护（过流Ⅲ段）1、是反应电流短路时，带延时保护下一条线路全长的电流保护；2、作为近后备，应在过流I段、过流II段拒动时，能保护本线路全长；3、作为远后备，应在下一条线路的过流I段、过流II段拒动时，能保护下一条线路的全长；4、动作有一定的时限，以保证动作的“选择性”；5、过流III段的启动值，应大于可能出现的最大负荷；备注：*1、过流Ⅰ段、Ⅱ段保护为本线路的主保护；*2、过流Ⅲ段保护作为本线路的近后备，下一线路的远后备；*3、过流Ⅱ段应用于35kV线路保护中。*4、系统的运行方式分为：最大、最小运行方式。A、最大运行方式：被保护对象末端短路时，系统的等值阻抗最小，通过保护装置的短路电流最大的运行方式；B、最小运行方式：系统等值阻抗最大，通过保护装置的短路电流最小的运行方式。*5、复合电压启动的过电流保护：是在过电流保护的基础上，加上由一个负序继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器组成的复合电压启动元件构成的。只有在电流测量元件及电压启动元件均动作时，保护装置才能动作跳闸。*6、线路末端有电源的（如小水电站）的必须带方向。*7、过负荷保护起到告警的作用（动作于信号），按最大负荷电流整定。单相接地是输、配电线路常见的故障之一。一、对于中性点直接接地的电网（110kV）发生单相接地，则为单相短路，短路电流很大，通常在这种电网中利用单相接地电流的零序分量，构成零序电流保护。\(^o^)/~中性点直接接地系统中保护方式：（1）纵联保护（相差高频、方向高频等）；（2）零序电流保护；（3）接地距离保护。二、对小接地的电网（35kV及以下）发生单相接地时，接地第三章接地保护电流为电容电流，由于其值较小，不会对电网造成很大的威胁，按运行规程要求，可以带故障运行2h,在运行中查明并消除故障。（小接地电流中利用单相接地电容电流构成的接地保护装置，常作用于信号，而不作用于跳闸）一、重合闸的作用：1、在输电线路发生暂时性故障时，能迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。2、对于双侧电源的输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性。3