電力工程-繼電保護（一）-PowerPointPres

1、第6章 繼電保護16.1 概述繼電保護的概念：電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備以及用戶的用電設(shè)備中的某個元件（設(shè)備）發(fā)生故障或處于不正常工作狀態(tài)時，為了及時將該元件從系統(tǒng)中切除或者給值班人員發(fā)出信息，必須在系統(tǒng)中每一個元件裝設(shè)繼電保護裝置。26.1 概述繼電保護裝置的任務(wù)：1）觸發(fā)斷路器將故障設(shè)備與電力系統(tǒng)中其他非故障設(shè)備自動隔離，使故障所影響的范圍限制到最小，并使系統(tǒng)無故障部分盡快恢復到正常運行狀態(tài)；2）反映電氣設(shè)備的不正常工作情況，并發(fā)出信號通知值班人員及時處理或由裝置自動進行調(diào)整，切除危險運行的設(shè)備。36.1 概述對繼電保護裝置的基本要求：1）選擇性：只將故障設(shè)備切除；當d1點短路時，應(yīng)

2、由距短路點最近的保護1和2動作跳閘，將故障線路切除，變電所B則仍可由另一條無故障的線路繼續(xù)供電。而當d3點短路時，保護6動作跳閘，切除線路CD，此時只有變電站D停電。由此可見，繼電保護有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷向用戶供電。42）快速性：希望故障切除時間盡可能短，這樣可以提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、保證用戶電氣設(shè)備不間斷運行、減小設(shè)備的損壞程度、避免故障進一步擴大。從經(jīng)濟性上考慮，確定保護裝置的動作時間時，應(yīng)根據(jù)具體的保護對象及其地位和重要程度來確定。下面列舉必須快速切除的故障：（1）高壓輸電線路上發(fā)生的故障；（2）使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值（0.7）的故障；（

3、3）大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內(nèi)部發(fā)生的故障；（4）110kV線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障；（5）可能危及人身安全、對通訊系統(tǒng)等有強烈干擾的故障等。 故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。對繼電保護裝置的基本要求53）靈敏性：保護裝置對發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)時反應(yīng)能力的一種衡量指標。4）可靠性：應(yīng)該動作的故障不拒絕動作，不屬于它動作范圍的故障不發(fā)生誤動作。對繼電保護裝置的基本要求6繼電保護的基本原理： 電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，伴隨有電流增大、電壓降低、電壓和電流相位角發(fā)生變化等現(xiàn)象。繼電保護的工作原理就是檢測其中某一電氣量或多個電氣量的變化，進而判斷被保護對

4、象處于何種狀態(tài)。1）利用故障時電流增大的特點構(gòu)成電流保護；2）利用故障時電壓降低的特點可構(gòu)成低電壓保護；3）利用電壓和電流比值的變化可構(gòu)成阻抗（距離）保護；4）利用電壓和電流間相位角變化的特點可構(gòu)成方向保護。6.1 概述76.1 概述繼電保護的基本原理繼電保護的工作原理：1）測量回路：作用有二。其一，測量能反映保護對象所處工作狀態(tài)的物理量；其二，檢測該物理量的變化與整定值進行比較，確定所保護對象是否發(fā)生了故障或出現(xiàn)了不正常工作情況，然后輸出相應(yīng)信號至邏輯回路；2）邏輯回路：根據(jù)測量回路輸出量的大小、性質(zhì)、組合方式或出現(xiàn)的先后順序，判斷被保護對象所處的工作狀態(tài)，向執(zhí)行回路發(fā)出相應(yīng)的信號；3）執(zhí)行

5、回路：根據(jù)邏輯回路所作出的判斷執(zhí)行保護裝置的任務(wù)（觸發(fā)斷路器，給值班人員發(fā)出警告或使保護裝置不動作等）8電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展自50年代末，晶體管繼電保護開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大

6、學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始我國繼電保護技術(shù)已進入了微機保護的時代。繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。 9電網(wǎng)的電流保護電網(wǎng)中任一元件發(fā)生短路故障時，流過該元件的電流將突然增大。電網(wǎng)的電流保護就是基于這一特點而構(gòu)成的一種簡單而有效的保護方式。根據(jù)短路類型的不同，分為了相間電流保護、零序電流保護。10過電流繼電器原理框圖：電網(wǎng)的電流保護（1）正常狀態(tài)；（2）動作過程；（3）返回過程。11電流速斷保護定

7、義： 僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。 保護裝置的起動電流：對反應(yīng)于電流升高而動作的電流速斷保護而言，能使該保護裝置起動的最小電流，以dz表示。 顯然必須當實際的短路電流Id= dz時，保護裝置才能起動。保護裝置的起動值dz，是用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表示的，它所代表的意義是：當在被保護線路的一次側(cè)電流達到這個數(shù)值時，安裝在該處的這套保護裝置就能夠起動。 系統(tǒng)最大運行方式：對每一套保護裝置來說，通過該保護裝置的短路電流為最大的方式 (電源的內(nèi)阻最小） 系統(tǒng)最小運行方式：短路電流為最小的方式 (電源的內(nèi)阻最大） 電網(wǎng)的電流保護12電流速斷保護的工作原理電網(wǎng)的電流保護 根據(jù)電

8、力系統(tǒng)短路的分析，當電源電勢一定時，短路電流的大小決定于短路點和電源之間的總阻抗Z。短路電流和線路長度L的關(guān)系可表示為：三相短路電流可表示為：二相短路電流可表示為： 由上面的兩式可見：短路點距電源越遠，即L越大，則故障電流越??；若系統(tǒng)運行方式愈小，即Zs愈大，則If也愈小。對于相間短路而言： 最大方式下發(fā)生三相短路的電流為最大； 最小運行方式下發(fā)生短路的電流為最小。 也就是說，任何運行方式下發(fā)生相間短路的電流值都在這兩個值之間。13單側(cè)電源線路為例：電流速斷保護的工作原理圖中1、2兩條曲線為短路電流與短路距離L的關(guān)系曲線。曲線1：最大運行方式下發(fā)生三相短路的電流曲線2：最小運行方式下發(fā)生兩相短

9、路的電流任何運行方式下發(fā)生相間短路的電流值都在這兩條曲線之間14 對于圖6-7中的保護1，應(yīng)要求它只切除線路AB上發(fā)生的故障。但在線路AB的末端和線路BC的首端發(fā)生故障時，流過保護1的電流幾乎是沒有差別的。而且對于不同的運行方式和不同的故障類型，完全有可能出現(xiàn)在線路BC首端的故障電流大于線路AB末端的故障電流的情況。如BC首端發(fā)生三相短路的故障電流將大于AB末端發(fā)生兩相短路的故障電流。根據(jù)選擇性的要求，保護1的起動電流必須整定到大于線路AB末端即B母線上發(fā)生故障時可能出現(xiàn)的最大電流（在繼電保護技術(shù)中，這又稱為按躲開下一條線路出口處短路的條件整定，這樣可以保證下一條線路出口處短路時不起動）。因此

10、其整定值為：電流速斷保護的工作原理 引入可靠系數(shù)的目的是為了保證任何情況下保護都不至于失去動作的選擇性，即在線路BC的首端發(fā)生任何故障時保護1都不應(yīng)動作。保護1得I段整定值；I段保護整定時得可靠系數(shù)， 一般取1.21.3；B點短路時出現(xiàn)的最大短路電流 （6-6）15電流速斷保護的工作原理 同樣的道理，對于保護2來說，其起動電流必須整定到大于線路BC末端即C母線上發(fā)生短路時可能出現(xiàn)的最大電流值，即：（6-7） 由式(6-6)和式(6-7)可見，在某個保護范圍內(nèi)無論哪一點發(fā)生故障，該保護電流速斷的整定值是不變的。因此在圖6-7中各為一直線，與曲線1和2各有一個交叉點。對應(yīng)于每一條曲線，當故障點處于

11、交叉點之前時（靠近電源側(cè)為前），由于短路電流大于保護裝置的整定值，因此保護裝置可以反映在此范圍內(nèi)的故障。而當故障點處于交叉點之后時，由于短路電流小于保護裝置的整定值，所以保護裝置將無法反映此故障。 電流速斷為了保證選擇性，而使其保護范圍縮短，也即在靠近保護線路末端的一部分范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置根本不啟動。從另一個角度而言，電流速斷不可能保護整條線路。16 速斷保護對被保護線路內(nèi)部故障的反應(yīng)能力（即靈敏性），只能用保護范圍的大小來衡量，此保護范圍通常用線路全長的百分數(shù)來表示。從圖6-7可見，當系統(tǒng)為最大運行方式時，電流速斷的保護范圍為最大，當出現(xiàn)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路時，電流速斷的保護

12、范圍為最小。電流速斷保護的工作原理 電流速斷保護的靈敏度是用系統(tǒng)最小運行方式下，保護裝置所能保護的最小范圍占線路總長度的百分比來衡量的。 通常要求電流速斷保護的最小保護范圍不應(yīng)小于被保護線路全長的1520。17電流速斷保護的原理接線 當發(fā)生保護范圍內(nèi)部故障時，流入繼電器KA線圈的電流大于其啟動電流，因此使KA的觸點閉合，隨之使中間繼電器K的線圈帶電。中間繼電器K的線圈帶電后，其觸點閉合使信號繼電器KS的線圈帶電發(fā)出信號，同時接通斷路器QF的跳閘線圈YR使斷路器跳閘。采用電流互感器TA的原因：一是改變電流水平；二是將電力系統(tǒng)一次回 路與二次回路相隔離。采用中間繼電器K的原因：一是擴充接點容量；二

13、是增加保護裝置的固有 動作時間，防止在避雷器瞬時放電時發(fā)生誤動作。信號繼電器KS的作用：給出保護裝置已經(jīng)動作過的明顯標志，保持到運行人 員手動復歸為止，便于進行故障分析。18電流速斷保護的優(yōu)缺點優(yōu)點：原理簡單、采用元件少、動作可靠以及動作迅速。缺點：不可能保護線路全長，并且在不同運行方式下，保護范圍也是不同的。而且即使運行方式相同，發(fā)生不同類型的故障時其保護范圍也是不同的，故其保護范圍直接受到系統(tǒng)運行方式變化和故障類型的影響。（當系統(tǒng)運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護可能沒有保護范圍，因而不能采用）19定義：電流速斷保護不可能保護線路全長，為此就必須增加一段新的保護，用來切

14、除本線路上速斷保護無法反映的故障，同時也能作為速斷保護的后備保護，這新增的一段保護稱之為限時電流速斷保護，也叫電流保護的第II段或電流II段。限時電流速斷保護工作原理：由于要求限時速斷保護必須保護線路的全長，因此它的保護范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發(fā)生短路時，它就要啟動。在這種情況下，為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶有一定的時限，此時限的大小與其延伸的范圍有關(guān)。為了使這一時限盡量縮短，照例都是首先考慮使它的保護范圍不超過下一條線路速斷保護的范圍，而動作時限則比下一條線路的速斷保護高出一個時間階段，此時間階段以t表示。20限時電流速斷保護的整定方法限時電流速斷

15、保護 設(shè)保護1裝有電流速斷，其啟動電流為Idz.1，它與短路電流變化曲線的交點M為保護1電流速斷的保護范圍，當在此點發(fā)生短路時，短路電流即為Idz.1，速斷保護剛好能動作。而保護2的限時電流速斷不應(yīng)超出保護1電流速斷的范圍，因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的啟動電流應(yīng)該整定為： Idz.2Idz.1KkIdz.1（書中用ISP4表示）其中， Kk取為1.11.2。21限時速斷的動作時限t2，應(yīng)選擇的比下一條線路速斷保護的動作時限t1高出一個時間階段t。從保護動作快速性的要求出發(fā)， t應(yīng)越小越好。但為確保兩保護之間動作的選擇性，其值必須滿足一定的要求，因此又不能選擇得太小。對于常用的繼電器和間接作

16、用的二次式保護裝置，一般取為0.5秒。這樣選取了限時電流速斷的動作時限后，當故障發(fā)生在本線路上但超出本線路電流速斷保護范圍時，此故障將由限時電流速斷保護動作切除。所以，當線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷后，它們的聯(lián)合工作就可保證全線路上任何一點的故障都能夠在0.5秒內(nèi)予以切除。限時電流速斷保護動作時限的選擇限時電流速斷保護22為了能夠保護本線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，具有足夠的反應(yīng)能力，這個能力通常用KSE來衡量。限時電流速斷保護的靈敏度限時電流速斷保護對上圖中的保護4而言，即應(yīng)采用系統(tǒng)最小運行方式下線路AB末端（即母線B上）發(fā)生兩相短路時的

17、短路電流作為電氣參數(shù)的計算值。若此電流值為If Bmin，則保護4限時電流速斷保護的最小靈敏系數(shù)為(與限時電流速斷保護的整定值有關(guān)) ： 為了確保在線路末端短路時，保護裝置能夠可靠動作，要求電流II段的最小靈敏度系數(shù)滿足KSE=1.31.523定時限過電流保護 電流速斷保護和限時電流速斷保護的整定電流都是按躲過某點的短路電流來整定的，因此不能作為相鄰線路故障的后備保護。當故障發(fā)生于保護線路末端時，如果限時電流速斷保護由于某種原因據(jù)動，將無法切除故障。為了解決這一問題，需要配備一種作后備的保護，即定時限過電流保護，也稱之為電流保護的第III段或電流III段。它不僅能保護本條線路的全長，而且還能保

18、護相鄰線路的全長。定時限過電流保護的動作電流按躲過最大負荷電流來整定，一般啟動電流較小，所以其動作靈敏度較高。通常所說的過電流保護即代表定時限過電流保護。24定時限過電流保護定時限過電流保護的工作原理 在上圖中，設(shè)線路AB、BC、CD均裝有過電流保護。當f1點發(fā)生相間短路時，故障電流將通過保護1、2、3。在此短路電流的作用下，保護1、2、3的過電流元件都將啟動。從盡量限制故障影響范圍的要求出發(fā)，f1點的故障應(yīng)由保護3動作切除。因而必須滿足保護3的動作時限t3小于保護1和2的動作時限t1和t2。同樣當f2點發(fā)生故障時，短路電流要流過保護1和2，為保證選擇性，則應(yīng)要求保護2的動作時限t2小于保護1的動作 也就是說，過電流保護的動作時限比它末端母線所接所有相鄰元件過流保護的動作時限高出一個t。 在上圖中，過流保護的動作時限應(yīng)從電網(wǎng)的最末端保護3開始整定。對于保護3而言，只要電動機內(nèi)部發(fā)生故障，它就可瞬時動作予以切除，因此t3只為保護裝置的固有動作時間。保護2的動作時限應(yīng)該比保護3的t3高出一個t。同樣，保護1的動作時限應(yīng)比t2和t4中較大的一個再增加一個t。 這種保護的動作時限，經(jīng)整定計算確定后，即由專門的時間繼電器予以保證，而其動作時限與短路電流大小無關(guān)，因此稱之為定限時過電流保護。時限t1。當然在f3點發(fā)生故