繼電保護講義課件

1、繼電保護講義陳丕雅 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是由電力生產(chǎn)的5個環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的整體。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱為電網(wǎng)。完成一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的統(tǒng)一系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)；對一次系統(tǒng)進行保護、控制、測量、調(diào)節(jié)、監(jiān)視、通信等相應(yīng)的輔助系統(tǒng)稱為二次系統(tǒng)。 繼電保護當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件發(fā)生故障時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設(shè)備，用于保護電力元件的一般稱為繼電保護裝置。 安全自動裝置 當(dāng)電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及其安全運行的事件時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者向所控

2、制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設(shè)備，用于保護電力系統(tǒng)的通稱為電力系統(tǒng)安全自動裝置。 功率 瞬時功率：電阻、電感和電容的瞬時功率。有功功率：用電設(shè)備真實消耗掉的功率稱為有功功率。有功與頻率相關(guān)；無功功率：在完成電能轉(zhuǎn)換為機械能的過程中，建立電、磁場需要的功率稱為無功功率，無功與電壓相關(guān)。頻率、電壓和諧波是反映電能質(zhì)量的三大指標(biāo)，頻率和電壓又是保持電網(wǎng)穩(wěn)定最重要的電氣量?，F(xiàn)在有人加供電的可靠性。 視在功率：瞬時功率：功率UIP0Q0P0Q0P0P0Q0同步穩(wěn)定符號法 正弦量三要素，振幅、頻率和初相角，在研究穩(wěn)態(tài)工頻量時，頻率是常數(shù)，由

3、歐拉公式，可以將同頻率的正弦量轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)運算。 對稱分量法 其中： 三相量可分解為。 可以用三相線路電壓方程引入概念。 對稱分量法對稱分量法特點：1三序網(wǎng)相互獨立。將相量的滿陣轉(zhuǎn)換為對角陣。2正常運行和對稱故障只有正序。不接地兩相短路有正序和負(fù)序。接地短路和不對稱斷線有正、負(fù)、零序。3負(fù)序和零序?qū)俟收戏至?，其對?yīng)的序網(wǎng)絡(luò)是無源網(wǎng)絡(luò)，外加源在故障點。正序定則序網(wǎng)（略） 電力系統(tǒng)對繼電保護的要求 “四性”：可靠性（可信賴性和安全性）選擇性快速性靈敏性“四性”繼電保護選擇性 選擇性是指期望能在電力元件發(fā)生故障時，由最靠近故障元件的繼電保護裝置動作斷開故障。繼電保護選擇性是通過合理的動作值整定來完成。

4、選擇性整定原則：越靠近故障點的保護裝置的動作靈敏度越大，動作時間應(yīng)越短。 “四性”繼電保護快速性 繼電保護快速性是指繼電保護裝置應(yīng)以允許的可能最快速度動作切除故障。繼電保護快速跳閘，一方面可以減輕故障設(shè)備的損壞程度，另一方面是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的重要手段。 “四性”注意兩點： 1）快速性與可靠性之間存在矛盾只有在繼電保護裝置可靠動作前提下的快速性才有實際意義。 2）快速性并不是愈快愈好-只有在系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定需要的前提下才是合理的。繼電保護快速性對通道傳輸時間有規(guī)定要求。華中電網(wǎng)500kV線路保護切除故障時間變化：110ms90ms 70ms，對電網(wǎng)穩(wěn)定貢獻巨大！ “四性”繼電保護靈敏性 繼電保

5、護靈敏性是指繼電保護裝置對設(shè)計規(guī)定要求動作的故障及異常狀態(tài)能夠可靠地動作能力 。 在規(guī)程中規(guī)定每種保護元件的具體靈敏系數(shù)。繼電保護對動作的靈敏性是出于保護裝置可靠動作需要。 “四性”注意：正確處理靈敏性與選擇性之間矛盾。愈靈敏愈能可靠反應(yīng)要求動作的故障或異常狀態(tài)，但同時愈易于在非要求動作的其他情況下產(chǎn)生誤動。 繼電保護系統(tǒng)作用1）斷開電力故障元件，最大限度地減少對電力元件本身的損壞。2）反應(yīng)電力元件不正常工作狀態(tài)，便于監(jiān)視與調(diào)整。3）支持電力系統(tǒng)安全運行。特別是保護快速動作對提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的特殊作用，其他穩(wěn)定措施是不能與其相比擬。 繼電保護的配置原則后備保護是主保護或斷路器拒動時，用來切除故

6、障的保護。遠后備保護是當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。近后備保護當(dāng)主保護拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護。當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。 繼電保護的配置原則輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當(dāng)主保護和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護。異常運行的保護是反應(yīng)被保護電力設(shè)備或線路異常運行狀態(tài)的保護。 線路保護整定計算中的一些概念 繼電保護裝置是通過安裝處采集的電壓、電流，根據(jù)動作判據(jù)認(rèn)定是否動作、何時動作。整定計算就是計算動作判據(jù)的整定值和動作時間，以保證故障發(fā)生在保護范圍內(nèi)，按配合時間的要求可靠地動作（靈敏性）；在保

7、護范圍外可靠地不動作（選擇性）。為此目的，必須劃分保護范圍、設(shè)置故障點、設(shè)置故障類型、選擇運行方式。 劃分保護范圍 保護范圍分為兩類：一類是保護范圍固定不受運行方式影響，如：被保護的線路、被配合的相鄰線路的縱聯(lián)保護和距離保護段、相鄰變壓器的差動保護、變壓器另一側(cè)出線的縱聯(lián)保護和距離保護段。另一類是保護范圍不固定受運行方式影響，如：被配合的電流保護、距離保護高段。這類保護要找到保護范圍很不容易，尤其當(dāng)保護范圍伸出本線路，對側(cè)母線接有多分支，對每一個分支都存在一個保護范圍。但是，這些保護范圍是由一個保護定值決定的。因此，同原理保護配合往往是定值上的配合，即用配合定值乘以助增系數(shù)或分支系數(shù)。不同原理

8、保護配合就不能在定值上取得配合，這是因為各序網(wǎng)絡(luò)獨立，存在不同的電流分配系數(shù)，兩類保護定值沒有固定的關(guān)系。 設(shè)置故障點 在計算靈敏性時，故障點設(shè)在保護范圍內(nèi)靈敏度最低處；在計算選擇性時，故障點設(shè)在保護范圍外靈敏度最高處。對無零序互感線路，離保護安裝點愈近故障靈敏度愈高，因此故障點設(shè)在保護范圍末端。它是保護范圍內(nèi)靈敏度最低處，又是保護范圍外靈敏度最高處。對零序互感線路則不然，由于互感的取磁作用，零序電流隨故障點遠去有可能單調(diào)減后又單調(diào)升，但不會單調(diào)升后又單調(diào)減。故障點可設(shè)在非故障線路的出口或末端。對于環(huán)網(wǎng)的助增系數(shù)或分支系數(shù)，也隨故障點不同而不同，但容易失去配合點往往在保護范圍末端。故障點可設(shè)在

9、保護范圍末端。 設(shè)置故障類型 由被保護的故障對象（相間、接地）決定。 設(shè)置故障類型 由計算目的（最大、最?。╇妷?、電流、分支系數(shù)等決定。值得注意的是，環(huán)網(wǎng)中的解環(huán)線路、相繼動作、零序互感等問題。 后備保護配置的意義和目的 后備保護是主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。超高壓線路按近后備原則，斷路器拒動由失靈保護切除故障。主保護拒動由本線路后備保護切除故障，因此，對近后備保護提出兩點基本要求：1硬件主保護硬件損壞（包括通道故障）時，后備保護能保持正常工作；2軟件主保護原理上存在缺陷或靈敏度不足。兩點中任何一點都是后備保護存在的理由。 逐級配合的定義 階段式保護逐級配合是指，在兩維平面（橫坐

10、標(biāo)保護范圍，縱坐標(biāo)動作時間）上，整定定值多折線與配合定值多折線不相交，其間的空隙是配合系數(shù)。即定值和時間均取得配合，否則失配。 后備保護的整定理想原則主保護拒動是后備保護整定計算的前提被配合保護正確動作是后備保護整定計算的基礎(chǔ)主保護拒動應(yīng)由故障線路的后備保護切除故障，不應(yīng)由相鄰線路的后備保護切除故障。前者講的是靈敏度，后者講的是選擇性。 后備保護的整定理想原則選擇性根據(jù)前提條件，后備保護應(yīng)該與相鄰線路的后備保護配合，不應(yīng)與相鄰線路的主保護配合。靈敏性根據(jù)基本要求，后備保護對本線路有足夠的靈敏度。速動性在滿足配合的條件下，縮短動作時間。在整定計算中，常常遇到選擇性與靈敏性的矛盾，整定計算的多數(shù)工

11、作是協(xié)調(diào)該矛盾作取舍。因此，上述理想原則，實際很難做到。 后備保護的整定實際原則本著加強主保護、簡化后備保護的思想。整定計算也允許作相應(yīng)的簡化，簡化整定計算就是默認(rèn)某些失配。距離保護不帶時延的一段將選擇性放在首位、靈敏度次位。帶時延的二段將靈敏度放在首位、速動性次位、選擇性末位。帶時延的三段將靈敏度放在首位、選擇性次位、速動性末位。零序電流保護它用作距離保護的補充，僅用作切除高電阻接地故障。起始時間長于距離三段，可以用反時限或定時限。 最小負(fù)荷阻抗的確定 相間短路電阻只有弧光電阻，其弧光電壓5%，可按1015/相，相間2030/相。相間距離電阻分量可按50整定。50020.8/4000=50；

12、22020.8/770=50。其功率都在自然功率的4倍以上。接地距離電阻分量按80整定，50020.8/2500=80；22020.8/484=80。其功率都在自然功率的兩倍以上。 接地距離也可以精確計算最小事故負(fù)荷阻抗，它是一個相量，在阻抗平面上相量末端是一個點，動作特性必須可靠躲過該點，可靠系數(shù)為0.7。 雙變比電流互感器這種互感器有兩個一次繞組。一次繞組并聯(lián)，一次繞組匝數(shù)少，變比大，容量小。一次繞組串聯(lián)，一次繞組匝數(shù)多，變比小，容量大。兩臺變比相同的電流互感器單臺接線，變比為K，容量為S。兩臺串聯(lián)，變比為K，容量為2S。兩臺并聯(lián)，變比為K/2，容量為S/2。微機保護基礎(chǔ)硬件物質(zhì)軟件思想硬

13、件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）主機系統(tǒng)開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)微機保護基礎(chǔ)電抗變換器與電流變換器比較電抗變換器：阻止直流、放大高頻、不易飽和、移相。電流變換器：不飽和不失真、易飽和、動態(tài)范圍小。A/D與VFC比較A/D較貴，通常多個模擬通道共一個A/DVFC實現(xiàn)多微機共享。每個微機設(shè)置各自的計數(shù)器，從公共一套VFC獲得脈沖數(shù)。由于各微機獨立讀數(shù)，便可獨立運行。開關(guān)量輸入用于識別運行方式、條件等，以便控制程序流程。如：重合閘方式、同期方式、收信狀態(tài)和定值區(qū)號等。分為兩大類：面板接點和端子接點。開關(guān)量輸出主要包括跳閘出口、本地和中央信號以及通信接口、打印機接口等。DSPDSP有著強大快速的

14、數(shù)據(jù)處理能力和定點、浮點計算功能。提高保護對原始采樣數(shù)據(jù)的預(yù)處理和計算能力。如：一個Ts內(nèi)完成所有阻抗、電壓、電流等計算和濾波處理。單DSP應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP保護CPU多DSP應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSPDSPDSP保護CPU 與模擬保護比較TVTA測量繼電器直流邏輯數(shù)字濾波器y(t)=Tx(t) x(t)輸入信號y(t)輸出信號T 濾波器Fourier積分表明x(t)可以由正弦函數(shù)疊加而成，根據(jù)應(yīng)用需要，獲取x(t)中有用成分的正弦分量，抑制無有用成分的正弦分量。算法對采樣值進行分析、運算和判斷，以實現(xiàn)各種繼電保護功能的方法。已知頻率的純正弦量，兩點算法。不知頻率的純正弦量，三點算法。全周富氏算法不能濾掉衰減的直流分量。半周富氏算法不能濾掉直流分量偶次分量。算法通常數(shù)據(jù)窗不足半周，不經(jīng)濾波直接采用采樣值算法。數(shù)據(jù)窗大于半周不足全周，采用半周富氏算法。數(shù)據(jù)窗大于全周，采用全周富氏算法。當(dāng)然還有其它算法，如：微分、積分、最小二乘法、小矢量、小波等。謝 謝電流、電壓互感器的檢驗電流互感器的檢驗電流互感器的檢驗項目：安裝情況的外部檢查；二次線圈對外殼及線圈間的絕緣檢驗；所有各抽頭的變比檢查；一、二次線圈的