电力系统继电保护讲义

www.cnshu.cn大量资料天天更新电力系统继电保护讲义www.cnshu.cn大量资料天天更新电力系统继电保护的基本知识一、继电保护的基本任务：1、当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。2、反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。www.cnshu.cn大量资料天天更新继电保护的基本原理：1、电力系统发生短路故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压间相位角改变等特征。利用这些基本参数在故障与正常运行时的差别，就可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如：反应电流增大构成的过电流保护；反应电压降低构成的低电压保护；反应电压与电流的比值变化构成的距离保护；同时反应被保护元件两端电气量的快速保护，如差动保护、高频保护等；反应不对称或异常运行时出现的判据，如负序或零序分量的保护启动元件；反应非电气量的保护，如瓦斯保护和压力及温度保护等。www.cnshu.cn大量资料天天更新2、继电保护装置一般有三大部分组成：测量部分、逻辑部分、执行部分。一是测量部分，其作用是测量被保护对象的工作状态的一个或几个电气量；二是逻辑部分，其作用是根据测量元件输出量的大小、性质、组合方式或出现次序，判断被保护对象的工作状态，以决定保护装置是否应该动作；三是执行部分，其作用是根据逻辑部分所在出的判断，执行保护装置任务（给出信号、跳闸或不动作）。以过流保护的原理图为例说明如下：www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新在图的过电流保护中，电流继电器的线圈回路是测量部分，它监察被保护设备的工作情况，反应相应的电气量（如电流的大小）只当被保护设备发生故障（或不正常工作情况）时它才动作。因此，测量部分可处于动作或不动作的两种状态，并根据这两种状态确定是否给逻辑部分发出信号。继电器的接点回路是逻辑部分，它接到测量部分送来的信号后，即根据信号的组合和顺序，确定起动或不起动整套保护。起动保护时，即给执行部分发出信号。执行部分一般是出口中间继电器，它接到逻辑部分送来的信号后，发出使断路器跳闸或动作于信号的脉冲，完成整套的保护动作。但在简单的保护回路中，执行部分和逻辑部分实际上是结合在一起的，难以区分。www.cnshu.cn大量资料天天更新三、对继电保护的基本要求对电力系统继电保护的基本性能要求有可靠性、选择性、快速性、灵敏性。这些要求之间，有的相辅相成，有的是相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。1、选择性。当系统发生故障时，继电保护装置只将故障设备切除，使停电范围尽量缩小，保证无故障设备继续运行，保护装置这样动作就叫做有选择性。如图所示：www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新K3点故障，6QF断路器因故拒绝动作时，则应由保护装置5动作，作用于5QF开关跳闸，将故障线路L4连同L3一起切除。这种情况仍然可以认为有选择性，即保护装置5是保护装置6的后备保护。2、快速性。继电保护快速性是指继电保护应以允许的可能最快速度动作于断路器跳闸，以断开故障或中止异常状态发展。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的最重要手段。www.cnshu.cn大量资料天天更新3、灵敏性。继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。故障时通人装置的故障量和给定的装置起动值之比，称为继电保护的灵敏系数。它要求不但在最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在最小运行方式下和经过较大的过渡电阻的两相短路时也能可靠动作。继电保护愈灵敏，愈能可靠地反应于要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他情况下产生误动，因而与选择性有矛盾。www.cnshu.cn大量资料天天更新4、可靠性。所谓保护装置的可靠性，就是在它的保护范围内发生属于它应该动作的故障时，不应该由于它本身有缺陷而拒绝动作；而在发生其它任何不应由它动作的情况下，则不应该误动作。一般来说工作原理和结构都简单的保护装置，可靠性都比较高。现代的继电保护装置，一般能同时满足选择性和快速性的要求，但有时这两个要求不能同时满足，可保证选择性，牺牲一点快速性对整个系统有利。www.cnshu.cn大量资料天天更新常用继电器的作用⑴、电流继电器电磁型电流继电器广泛用作电流保护的起动元件和测量元件；它反应电流的增加而动作，当通过继电器的电流增加到一定数值时，继电器动作。其动合触点闭合（旧称常开接点）、动断触点（常闭接点）断开。使继电器动作的最小电流叫继电器的动作电流。继电器运作后，减小电流，使电流继电器恢复到起始位置，即继电器返回。继电器的动合触点断开，动断触点闭合，继电器返回时的最大电流叫继电器的返回电流。继电器返回电流与动作电流之比叫返回系数。返回系数一般不小于0.85。改变电流继电器线圈的连接和改变调整把手的位置，可调节电流继电器的动作电流。www.cnshu.cn大量资料天天更新⑵、电压继电器电压继电器是反应电压变化而动作。电压继电器可分为过电压继电器和低电压继电器。过电压继电器是反应电压上升而动作的，其动作与返回的概念与电流继电器相同。低电压继电器是反应电压下降而动作的，其动作与返回的概念正好与过电压继电器相反。电压继电器的调整方法与电流继电器相同。⑶、时间继电器时间继电器在保护装置中作为时间元件，用来建立必要的动作延时。时间继电器除了延时触点外，有的还有一对瞬时切换触点，或一对滑动延时触点。时间继电器断电时，继电器瞬时返回，触点全部恢复原始态。www.cnshu.cn大量资料天天更新⑷、中间继电器中间继电器是保护装置不可缺少的，它的作用是：①增加触点数量，以便控制不同的回路；②增加触点容量，以便断开或接通较大电流的回路；③提供必要的延时,以便满足保护及自动装置的要求。⑸、信号继电器信号继电器在继电保护及自动装置中作为动作指示器。信号继电器动作时，一方面有掉牌指示或灯光指示，另一方面又闭合其机械自保持触点，接通灯光或音响回路，这些信号均由运行人员手动加以复归。www.cnshu.cn大量资料天天更新输电线的继电保护一、反应相间短路故障的电流（或经低电压闭锁）保护1、定时限过电流保护动作原理过电流保护通常是指其动作电流按躲开此线路最大负荷电流来整定的一种保护。它在正常运行时不应起动，而在电网发生故障时，由于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。如图所示：www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新⑴、工作原理以单侧电源供电的辐射形网络为例说明其工作原理。在每一线路的电源端均装设断路器和保护装置，如图所示。在正常运行全线路最大负荷电流情况下，此电流小于保护的动作电流，定时限过电流保护不动作。当线路L3上D1点发生短路故障时，短路电流ID由电源经线路L1、L2至L3短路点。由于短路电流ID经过保护装置1、2、3，且ID大于各保护电流继电器的动作电流，所以上述各保护装置的电流继电器均起动。按选择性的要求，此时只应由保护装置3动作，使断路器3DL跳闸。3DL跳开后，短路电流消失，于是保护装置1和2的电流继电器还来不及使断路器1DL和2DL跳闸，就都返回到原来位置。过电流保护的选择性是由各保护装置具有不同的动作时间来保证的。www.cnshu.cn大量资料天天更新为此，必须保证：tlt2t3或tl=t2+△t=t3+2△t、t2=t3+△t式中的t1、t2、t3分别为保护装置1、2、3的动作时间，△t称为时间级差，一般取0.5s；图还给出了各保护装置动作时间特性图。由图可见，各保护装置的动作时间大小是从用户到电源逐级增加的，越靠近电源侧，过电流保护的动作时间越长，好似一个阶梯，故称选择时间的阶梯时限特性，由于各保护装置动作时间都是分别固定的，而与短路电流的大小无关，所以这样的电流保护装置称为定时限过电流保护。www.cnshu.cn大量资料天天更新⑵、过电流保护的动作电流整定①为保证在正常运行情况下过电流保护不动作，保护装置的起动电流IQD必须大于该线路上可能出现的最大负荷电流Imax。如图所示，当外部短路时如电流继电器已起动，则在外部切除后电流降到最大负荷电流时应能可靠返回。图中线路L2上K点短路，保护1、2都将起动，由于保护2的时限短，所以保护2先动作，使断路器2QF跳闸。这时短路电流消失，但在变电所B母线上仍接有负荷，并且由于故障切除后电压恢复，负荷中的电动机自起动，可能出现最大负荷电流，为使保护1的电流继电器返回，它的返回电流应大于故障切除后的最大负荷电流。确定最大负荷电流时，必须考虑到实际可能的最严重情况，例如平行线供电、双回线备自投等情况。www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新②在整定保护1的动作电流时，还要考虑与保护2灵敏度的配合问题。如图所示，当D2点短路时，流过保护2的短路电流可能接近于它的动作电流，而流过保护1的电流为短路电流与变电站Ⅱ的负荷电流之和，比保护2中流过的电流还大，可能越级动作，故必须考虑增加一个配合系数。可能会使保护1的保护范围缩小。③在变压器高压侧过流保护上CT二次应采用三相星形接线，防止在按Y/△或△/Y接线的变压器低压侧出口上发生两相短路时，流过高压侧CT二次V型接线的故障电流减小，而使远后备保护拒动。www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新2、无时限电流速断保护⑴、由于过流保护的动作电流是按最大负荷电流整定的，它的保护范围总是伸长到相邻的下一段线路。为了获得选择性，保护的动作时间必须按阶梯原则来整定。这样，如果线路段较多，则越靠近电源的保护，动作时间越长，这是过流保护在原理上存在的缺点，为了克服这个缺点，可以提高电流整定值的方法，即将动作电流按躲过被保护线路外部短路时最大可能的短路电流来整定，使保护范围预先限制在线路的一定区域上，也就是保护范围不超过被保护线路之外，因而在时间上就不需要与下一段线路相配合，这样就可以作成瞬动保护。这种按躲过被保护线路外部短路的最大短路电流来整定，以保证保护有选择的动作，就叫做电流速断保护。www.cnshu.cn大量资料天天更新⑵、为了保证选择性，在相邻线路出口时短路时，电流速断保护不应该起动，为此电流速断保护的动作电流应大于h1点的短路电流，但由于是h1点的短路电流与线路末端h13点短路电流相同，因此电流速断保护的动作电流可按大于本线路未端短路时流过保护的最大短路电流来整定，如图所示：www.cnshu.cn大量资料天天更新www.cnshu.cn大量资料天天更新曲线1表示当短路点沿线路移动时，在系统最大运行下三相短路电流的变化曲线；将电流速断动作电流的整定值IDZ画在图中如直线3所示，可以看出，曲线1与直线3交与一点M，在交点至保护安装处的一段线路上断路时，ID≥IDZ，保护能够动作；在交点以后的线路上断路时，短路电流小于动作电流，保护不动作，因而，瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路全长。当运行方式改变时，如最小运行方式（或两相断路）时，在线路同一点上发生，短路流必然比三相短路电流小，见上图可知，保护范围进一步缩小，电流速断保护范围一般不用保护线路的长度来表示，而是用保护线路长度与被保护线路全长的百分比来表示。即：最大运行方式下为50