电力系统继电保护原理及应用1

一、基本概念电力系统一次设备发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成的电能传输设备（属于高压设备）。电力系统二次设备对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备（从TA、TV获得成正比的“小信号”——相额定电压57.7V，额定电流1A或5A）。1电力系统一次设备+二次设备。一、基本概念2电力系统运行状态正常状态、不正常状态、故障状态。正常状态电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。最关键的指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz。不正常状态正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。故障状态一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，导致原因发生短路、断线。一、基本概念3短路故障雷击、台风、地震、绝缘老化、人为等因素造成。伴随短路故障出现电流增大、电压降低。故障类型纵向故障：指各种类型的断线故障，包括单相断线、两相断线和三相断线。横向故障：指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。单相短路，约为总短路故障数的65%，三相短路只占5～10%。三相短路故障发生的几率虽然最小，但故障产生的后果最为严重。不对称性短路对称性短路一、基本概念3短路故障短路危害短路电流大，燃弧，易使元件损坏；电压降低，电力用户正常的生产、生活受到影响；破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至系统崩溃。美加大停电、巴西大停电！！一、基本概念3短路故障短路特征正常运行短路故障线路流过负荷电流线路流过短路电流母线电压接近额定母线电压降低电压/电流为负荷阻抗，很大电压/电流为母线至故障点的线路阻抗，很小一、基本概念3短路故障短路特征实现的保护类型电流增大——过电流保护电压降低——低电压保护阻抗减小——阻抗（距离）保护两侧电流大小和相位的差别——纵联差动保护不对称分量出现——零序或负序分量保护（不对称短路）非电气量——瓦斯保护、过热保护等一、基本概念测量部分5继电保护装置的构成测量有关电气量，与整定值比较，给出“是”或“非”，“0”或“1”，“大于”、“不大于”、“等于”等性质的一组逻辑信号，判断保护是否应该启动。一、基本概念逻辑部分5继电保护装置的构成根据测量部分输出信号的大小、性质、先后顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号，并将有关指令传达给执行部分。执行部分一、基本概念根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相应动作信息，或发出告警信号。控制跳闸、调整，或通知值班人员5继电保护装置的构成7继电保护的工作配合预设范围，保护范围重叠，无死区发电机保护区变压器保护区线路保护区低压母线保护区高压母线保护区1高压母线保护区一、基本概念8继电保护分类主保护主保护是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。如线路的纵连保护。电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。线路主保护：纵联电流差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护变压器主保护：电流差动保护、瓦斯保护母线保护：电流差动保护一、基本概念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实现后备。近后备保护：当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护分为远后备和近后备两种方式。一、基本概念8继电保护分类辅助保护辅助保护是为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。如零序电流保护。B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13Bk1Bk2Bk3Bk4Bk5Bk6Bk7Bk8Bk9Bk10Bk11Bk12主保护动作阶段近后备保护动作阶段远后备保护动作阶段注：纵联速动主保护相间距离保护接地距离保护零序电流保护断路器失灵保护一、基本概念8继电保护分类9对继电保护的基本要求选择性速动性灵敏性可靠性一、基本概念简称为：继电保护“四性要求”。“四性”是分析和研究继电保护的基础。对四性中的每一项要求都应当有度，应以满足电力系统的安全运行为准则，不应片面强调某一项而忽视另一项，否则会带来不良的影响。一、基本概念可靠性可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作，即不误动、不拒动。为保证可靠性，在装置选择上应选用硬件和软件可靠的装置，在保护配置上，220kV及以上电压等级电网的线路保护一般采用近后备保护方式，110kV及以下电压等级电网一般采用远后备保护方式。安全性：区外故障可靠不动作可信赖性：区内故障可靠动作9对继电保护的基本要求一、基本概念选择性选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件(如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件)，其灵敏系数及动作时间应相互配合。9对继电保护的基本要求一、基本概念灵敏性灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，它反映了保护对故障的反应能力，一般以灵敏系数来描述。灵敏度系数指在被保护对象末段发生金属性短路时，故障量与整定值（反映故障量上升的保护，如电流保护）或整定值与故障量之比（反映故障量下降的保护，如阻抗保护）。9对继电保护的基本要求一、基本概念速动性速动性是指保护装置应能尽快切除短路故障，以提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。继电保护在满足选择性的前提下，应尽可能的加快保护动作时间。在保护配置上，通过配置全线速动主保护、相间和接地故障的速动段保护来快速切除故障。整定计算中，可通过合理的缩小后备保护的动作时间级差来提高快速性。对于系统稳定及设备安全有重要影响对动作时间有要求的保护应保证其速动性，必要时可牺牲选择性。9对继电保护的基本要求一、基本概念9对继电保护的基本要求速动性和可靠性主要通过加强主保护配置、选择技术成熟原理先进硬件可靠的保护装置来保证；灵敏性和选择性主要通过选择合理的运行方式、正确的配合关系以及准确的计算公式来保证。ABC12345678讨论保护1——就以保护1为基准本线路一、基本概念10常用的称谓ABC12345678下一条线路(相邻线路)一、基本概念10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准10常用的称谓10常用的称谓ABC12345678背后线路一、基本概念10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准一、基本概念10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准ABC12345678ABC12345678(本线)末端短路相邻线出口短路讨论保护1——就以保护1为基准ABC12345678相邻线末端短路一、基本概念10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准ABC12345678反方向短路一、基本概念10常用的称谓讨论保护1——就以保护1为基准ZZm1Zm2－Zm3mmmZUI依据测量阻抗在不同情况下的“差异”，保护就能够区分出系统是否发生故障，以及故障发生的范围——正向及范围，或反向。mI距离保护通过测量输电线路一端的电压、电流,计算它们的比值，反应故障点到保护安装处的距离。该比值称之为测量阻抗:mU二、距离保护ZZm1Zm2Zm1Zm2－Zm3ZZm1Zm21基本原理二、距离保护1基本原理测量阻抗通常为复数，可表示为：mmmIUZmmmmmmmjXRZIUZmZmmRmX测量阻抗的幅值测量阻抗角测量电阻测量电抗测量阻抗具有以下的“差异”：。一般小于额定电流；为负荷电流近似等于额定电压；30mmmIU表示。用—负荷阻抗LLLmmmZIUIUZ二、距离保护1基本原理系统正常运行时短路时KKKmmmljxrlzZIUZ111，视线路而定。～的角度一般在其中，0018570z在R-X复平面，可以看出测量阻抗与动作范围的关系。二、距离保护1基本原理K212K111KmlzZ21KmlzZ31KmlzZK3LZ3KZMMRjXL直线区域setZ1KZ2KZK212K111KmlzZ21KmlzZ31KmlzZK3LZ3KZMMRjXLsetZ设计为一个“面”的区域1KZ2KZ因此，通常将阻抗继电器的保护范围扩大为一个面或圆的形式。当测量阻抗落在这个范围内时，阻抗元件动作；否则不动作。这个保护范围的边界叫做：整定阻抗。用表示。考虑到二次侧的测量阻抗受下列因素影响：1）电流、电压互感器误差；2）输电线路阻抗角的角度差；3）过渡电阻的影响等setZ二、距离保护1基本原理设计为一个“面（区域）”接线方式——即采用何种测量电压和测量电流最优：1）能够反映短路点到保护安装处的正序阻抗；2）适合于任何的短路类型。测量电压mUmI测量电流二、距离保护2距离保护的接线方式测量电压测量电流经过分析、研究、比较，目前，常用的接线方式有2种：（1）相间距离0°接线方式。（2）带零序补偿的接地距离0°接线方式。ABZCAZBCZABUBAIIBCUCBIICAUACII测量电压测量电流AZCZBZAU0AI3KIBUCU0BI3KI0CI3KI—零序补偿系数—1103zzzK二、距离保护2距离保护的接线方式接地距离接线方式相间距离接线方式A相B相C相AB相BC相CA相接线方式故障类型测量阻抗单相接地两相接地两相相间三相ABCABABBCBCCACAABC03IkIUAA03IkIUBB03IkIUCCBAABIIUCBBCIIUACCAIIU在距离保护的各种动作区域中，常用的一种形式是：圆特性。典型的圆特性如下：0方向特性setZjXRsen最大灵敏角—sen整定阻抗是圆的直径（绝对值最大——保护范围最大）希望：线路阻抗角等于最大灵敏角。二、距离保护3距离保护的动作特性圆内动作！在距离保护的各种动作区域中，常用的一种形式是：圆特性。典型的圆特性如下：0方向圆特性可以判断：短路范围和方向。但是，出口短路时需要“记忆”。最常用动作特性之一方向特性setZjXRsen二、距离保护3距离保护的动作特性0偏移特性可以判断：短路范围，没有出口死区。但是，反方向出口短路会误动。偏移特性setZjXRsen二、距离保护3距离保护的动作特性0全阻抗特性可以判断：短路范围。但是，没有方向性。较少采用。没有最大灵敏角的概念。全阻抗特性setZjXR二、距离保护3距离保护的动作特性另外，两个或多个的圆特性可构成“与”、“或”的关系，组合出其它特性。橄榄型特性苹果型特性（两圆“与”）（两圆“或”）二、距离保护3距离保护的动作特性多边形特性——淡化了最大灵敏角的概念setR0RjXsetX与圆特性比较，多边形特性的保护范围、耐过渡电阻能力容易兼顾。常用特性之一二、距离保护3距离保护的动作特性单端电气量保护：仅利用被保护元件的一侧电气量，无法区分线路末端和相邻线路的出口短路，可以作为后备保护或出口故障的第二种保护。（通常设计为：三段式）。纵联保护：用某种通信通道将电气元件两端的保护装置纵向联接起来，将两端的电气量（电流、电流相位和功率方向等）传送到对端并进行比较，以判断故障在本电气元件范围内还是本电气元件范围外，从而决定是否切除被保护的电气元件。利用被保护元件的各侧电气量，可以识别：内部和外部的故障，但是，不能作为后备保护。三、纵联保护1概述输电线路纵联保护结构框图在设备的“纵向”之间，进行信号交换通信设备通信设备