继电保护

继电保护的基本原理利用电力系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时，各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器将故障切除或者发出告警信号电力系统继电保护的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气设备的不正常运行状态，并根据维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。保护的四性选择性：保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少速动性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。灵敏性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。故障的切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和可靠性：在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反映的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动，称信赖性）而在不属于该保护装置动作的其他情况下，则不应该动作（即不误动，称安全性）。主保护、后备保护继电器的相关概念：继电器是测量和起动元件动作电流：使继电器动作的最小电流值返回电流：使继电器返回原位的最大电流值返回系数：返回值/动作值过量继电器：返回系数Kre1欠量继电器：返回系数Kre1继电特性：启动和返回都是明确的，不可能停留在某个中间位置继电器概念:是一种能自动执行断续控制的部件，当其输入量达到一定值时,能使其输出的被控量发生预计的状态变化,具有对被控制电路实现“通”“断”控制作用。分类:1.按动作原理:电磁型、感应型、整流型、电子型和数字型2.按反应物理量：电流-、电压-、功率方向-、阻抗-、频率-、瓦斯-3.按功能:启动-、量度-、时间-、中间-、信号-系统运行方式：在相同地点发生相同类型的短路电流时流过保护安装处的电流最大（小），对继电保护而言称为系统的最大运行方式，对应的系统等值阻抗最小（大），Zs=Zs.min（Zs.max）。三段式电流保护：由电流速断保护、限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护工作原理：电流速断保护:当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护，为了保证保护的选择性，一般情况下只保护被保护线路的一部分限时电流速断保护：切除本线路上电流速断保护范围之外的故障，作为电流速断保护的后备保护定时限过电流保护：反应电流增大而动作，保护本线路全长和下一条线路全长，作为本条线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护。整定计算：三段式(阶段式）保护工作原理:Ⅰ段：按照躲开本线路末端的最大短路电流整定；Ⅱ段：躲开下级线路各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定；Ⅲ：按照躲开本线路最大负荷电流整定三种特殊情况：I段保护的特殊行情况:①长线路情况：始端和末端短路电流的差别较大，保护范围比较大；②短线路情况：保护范围比较小甚至等于零；③线路变压器组的情况:由于增加变压器,使系统阻抗增大,末端短路电流减小,电流的整定值减小,保护线路全长串联线路：三相星形接线可100%只切除后面的一条线路,两相星形接线2/3机会并联线路：三相星形接线两套保护均将启动，两相星形接线2/3机会只切一条采用两相星形接线时，由于B相没有装设继电器，因此灵敏度系数只能由A、C相电流决定，灵敏度比三相接线降低一半，措施：中线上再接入一个继电器应用：三相接线：大型贵重电气设备保护，中性点直接接地电网作为相间保护及单相接地保护(专门的零序电流保护)两相接线：中性点直接和非直接接地电网中都广泛采用作为相间短路保护方向电流保护的基本原理由母线到线路（正方向故障），动作；由线路到母线（反方向故障），不动作。只有方向元件和电流元件同时动作，保护装置才能动作于跳闸功率方向继电器基本要求：（1）应具有明确的方向性（2）正方向故障时有足够的灵敏度正方向出口附近短路，存在死区，不能动作90°接线：只有正方向出口三相短路短路的很小死区外，基本无死区，且灵敏度高采用90°接线具有以下优点：(1)接入非故障相电压，各种两相短路故障都没有死区，可灵敏动作。(2)适当选择内角α后，对线路上各种相间故障都保证动作的方向性。(3)采用记忆回路可以消除出口短路“死区”利用三相对称性的变化特性，可以构成反应序分量原理的各种保护。零序电流三段式保护:I段:①躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0max②躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0unb③当线路上采用单相自动重合闸时,按能躲开在非全相运行状态下又发生系统震荡时,所出现的最大零序电流整定Ⅱ段:原则上与相间短路的限时电流速断保护相同,但当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时,需考虑变压器对零序电流分流的影响。Ⅲ段:原则上是按照躲开在下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流来整定中心点直接接地系统接地短路时零序分量的特点(1)故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低(2)零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关。(3)对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反(4)零序电流与零序电压之间的相位差也将由背侧零序阻抗的阻抗角决定，而与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关(5)电力系统运行方式变化时，系统的正序阻抗和负序阻抗随着运行方式和变化，因而间接影响零序分量的大小。方向性零序电流保护：零序功率由线路到母线时动作零序电流保护优点：灵敏度高、受系统运行方式变化影响较小、减少误动、速动性好、零序方向元件无死区中性点非直接接地系统单相短路中性点不接地电网发生单相接地故障时,接地相对地电压为0,对地电容短接，电容电流为0，其他两相的对地电压高√3倍，对地电容电流增√3倍。由于故障点电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下都允许再继续运行1～2h。接地短路时零序分量的特点在发生单相接地时全系统都将出现零序电压在非故障的元件上的零序电流数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的特点流经故障线路的零序电流将大于本身的电容电流，但大的不多。流经故障线路的容性无功功率实际方向为由母线到线路，同非故障线路。补偿（抵消对地电容电流）：完全补偿（容易引起震荡）、欠补偿（容易引起电压谐波）及过补偿三种补偿（使用最多）补偿度：中性点不接地电网中单相接地的保护(1)绝缘监视：三个电压表度数不同时动作，依次断开某线路时，0序电压信号消失，判别故障线路(2)零序电流保护：利用故障线路零序电流较非故障线路大(3)零序功率方向保护电网的距离保护概念距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。基本工作原理当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向。若位于保护区的正方向上，且故障点到保护安装处的距离小于整定距离，说明故障发生在保护范围内，保护应立即动作，跳开相应的断路器；反之则保护不应动作。通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接的测量和判断故障距离。距离保护各段保护的整定原则：①距离保护I段为无延时的速动段，应该只反应本线路的故障，下级线路出口发生短路故障时，应可靠不动作。故其测量元件的整定阻抗应该按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定。②距离保护II段的整定（考虑分支电路对测量阻抗的影响）：a.应与相邻线路距离保护I段配合。目的是为了保证在下级线路上发生故障时，上级线路保护处的保护II段不至于越级跳闸，其II段的动作范围不应该超出相邻保护的I段的动作范围。b.与相邻变压器的快速保护配合。当被保护线路的末端母线接有变压器时，距离II段应与变压器的快速保护（一般是差动保护）相配合，其动作范围不应该超出变压器快速保护的范围。距离保护II段的动作时间应与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差。③距离保护第III段的整定：a.按与相邻下级线路距离保护II或III段配合整定。b.按与相邻下级变压器的电流、电压保护配合整定。c.按躲过正常运行时的最小符合阻抗整定。距离保护III段动作时间应比与之配合的相邻设备保护动作时间大一个时间级差，但考虑到距离保护III段一般不经振荡闭锁，其动作时间不应小于最大的振荡周期。振荡闭锁概念：并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象称为电力系统振荡。在系统振荡时要采取必要的措施，防止保护因测量元件动作而误动，这种用来防止系统中振荡时保护误动的措施，称为振荡闭锁。原理：当系统只发生震荡而无故障时，区外故障引起的系统振荡时，应可靠闭锁；区内故障，无论是否振荡，都不应闭锁。(1)利用负序或零序分量是否出现(2)利用电流、电压或测量阻抗的变化速度的不同来实现距离保护的振荡闭锁措施应满足的基本要求：a.系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动作跳闸b.系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性地动作跳闸，纵联保护仍应快速动作；c.系统在全相振荡过程中再发生三相故障时，保护装置应可靠动作跳闸，并允许带短路延时。距离保护的振荡闭锁措施：a.利用系统短路时的负荷、零序分量或电流突然变化，短时开放保护，实现振荡闭锁；b.利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁；c.利用动作的延时实现振荡闭锁。全阻抗继电器：动作无方向性，无电压死区，动作阻抗固定为Zset，一般用作无需判断方向的启动元件等。方向阻抗继电器：动作具有方向性，有电压死区，动作阻抗随测量阻抗角变化而变化，最大动作阻抗为Zset，广泛作为距离保护的测量元件偏移特性阻抗继电器：正向保护范围长，反向短路范围短，具有一定的方向性；消除了方向阻抗继电器出口短路时的电压死区；动作阻抗随测量阻抗角的变化而变化；用于手合或重合于故障时采用。四边形阻抗继电器：电抗特性下倾a4，防止相邻线路出口经过渡电阻短路时的稳态超越；电阻特性倾斜a3，提高躲长线路负荷阻抗的能力；二象限边界线倾斜a2，金属性短路时，动作特性有一定的裕度；四象限下倾a1，保证本线路出口经过度电阻短路时，保护能够可靠动作测量阻抗：加入阻抗继电器的电压电流比值整定阻抗：编制整定方案时，根据保护范围给出的阻抗动作阻抗：使距离保护装置刚能动作的测量阻抗阻抗继电器接线方式常用接线方式：0º接线，＋30º接线，－30º接线、相电压和具有K3I0补偿的相电流接线。设负荷的功率因数(cosΦ)为1时，若Um与Im同相位，称0º接线若Um超前Im30º时，称30º接线以此类推对相间距离保护——阻抗继电器采用0°接线对接地距离保护——阻抗继电器采用零序电流补偿接线要接三个最小精确工作电流：阻抗继电器的动作阻抗与整定阻抗的差距在10&时，加入阻抗继电器的最小电流。基座Iac.min短路点过渡电阻对距离保护的影响：单侧电源：使测量阻抗值增大，缩小保护范围；保护装置距离短路点越近时，受影响越大，保护装置整定值越小，受影响越大双侧电源：阻抗继电器动作特性在+R轴方向所占面积越大，受过渡电阻的影响就越小。在相同定值下，全阻抗继电器所受影响大；当保护安装点越靠近震荡中心，受影响越大输电线路的纵联保护纵联保护：用通信信道将输电线两端的保护装置纵向联接起来，将各端电气量相互传到对端进行比较，判断故障在本线路范围内还是在本线路外。四种通道:引导线、电力线载波载波、微波、光纤纵联保护的分类：(1)按利用信息通道分为：导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护。(2)按保护动作原理分为：方向比较式纵联保护（按保护判别方向原理分为方向纵联保护和距离纵联保护）、纵联电流差动保护（比较电流波形或相位关系）引导线保护原理:利用敷设在输电线路两端变电所之间的二次电缆传递被保护线路各侧信息的通信方式称之为导引线