继电保护原理基础_线路保护

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1、继电保护原理基础 继电保护原理线路保 护 用 电 变 输 电 发 电 电 一次设备：包括发电机、变压器、断路器、母 线、输电线路、电动机等。 二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、 测量、控制和保护的设备。 根据电力系统在不同运行条件下的系统与 设备的工作状况，电力系统的运行状态分为 正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。 1.正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件 等式约束条件： PLj PS = 0 PGi = 0 QGi QLj QS 发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率 1.正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件 等式约束条件： PLj PS = 0 PGi = 0 QGi

2、 QLj QS 负荷使用的有功功率和无功功率 1.正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件 等式约束条件： PLj PS = 0 PGi = 0 QGi QLj QS 电力系统中各种有功功率和无功功率损耗 1.正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件 不等式约束条件： k . maxk S S 用电设备的功率及其上限； 母线电压及其上、下限； 线路电流及其上限； Ui.min Ui Ui.max I ijj I ijj . max f min f f max 系统频率及其上、下限； 2 不正常工作状态及其危害 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约 束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正

3、常 运行状态。 常见的不正常状态及其危害： 过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成 的电流增大； 危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障； 频率降低：系统中出现有功功率缺额而引起； 危害：1）影响产品质量； 2）降到4748HZ以下会引起频率崩溃； 3）使电压下降可能引发电压崩溃。 2 不正常工作状态及其危害 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约 束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常 运行状态。 常见的不正常状态及其危害： 过电压：发电机突然甩负荷而产生； 危害：造成绝缘击穿导致短路。 系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周

4、期性摆动，严重影响系统的正常运行； 3.故障状态和故障类型 (2) ab (2) ca (1) a (2,0) ab (2,0) ca a b c (2) bc a b c (1) b (1) c a b c (2,0) bc 两相短路 Phase -to-phase 单相接地短路 Phase -to-ground 两相接地短路 Phase -to-phase- tto-groundd 常见的十种短路类型 aa b c b c 一相断开 两相断开 纵向不对称故障（断线） 复杂故障：在电力系 统的不同地点（两处 或两处以上）同时发 生不对称故障的情况 最常见且最危险的故障是各种类型的短路 短路的

5、后果 数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故 障设备损坏； 短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和 电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短 使用寿命； 电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用 户的正常工作遭到破坏或产生废品； 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡， 甚至造成整个电力系统瓦解。 继电保护的概念及作用 一、继电保护的概念 是继电保护技术与继电保护装置的总称。 继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理及设计、配置整定 、运行维护及调试等技术。 继电保护装置 能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态， 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动

6、装置。 继电保护的概念及作用 二、继电保护的作用 自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统 中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证无 故障部分迅速恢复正常运行。 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维 护条件，而动作于发出信号或跳闸。 继电保护的基本原理、 构成和分类 1继电保护的基本原理 基本原则： 找出正常运行与故障时系统中电气量 或非电气量的变化特征 1 电流增大 电压降低 继电保护的基本原理 过电流保护 低电压保护 电流电压间的相位角会发生变化 20 正常运行时： arg 方向保护 U I 线路正方向 三相短路： 60 85arg U I 1继电保护的基本原理 测量阻抗发生变化

7、阻抗保护 U I Z = 正常运行时：负荷阻抗 短路时：短路阻抗 测量阻抗变小 1继电保护的基本原理 电流差动保护 元件流入电流与流 出的关系发生变化 正常运行时：流入电流流出电流 内部故障时：流入电流流出电流 正常：I = 0 短路：I = Id 1继电保护的基本原理 序分量保护出现负序和零序分量 正常运行时：只有正序分量 发生不对称故障时：有负序、零序分 量出现 两相短路时有负序分量出现 接地短路时有零序分量出现 2继电保护的分类 按被保护的对象分类 输电线路保护、 发电机保护、 变压器保护、 母线保护、 电动机保护等。 按保护原理分类： 电流保护、 电压保护、 距离保护、 差动保护、 方

8、向保护、 零序保护等。 2继电保护的分类 按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、 接地短路保护、 匝间短路保护、 断线保护、 失步保护、 失磁保护及过励磁保护等 继电保护测量值与整定 值的关系分类： 过量保护： （测量值整定值） 欠量保护： （测量值整定值） 2继电保护的分类 按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。 主保护： 反映被保护元件本身的故障，并以尽 可能短的时限切除故障的保护； 2继电保护的分类 按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。 后备保护： 主保护或断路器拒动时用来切除故 障的保护。又分为近后备保护和远 后备保护。 2继电保护的分类 按保护所起

9、的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。 近后备保护： 在本元件处装设两套保护，当主保护拒 动时，由本元件的另一套保护动作； 远后备保护： 当主保护或断路器拒动时，由上一级相邻电 力设备或线路的保护来实现的后备保护。 2继电保护的分类 按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。 辅助保护： 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。 电力系统继电保护的工作配合 发电机保护区 变压器保护区 高压母线II保护区 线路保护区 低压母线保护区 高压母线I保护区 高压母线保护区 对电力系统继电保护 的基本要求 选择性、速动性、灵敏性、可靠性 选择性 选择

10、性是指电力系统发生故障时，保护装置 仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常 运行，以尽量缩小停电范围。 例： 当k1点短路时，保护1、2动跳1QF、2QF 有选择性 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置 仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常 运行，以尽量缩小停电范围。 12 AB 例： 34 568C 7 D k2 当k2点短路时，保护5、6动跳5QF、6QF 有选择性 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置 仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常 运行，以尽量缩小停电范围。 例： k3 当k3点短路时，保护7、8动跳7QF、8QF 有选择性 选择性 选择性是指电力系

11、统发生故障时，保护装置 仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常 运行，以尽量缩小停电范围。 例： k3 当k3点短路时，若保护7拒动或7QF拒动，保 有选择性护5动（远后备）跳5QF 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置 仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常 运行，以尽量缩小停电范围。 例： 停电 k3 当k3点短路时，若保护7正确动作和7DL跳 闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸 （非选择性） 选择性 小结： 选择性就是故障点在区内就动作， 区外就不动作。当主保护未动作时，由 近后备或远后备切除故障，使停电面积 最小。 速动性 速动性是指尽可能快地切除故障。 其主要原因如下：

12、提高系统暂态稳定性； 减少用户在低电压下运行的时间； 降低设备的损坏程度； 避免故障进一步扩大。 速动性 故障切除时间： t = tPR + tQF tPR保护动作时间； 一般为0.060.12s，最快0.010.04s。 断路器动作时间；tQF 最快0一般为0为0.060.15s， 快0.020.06s。 灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内， 对故障情况的反应能力。满足灵敏性要 求的保护装置应在区内故障时，不论短 路点的位置与短路的类型如何，都能灵 敏地正确地反应出来。 灵敏性 灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如 过电流保护） K sen =

13、= 保护区内金属性短路时故障参数的最小计算值 保护的动作参数 I k .min I set 灵敏性 灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen。 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如 低电压保护） K sen = = 保护的动作参数 保护区内金属性短路时故障参数的最大计算值 U set U k .max 可靠性 可靠性是对继电保护性能的最根本 要求。包括安全性和信赖性。 安全性：在不该动作时，可靠不动作， 即不发生误动作。 信赖性：当发生了属于它该动作的故障 时，可靠动作，即不发生拒动； 上述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。 例

14、如强调快速性时，有时会影响可靠性 、选择性和灵敏性，强调选择性时又会 影响快速性和灵敏性。继电保护的科学 研究、设计、制造和运行的绝大部分工 作是围绕着如何处理好这四个基本要求 之间的辨证统一关系而进行的。 50 70 192727 192020 191010 190808 190101 方继电保护的发展 过 电流 差 动 向 电流 距 离 高 频 微 波 行 波 保 护 保 护 保 护 保 护 保 护 保 护 保 护 微机化 网络化 智能化 年年 年 年 年年 年 保护、控制、 测量、通信 一体化 装置发展 年 代 年 代 60年代50年代 70年代80年代90年代 整流型晶体管型集成电路型

15、 微机型 机电型 (电磁型、感应型） 线路电流保护 三段式电流保护的配置与整定 主保护 三 第段：电流速断保护 第段：限时电流速断保护 段 式 第III段：定时限过电流保护 后备保护 （一）瞬时电流速断保护 1.动作电流 2.动作时间 3.灵敏度校验 = K I 式中： Krel =1.2 1.3 Iset.1 1、动作电流的整定原则 躲本线路末端短路时的最大短路电流整定； k2k1 QF1QF2QF3 Ik I 1 2 I rel k.B.max I set.1 I I l Ik.B.max 2 I set.1 2、最小保护范围校验 k2k1 QF1QF2QF3 (% = 3 E I Ik

16、ZS.max ) 1 Z AB lmin l 1 2 a lmin b 要求（1520%） I lmax l I set.1 Ik.B.max （一）瞬时电流速断保护 优点：动作速度快，接线简单； 缺点：不能保护线路全长，保护范围受 运行方式的影响。 = K I I set.1 Krel = 1.1 1.2 I set.1 I set.2 （二）限时电流速断保护 1.动作电流的整定 整定原则：整定值与相邻线路第段保护配合 QF1QF2QF3 II set.1 II I rel set.2 I Ik 式中： II I II I l t 1t 2 （二）限时电流速断保护 2.动作时限的选择 + t= III t 通常取为0.5s Iset.1 （二）限时电流速断保护 3.灵敏度校验 按系统最小运行方式下，本线路末 端发生两相