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1、继电保护基本原理及运行维护技术讨论,2013.9.15,第一部分 电力系统的基本知识第二部分电力系统继电保护的基本知识第三部分 发电机变压器继电保护的配置,第一部分 电力系统的基本知识,一、电力系统中一次设备和二次设备的分类 1、一次设备：主变压器、电流互感器、电压互感器、静止补偿电容器、开关、刀闸、电抗器、母线、阻波器、结合电容器、避雷器等，发送分配电能。,2、二次设备：对电力系统中的一次设备的运行工况进行控制测量、保护和监视的设备叫二次设备。包括：继电保护、测量仪表、控制开关、按钮、端子箱、控制电丝、故障录波器、事件记录器、RTU装置、综合自动化、信号报警装置、变压器冷控设备、调压开关的控
2、制元件等，防误闭锁装置，包括给二次设备供电的蓄电池、充电的整流器等。3、二次回路：联结二次设备的回路，即二次回路。,二 、电力系统故障原因电力系统在运行中，可能由于以下原因发生故障 1、外部原因：雷击，大风，地震造成的倒杆，绝缘子覆冰造成冰闪，绝缘子污秽造成污闪。2、内部原因：设备绝缘损坏，老化。3、系统中运行、检修人员误操作。,三、电力系统故障的类型 1、单相接地故障 D（1） 2、两相接地故障 D（1.1） 3、两相短路故障 D（2） 4、三相短路故障 D（3） 5、线路断线故障 以上故障单独发生为简单故障。不同地点，两个或以上简单故障同时发生称为复故障。,电力系统中电气设备的正常工作遭到
3、破坏，但未发展成故障。不正常工作状态有： 1）电力设备过负荷，如：发电机，变压器 线路过负荷。 2）电力系统过电压。 3）电力系统振荡。 4）电力系统低频，低压。,四、不正常工作状态,五、电力系统事故,电力系统中，故障和不正常工作状态均可能引起系统事故，即系统全部或部分设备正常运行遭到破坏，对用户非计划停电，少送电，电能质量达不到标准（频率，电压 ，波形），设备损坏等。,一、继电保护的作用及任务：继电保护作用：就检测电力系统中各电气设备的故障和不正常工作状态的信息并作相应处理。继电保护的基本任务： 1）将故障设备从系统中切除，保证非故障设备正常运行。 2）发生告警信号通知运行值班人员，系统不正
4、常工作状态已发生或自行调整使其系统恢复正常工作状态。,第二部分 电力系统继电保护的基本知识,1、继电保护四性要求。 1）选择性：电力系统故障时，使停电范围最小的切除故障的方式。,二、电力系统对继电保护的基本要求,2）快速性：电力系统故障时，以尽可能短的时间把故障设备从电网中切除，缩短故障的存在时间。电力系统故障对设备、人身，系统稳定的影响与故障的持续时间密切相关，故障持续时间越长，设备损坏越严重；对系统影响也越大。因此，要求继电保护快速的切除故障。电力系统对继电保护快速性的要求与电网的电压等级有关。220KV系统要求：近区故障 100ms、远区故障 120ms切除除障，500KV系统要求：近区
5、故障 80ms、远区故障 90ms切除故障, 含开关动作时间，现用的开关全断开时间：220KV 40ms500KV 35ms 快速切除故障，可提高重合闸成功率，提高线路的输送容量。,3）灵敏性：继电保护装置在它的保护范围内（一般指末端）发生故障和不正常工作状态的反应能力。 用灵敏系数K表示K=末端故障进入保护装置的电气量/保护装置的整定值（过量动作的保护）K=保护装置的整定值/末端故障进入保护装置的电气量（欠量动作的保护）,4）可靠性： 保护范围内发生故障时，保护装置可靠动作切除故障,不拒动。 保护范围外发生故障和正常运行时，保护可靠闭锁,不误动。,二、名词解释,1、主保护：满足系统稳定和设备
6、安全的要求，能以最快的速度有选择性的切除电力设备及输电线路故障的保护。对于220KV及以上线路,变压器，母线，要求主保护全线速动，则其主保护为纵联方向，纵联距离,纵联差动，距离保护不是主保护.,2、后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。后备保护可分为远后备保护和近后备保护。 1）近后备保护：当主保护或断路器拒动时，由本线路其它保护或本电力设备其它保护切除故障，当开关失灵时，由开关失灵保护切除故障。,3、远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻线路或元件保护切除故障。 4、辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能，或当主保护，后备保护退运行时而增设的保护。 如：一个半开关接线的短
7、线保护，运方跳闸保护，过电压保护,5、异常运行保护：反应被保护线路和设备异常运行状态的保护。如：过负荷、过励磁 、振荡解列，低周减载等。 6、振荡解列装置：当系统正常运行时，两个系统发生振荡，将两系统分开的装置。,第三部分 发电机变压器继电保护的配置,一、 基本原则 1 、大型发电机及发变组保护应采用微机型保护，按双重化配置（非电气量保护除外），保护配置。原则应是强化主保护、简化后备保护。,2 、每套发变组保护装置均应含完整的主保护及后备保护，宜使用主、后一体化的保护装置。1）当发电机与变压器之间装设断路器时，发电机与变压器保护装置应分别独立设置。2）发电机出口不装设断路器时，发电机与变压器保
8、护装置可合并设置，每一套保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。,3、 双重化配置的两套电气量保护的直流电源、电流回路、电压回路、开入量、跳闸回路等应相互独立，彼此没有电气联系，并且安装在各自柜内。当运行中的一套保护因异常需退出或检修时，应不影响另一套保护的正常运行。,4、 非电量保护应设置独立的装置、独立的电源回路和出口跳闸回路，与电气量保护必须完全分开。非电量保护宜独立组屏。5、 双重化配置的两套电气量保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈。非电量保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两组跳闸线圈。,二、保护双重化配置实现原则 1） 每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类
9、型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行。2） 两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组。3）电流回路应分别取自电流互感器互相独立的二次绕组，并合理分配电流互感器二次绕组，避免可能出现的保护死区。分配接入保护的互感器二次绕组时，还应特别注意避免运行中一套保护退出时可能出现的电流互感器内部故障死区问题。,消除CT内部故障的保护死区,正确接线图,错误接线图,4） 双重化配置保护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段。 5） 两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。 6） 双重化的线路保护应配置两套独立的通信设备（含复用光
10、纤通道、独立光芯、微波、载波等通道及加工设备等），两套通信设备应分别使用独立的电源。 7） 双重化配置保护与其他保护、设备配合的回路应遵循相互独立的原则。,三、发电机保护配置 1、发电 机故障及异常运行状态 a) 定子绕组相间短路； b) 定子绕组接地； c) 定子绕组匝间短路； d) 发电机外部相间短路； e) 定子绕组过电压； f) 定子绕组过负荷； g) 转子表层（负序）过负荷； h) 励磁绕组过负荷；,i) 励磁回路接地； j) 励磁电流异常下降或消失； k) 定子铁芯过励磁； l) 发电机逆功率； m) 频率异常； n) 失步； o) 发电机突然加电压； p) 发电机启、停故障； q
11、) 断路器失灵； r) 发电机功率突降； s) 其他故障和异常运行。,2、保护配置 1）纵联差动保护-作为发电机定子绕组及其出线的相间短路故障的主保护 2) 横差保护或裂相横差保护-对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机定子绕组匝间短路故障主保护。3)定子匝间保护-当定子绕组为星形接线、中性点只有三个引出端子时定子绕组匝间短路故障的主保护 。,4）定子接地保护-发电机定子绕组单相接地保护。保护区为 100%的作为发电机定子绕组单相接地故障保护。 由反应近机端侧单相接地的基波零序过电压保护和反应近中性点侧单相接地的三次谐波过电压保护两部分组成。 5）负序过电流保护和复
12、合电压启动过电流保护-作为发电机外部相间短路后备保护。 6）过电压保护-作为发电机定子绕组异常过电压故障的保护。水轮发电机过电压保护应动作于解列灭磁或停机，汽轮发电机过电压保护应动作于解列灭磁。,7） 、发电机定子绕组过负荷保护a） 定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护作为过负荷引起的发电机定子绕组过电流故障的保护，带时限动作于信号。b） 定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低（例如低于 1.5 倍、60s），过负荷保护由定时限和反时限两部分组成8 ）发电机转子表层（负序）过负荷保护-对不对称负荷、非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设发电机转子表层（负序）过负荷保护。9
13、）发电机励磁绕组过负荷保护-作为发电机励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过负荷的保护。,10 ）发电机转子一点接地保护-作为发电机转子一点接地故障的保护，延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作于程序跳闸。双重化配置的两套发电机转子一点接地保护，在正常运行时，应只投入其中一套保护。11）发电机失磁保护-发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障 。 对汽轮发电机，失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号，有条件的机组可进行励磁切换。对水轮发电机，失磁保护应带时限动作于解列。,12） 发电机过励磁保护300MW 及以上的发电机应装设过励磁保护，作为电压升高和频率降低时工作磁通密度过高引起绝
14、缘过热老化的保护。13 ）发电机逆功率保护-对发电机变为电动机运行的异常运行方式，应装设逆功率保护。 a）对水轮发电机，当发电机调相运行时，应闭锁逆功率保护。b）对汽轮发电机，应装设程跳逆功率保护，与主汽门关闭接点串联后经延时作用于停机。,14) 发电机频率异常保护 a）对低于额定频率带负载运行的汽轮发电机，应装设低频率保护作为发电机在频率偏低使汽轮机的叶片及其拉筋发生断裂故障的保护，动作于信号，并有低频累加功能，动作于信号、程序跳闸 b）对高于额定频率带负载运行的汽轮发电机或水轮发电机，应装设高频率保护，保护动作于解列灭磁或程序跳闸。,15) 发电机失步保护-300MW 及以上发电机应装设失
15、步保护，当系统发生非稳定振荡时保护系统或发电机安全。 16) 发电机轴电流保护水轮发电机推力轴承或导轴承绝缘损坏时，在感应电压作用下产生轴电流，为防止轴瓦过热烧损，水轮发电机宜装设轴电流保护。保护瞬时动作于信号，亦可经时限动作于解列灭磁。,17、电机其他故障和异常运行保护 a） 误上电保护 b） 启停机保护 c ) 断路器失灵保护 d) 解列保护 e) 低频保护 f) 断路器断口闪络保护 g）对发电机断水（采用水冷却系统的发电机）、热工保护、水力机械保护、发电机火灾和励磁系统故障等，应装设动作于信号、程序跳闸、解列灭磁或全停的非电气量保护。,四、电力变压器保护的配置,1、电力变压器的故障 1）
16、 油箱内部故障：匝间短路，单相接地短路，相间短路（500kV变压器为单相式，不存在相间短路）。内部故障电流将产生电弧，会烧坏线圈的绝缘和铁芯，引起绝缘油气化使变压器爆炸。 2）油箱外部故障：主要是绝缘套管和引出线的故障（包括引线相间短路，单相接地短路等）。,3 ）变压器的异常运行方式： a）油箱内油位降低； b）外部短路引起的过流； c）甩负荷引起的过励磁； d）过负荷； e）温度、压力、冷却器全停。,（二）变压器保护的配置,1、电气量保护 1)差动保护：主变压器内部、套管和引出线故障的主保护。a采用不同涌流闭锁原理的纵联差动做为变压器主保护，瞬时跳开变压器各侧断路器。b 每套主保护中应配置不经 TA 断线闭锁的差动速断保护，瞬时跳开变压器各侧断路器。,纵联差动保护基本要求： 1）应能躲过励磁涌流和外部故障的不平衡电流，以免变压器在空载投入或切除外部穿越性故障时，出现励磁涌流误动。 2）在变压器过励磁时，差动保护不误动。 3）在变压器内部故障、CT饱和时不拒动。 4）在变压器内部故障、短路电流中含有谐波分量时，不拒动。 5）保护应反应区内各种短路故障，动作速度快，一般不大于30ms。,
