继保基础知识

电力系统的运行状态正常运行系统的电流、电压均处于电气设备正常承受范围内，不会对电气设备造成危害故障：各种短路（三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等）和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。其后果：I增加危害故障设备和非故障设备；U降低影响用户正常工作；破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，瓦解）不正常运行状态：电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。继电保护的任务1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动地、迅速地、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。2.当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。继电保护的分类按被保护的对象分类：•输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；按保护原理分类：•电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；按保护所反应故障类型分类：•相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；按保护所起的作用分类1.主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。2.后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。（1）近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。（2）远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。1.无时限电流速断保护•电流保护有无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护三种。•电流保护是最早的继电保护措施，之前就是简单的熔断器保护。•无时限电流速断保护就是一旦检测出发生短路，不带延时地断开电路的保护。•无时限电流速断保护可作为被保护线路相间短路的主保护。2.限时电流速断保护•无时限电流速断保护虽然动作速度很快，但不能保护线路的全长，应加以改进。•限时电流速断保护用于与无时限电流速断保护配合作为被保护线路相间短路的主保护，承担本线路中无时限电流速断保护范围之外的保护任务。3.定时限过电流保护•无时限电流速断保护和限时电流速断保护的结合，既可以保证首端保护的快速性，又能够在全线路范围内实现0.5s内的快速保护。•因此，可以作为主保护。•但，一旦下段线路的断路器拒动，无法切除故障，即不能实现后备保护的功能。•为了保护相邻线路的故障，可以采用定时限过电流保护。•定时限过电流保护的接线与限时电流速断保护一样，所不同的是动作电流和动作时间的整定不同。•为了能够作为相邻线路的远后备，定时限过电流保护必须能反应远方短路。•因此，其动作电流Ioper必须尽可能小，但又必须保证正常工作时不能误动。•同时，定时限过电流保护只是作为远后备保护，必须确保主保护正常工作时不能误动。•因此，动作时间必须比主保护长。4.阶段式电流保护•无时限电流速断保护动作速度快，可以保护线路首端严重短路的情况，但不能保护线路的全长；•限时电流速断保护带0.5s时限，实现对线路全长的保护，但不能实现对相邻线路的远后备保护；•定时限过电流保护可以实现对相邻线路的远后备保护，但动作慢；•三者结合起来就可实现对线路比较完备的保护，这就是三段式电流保护，分别称为I段、II段、III段保护。5.电流电压联锁保护•当系统运行方式变化很大时，无时限电流速断保护的保护范围很小，甚至可能没有保护范围。•如果采用限时电流速断则增加了故障切除时间，如果想在不增加故障切除时间的条件下增大保护范围，可以采用电流电压联锁速断保护。6.反时限过电流保护•带时限电流保护按其动作时间特性分有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。•定时限过电流保护装置动作时间按整定时间固定不变，与故障电流大小无关；•反时限过电流保护装置的动作时间与故障电流大小成反比，故称为反时限特性。•利用反时限过电流继电器可以组成反时限过电流保护。•在线路靠近电源端短路时，短路电流越大，动作时限越短。输电线路接地保护1.中性点直接接地电网中单相接地故障的零序电流保护2.中性点直接接地电网中单相接地故障的零序方向电流保护3.中性点不接地系统单相接地故障的保护4.中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的保护•在我国采用的中性点工作方式有：中性点直接接地，中性点不接地、中性点经消弧线圈接地，中性点经电阻接地四种。•在中性点直接接地的系统中，当发生一点接地故障时，即构成单相接地短路，这时所产生的故障电流很大，所以称中性点直接接地的系统为大接地电流系统。目前我国110kV及以上电压等级的电力系统，均属于大接地电流系统。•根据运行统计，在这种系统中，单相接地故障占总故障的80％~90％，甚至更高。前述电流保护，当采用完全星形接线方式时，也能保护单相接地短路，但灵敏度常常不能满足要求。因此，为了反映接地短路，必须装设专用的接地短路保护，并作用于跳闸。•在66kV及以下电压等级的电力系统中，采用中性点不接地、经高电阻或经消弧线圈接地的工作方式。•在这三种接地方式中，当一相发生接地故障时，故障电流是各元件对地的电容电流，往往比负荷电流小得多，所以这种系统又叫小接地电流系统。•目前发电厂中6kV厂用电系统则往往用中电阻接地的方式。•在电力系统各种中性点工作方式下，发生单相接地故障时，零序分量特点不同。•系统中全部或部分变压器中性点直接接地，是大接地电流系统的标志。其主要目的是降低对整个系统绝缘水平的要求。•当中性点接地变压器的台数，容量及其分布情况变化时，系统零序序网也随之变化，因此同一点故障时，零序电流的分布也随之变化。•所以变压器中性点接地情况的变化，直接影响到零序电流保护的灵敏度。•因此，对变压器中性点接地的选择应满足两点要求：•1）不使系统出现危险的过电压；•2）不使零序序网有较大的变化，以保证零序电流保护有稳定的灵敏度。距离保护•电流、电压保护的主要优点是简单、经济及工作可靠。•但是由于这种保护装置的定值选择、保护范围及灵敏系数等方面都直接受电网接线方式及系统运行方式的影响，所以，在35kV以上电压的复杂电网中，常常不能满足选择性、灵敏性及快速切除故障的要求。•为此，在结构复杂的高压电网中就必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是其中之一。•距离保护是通过测量被保护线路始端电压和线路电流的比值而动作的一种保护，这个比值被称为测量阻抗Zm，用来完成这一测量任务的元件称为阻抗继电器KI。•在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗，其值较大；当系统发生短路时，测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗，其值较小，而且故障点越靠近保护安装处，其值越小。•当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗Zset时，保护动作。•因为在短路时的测量阻抗反应了短路点到保护安装点之间距离的长短，所以称这种原理的保护为距离保护，有时也称之为阻抗保护。•由于阻抗保护反应的是保护安装处至短路点的线路阻抗，与电网的接线方式和系统的运行方式无关，因此，显示出其优良特性。