注册电气工程师复习辅导讲解

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1、 注册电气工程师复习辅导 继电保护、安全自动装置及调度自动化 华北电力设计院 钟德明 1 一电力系统继电保护 1.1继电保护和安全自动装置： 当电力系统发生故障时，能及时发出告警或使断路器跳 闸，以终止故障的发展的一种自动化设备。 1)用于保护电力元件的成套装置一般统称继电保护装置 ；用于保护电力系统的一般统称安全自动装置。 2)继电保护装置是保证系统中电力元件安全运行的基本 装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。当 电力元件发生故障时要求保护装置在最短时间、最小范围 内，按预先设定的方式，将故障设备从运行系统中断开。 3) 安全自动装置是防止电力系统失去稳定和避免发生大 面积停电事

2、故的自动装置。 1 1.1.1电力系统对继电保护基本要求 1) 电力系统对继电保护的基本要求 按照规程规定：继电保护应满足四性要求： 可靠性：指保护该动时动，不该动时不动。 选择性：首先有故障元件本身保护切除故障，当本身保护 或 断路器拒动时才允许相邻元件的保护动作切除故障 。 灵敏性：保护装置具有的正确动作的裕度。以灵敏系数表 示。 快速性：保护装置应尽快切除故障。提高系统稳定，减轻 设备损坏程度，缩小故障波及范围。 1 1.1.2.电网结构要求和安全稳定标准： 1.结构合理的电网应满足以下5条基本要求： 1)适应系统发展和运行的灵活性 2)电网中任何一元件无故障断开，系统应能保持稳定运行

3、3)满足规定的安全稳定标准：电力系统扰动分小和大两类。 电力系统承受大扰动能力的三级稳定标准。 第一级标准：在发生第一类故障（单一故障）扰动后，能 保持系统稳定运行和电网正常供电。 第二级标准：在发生第二类故障（单一严重故障，）扰动 后，能保持系统稳定运行但允许损失部分负荷。 第三级标准：在发生第三类故障（多重故障，）扰动后， 当不能保持系统稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减 少负荷损失。 4) 满足分层和分区要求。网架结构简明、层次清晰。 5) 合理控制系统短路电流。 1 1.1.3.继电保护用电流互感器及电压互感 器： ）保护用电流互感器：P类、（PR、PX）（正确限值规定为稳态 对称一

4、次电流的复合误差） TPS类、低漏磁适应于对复归时间要求严格的断路器失灵保护 TPX类、TPY类、TPZ类。具有暂态特性的电流互感器。 ）330kV及以上线路和300及以上发电机变压器组差动保护用 电流互感器宜选用TPY。220kV及以下系统保护和100MW200MW 发电机变压器组差动保护用电流互感器宜选用类、类或类 。110kV及以下可用类。 CT的接线要防止死区和CT本身故障。 ）互感器的安全接地。 ，二次回路必须有且只能有一点接地。一般在CT端子箱。 几组并联CT也只能一点接地，在保护屏接地。（双断路器、母线保 护、其他差动保护） ，只允许一点接地，接地点在控制室，N600。 二次中性

5、线与开三角的中性线必须分开不能共用。 1 1.1.4.电力系统（由各级电压等级组成的电网） 。 1) 电力系统的中性点接地方式： 有效接地系统或称大电流接地系统、非有效接地系统或 称小电流接地系统。 目前我国220kV及以上电网均为直接接地方式，66kV以 下采用不直接接地方式，有经电阻或消弧线圈接地。 110kV大多是直接接地。 2)短路故障种类及特性 三相短路、不对称短路（单相接地短路、两相短路、两相 接地短路）、一相断开。 电力系统故障时电气量的变化 a）在直接接地系统中，三相短路、两相不接地短路：有正 序分量、负序分量，无零序分量。 b）只有单相或两相接地短路故障时才产生零序电流。 1

6、 3)电力系统同步振荡与失步 电力系统稳定运行 电力系统稳定包括；同步运行稳定、频率稳定、电压稳定。 电力系统发生扰动，如短路故障，保护切除故障线路，使发 电机功角变化，并列运行的机组之间相对角度发生摇摆。失去 同步运行稳定，引起系统振荡。使线路电流、电压大幅度地周 期性波动。如果处理不当可能导致系统瓦解，大面积停电。 4)电力系统振荡时电气量的变化 a) 振荡或失步时，各点电压和电流均做往复性摆动，（短路时电气 量是突变的） b) 振荡或失步时 ，不同地点的电流和电压的相角可以有不同的，而 短路时是相同的 c) 振荡或失步不破坏三相的对称性，所有电气量是对称的，从保护 原理上说反应负序、零序

7、分量的保护及电流差动保护在振荡时是不会 误动的。相间电流保护和某些距离保护会误动 1 P 1 1.1.5.高压输电线路常用继电保护装置的应用。 1.电流保护： 电流保护的工作原理：以通过保护安装处的电流为作用量 的继电保护，有相电流保护和零序电流保护等。 t0.5s （过电流保护） 零序电流保护：由于电力系统接地故障几率高，占总故障 的7090，因此接地保护十分重要，而零序电流保护除 保护简单外，对高电阻接地故障有较好的保护能力。（ 220kV要求100欧姆、330kV150欧姆、500kV300欧姆 1 2. 距离保护（阻抗保护） 距离原理：以测量线路阻抗为判据的保护装置。 k1 JX Z

8、JX Z R R 距离保护的动作特性：有园特性、四边形、全阻抗形等 。前两种是具方向性，实际应用目前以四边形和园形较 多。带方向性可作纵联保护的方向元件。 R 1 距离保护的阶梯特性 70-80% 距离保护最大的特点是：定值不受运行方式和负荷大小 的影响。 距离保护一般有三段或四段，一般都带方向性，也有第 三、四段不带方向的。一段只能整定70-80%，不能保护 全线。二段作后备，三段作相邻线后备。 1 3. 线路纵联保护： 线路故障时使两侧开关同时跳闸的一种保护。以线路两 侧某种电量间的特定关系作为判据，要借助通道传输保护 动作的判别量。纵联保护能实现全线速动。 a) 电流差动式纵联保护、比较

9、同一时间线路各端的电流 相位或电流瞬时值：分电流相位差动和电流差动保护两类 。 （电流相位差动一般用专用收发讯机传送载波信号的，现 在基本不用了）。 b)方向比较保护：比较线路两侧电气量的方向为判据的纵 联保护。（用功率方向元件或阻抗方向元件）。 方向比较保护有欠范围和超范围两种。 纵联方向比较保护有闭锁式、允许式。 1 4. 纵联电流差动保护： 以线路两端电流瞬时值的和为动作判据。（母线流向线 路为正方向，线路流向母线为反方向）。 由于比较两侧电流的瞬时值，所以对通道要求很高，只有 导引线和光纤通道能实现电流差动保护。 保护定值只需躲外部故障时的不平衡电流，所以有较高的 灵敏度。 纵联电流差

10、动保护，有综合式和分相式两种。分相式纵 联电流差动保护的特点：本身有选相功能、可实现单相重 合闸、同塔双回线还可实现按相重合闸。 1 5. 高频闭锁方向保护： 保护以比较线路两侧功率方向为判据，区内故障，两侧 正方向功率元件均动作，跳闸。区外故障，一侧正向元件 动作，另一侧反向元件动作，后者向对侧发闭锁信号，使 两侧保护均不动作。 发闭锁信号 传送的闭锁信号与故障电气量无关，故对通道要求不高。 且闭锁信号是在非故障线路发送，所以可靠性高。 这里的高频是以前用载波通道的习惯叫法。 k1 1 1.2电力系统继电保护的配置 1.2.1.对继电保护配置的基本要求 1) 电力系统中所有线路、母线等电力设

11、备都不允许在无继电保护状 态下运行，继电保护必须符合技术规程要求、符合四性的要求。 2）在确定电网结构、厂站主接线和运行方式时必须与继电保护和安 自配置统一考虑，合理安排。 3)保护装置对各种故障要正确动作，切除故障时间要能保证系统稳定 。（如220kV以上线路保护整组动作时间：近端20ms，远端 30ms）。 4)保护装置能适应重合闸的要求。 单相故障跳闸后，健全相再故障 应能快速跳开三相。 5) 系统发生振荡时保护装置不应误动。 等 1 1.2.2影响电网继电保护配置的主要因素。 1)电网电压等级，不同电压等级对保护四性要求不同。 2)中心点接地方式，影响接地保护的配置， 3)电网结构形式

12、：环、串、T（分支） 4)选择性切除故障时间的要求。按实际情况允许切除故障 的最长时间，如500kV线路要求主保护近端故障 20ms， 远端故障30ms。 5)故障类型及概率、（介绍单相接地短路和瞬时故障） 6)事故教训及经验、（提出反事故措施） 等。 1 1.2.3主保护、后备保护、辅助保护。 1) 主保护：在电力系统中，能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故障的保护装置 2)后备保护：主保护动作失败或断路器拒动时起作用的保 护，具有相对选择性。分远后备和近后备。 远后备：对相邻线路故障有一定灵敏度，可作为相邻线 路主保护的后备保护。 近后备：依靠线路本侧另一套保护起后备

13、作用，或断路 器失灵保护。 220kV及以上采用近后备、110kV及以下采用远后备 。 3) 辅助保护（补充主、后备保护性能或主、后备保护退 出时的简单保护） 1 1.2.4电网继电保护配置原则 1110kV线路保护： 双侧电源如符合下列之一，应装设一套全线速动保护 1)系统电网要求必要时；（延时段动作有稳定问题） 2)三相短路，使发电厂厂用母线电压低于允许60以下； 3)如采用全线速动保护，不仅能改善本线路保护性能，且 能改善整个电网保护性能。 一般110kV线路只在电源侧装设一套保护装置 110kV的后备保护宜采用远后备。 110kV线路单侧电源可配置阶段式相电流和零序电流保护， 如不能满

14、足要求可装设阶段式相间距离和接地距离，并配有一 段零序电流保护，切除经电阻接地短路故障， 双侧电源线路：可装设阶段式相间距离和接地距离，并配 有一段零序电流保护，切除经电阻接地短路故障。 1 2220kV线路保护 加强主保护，简化后备保护的基本配置原则。 加强主保护:全线速动保护双重化，功能完整（对各种 故障均能快速切除），由于220kV及以上线路采用分相操 作，可实现单相重合闸，因此保护装置必须具备选相功能 。 简化后备保护：主保护双重化配置，每套主保护还应带 有相间和接地距离保护、零序电流保护（主要为切除不大 于100欧姆电阻内的接地故障）作为后备保护。 220kV以上线路采用近后备方式

15、两套主保护互为近后备，线路第II段保护是全线速动保 护的近后备保护。 第III段保护是本线路的延时近后备保护，同时也是相邻 线路的远后备保护。 1 220kV线路保护 （2）对两套主保护的要求： a) 两套主保护接线要求完全独立：电流、电压、直流的接线要求独 立；通道 独立、；两套主保护均能快速切除全线各种故障、 b)具有选相功能；具有全线速动保护，整组动作时间：近端20ms ，远端30ms。（不包括通道时间）。 c) 在旁路带路时，至少保留一套全线速动保护。 微机保护装置用于旁路或其他定值需要经常改变时，宜设置多套 定值，一般不少于8套。 d）全线速动保护对具有光纤通道的线路应优先采用光纤电流差动保 护，中长线路再配以接地和相间的后备保护。 （3）接地故障的后备：对220kV线路接地短路故障：宜装设阶段式接 地距离和零序电流保护。对接地电阻不大于100欧姆的接地故障应能 可靠切除。 （4） 相间短路的后备：宜装设阶段式相间距离保护。 1 3330-500kV线路保护： 3.1 对保护装置的技术性能要满足超高压电网的特殊问题