繼電保護基礎知識

繼電保護基礎知識教學目的：1、了解繼電保護任務及基本要求2、掌握PT、CT原理及二次接線方式3、熟悉變壓器保護配置，掌握變壓器保護定值計算方法4、熟悉線路保護配置5、熟悉電動機保護配置第一頁，共79頁。1、一次系統(tǒng)發(fā)電廠和變電所中直接與生產和輸配電能有關的設備稱為一次設備，包括：發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、母線、互感器、電抗器、移相電容器、避雷器、輸配電線路等。由一次設備連接的系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)。2、二次系統(tǒng)：對一次電氣設備進行監(jiān)視、測量、操縱、控制和起保護作用的輔助設備，稱為二次設備，如：各種繼電器、信號裝置、測量儀表、控制開關、控制電纜、操作電源和小母線等。由二次設備連接成的回路稱為二次回路或二次系統(tǒng)。

概述第二頁，共79頁。3、繼電保護裝置

當電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接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備，一般通稱為繼電保護裝置。

概述第三頁，共79頁。一、繼電保護任務

1、當電氣設備發(fā)生短路故障時，能自動迅速地將故障設備從電力系統(tǒng)切除，將事故限制在最小范圍內；2、當正常供電的電源因故障突然中斷時，通過繼電保護和自動裝置還可以迅速投入備用電源，使重要設備能繼續(xù)獲得供電。因此，繼電保護的主要實現(xiàn)功能：能區(qū)分正常運行和短路故障；能區(qū)分短路點的遠近。第一節(jié)繼電保護任務及基本要求第四頁，共79頁。二、繼電保護的基本要求

1、保護方式：電流過負荷保護、過電流保護、電流速斷保護、電流方向保護、低電壓保護、過電壓保護、電流閉鎖電壓速斷保護、差動保護、距離保護、高頻保護、瓦斯保護等。

2、基本要求：選擇性、快速性、靈敏性、可靠性第五頁，共79頁。二、繼電保護的基本要求

1）選擇性：可以通過正確地整定電氣量的動作值和上下級保護時限來達到互相配合。一般上下級保護的時限差取0.3~0.7S2）快速性：快速切除故障，可以把故障部份控制在盡可能輕微的狀態(tài)，減少系統(tǒng)電壓因短路故障而降低的時間，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3）靈敏性：是指繼電保護對其保護范圍內故障的反映能力。4）可靠性：是指需動作時不拒動，不需要動作時不誤動，這是繼電保護裝置正確工作的基礎。第六頁，共79頁。三、10kV繼電保護常用種類1、電磁式繼電器

GL系列反時限過流繼電器、DL系列定時限過流繼電器、DY系列電壓繼電器、DS系列時間繼電器。2、微機式保護

ABB：SPAJ140C施耐德：Sepam系列

第七頁，共79頁。第二節(jié)PT、CT原理及接線方式互感器電壓互感器PT（TV）電流互感器CT(TA)第八頁，共79頁。1.1電壓互感器作用：一次高壓變換為二次低壓，二次相間額定電壓100V。

注意：PT二次嚴禁短路！

第九頁，共79頁。1.1.1電壓互感器的型式電磁式電壓互感器優(yōu)點:結構簡單，有長時間的制造和運行經驗，產品成熟；暫態(tài)響應特性較好。問題：因鐵芯的非線性特性，容易產生鐵磁諧振，體積、重量較大。第十頁，共79頁。電容式電壓互感器

優(yōu)點：沒有諧振問題。主要缺點：暫態(tài)響應特性較電磁式差。第十一頁，共79頁。光電式電壓互感器

具有無飽和，高精度，線性度好，安全性高等特點第十二頁，共79頁。具有線路保護和計量功能的數(shù)字式光電互感器柜光電式傳統(tǒng)電磁型第十三頁，共79頁。第十四頁，共79頁。光電電流電壓互感器結構示意圖第十五頁，共79頁。1.1.2電壓互感器的基本參數(shù)（1）一次參數(shù)（2）二次額定電壓（3）二次額定輸出容量（4）電壓互感器的誤差對應相應電壓等級相間100V1O、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。測量用PT：0.5、1.0、3.0保護用PT：3P、6P

計量用PT：0.1、0.2第十六頁，共79頁。1.1.3電壓互感器的二次回路接線

（1）電壓互感器的配置（a）單母線、單母線分段、雙母線等主接線，在母線上安裝三相式電壓互感器；當出線上有電源，需要重合閘鑒同期或無壓，應在線路側安裝單相或兩相電壓互感器；（b）內橋接線的電壓互感器可以安裝在線路側，也可以安裝在母線上。PT次級可為2個，1個接星型，一個接開口三角形；也可為3個，實現(xiàn)雙重化保護電壓回路相互獨立或保護、測量用電壓相互獨立。第十七頁，共79頁。(2)繼電保護和測量用電壓二次回路接線單相接線常用于大接地電流系統(tǒng)判線路無壓或同期，可以接于任何一相。第十八頁，共79頁。單線電壓接線中一只電壓互感器接于兩相電壓間，主要用于小接地電流系統(tǒng)判線路無壓或同期。第十九頁，共79頁。V/V接線主要用于小接地電流系統(tǒng)的母線電壓測量，該接線在二次回路無法測量系統(tǒng)的零序電壓，當需要測量零序電壓時，不能使用該接線。第二十頁，共79頁。應用最多用于測量母線三相電壓用于測量零序電壓第二十一頁，共79頁。在星形接線的中性點接一只電壓互感器也能起到消諧的作用。該電壓互感器也稱為消諧電壓互感器。第二十二頁，共79頁。(3)電壓互感器二次回路的保護一般采用快速熔斷器或自動空氣開關(4)電壓二次回路的接地電壓二次回路只能有一點接地第二十三頁，共79頁。1.2電流互感器

1.1.1電流互感器的工作原理作用：一次大電流變換為二次小電流，二次相間額定電流為5A或1A。

注意：CT二次嚴禁開路！

注意：CT二次側必須有一點接地，也只能有一點接地！第二十四頁，共79頁。1.2.2電流互感器極性電流互感器極性

線路：常規(guī)都以母線為正，指向線路主變：高低壓側同時指向主變（定值單也有要求指向母線，根據(jù)保護裝置要求定）發(fā)電機：兩端同時指向發(fā)電機電容：常規(guī)都以母線為正，指向電容計量：常規(guī)都以母線為正，指向負荷第二十五頁，共79頁。1.2.3電流互感器接線方式用于35kV及以下電壓等級小電流接地系統(tǒng)，可以獲得A、C相電流。圖中KA為電流繼電器或繼電保護電流測量元件

第二十六頁，共79頁。用于110kV及以上電壓等級大電流接地系統(tǒng)，可以獲得三相相電流。

第二十七頁，共79頁。可以獲得三相電流之和，即3倍的零序電流第二十八頁，共79頁。1.2.4電流互感器的誤差測量用CT的準確度級分為0.5、1、3、5

保護用CT的準確度級分為5P、10P準確度級比值誤差土(％)（額定一次電流下）復合誤差土(％)（額定準確限值的一次電流下）額定一次電流下相位差±（’）±(rad×10-2)5P15601.810P310————IEC規(guī)定5P、10P的誤差極限

計量用CT的準確度級分為0.1、0.2第二十九頁，共79頁。1.2.5PT、CT簡單計算a、PT變比為10kV/100，二次電壓為58V，求PT一次電壓為多少？b、CT變比為500/5，二次電流為4A，求CT一次電流為多少？10000/100=X/58X=5800V500/5=X/4X=400A第三十頁，共79頁。第三節(jié)變壓器保護1、故障類型2、保護配置3、整定計算第三十一頁，共79頁。

變壓器油箱內部故障產生較大的短路電流，不僅會燒壞變壓器繞組和鐵心，而且由于絕緣油汽化，可能引起變壓器爆炸。一、變壓器故障類型1）油箱內部故障a、變壓器繞組相間短路；b、變壓器繞組匝間短路；c、變壓器繞組接地短路第三十二頁，共79頁。（2）油箱外部故障a、絕緣套管的相間短路與接地短路；b、引出線上的發(fā)生的相間短路和接地短路；第三十三頁，共79頁。電壓等級220kV330kV500kV合計次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%本體內部故障匝間故障1130.5611002401433.33鐵芯故障12.7812.38相間接地故障822.22819.04套管故障1233.331201330.95分接開關故障411.11240614.28小計361001100510042100外部故障501354合計862896變壓器總臺數(shù)37211614414323本體故障變壓器臺數(shù)361542故障率（次/百臺·年）0.960.621.130.972004年全國220kV及以上大型變壓器故障統(tǒng)計

第三十四頁，共79頁。變壓器的不正常工作狀態(tài)：1）由于外部短路引起的過電流；（2）負荷長時間超過額定容量引起的過負荷；（3）油箱漏油造成的油面降低；（4）由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁；對于不正常工作狀態(tài)，變壓器保護也必須能夠反應。發(fā)告警信號，或延時跳閘。第三十五頁，共79頁。

三、變壓器的保護配置

瓦斯保護：輕瓦斯（信號）和重瓦斯（跳閘）針對：油箱內的各種故障及油面降低。優(yōu)點：油箱內部所有故障，有較高靈敏性。缺點：動作時間較長；不能反應油箱外部的故障。縱差保護或電流速斷保護（根據(jù)變壓器容量選擇）反應繞組、套管及引出線上的相間短路，在一定程度上反應繞組內部匝間短路及中性點接地側的接地短路。特點：瞬時動作切除故障主保護第三十六頁，共79頁。3.外部相間短路的后備保護

1）過電流保護2）復合電壓起動的過流保護3）負序電流保護和單相式低壓起動的過電流保護4）阻抗保護4.外部接地短路的后備保護1）零序電流保護（若中性點接地）2）零序過電壓保護、在中性點裝放電間隙加零序電流保護5.過負荷保護

6.過勵磁保護7.其它非電氣量保護（油箱內溫度、壓力升高、冷卻系統(tǒng)故障）延時跳閘或發(fā)信號第三十七頁，共79頁。瓦斯保護是變壓器的主保護之一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導管中。9.2變壓器的瓦斯保護

瓦斯繼電器油枕第三十八頁，共79頁。下開口杯

上開口杯干簧觸點干簧觸點平衡錘放氣閥探針支架擋板進油擋板永久磁鐵永久磁鐵FJ3-80型氣體繼電器的結構圖

第三十九頁，共79頁。輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250～300CM3

一般油流流速整定范圍為0.6～1.5m/s

第四十頁，共79頁。

瓦斯保護的主要優(yōu)點是結構簡單，靈敏性高，能反應變壓器油箱內的各種故障。特別是能反應輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護。瓦斯保護不能反應變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。第四十一頁，共79頁。9.3變壓器的差動保護KD變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。TA2TA1一、變壓器縱差動保護的原理核心問題仍是不平衡電流問題第四十二頁，共79頁。變壓器差動保護不平衡電流產生的原因有：TA勵磁特性不一致變壓器各側電流不同相TA變比標準化調整分接頭勵磁電流及勵磁涌流差動保護共同問題變壓器差動保護特殊問題第四十三頁，共79頁。變壓器各側電流不同相對于Y，d11型變壓器，正常運行時d側電流超前Y側電流300，形成不平衡電流。方法1.“外轉角”變壓器Y側電流互感器的二次繞組接成三角形，d側的三個電流互感器接成星形。對策：相位補償在保護外將相位補償過來將變壓器各側二次電流調整為同相第四十四頁，共79頁。cbaCBAKD1KD2KD3外轉角接線一次電流二次電流一次電流二次電流第四十五頁，共79頁。一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流同相Y側△側不同相第四十六頁，共79頁。方法2.“內轉角”在保護內部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側電流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主變Y側主變△側主變Y側主變△側不變換第四十七頁，共79頁。TA變比標準化問題解決方法：老式電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wbal,同時在整定時考慮ΔfI1，Δf為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調二次電流第四十八頁，共79頁。調整分接頭變壓器調整分接頭時一側額定電流改變，而另一側電流不變，產生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準，整定動作電流時考慮調壓范圍的一半。調壓范圍的一半最大外部故障電流第四十九頁，共79頁。勵磁電流及勵磁涌流勵磁電流屬于不平衡電流。勵磁電流較小，2～10％額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一。第五十頁，共79頁。勵磁涌流錄波（空載合閘）第五十一頁，共79頁。必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達5-10倍額定電流，與短路電流相當。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導致內部故障拒動差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長第五十二頁，共79頁?！鶆畲庞苛鞯牟ㄐ翁攸c3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側，嚴重不對稱。第五十三頁，共79頁?！乐箘畲庞苛饕鹂v差保護誤動的措施2.波形不對稱識別1.采用帶速飽和變流器的差動繼電器BCH、DCD系列老式電磁型繼電器，當差動電流中直流分量含量較高時自動提高動作電流（即具有“直流助磁”特性），防止保護誤動。4.波形間斷角鑒別微機保護可以識別差動電流的正負半周是否對稱，當電流波形嚴重不對稱時判為勵磁涌流情況，閉鎖差動保護。3.二次諧波閉鎖（制動）差動電流中二次諧波含量較高時閉鎖差動保護；或自動提高動作電流，二次諧波越大，動作電流提高越多。差動電流波形中間斷角達到一定值（如600）以上時，閉鎖差動保護。第五十四頁，共79頁。不平衡電流產生原因TA勵磁特性不一致變壓器各側電流不同相TA變比標準化調整分接頭勵磁電流及勵磁涌流技術措施整定計算考慮比率制動相位補償系數(shù)補償（平衡線圈）0.051調壓范圍一半波形不對稱識別二次諧波間斷角綜上所述，整定用平衡線圈匝數(shù)必須為整數(shù)引起的誤差，微機保護可不考慮第五十五頁，共79頁。9.4變壓器相間短路的后備保護和過負荷保護變壓器相間短路的后備保護既是變壓器主保護的后備又是相鄰母線或線路的后備保護。保護形式可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序電流保護和低阻抗保護等。變壓器耐受過負荷能力較差，應裝過負荷保護動作于告警信號。第五十六頁，共79頁。9.4.1過電流保護保護原理與線路電流Ⅲ段保護相同I>靈敏度較低，很難滿足要求，實際應用較少Krel-可靠系數(shù)，一般取1.2-1.3Kre-返回系數(shù)，取0.85Il.max-最大負荷電流第五十七頁，共79頁。過電流保護第五十八頁，共79頁。9.4.2低電壓起動過電流保護保護原理U<&I>加設了電壓元件，電流保護部分動作值較過電流保護低，靈敏度有所提高第五十九頁，共79頁。低電壓起動過電流保護第六十頁，共79頁。9.4.3復合電壓起動過電流保護保護原理電流保護部分與低電壓起動過電流保護相同。電壓部分由2部分組成：負序過電壓，反應不對稱故障單相式低電壓，反應對稱故障與低電壓起動過電流保護相比，電流部分動作值、靈敏度一樣；電壓部分靈敏度提高第六十一頁，共79頁。復合電壓起動過電流保護第六十二頁，共79頁。9.4.5過負荷保護過負荷時三相對稱，過負荷保護只需反應某一相電流。過負荷保護經延時5-10s動作于信號。第六十三頁，共79頁。9.6微機型變壓器保護主要配置：差動保護相間后備保護接地后備保護非電量保護瓦斯、油溫異常、冷卻故障等*220kV斷路器三相不一致保護差動速斷保護*220kV斷路器失靈保護*自耦變公共繞組過負荷根據(jù)具體情況還有*過激磁保護第六十四頁，共79頁。第六十五頁，共79頁。PST1200第六十六頁，共79頁。第一層：PST-1210三側操作箱及本體保護第二層：PST-1203A二次諧波差動保護第三層：PST-1204C三側后備保護保護110kV主變保護一般配1面柜配置實例第六十七頁，共79頁。220kV主變保護一般配2面柜主保護雙重化配置實例A柜B柜PST-1202A二次諧波原理主保護、后備保護一體PST-1222高壓側操作箱打印機PST-1202B波形對稱原理的差動打印機PST-1210中低操作箱及非電氣量保護第六十八頁，共79頁。計算：1、變壓器共有幾個檔位？2檔額定電壓是多少？S9-630/10一臺Dyn11變壓器型號為S9-630/10額定電壓：10000±2×2.5%/400三相設計序號容量高壓繞組額定電壓答：變壓器共有5個檔位，2檔額定電壓是10000+10000*2.5%=10250V2、變壓器高低壓側額定電流是多少？變壓器高壓側額定電流：630/10/1.732=36.37變壓器低壓側額定電流：630/0.4/1.732=909.3第六十九頁，共79頁。3、給變壓器保護裝置配備CT及計算過流、速斷保護定值。答：變壓器保護裝置配置CT變比為50/5變壓器過流保護定值：一般為額定電流的1.3-1.5倍時間與進線保護配合變壓器速斷保護定值：一般為過流值的3-5倍時間與進線保護配合教科書：反時限過流保護的級差為0.7S，定時限過流保護的級差為0.5S變壓器過流保護定值：一次：36.37*1.3=47.28A二次：？

變壓器速斷保護定值：一次：47.28*3=141.84A