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1、1 电力系统继电保护复习串讲 电气信息工程系 王铭 2013.6 2 目 录 绪论 电网的电流保护 电网的距离保护 输电线路纵联保护 自动重合闸 电力变压器的保护 母线保护 3 第一章 绪论 电力系统的三种运行状态 正常、不正常、故障 继电保护的作用： 1、当电力系统发生故障时，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，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行； 2、反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件 而动作于发出信号、减负荷或跳闸。 4 保护装置的组成 保护装置由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。 5 n对电力系统继电保护的基本要求：
2、n对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本 要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性 。 n选择性 n 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件 从系统中切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩 小停电范围。 n速动性： n保护的动作速度应尽可能快速。 n灵敏性： n指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。 n可靠性： n发生了属于某保护装置动作的故障，它应能可靠动作，即 不拒绝动作（拒动）；而发生了不属于本保护动作的故障 时，保护应可靠不动，即不错误动作（误动）。 6 继电保护基本原理： n为区分系统正常运行状态与故障必须找出两种情 况下的区别。 I增加过电流保护 U
3、降低低电压保护 相位变化:（ 正常：0-30左右 短路：6085）方 向保护. Z的模值减少 阻抗保护 双侧电源线路外部故障与内部故障的差别： 电流差动保 护。 反映I2 ，I0 的 序分量保护等。 n 非电气量：瓦斯保护，过热保护 7 n几个重要概念: n主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选 择地切除被保护设备和线路故障的保护。 n后备保护 ：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又 分为远后备保护和近后备保护两种。 n远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备 或线路的保护来实现的后备保护。 n近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套 保护来实现后备的保
4、护。 n继电器的动作电流：能使继电器动作的最小电流称为继电器的 动作电流（Iop）。 n继电器的返回电流：能使继电器返回的最小电流称为继电器的 返回电流(Ire)。 n继电器的返回系数：继电器的返回电流与动作电流的比值称为 继电器的返回系数（Kre）。 第二章 电网的电流保护 9 （一）三段式电流保护的整定计算 n涉及内容： n电流大小的计算、动作时限的设定以及灵敏性的校验 电流速断保护（第段）： 对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保 护 一、单测电源网络相间短路的电流保护 无时限电流速断保护 动作电流 一般用lmin%来校验，要求 lmin%15%20% n整定原则： n
5、动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路电流整定。 限时电流速断保护 整定原则：与下级线路电流速断保护相配合，比下级线路的电流速 断保护高一个时间阶段。 动作电流 动作时限 灵敏性校验 定时限过电流保护 原则：躲过线路正常运行时的最大负荷电流 当相邻元件故障切除后电动机自启动时，要可靠返回。 动作电流： 13 灵敏性校验 近后备 远后备 动作时限：阶梯型 14 （二）电流保护的接线方式 定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接 方式。 常用的两种接线方式：三相星形接线和两相星形接线 课堂上分析了两种接线方式在各种故障条件下的性能比较 在中性点非直接接地系统中异地两点单相接地短路情
6、况下的 性能比较 三相星形接线：保护1和保 护2之间有配合关系，100 切除后一线路。 两相星形接线：2/3机会切 除后一条线。 （1）在相互串联的两条线路上 （2）在相互并联的两条线路上 三相星形接线：过流保护动作时间相 同时，保护1和保护2同时动作，切除 两条线路。 两相星形接线：2/3机会只切一条线路 。 16 二、双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 （一）功率方向继电器的工作原理 加装方向元件功率方向继电器 功率方向元件：用于判断短路功率方向或测定电压与电流间夹 角的继电器，简称为方向元件。 二、双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 （二）功率方向继电器的度接线方式 （三）方向元件的
7、加装原则及分支系数的概念 18 n三、输电线路的接地保护 n110KV及以上电网 中性点直接接地(大接地电流系统) n66KV及以下电网 中性点不接地或不直接接地(小接地电 流系统) n大电流接地系统单相接地故障的特点 n小电流接地系统单相接地故障特点 n小电流接地系统单相接地故障的保护 19 故障点处的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器 中性点接地处的零序电压为零。 零序电流是由故障点处零序电压产生。其分布与中性点接地变压器 分布与数目决定；大小与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关 。 大电流接地系统零序分量的特点 三、中性点直接接地电网中单相接地故障的保护 20 零序电压的
8、获取 21 零序电流的获取 四、中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护 中 性 点 不 接 地 系 统 1、发生接地后，全系统出现零序电压和零序电流。非故障相电压升高 至原来的 倍，电源中性点对地电压与故障相电势的相量大小相等方 向相反； 2、非故障元件中流过的是本身的对地电容电流。容性无功功率是由母 线指向线路； 3、故障元件中流过的是所有非故障元件的对地电容电流之和。而容性 无功功率是由线路指向母线。 单相接地的特点总结 ： 1、发生接地后，全系统出现零序电压和零序电流。非故障相电压升高至原来 的 倍，电源中性点对地电压与故障相电势的相量大小相等方向相反； 2、非故障元件中流过的是本身的
9、对地电容电流。容性无功功率是由母线指向 线路； 3、故障线路保护安装处，流过的零序电流为消弧线圈的零序电流与所有非故 障元件的零序之差。电容性无功功率的方向也是是由母线指向线路。 中性点经销户线圈接地 24 n第三章 电网的距离保护 n概念：距离保护是利用短路时电流电压同时变化的特增测量 电压和电流的比值，从而反映故障点到保护安装点之间的距 离二动作的保护。 n距离保护实质：反映故障点到保护安装处的距离。 n距离保护通过阻抗继电器实现对阻抗的测量。 25 阻抗继电器及其动作特性 在实际中由于互感器误差，过渡电阻等原因的存在，Zm并不能 严格的落在Zset方向的直线上，而是落在它周围的一个区域内
10、 ，为了保证区内故障时阻抗继电器都能动作，把保护范围扩大 成一个区域。动作区域 26 阻抗继电器的动作特性和动作方程 动作特性：阻抗继电器动作区域的形状 动作方程：用复数的数学方程式来表示动作特性 常用的三种圆特性阻抗继电器：全阻抗圆特性、偏移圆特性和 方向圆特性的阻抗继电器 1）全阻抗圆特性 相位比较原理 幅值比较原理 27 2）偏移圆特性阻抗 3） 方向圆特性 28 区分三个重要概念： 测量阻抗（Zm）：加入到阻抗继电器上的阻抗 整定阻抗（Zset）： 保护范围末端的阻抗 动作阻抗（Zop）： 使阻抗继电器处于临界动作状态 对应的动作边界上的阻抗 29 阻抗继电器的接线方式 基本要求 1要
11、求测量阻抗Zm正比于保护安装处到短路点的阻抗 。 2 要求测量阻抗Zm的值仅与保护安装处至故障点的 距离有关，而与故障类型无关。 （其中：k=(Z0-Z1)/3Z1，零序补偿系数。） 距离保护的整定 距离保护I段：按躲过线路末端故障整定。 距离保护II段原则1：与相邻线路的距离I段配合 n原则2：按躲过线路末端变压器低压母线短路整定 距离保护III段：按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定 31 距离保护分为三段式： III段： I段 II段 t=0.5s 纵联差动保护定义 利用某种通信通道（简称通道）将输电线路两端的保护装置纵 向联结起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传送到对 端，将两端的电
12、气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在 线路范围之外。从而决定是否切除被保护线路。 F1F2 F2 F1 第四章 输电线路纵联保护 相地制电力线载波通道示意图 34 高频闭锁方向保护 由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号，这个信号被两端的收 信机所接收，而把保护闭锁。 在故障线路上由于短路使高频通道可能遭到破坏时，并不会影响 保护的正确动作 35 第五章 自动重合闸 自动重合闸（ZCH）装置是断路器因故障跳开后的按需要将断路器 重新投入的一种自动装置。 作用： 1）对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。 2）对两侧电源线路，可提高系统并列运行的稳定性。 3）可以纠正由于断路器
13、或继电保护误动作引起的误跳闸 4）可以暂缓架设双回线路。 不利影响： 1）使电力系统又一次受到故障的冲击； 2）使断路器的工作条件恶化。 应用：1KV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上 ，只要装有断路器，一般应装设ZCH 36 两侧电源线路三相一次重合闸： 1、应考虑的两个问题： （1）时间的配合：两侧保护可能以不同的延时跳闸 。 （2）同期问题：两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合 闸的问题 。 2、两侧电源线路上的主要合闸方式： （1）快速自动重合方式。 （2）非同期重合闸方式。 （3）检查双回线另一回线电流的重合闸方式。 （4）自动解列重合闸方式。 （5）具有同步检定
14、和无压检定的重合闸。 37 具同步检定和无压检定的重合闸方式示意图 38 自动重合闸与继电保护的配合 两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速 切除故障，一般有如下两种配合方式： 1、重合闸前加速保护（简称“前加速”） 无论哪条线路故障，先由保护加速动作把故障切除，重合闸 装置动作，合断路器，若故障没有消失，第二次由保护3 有选择性的切除故障 39 2、重合闸后加速保护（简称“后加速”） 每条线路上均装有选择性的保护和ZCH。 第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久 性故障，重合后则加速保护动作，切除故障。 第一次短路时，保护1动，ZCH重合，之后保护1瞬时动。 单
15、相自动重合闸: 线路上发生单相接地故障时,保护动作自跳开故障相的断路器,然 后进行单相重合. 单相自动重合闸：K(1) 保护动跳故障相单相重合不成功 允许非全相运行再次跳故障相不重合。 不允许非全相运行再次跳三相不重合。 3 3、单相自动、单相自动 重合闸与综合自动重合闸与综合自动 重合闸重合闸 综合重合闸： 当线路发生单相接地故障时,采用单相重合闸方式;当线路发生相 间故障时,采用三相重合闸方式。单相重合闸和三相重合闸综合 在一起,成为综合重合闸。 41 第六章 电力变压器保护 变压器的故障： 油箱内部故障 各相绕组之间的相间短路 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳发生
16、的单相接地 油箱外部故障 套管或引出线的相间短路 套管或引出线的单相接地短路 变压器应设置的保护 1、瓦斯保护：重瓦斯（故障）轻瓦斯（不正常运） 反映油箱内部故障和油面降低 2、纵联差动保护或电流速断保护 作为引出线、套管及油箱内故障主保护 3、过电流保护 外部短路及内部短路的后备保护 4、接地保护 110kV及以上大接地电流系统变压器零序 电流保护 5、过负荷保护 反映对称过负荷 6、温度保护 上层油温监视，自动启动冷却风扇 43 第八章 母线保护 母线保护总的来说可以分为两大类型： 一、装设专门的母线保护装置 二、装设专门的母线保护装置 单母线完全电流差动母线保护 电流相位比较式母线保护 元件固定连接的双母线差动保护 元件非固定连接的母联电流相位比较式母线保护 重点：元件固定连接的双母线差动保护 双母线对母线差动保护的要求 1、母线故障时，母线保护应能够准确的判断出故障是发生在双母 线上。（判断母线故障） 2、母线故障时，母线保护应该能够准
