继电保护基础讲义.

继电保护基础讲义继电保护基础讲义■继电保护基本概念■继电保护基本原理■继电保护装置的基本组成■常见继电保护介绍■常规继电保护配置■配电网的继电保护■继电保护未来的发展方向讲义内容正常运行状态：电力系统的各母线电压在允许偏差范围内、频率波动在允许范围内，系统的发电输电以及用电设备有一定的备用容量，电力设备的负载在额定负荷以内保持正常运行。不正常运行状态：电力系统或电力设备的正常运行状态受到改变但还没有达到故障状态。常见的有电力设备超负荷长期运行，电力系统振荡等。1、电力系统运行状态一、继电保护基本概念故障：电力设备或电力线路出现短路或断线，其中最常见也是最危险的故障时各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。事故：系统或其一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电、电能质量变坏到不能容许的程度、甚至人身伤亡和设备损坏以及大面积的停电等。电力系统的大部分事故往往是由于故障设备切除的过慢或保护拒动、误动引起的。1、电力系统运行状态一、继电保护基本概念自动、迅速、有选择的将故障设备从电力系统中切除，使故障设备免遭破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常的运行；反映电力系统的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或断路器跳闸。2、继电保护的作用一、继电保护基本概念选择性：电力系统发生故障时，保护仅将故障元件切除，非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。速动性：保护应尽可能快的动作于断路器跳闸，以切除故障或中止异常状态发展，提高系统稳定性，避免故障进一步扩大。快速保护动作时间为0.01～0.06s，断路器的动作时间为0.02～0.15s。3、电力系统对继电保护的基本要求一、继电保护基本概念灵敏性：灵敏性是保护在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。要求保护装置在区内故障时，不论短路位置与类型，都能灵敏地正确地反应出来。继电保护越灵敏，也越容易出现误动作，因而灵敏性与选择性是有矛盾的，需要协调处理。可靠性：当系统异常或故障状态时，保护能够准确地完成动作，即不拒动；而在动作以外的其他所有情况下，保护能够可靠不动作，即不误动。3、电力系统对继电保护的基本要求一、继电保护基本概念按保护的作用分类主保护：能以最快速度有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护：主保护或断路器拒动时，用于切除故障的保护。♦远后备：当主保护拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。♦近后备：当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护。辅助保护：补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。异常运行保护：反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。4、继电保护的分类一、继电保护基本概念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。4、继电保护的分类一、继电保护基本概念20世纪50年代以前，电磁型继电器保护；20世纪50年代末到80年代初，晶体管继电保护；20世纪80年代中到90年代，初集成电路保护；20世纪90年代中至今，微机保护。5、继电保护的发展史一、继电保护基本概念电源到短路点之间的线路中流过很大的短路电流；系统各母线电压均有不同程度的下降，距离故障点越近，母线电压越低；反映电压与电流之比的测量阻抗值较小，短路点距离测量位置越近，测量阻抗值越小，距离越远，测量阻抗越大，短路时测量阻抗角值较大（60°以上）；发生对称故障时没有负序和零序分量，若发生不对称故障，故障点或母线处将会出现较大的负序和零序分量。1、系统故障时电气量特点二、继电保护的基本原理反映短路故障后电流增大而动作的过电流保护；反映短路故障后母线电压降低而动作的低电压保护；反映短路故障后测量阻抗减小而动作的距离（阻抗）保护；反映短路故障后负序和零序分量增大而动作的负序过流、过压和零序过流、过压保护。2、单侧电源系统采用的保护原理二、继电保护的基本原理通过在被保护设备或线路两侧进行电气量的测量比较以构成差动原理的保护。如电流差动保护、电流相差保护等；反映短路电流流向的功率方向保护。3、多侧电源系统采用的保护原理二、继电保护的基本原理1、微机保护装置的硬件结构三、继电保护装置的基本组成分散组屏2、微机保护装置的现场组屏三、继电保护装置的基本组成集中组屏2、微机保护装置的现场组屏三、继电保护装置的基本组成1、三段式电流保护四、常见继电保护介绍瞬时电流速断保护▶定义：反映电流增大而瞬间动作的电流保护。▶整定值：Iset1=KrelIk.max▶保护范围：大于线路全长15%~20%AB12k1k2CIkLISet1.1ISet1.2最大运行方式最小运行方式1、三段式电流保护四、常见继电保护介绍限时电流速断保护▶定义：切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为本线路速断保护的后备的保护。▶整定值：Iset2=KrelIset1▶时限：Δt=0.2~0.5AB12k1k2CIkLISet1.1ISet2.21、三段式电流保护四、常见继电保护介绍定时限过流保护▶定义：启动电流按照躲过最大负荷电流来整定的电流保护称为过电流保护。▶整定值：▶时限：采用阶梯形时限配合，在电网的最末端动作最快，比下一级线路的过电流保护时限要高出至少一个Δt。L.maxressrelsetIKKKIAB12k1CM32、电流保护的接线方式四、常见继电保护介绍三相星形接线两相星形接线ABCIa+Ib+IcABCIa+Ic三相星形接线方式原理图两相星形接线方式原理图3、方向式电流保护四、常见继电保护介绍方向性的提出A3B2C1D456k1Id11Id12A3B2C1D456k2Id21Id22tlt3t2t1tt4t5t6E1E2E1E23、方向式电流保护四、常见继电保护介绍方向元件的动作特性E1Uk12k1Ik1E2k2Ik2UkIk1LUk－Ik2180°＋LIk2L保护1的正方向k1点故障时，其短路功率为正值，可用数学式子来表达：Pk=UkIk=UkIkCOSk≧03、方向式电流保护四、常见继电保护介绍动作特性向量图MkUsen实际动作范围理想动作范围kIk为了提高方向元件的灵敏性，实际应用中一般将Uk移相α角，使移相后的向量M=Ukejα落在Ik附近。正方向短路时方程改写为：Pk=UkIk=UkIkCOS(k－α)≧0令α=－sen，sen称为方向元件的最大灵敏角。4、零序电流保护四、常见继电保护介绍中性点直接接地系统的零序电流保护零序电流速断保护♦躲开线路末端单相或两相接地故障时最大短路电流；♦躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时的最大零序电流，此电流值较大，会降低保护灵敏度。零序电流限时速断保护零序电流过电流保护4、零序电流保护四、常见继电保护介绍中性点非直接接地系统的零序电流保护中性点不接地系统单相接地故障特点♦母线上出现较高的零序电压；♦故障相零序电流是正常运行时三相对地电容电流的代数和；♦当母线上有多条线路时，对故障线路，其流向母线的零序电流等于全系统非故障线路对地电容电流之和，故障线路电容性无功功率的方向为由线路流向母线，与非故障线路相反。中性点不接地系统的接地选线♦零序电压启动；♦故障线路零序电流大于非故障线路，零序功率方向不同。4、零序电流保护四、常见继电保护介绍中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障特点♦母线上出现较高的零序电压；♦消弧线圈的感性电流与电网容性电流相抵消，使得接地点电流减小，故障线路与非故障线路零序电流的差别不大；♦感性电流与电容电流的补偿作用随运行方式变化，非故障线路与故障线路的零序功率方向区别也难以判断。中性点经消弧线圈接地系统的接地选线♦谐波电流方向保护原理、首半波原理、零序电流有功分量方向保护原理；多种原理判据综合判断。中性点非直接接地系统的零序电流保护5、距离保护四、常见继电保护介绍距离保护概念距离保护反映故障点到保护安装处的距离而动作，由于它同时反映故障后电流的升高和电压的降低而动作，因此其性能比电流保护更加完善，它基本上不受系统运行方式变化的影响。5、距离保护四、常见继电保护介绍距离保护时限特性A2C1BX-1X-2X-3l1l2l3IIIt1It1IIt1IIt2It2IIIt2IZ1IIZ10tlZ5、距离保护四、常见继电保护介绍距离保护主要组成元件♦启动元件：过电流元件、阻抗元件、负序或零序电流元件等；♦阻抗元件：四边形阻抗元件、比相式阻抗元件、工频变化量阻抗元件、低压阻抗元件等；♦振荡闭锁元件：系统振荡时闭锁距离保护；♦电压闭锁元件：二次电压回路断线及失压闭锁；♦时间元件：确定动作时间。5、距离保护四、常见继电保护介绍阻抗元件概念计算接入电压Uk和电流IK的比值ZK。我们把ZK称为测量阻抗，设整定阻抗为Zset，当ZKZset时保护不动作，反之保护动作。接线方式继电器KA继电器KB继电器KCUKIKUKIKUKIK0°方式UABIA－IBUBCIB－ICUCAIC－IA零序补偿方式UAIA＋K×3I0UBIB＋K×3I0UCIC＋K×3I0表中K=(Z0－Z1)／3Z15、距离保护四、常见继电保护介绍方向阻抗元件通用动作方程009090POPUUArg式中：工作电压Uop=UK－IK×Zset，极化电压UP=－U1对接地距离继电器，工作电压为：对相间距离继电器，工作电压为：setOPZIKIUU03setOPZIUU5、距离保护四、常见继电保护介绍方向阻抗元件动作特性SZ'sZ2KMENE3K1K4KIsetZMNIK1UK1EsetIK1ZsetUPUOP1IK2EsetUPUK2IK2ZsetIK3EsetUPUK3IK3ZsetIK4EUPUK4IK4ZsetUOP3UOP4set(a)K1点故障，不动(b)K2点故障，临界(c)K3点区内故障，动作(d)K4点故障，不动作UOP2=0方向阻抗元件5、距离保护四、常见继电保护介绍方向阻抗特性圆RjXKZsetZ方向阻抗元件5、距离保护四、常见继电保护介绍距离保护缺点♦不能实现全线速动；♦保护本身元件多，降低了可靠性；♦受过渡电阻、系统振荡等的影响大。6、纵联保护四、常见继电保护介绍纵联保护概念纵联保护是指通过某种通讯通道将输电线两端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量传送到对端，然后对两端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切除被保护线路，实现全线路故障时的瞬时切除。理论上，纵联保护具有绝对的选择性，在整定计算上不需要与其他保护配合。6、纵联保护四、常见继电保护介绍纵联保护分类载波纵联保护纵联差动保护♦高频闭锁方向保护，包括高频闭锁功率方向保护、高频闭锁距离保护、高频闭锁零序保护、电压相位比较式保护等；♦电流相位差动保护。♦电缆直接连接方式，如发电机、变压器及变电站母线差动；♦采用光纤线路将电气量传送至对侧，例如光纤电流差动保护。6、纵联保护四、常见继电保护介绍电流差动原理M2N1IMINIMNIM2IN2IRM2N1IMINIM2IN2IR正常运行状态k1保护范围内部故障M2N1Ik2Ik2k2保护范围外部故障IR=IM2+IN26、纵联保护四、常见继电保护介绍电流差动动作特性在第一区域中：│IM+IN│Id0时动作；在第二区域中：│IM+IN│K1│IM－IN│时动作；在第三区域中：│IM+IN│K2│IM－IN│时动作。IdId0K1动作区制动区K2k2IIrk1I1、线路保护配置五、常规继电保护配置中、低压（110kV及以下）线路保护♦三段式电流保护、方向过流保护、低压闭锁过流保护，低周减载；♦零序过流（直接接地系统）、零序过压（非直接直接系统）。高压线路保护♦高频保护、光纤电流差动保护；♦距离保护、零序方向过流保护、非全相运行保护。2、变压器保护配置五、常规继电保护配置中、低