调度通信中心保护组继电保护技术讲课课件讲课讲稿

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1、调度通信中心保护组继电保护技术讲课课件 第 一章 绪 论 一、电力系统的正常工作状态，不正常工作状态和故障状态 电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时 也是最危险的故障是各种类型的短路。发生短路时可能产生以下后果： 1)通过故障点的短路电流和所燃起的电弧使故障设备或线路损坏。 2)短路电流通过非故障设备时，由于发热和电动力的作用，引起电气 设备损伤或损坏，导致使用寿命大大缩减。 3)电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影 响产品的质量。 4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至导致整个系 统瓦解。继电保护装置的基本任务是： 1)自动地、迅速

2、地和有选择地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，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。 2)反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经 常值班人员 )而动作于信号的装置。 二、 继电保护的基本原理及其组成 1、继电保护的基本原理 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是： 1)电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电 流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。 2)电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电 压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。 3)电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角 是

3、负荷的功率因数角，一般约为20；三相短路时，电流与电压之间的 相位角是由线路的阻抗角决定，一般为 6085；而在保护反方向三相 短路时，电流与电压之间的限额将则是180+(60 85)。 1 4)不对称短路时出现相序分量，如单相接地短路及两相接地短路时， 出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。 利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。例如， 根据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护；根据短路故障时电压的 降低，可构成电压保护；根据短路故障时电流与电压之间相角的变化， 可构成功率方向保护；根据电压与电流比值的变化，可构成距离保护； 根据故障时被保护元件两

4、端电流相位和大小的变化，可构成差动保护；根 据不对称短路故障时出现的电流、电压相序分量，可构成零序电流保护、 负序电流保护和负序功率方向保护等。 2、 继电保护的组成及分类 模拟型继电保护装置的种类很多，最早的电磁型保护、之后的晶体管 保护、集成电路保护、最后演变成微机保护；虽然其类型不断演变升级， 但它们都由测量回路、逻辑回路和执行回路三个主要部分组成。 3、对继电保护装置的基本要求 l)选择性 选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅 将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路 器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。 2)速动性 速动性

5、就是指继电保护装置应能尽快地切除故障。对于反应短路故障 的继电保护，要求快速动作的主要理由和必要性在于： 1 快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性。 2 快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时 间，加速恢复正常运行的过程。保证厂用电及用户工作的稳定性。 3 快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度。 4 快速切除故障可以防止故障的扩大，提高自动重合闸和备用 电源或设备自动投人的成功率。 对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而 应按照选择性的条件，带延时地发出信号。 3 )灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常 运行情况时

6、，保护装置的反应能力。 2 所谓系统最大运行方式，就是在被保护线路末端短路时，系统等效 阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大的运行方式；系统最小运行 方式 ，就是在同样的短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护 装置的短路电流为最小的运行方式。 保护装置的灵敏性用灵敏系数来衡量。灵敏系数表示式为： l 对于反应故障参数量增加（如过电流）的保护装置： 用保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值 2 对于反应故障参数量降低（如低电压）的保护装置： 用保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值 4)可靠性 可靠性是指在保护范围内发生了故障该保护应动作时，不应由于它本 身的缺陷而拒动作； 而在

7、不属于它动作的任何情况下，则应可靠地不动作。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电器保护的依据，又是分析 评价继电保护的基础。这四个基本要求之间，是相互联系的，但往往又存 在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证 地进行统一。 第二章、电网的电流保护 一、 单侧电源网络相间短路的电流保护 输电线路发生相间短路时，电流会突然增大， 故障相间的电压会降低。 利用电流的这一特征，就可以构成电流保护。 电流保护装置的中心环节是反应于电流增大而动作的电流继电器。电 流继电器是反应于一个电气量而动作的简单继电器的典型。 1、电流继电器结构及动作原理 （1）电磁型继电器 电磁继电器

8、的基本结构形式有螺管线圈式、吸引衔铁式和转动舌片式三 种，如图2.1 所示。 电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它 是反应电流超过一整定值而动作的继电器。电磁继电器是利用电磁原理 工作的，以吸引衔铁式继电器为例进行分析，在线圈1 中通以电流 通 ，则产生与其成正比的磁，通过由铁心、空气隙和可动舌片而成的磁 路，使舌片磁化于铁心的磁极3 产生电磁吸力，其大小与 距 可表示为 成正比，这样由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转 （ 1 ） 式中 比例常数； 电磁铁与可动铁心之间的气隙。 （ a ）螺管线圈式；(b) 吸引衔铁式；c) 转动舌片式 图 1 电磁型继电器的结构原理 1 线圈；2 可动

9、衔铁；3 电磁铁；4 止挡；5 接点； 6 反作用弹簧 正常工作情况下，线圈中流入负荷电流，继电器不工作，这是由于弹 簧对应于空气隙 产生一个初始力矩 减小到 。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，当空气长度由 时，弹簧产生的反作用力矩为 式中 K3比例常数。 另外，在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力力矩 。因此：4 1 ）继电器动作的条件。为使继电器动作，必须增大电流 来增大电磁转矩，使其满足关系式：，通过增大电流 MdcMth+Mm （2） 2 ） 动作电流。能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值 器的动作电流（起动电流） ，记作 。 称为继电 3 ）继电器的返回条件。继电器动作

10、后，当 将返回。为使继电器返回，弹簧的作用力矩 力矩 之和，即 减小时，继电器在弹簧的作用下必须大于电磁力矩 及摩擦 或 （3） 4 ） 返回电流。满足上述条件，使继电器返回原位的最大值电流称 为继电器的返回电流，记为 ， 5 ） 返回系数。 返回电流和起动电流的比值成为继电器的返回系数， 可表示为 （4） 6 ） 动作电流的调整方法： 改善继电器线圈的匝数； 改变弹簧的张力； 改变初始空气隙的长度。 7 ） 剩余力矩。在继电器的动作过程和返回过程中，随着气隙 的变化，都将出现一个剩余力矩 ，从而使继电器的动作过程和返回过程都雪崩式的进5 行，继电器要么动作、要么返回，它不可能停留在某一个中间

11、状态， 具有明显的“继电特性” 。同时，该力矩还有利于继电器的触点可靠的接 触与断开。 2、几个基本概念 1 ）系统最大运行方式 在被保护线末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的 短路电流为最大的运行方式。 2 ）最小运行方式 在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的电流为最 小的运行方式。系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少 等有关。3 ）最小短路电流与最大短路电流 在最大运行方式下三相短路时通过保护装置的电流为最大，称之为最 大短路电流。而在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流 为最小，称之为最小短路电流。 4 ）保护装置的起动值 对因电流

12、升高而动作的电流保护来讲，使起动保护装置的最小电流值 称为保护装置的起动电流，记作 。保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的，当一次侧的 短路电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。 5 ）保护装置的整定 所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置的起动值 （一般情况下是指电力系统一次侧的参数）、灵敏性、动作时限等过程。 3、无时限电流速断保护 根据对保护速动性的要求，在满足可靠性和保护选择性的前提下，保 护装置的动作时间，原则上总是越快越好。因此，各种电气元件应力求装 设快速动作的继电保护。仅反应电流增大而能瞬时动作切除故障的保护， 称为电流速断保护，也称为无

13、时限流速断保护。 (1)、工作原理 无时限速断保护是为了保证其动作的选择性，一般情况下速断保护只保护 被保护线路的一部分，具体工作原理如图2 所示。 6 对于单侧电源供电线路，在每回电源侧均装有电流速断保护。在输电 线上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算 （ 5 ） Id?min?(2)Ex?0.866（ 6 ） Xs?min?X1L 图 2 电流速断保护的动作特性分析 1-最大运行方式下三相短路电流；2-最小运行方式下两相短路电流 由式（5 ）和（ 6 ）可看出，流过保护安装地点的短路电流值随短 路点的位置而变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。 和 与 的关系如图2.6

14、中的曲线 1 和 2 所示。从图可看出， 短路点距保护安 装点愈远，流过保护安装地点的短路电流愈小。 (2)、整定计算 1 ）动作电流 为了保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处 （如 点即 B 变电所短路时，通过保护的最大保护电流（最大运行下的 三相短路电流）来整定。即 7 可靠系数 对保护1 （ 7 ） 把起动电流标于图2.6 中，可见在交点M 与保护2 安装处的一段线路 上短路对2 能够动作。在交点M 以后的线路上的短路时，保护2 不动 作。因此，一般情况下，电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不 能保护全线路。2 ）保护范围（灵敏度 ）计算（校验） 规程规定，在最小

15、运行方式下，速断保护范围的相对值 为 15%20% ，即 式中 最小保护范围； 当系统为最大运行方式时，三相短路时保护范围最大；当系统为最小 运行方式时，两相短路时保护范围最小。求保护范围时考虑后者。由图2 可知 （ 8 ） 其中， 代入式（8 ）整理得 （ 9 ） (3）动作时限 无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间。 考虑到线路中管型避雷器放电时间为0.040.06s ， 在避雷器放电时速断保 护不应该动作，为此在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器，一 方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止 误动作。由于动作时间较小，可认为t=0 。

16、( 4 ）电流速断保护的接线图 8 图 3 速断保护单相原理接线图 电流继电器接于电流互感器TA 的二次侧，它动作后起动中间继电器， 其触点闭合后，经信号继电器发出信号和接通断路器跳闸线圈。 (5） 、对电流速断保护的评价 优点：简单可靠，动作迅速。 缺点：不能保护线路全长。运行方式变化较大时，可能无保护范 围。如图2.9 所示 ，在最大运行方式整定后，在最小运行方式下无保护 范围。在线路较短时，可能无保护范围。 4、 限时电流速断保护 由于电流速断保护不能保护本线路的全长，因此必须增设一套新的保 护，用来切除本线路电流速断保护范围以外的故障，作为无时限速断保护 的补充、配套保护，这就是限时电流速断保护。 （ 1 ）对限时电流速断保护的要求 增设限时电流速断保护的主要目的是为了保护线路全长，对它的要 求是在任何情况下都能保护线路全长并具有：足够的灵敏性，在满足足够 的灵敏度的前提下具有较小的动作时限。 （ 2 ）工作原理 1 ） 为了保护本线路全长，限时电流速断保护的保护范围必须延伸 到下一条线线路去，这样当下一条线路出口短路时，它就能切除故障。