电力系统继电保护原理与运行

电力系统继电保护原理与运行湖北省电力试验研究院余楚银1绪论1.1电力系统继电保护的任务和作用电力系统发生短路故障时，可能产生的严重后果：1）故障点：引燃电弧、使故障设备损坏或烧毁；2）短路电流通过非故障设备→产生发热和电动力→绝缘破坏，缩短设备使用年限；3）故障点周围部分地区电压下降→影响用户正常工作与工厂产品的质量；4）破坏电力系统的稳定性，使系统发生震荡，事故扩大，严重的使整个电力系统瓦解。1绪论基本任务：1）自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，使故障设备免于继续遭到破坏，且保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；2）反应电气设备的不正常运行情况，发出信号，以便运行人员处理；3）与电力系统中的其他自动化装置配合（如重合闸），采取预定措施，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统中运行的可靠性。1.2电力系统对继电保护的基本要求1）选择性：该A、B处保护动作的，其他处的保护不应该动作，以提高供电的可靠性。1.2电力系统对继电保护的基本要求2）速动性：①提高系统中发电机并列运行的稳定性②减少用户在低电压下的工作时间③减轻电气设备损坏程度④可以防止故障的扩展（接地相间），提高自动重合闸动作的成功率1.2电力系统对继电保护的基本要求3）灵敏性：是指在它的保护范围内发生故障和不正常工作情况时，保护装置的反应能力。①在最大运行方式下三相金属性短路时能可靠动作（IKmax）②在最小运行方式下和经过较大过渡电阻的两相短路也能可靠动作（IKmin）1.2电力系统对继电保护的基本要求4）可靠性:该动作时，不应该由于保护本身有缺陷而拒绝动作；不该由它动作时，则不应该误动作。1.3继电保护的工作原理和分类工作原理根据电力系统发生后，工频电气量以下的一些保护特点：1）电流增大I↑→过电流保护2）电压降低U↓→低电压保护3）电压与电流之间的相位发生变化→方向保护（功率方向）、距离保护4）测量阻抗发生变化→阻抗保护5）出现负序和零序分量→负序电压、负序电流、零序电压、零序电流等电气元件流入和流出电流的关系发生保护→差动保护（母差、变压器差动作、发电机差动及线路纵差等）1.3继电保护的工作原理和分类保护装置的分类：机电型：由若干个不同功能的机电型继电器组成，机电型继电器基于电磁力或者电磁感应作用产生机械动作的原理制成；静态型：晶体管、集成电路（应该包括微机保护）保护装置的构成：模拟型：被测电气量（U、I）→测量回路→逻辑回路→执行回路→跳闸及信号数字型：（微机保护）2常规的线路保护2.1典型的限时电流速断及三段式过电流保护问题:要保证选择性,则不可能做到全线速动,灵敏度往往难以满足要求.(简单可靠原因:各方面存在的误差).应用:主要用于35kV及其以下的电网.说明:出于整定上的需要,也有电流电压联锁速断保护.2常规的线路保护2.2电网相间短路的方向电流保护不同短路点的短路功率分布2常规的线路保护2.3电网的零序电流保护2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题⑴变电站中性点接地方式的安排一般的考虑原则①变电所只有一台变压器，则中性点应该直接接地；②变电所有两台以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地；③双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊运行方式处理；2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题④为了改善保护配合关系，当一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响；⑤发电厂只有一台主变压器，则中性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊运行方式处理；⑥发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜将保持一台主变压器中性点直接接地运行，如由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台变压器检修时，按特殊运行方式处理；2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题⑦发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜将两台主变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊运行方式处理；⑧自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。⑵变压器中性点接地与不接地,相应变压器的零序保护应注意的问题2.3.2大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性2.3.2大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性矢量2.3.2大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性结论：从上面的分析和向量图中可以看出，零序功率的方向与正序功率的方向是相反的，即在系统发生接地故障时，短路电流的正序分量是由电源点流向故障点，而短路电流的零序分量是由故障点流向电源点，这就是零序电流方向保护区别于常规的相间阻抗保护的主要特点之一。2.3.3目前几种微机保护对零序电流方向保护的处理措施11型微机保护、CSL-100系列微机保护LFP-900系列微机保护、RCS-900系列微机保护及CKJ、CKF系列集成电路保护均采用自产3Ù0，2.3.4三段式零序电流(方向)保护⑴当线路两侧都有接地中性点,必须在零序电流保护上增加功率方向元件,以保证其选择性;⑵三段式的延时特性2.3.4三段式零序电流(方向)保护三段式零序方向保护的延时性2.4距离(阻抗)保护2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护⑴距离(阻抗)保护的基本原理与阶梯延时特性保护范围:第一段保护为线路全长的80-85%;第二段仍以保护本线路为主,120%;第三段作为本线路和相邻线路(元件的后备保护.2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护三段式距离保护2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护⑵阻抗继电器的分类园特性:全阻抗园、方向阻抗园、带下偏的方向阻抗园、上抛园、下抛园;橄榄形、苹果形、四边形等.2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护⑶阻抗继电器的接线方式①相间阻抗的典型接线方式②接入线电压及相电流的接线方式（UAB与IA等）③接入线电压及两相电流差的接线方式（UAB与IA-IB等，CT处Δ接线）④接入相电压及相电流并具有零序电流补偿的接线方式（反应接地故障）⑤900接线方式（IAUBC）3输电线路的差动保护基本原理：辅助导线保护→光纤差动光纤差动的配置:一般线路在80KM以内光纤保护对光纤通信的要求：以南瑞的RCS-931保护为例光纤的接收灵敏度：-48dB发送功率：-12dB、-9dB、-6dB等一般要求接收功率：≥-35dB4输电线路的高频保护4.1高频保护的分类⑴高频闭锁距离(相间与接地)⑵高频闭锁零序⑶高频闭锁方向⑷高频相差⑸高频允许式保护、行波保护4输电线路的高频保护4.2高频闭锁距离(包括增量)、高频闭锁零序(包括增量)保护的基本原理⑴启信的灵敏度要求、停信的定值要求⑵动作逻辑本侧高频闭锁保护停信高频闭锁信号消失收信机曾有收信输出上述三个条件同时满足才出口跳闸⑶区内(包括对侧母线故障)、区外及反向故障时保护的动作行为分析4输电线路的高频保护高频闭锁保护的区内、区外故障分析4输电线路的高频保护4.3高频闭锁方向(包括方向增量)保护的基本原理⑴与高频闭锁距离、高频闭锁零序保护的区别和联系要点:停信靠方向元件问题:误动的机率比高频闭锁距离、高频闭锁零序保护高,因为方向没有距离的限制.⑵区内(包括对侧母线故障)、区外及反向故障时保护的动作行为分析4.6有关高频保护的高频通道参数及每天通道检侧注意事项4.6.1高频保护的高频通道参数要求(鄂电调通[1999]64号文)高频通道调试参数要求收发信机输入阻抗(Ω)50-125通道阻抗(Ω)50-140发信电平(dbm)40.0-43.0通道收信裕度(dbm)15.0-18.0灵敏启动电平(dbm)10.0(+1或-1)通道异常告警整定(dbm)(实际收信电平低落)4.0(+1或-1)裕度告警整定(dbm)(在通道异常告警整定值下电平低落)4.0(+1或-1)4.6.2每天通道检侧注意事项一般要求⑴“通道检测”按扭与三个五秒的逻辑关系⑵“通道异常告警”时的处理A加强监视,可不退出相应的高频保护B及时向调度汇报和向本单位检修部门(继电班)通报情况⑶“通道裕度告警”时的处理A及时向调度汇报,并应退出相应的高频保护B及时向本单位检修部门(继电班)通报情况,立即检修5变压器保护5.1变压器的差动保护5.1.1变压器的差动保护要考虑的几个问题（1）躲稳态的不平衡电流（硬件、计算机软件、定值解决）（2）躲空投空切的励磁涌流5.1变压器的差动保护5.1.1变压器的差动保护要考虑的几个问题励磁涌流的特点1）励磁涌流波形中含有很大的非周期分量，且偏于时间轴的一方，衰减快，一般经过0.5秒—1秒后，其值小于0.25—0.5倍额定电流：2）涌流的波形经削去负波之后出现间断：3）涌流波形中含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主。解决的办法1)带加强型速饱和中间变流器的差动保护（如BCH-2型）2)间断角原理3)二次谐波制动5.1变压器的差动保护5.1.2变压器差动保护的接线5.1变压器的差动保护5.1.2变压器差动保护的接线特点：Y/△—11点的变压器，其差动作保护的TA回路接线之一：把变压器Y侧的TA回路接成△形，且有Y/△—11点的变换特点；其差动作保护的TA回路接线，还可以把变压器△侧的TA回路接成△形，且有Y/△—1点的变换特点。现在微机变压器保护的接线及其应该注意的问题：5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断比率制动差动：利用区外故障的穿越电流来产生制动作用，使得穿越电流越大，其制动作用越大；差动速断：定值大（一般4—8倍额定电流），对于严重的区内故障不考虑穿越电流的制动作用。5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断比率制动特性5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断差动电流的取出：相位关系：以前的靠TA回路外部接线解决；现在的微机保护在软件里解决。幅值问题：定值解决（平衡绕组匝数、各侧平衡系数等）最小动作电流的考虑：由于有不平衡电流的存在，一般取变压器额定电流的0.3—0.5倍5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断稳态的不平衡电流：1）TA变比标准化产生的不平衡电流：变压器低、高压侧的TA变比的比值理论上最好等于变压器的变比，但是实际上由于TA变比在制造上的标准化（如：600/5、300/5、1200/5等）的原因，不可能理想化；2）三相变压器接线产生的不平衡电流：变压器的Y/△变换；TA二次回路的Y/△变换变换等；3）调整变压器分接头产生的不平衡电流；4）TA本身的变比误差：10%误差曲线及其要求；5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断TA本身的变比误差：保护级（B级供过流保护用；D级供差动保护用；5P、10P也是供保护用的）5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断10%误差曲线及其要求m=Ir/In（电流倍数m为一次侧实际电流与额定电流的比值）；从10%误差曲线上可以看出：要限定TA10%的误差，TA二次回路负载阻抗越大，其允许的电流倍数m越小，否则，超过了10%的误差；反之，电流倍数m越大，其TA二次回路允许的负载也越小。5.1变压器的差动保护5.1.3变压器差动保护的比率制动差动与差动速断TA的10%误差曲线5.2变压器的阻抗保护5.2.1变压器的阻抗保护