繼電保護課件繼電保護

繼電保護課件繼電保護第一頁，共一百頁，2022年，8月28日第一節(jié)單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的相間電流、電壓保護單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)特點：只有一側(cè)提供故障電流；因此只需在電源側(cè)裝設(shè)斷路器，當然也只有電源側(cè)才有保護。第二頁，共一百頁，2022年，8月28日雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)第三頁，共一百頁，2022年，8月28日短路過程本質(zhì)上是動態(tài)過程，我們所熟悉的典型短路電流曲線如圖。1.線路簡單短路故障計算穩(wěn)態(tài)周期分量非周期衰減分量第四頁，共一百頁，2022年，8月28日工頻保護基本原理短路電流中包含周期分量和非周期分量周期分量主要取決與電網(wǎng)參數(shù)和故障類型與故障條件，與故障時刻初始條件無關(guān)——對于給定的電網(wǎng)和給定的故障地點與類型，周期分量相同；非周期分量與故障時刻初始條件密切相關(guān)——對于給定的電網(wǎng)和給定的故障地點與類型，每一次故障的非周期分量都不相同；反應(yīng)故障特征量幅值的工頻保護取故障分量中的周期分量，而將非周期分量和高頻分量濾除。第五頁，共一百頁，2022年，8月28日工頻保護原理已濾去非周期分量，繼電器感受的短路電流實際上是其中的周期分量，由于繼電保護起動較快，故在用于繼電保護計算中的短路計算不考慮周期分量的衰減：用次暫態(tài)參數(shù)，一般不考慮線路電阻。相間短路計算：最大運行方式：通過保護裝置的短路電流為最大的方式；最小運行方式：通過保護裝置的短路電流為最小的方式。第六頁，共一百頁，2022年，8月28日

點故障（AB線路末端），希望保護2瞬時動作；點故障（BC線路首端），希望保護2不動作；，保護2無法區(qū)別，同樣保護1無法區(qū)別點故障；選擇性和靈敏性出現(xiàn)矛盾保證選擇性：， 保護范圍縮小——靈敏度降低；無選擇性速斷＋重合閘。一、瞬時電流速斷保護（電流I段）第七頁，共一百頁，2022年，8月28日瞬時電流速斷保護動作特性分析圖3-1第八頁，共一百頁，2022年，8月28日

對于，；對于，速斷保護整定原則：躲過線路末端最大短路電流（最大運行方式下的三相短路電流）保護1：保護2：可靠系數(shù)：瞬時電流速斷保護整定計算原則相間短路計算公式第九頁，共一百頁，2022年，8月28日引入可靠系數(shù)的原因?qū)嶋H的短路電流可能大于計算值；對瞬時動作的保護還應(yīng)考慮非周期分量使總電流增大的影響；保護裝置中電流繼電器的實際動作電流可能小于整定值；考慮必要的裕度。

在最不利的情況下發(fā)生區(qū)外故障時，保護裝置不誤動——保證選擇性。第十頁，共一百頁，2022年，8月28日保護范圍：速斷保護的靈敏性是用保護范圍來衡量的。在最大運行方式下三相短路的保護范圍最大，在最小運行方式下二相短路的保護范圍最小。電流速斷保護保護范圍（靈敏度）校核：一般要求：電流速斷保護的最大保護范圍小于線路全長；當運行方式變化大（圖3－2） 短線路（圖3－3） 保護范圍可能為0。瞬時電流速斷保護靈敏度第十一頁，共一百頁，2022年，8月28日例題：試整定保護1的電流速斷保護，并進行靈敏性校核。圖示電壓為線電壓（計算短路電流時取平均額定電壓），線路電抗為 ，可靠系數(shù) 。如線路長度減小到50km、25km，重復以上計算，分析計算結(jié)果，可以得出什么結(jié)論？瞬時電流速斷保護整定計算例題第十二頁，共一百頁，2022年，8月28日解：（1）平均相電壓第十三頁，共一百頁，2022年，8月28日（2）第十四頁，共一百頁，2022年，8月28日（3）結(jié)論：短線路時，電流速斷保護可能沒有保護范圍。這時，可以采用電流與電壓聯(lián)合方式，如電流閉鎖電壓速斷保護（電壓低同時過電流），或距離保護。第十五頁，共一百頁，2022年，8月28日瞬時電流速斷保護單相原理接線交流繼電器直流繼電器第十六頁，共一百頁，2022年，8月28日電流繼電器的觸點容量比較小，不能直接接通跳閘線圈，故先起動中間繼電器，然后再由中間繼電器的觸點（容量大）去跳閘；當線路上裝有避雷器時，利用中間繼電器來增大保護裝置的固有動作時間，以防止避雷器放電時引起瞬時速斷保護誤動作；線路空投時線路分布電容的暫態(tài)充電電流很大，可能引起瞬時速斷保護誤動，應(yīng)用中間繼電器可以延長其動作時機以躲開充電的暫態(tài)過程。應(yīng)用中間繼電器的原因第十七頁，共一百頁，2022年，8月28日中間繼電器實物圖第十八頁，共一百頁，2022年，8月28日電磁型信號繼電器實物圖第十九頁，共一百頁，2022年，8月28日二、自適應(yīng)電流速斷保護按當前運行方式核故障類型進行整定要求實時獲得在微機保護和網(wǎng)絡(luò)化保護的背景下，有實現(xiàn)可能，但并非易事。第二十頁，共一百頁，2022年，8月28日1.工作原理與整定原則能保護線路全長，因此保護范圍必然延伸到相鄰下一條線路；為保證選擇性，與相鄰元件電流速斷配合，因此必然帶時限延時動作。整定原則：保護范圍不能超出下一線路瞬時電流速斷（I段）的保護范圍：三、限時電流速斷保護（電流II段）第二十一頁，共一百頁，2022年，8月28日限時電流速斷動作特性的分析圖3-5第二十二頁，共一百頁，2022年，8月28日

，如式(3-15)2.動作時限的選擇第二十三頁，共一百頁，2022年，8月28日靈敏度系數(shù)（過量保護）保護2的靈敏度電流速斷主保護：最短時限切除元件全長的保護為“主保護”，電流速斷主保護為I、II段之和。3.限時電流速斷保護靈敏性校驗第二十四頁，共一百頁，2022年，8月28日靈敏度系數(shù)要求大于1的考慮故障一般都不是金屬性短路，存在過渡電阻時會使實際短路電流減小，不利于保護裝置動作；實際短路電流由于計算誤差可能小于計算值；保護用電流互感器由于飽和作用一般存在負誤差，保護裝置感受到的電流可能小于按預定變比折合的電流值；保護裝置的電流實際啟動數(shù)值可能具有正誤差；考慮一定的裕度。第二十五頁，共一百頁，2022年，8月28日若靈敏度不滿足要求，則考慮降低定值，即延長保護范圍： （1）與下一線路II段配合 （2）實際應(yīng)用中，有簡單的保末端靈敏度整定，時限按保證選擇性整定校驗第二十六頁，共一百頁，2022年，8月28日4.限時電流速斷保護單相原理接線第二十七頁，共一百頁，2022年，8月28日電磁型時間繼電器實物圖第二十八頁，共一百頁，2022年，8月28日過電流保護：按躲過非故障工作電流整定，而不是像速斷保護按故障電流整定。定位：后備保護：本線路近后備、相鄰線路遠后備。四、定時限過電流保護（電流III段）第二十九頁，共一百頁，2022年，8月28日1.工作原理和整定計算的基本原則整定原則：（1）大于最大負荷電流：；（2）考慮電動機故障后自啟動：（3）外部故障切除后，繼電器能夠可靠返回。（4）整定公式：第三十頁，共一百頁，2022年，8月28日故障后電動機自啟動問題k1故障，保護3、4、5都啟動，按選擇性，由保護3動作切除故障，保護4、5應(yīng)立即返回。k1故障期間，母線電壓下降，電動機制動，故障切除后，母線電壓恢復，電動機自啟動，流經(jīng)保護4的電流大于正常負荷電流。第三十一頁，共一百頁，2022年，8月28日階梯式動作時限配合，有多個相鄰分支時，應(yīng)取時限最大的一個，如圖3-8中的t4。缺點：故障越靠近電源端，短路電流越大，而動作時限卻越長。因此主要用作后備保護。2.按選擇性整定過電流保護動作時限第三十二頁，共一百頁，2022年，8月28日近后備遠后備如果存在多個相鄰元件，需要一一校驗，如3-8圖中保護4的遠后備。同時，越鄰近故障點的保護靈敏度應(yīng)越高，當k1短路時：當k2短路時（保護1的III段不啟動）：3.過電流保護的靈敏系數(shù)的校驗第三十三頁，共一百頁，2022年，8月28日在單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，越靠近電源端，最大負荷電流越大（下級分支支路越多），定值越高，靈敏度越低，以上要求自然滿足。過電流保護的原理接線圖與限時電流速斷保護基本相同。第三十四頁，共一百頁，2022年，8月28日定時限過電流保護單相原理接線第三十五頁，共一百頁，2022年，8月28日瞬時電流速斷（I段）、限時電流速斷（II段）和過電流保護（III段）都是反應(yīng)于電流升高而動作的保護裝置。它們之間的區(qū)別主要在于按照不同的原則來選擇起動電流，即瞬時速斷是按照躲開某一點的最大短路電流來整定，限時速斷是按照躲開前方各相鄰元件電流速斷保護的動作電流而整定。而過電流保護則是按照躲開本線路最大負荷電流來整定。五、階段式電流保護的應(yīng)用及其評價第三十六頁，共一百頁，2022年，8月28日三段式電流保護的功能邏輯框圖第三十七頁，共一百頁，2022年，8月28日第三十八頁，共一百頁，2022年，8月28日由于瞬時電流速斷不能保護線路全長，限時電流速斷又不能作為相鄰元件的后備保護，因此，為保證迅速而有選擇性地切除故障，常常將電流速斷、限時電流速斷和過電流保護組合在一起，構(gòu)成階段式電流保護。具體應(yīng)用時，可以只采用速斷加過電流保護，或限時速斷加過電流保護，也可以三者同時采用。第三十九頁，共一百頁，2022年，8月28日使用I段、II段或III段組成的階段式電流保護，其最主要的優(yōu)點就是簡單、可靠，并且在一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。因此在電網(wǎng)中特別是在35kV及以下的較低電壓的網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。保護的缺點是它直接受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)運行方式變化的影響，例如整定值必須按系統(tǒng)最大運行方式來選擇，而靈敏性則必須用系統(tǒng)最小運行方式來校驗，這就使它往往不能滿足靈敏系數(shù)或保護范圍的要求。第四十頁，共一百頁，2022年，8月28日六、反時限過電流保護構(gòu)成反時限特性的基本方法反時限特性：動作時限與過電流倍數(shù)成反比，體現(xiàn)了2個基本故障特征：故障點離電源越近，故障電流越大，動作時限越短；電動機等電氣設(shè)備具有一定的過載能力，電流過載體現(xiàn)成熱溫升過程基本也是反時限類似的指數(shù)特性。第四十一頁，共一百頁，2022年，8月28日應(yīng)用模擬電路實現(xiàn)反時限特性RC充電+定時器電路隔離器定時器第四十二頁，共一百頁，2022年，8月28日微機保護中典型的反時限特性常規(guī)反時限特性NI甚反時限特性VI高度反時限特性EI

常規(guī)反時限特性曲線第四十三頁，共一百頁，2022年，8月28日1.三相星形接線優(yōu)點：每相都裝有電流繼電器，可以反應(yīng)相間故障和單相接地故障。應(yīng)用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重電力設(shè)備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。此外，它也可用于中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。

缺點：相對復雜、不經(jīng)濟。七、電流保護的接線方式第四十四頁，共一百頁，2022年，8月28日三相星形接線方式原理圖第四十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2.兩相星形接線優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟應(yīng)用：由于兩相星形接線較為簡單經(jīng)濟，因此在中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，都是廣泛地采用它作為相間短路的保護。對于接地故障，配有獨立零序保護。第四十六頁，共一百頁，2022年，8月28日兩相星形接線方式原理圖第四十七頁，共一百頁，2022年，8月28日I段：1KA、2KA；3KM；4KSII段：5KA、6KA；7KTM；8KSIII段：9KA、10KA，11KA（二相三繼電器接線，通過B相電流，可以提高靈敏系數(shù)一倍。）；12KTM；13KSQF斷路器及其輔助觸點，Y跳閘線圈XB連接片，用于退出保護，比如檢修等。七*、三段式電流保護的接線圖舉例第四十八頁，共一百頁，2022年，8月28日三段式電流保護原理接線圖第四十九頁，共一百頁，2022年，8月28日三段式電流保護二次展開圖第五十頁，共一百頁，2022年，8月28日連接片的作用——誤動事故案例變壓器差動保護外部故障時，差電流為零內(nèi)部故障時，差電流很大，差動保護動作。檢修時，保護退出；投運時，兩側(cè)同時投入后， 使兩側(cè)電流互感器平衡，差電流為零，才能投入保護。第五十一頁，共一百頁，2022年，8月28日1.低電壓繼電器工作的特點繼電器的常開（動合）、常閉（動斷）接點：是指繼電器在不通電的情況下的狀態(tài)，而不是指在未動作情況下的狀態(tài)。過電流繼電器的“動作”（由不通電到通電），常開接點閉合，常閉接點打開；低電壓繼電器的“動作”（由通電到不通電），常開接點打開，常閉接點閉合；八、低電壓保護在電網(wǎng)中的應(yīng)用第五十二頁，共一百頁，2022年，8月28日電磁型低電壓繼電器圖2－30帶電、未動作狀態(tài)常閉接點常開接點第五十三頁，共一百頁，2022年，8月28日低電壓保護的特點與電流保護對比，電壓保護有以下特點：（1）電壓保護反應(yīng)于電壓降低而動作，其返回電壓高于動作電壓，返回系數(shù)大于1.（2）與電流保護相反，低電壓保護在最大運行方式下靈敏度低，在最小運行方式下靈敏度高，兩種保護性能互補。（3）在多段串聯(lián)的單回線路上短路時，各段電流相同，而各點電壓不同，電壓隨短路點距離的變化曲線都是從零開始增大，因而瞬時電壓速斷保護總有一定的保護范圍。（4）在電網(wǎng)任何點短路時，母線電壓都會降低，低電壓保護都會動作，即低壓保護沒有方向性，可采用電流閉鎖。這也是限制低電壓保護應(yīng)用的主要缺點。第五十四頁，共一百頁，2022年，8月28日第五十五頁，共一百頁，2022年，8月28日低電壓繼電器的返回系數(shù)，為低量繼電器。2.瞬時電壓速斷保護對于相間故障，同一地點發(fā)生三相短路和兩相短路的保護安裝處的殘壓是相同的：第五十六頁，共一百頁，2022年，8月28日低電壓保護的保護范圍最小方式下保護范圍最大，最大方式下保護范圍最小，臨近保護安裝處短路殘壓接近零，保護一定動作，因此低電壓保護一定有動作范圍。任一運行方式時的保護范圍第五十七頁，共一百頁，2022年，8月28日（電流閉鎖）低電壓保護接線第五十八頁，共一百頁，2022年，8月28日第三章第二節(jié)電網(wǎng)相間短路的方向性電流、電壓保護第五十九頁，共一百頁，2022年，8月28日雙端電源供電，提高供電可靠性，可以使故障影響范圍最小。k1短路，要求2、6動作，而1、6點在線路中實際是一點，保護1的速斷保護不能區(qū)分二點短路，因此不能保證選擇性；如果用過電流III段，則要求；k2短路，要求1、7動作，保護6的速斷保護也不能區(qū)分1、6二點短路；如果用過電流III段，則要求。因此需增加新的故障特征保證選擇性。一、方向性電流保護的工作原理第六十頁，共一百頁，2022年，8月28日雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線及保護動作方向第六十一頁，共一百頁，2022年，8月28日方向過電流保護的原理接線圖圖3－23功率方向繼電器第六十二頁，共一百頁，2022年，8月28日1. 方向繼電器的基本要求

(1)具有明確的方向性（適應(yīng)各種可能的故障條件）

(2)具有足夠的靈敏度。2. 短路功率：一般指短路時按某點電壓與電流（通常是保護安裝處）所得到的感性功率，在無串聯(lián)補償電容也不考慮分布電容的線路上短路時，感性短路功率從電源點流向短路點。二、功率方向繼電器的工作原理第六十三頁，共一百頁，2022年，8月28日功率方向繼電器3.直接思路—測量故障相電流、相電壓相位關(guān)系正方向短路時，電流落后于電壓為一銳角，在反方向短路時為鈍角。動作方程：正方向：（線路阻抗角），動作；反方向：不動作。第六十四頁，共一百頁，2022年，8月28日方向繼電器工作原理分析第六十五頁，共一百頁，2022年，8月28日以測量有功方式實現(xiàn)相位判別：

,相位動作方程為： 動作區(qū)擴大為Ⅰ、Ⅳ象限具有明確的方向性;但不能保證具有足夠的靈敏度。 功率方向繼電器的輸出隨改變。3.功率方向繼電器動作特性（0o接線）第六十六頁，共一百頁，2022年，8月28日功率方向繼電器在輸出最大時的靈敏角，一般設(shè)計成常規(guī)線路的阻抗角附近：線路阻抗，當，，這實際考慮了短路故障時的過渡電阻。A相功率方向繼電器相位動作方程?。?，動作區(qū)逆時針轉(zhuǎn)電壓死區(qū)：繼電器正方向出口短路時，電壓為零，保護拒動。3.功率方向繼電器動作特性（0o接線）第六十七頁，共一百頁，2022年，8月28日功率方向繼電器的最靈敏角與動作范圍0o接線90o接線第六十八頁，共一百頁，2022年，8月28日以A相為例正方向：反方向：繼電器A相B相C相4.消除死區(qū)的90o接線時的動作特性第六十九頁，共一百頁，2022年，8月28日靈敏角內(nèi)角功率方向繼電器（A相）：一般功率方向繼電器取：或正常運行方式下，位于送電端的方向繼電器在負荷電流作用下，一般是動作的。第七十頁，共一百頁，2022年，8月28日

接線（過電流保護舉例）四、相間短路功率方向繼電器的接線方式第七十一頁，共一百頁，2022年，8月28日五、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中電流保護整定的特點瞬時電流速斷保護無方向元件時，躲開兩側(cè)最大短路電流（3-53）；有方向元件時，各自整定（3-54）。第七十二頁，共一百頁，2022年，8月28日瞬時電流速斷與方向元件死區(qū)瞬時電流速斷的保護范圍較小，基本都是臨近保護安裝處（母線）附近。在實用上，作為切除母線附近的使電壓嚴重降低的短路的輔助保護瞬時電流速斷應(yīng)盡可能不裝方向元件，以免在方向元件的電壓死區(qū)短路時拒動。第七十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2.限時電流速斷保護（1）助增電流的影響整定配合的根本是保護范圍的配合第七十四頁，共一百頁，2022年，8月28日助增電流時的分支系數(shù)分支系數(shù)助增電流時分支系數(shù)大于1，其作用是降低了保護2的II段定值，提高了靈敏度。整定時如考慮運行方式變化，定值應(yīng)按最大靈敏度時保護范圍不越限整定，即分支系數(shù)應(yīng)取最小值，校核時取最大值。第七十五頁，共一百頁，2022年，8月28日（2）外汲電流的影響分支電路為一并聯(lián)線路，分支系數(shù)小于1，整定計算仍然相同：第七十六頁，共一百頁，2022年，8月28日（3）有分支系數(shù)時的整定計算實際電網(wǎng)中，變電站母線B上既有電源又有并聯(lián)線路時，其分支系數(shù)可能大于1也可能小于1。整定計算時應(yīng)考慮運行方式變化，應(yīng)按分支系數(shù)最小時整定，按分支系數(shù)最大時校核。第七十七頁，共一百頁，2022年，8月28日（1）AB和BC線路最大負荷電流分別為120A、100A（2）電源A： 電源B：（3） 試整定線路AB（A側(cè)）各端保護的動作電流，并校驗靈敏度。例題：三段電流保護的整定計算第七十八頁，共一百頁，2022年，8月28日解：（1）求：計算A、B母線短路時流過保護A的最大短路電流A母線短路時：B母線短路時：第七十九頁，共一百頁，2022年，8月28日（2）求：由于BC線路存在電源B的助增電流，求分支系數(shù)：第八十頁，共一百頁，2022年，8月28日II段定值靈敏度不滿足要求。第八十一頁，共一百頁，2022年，8月28日（3）求：近后備：遠后備：第八十二頁，共一百頁，2022年，8月28日六、方向性保護的死區(qū)方向性保護增加了復雜性，尤其是在保護安裝處附近發(fā)生正方向三相短路時，由于母線電壓降至零，方向元件出現(xiàn)死區(qū)不能動作，閉鎖整套保護導致拒動。因此即使在雙電源電網(wǎng)中，也應(yīng)力求少用方向元件。思路如下： （1）定值躲開，避免使用方向元件； （2）動作時限躲開，對于階梯式時限配合的過電流保護，如母線兩側(cè)保護時限不同，則時限較長的保護就不用方向元件，而時限較短的保護則必須有方向元件。如果兩個保護時限相等，則都需裝設(shè)方向元件。第八十三頁，共一百頁，2022年，8月28日七、雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中的方向性電壓速斷保護如圖雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)，保護1反方向k1點三相故障，保護1肯定誤動。單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)可采用電流元件閉鎖，但雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，電流元件也失去方向性。因此，在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，使用電壓速斷保護，都必須裝設(shè)反方向閉鎖元件來防止反方向短路時誤動。這樣的情況可推廣到同一母線連接的多個線路，任一線路保護出口附近發(fā)生短路，其他保護都會啟動，必須增加方向閉鎖元件，這也是限制電壓保護應(yīng)用的主要原因。第八十四頁，共一百頁，2022年，8月28日低壓保護的方向性問題第八十五頁，共一百頁，2022年，8月28日第三章第三節(jié)微機電流方向保護第八十六頁，共一百頁，2022年，8月28日目前大多數(shù)保護裝置的原理是建立在反應(yīng)正弦基波或整數(shù)次諧波之上（和電力系統(tǒng)故障分析及保護整定計算的立足點相一致）。算法：對數(shù)據(jù)處理的數(shù)字處理方法、保護起動、保護原理中的故障量測定、動作方程、動作特性和與定值比較的公式數(shù)字化的方法。算法思路：可