电力工程基础 电力系统继电保护 第二版

电力工程基础第六章电力系统继电保护22021/8/25第六章电力系统继电保护6.1继电保护的基本知识6.2常用保护继电器6.3线路的电流电压保护6.6距离保护简介6.7电力变压器的保护32021/8/256.1继电保护的基本知识电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常运行。能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务是：42021/8/25测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任务（跳闸或发信号）。6.1继电保护的基本知识二、继电保护的基本原理测量部分输入信号逻辑部分执行部分输出信号整定值6-2继电保护装置组成方框图图52021/8/256.1继电保护的基本知识三、对继电保护的基本要求k1～QF1QF2QF5QF6QF7QF4QF3WL1WL2k2k36-1电力系统继电保护选择性说明图图WL3WL4ABCD选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。速动性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。62021/8/256.1继电保护的基本知识灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：保护动作的整定值的最小值保护区内故障时反应量sK对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：的最大值保护区内故障时反应量保护动作的整定值sK可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。72021/8/256.2常用保护继电器一、电磁型继电器（DL型）1．电磁型电流继电器工作原理：当在继电器线圈中通入电流IK时，电磁铁产生的电磁力Fem为：222mKKemRNIKF当电磁力Fem大于弹簧的反作用力Fsp和摩擦力Ffr时，继电器便产生动作。82021/8/256.2常用保护继电器因此，欲使继电器动作的必要条件是：Fem≥Fsp+FfrKFFNRKFNRIfrspKmemKmKop.动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流，用Iop.K表示。调整继电器动作电流的方法有：改变继电器线圈匝数NK（级进调节）；调节反作用弹簧的松紧，即调节Fsp（平滑调节）；调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。92021/8/256.2常用保护继电器返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire.K表示。返回系数：是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用Kre表示，即继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是：Fsp≥Fem+FfrKopKrereIIK..对于过电流继电器，Kre＜1，一般要求Kre=0.8～0.9；对于欠电流继电器，Kre＞1，一般要求Kre=1.06～1.2。102021/8/256.2常用保护继电器2．电磁型电压继电器其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统中多用低电压（欠电压）继电器。动作电压：能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器的动作电压，用Uop.K表示。返回电压：能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为继电器的返回电压，用Ure.K表示。返回系数：是指继电器的返回电压与动作电压的比值。注意：低电压继电器的返回系数Kre＞1，一般为1.25。112021/8/256.2常用保护继电器3．时间继电器的作用：使保护装置获得一定的延时，以保证保护装置动作的选择性。4.中间继电器的作用:5.信号继电器的作用：用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示信号，以提醒运行人员注意。为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量；使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.4～0.8s)；通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。122021/8/256.3线路的电流电压保护一、保护装置的接线方式接线系数：在继电保护回路中，流入继电器中的电流IK与对应电流互感器的二次电流I2的比值，称为接线系数，即2IIKKw设电流互感器的变比为，保护装置的动作电流为Iop，则相应的电流继电器的动作电流为21IIKiopiwKopIKKI.132021/8/256.3线路的电流电压保护1．三相完全星形接线方式（图6-7）KA1aIbIcIKA2KA3III三相完全星形接线方式图6-7AICBACBIIIKIABCAITA1TA2II两相不完全星形接线方式图6-8caIBIICKA2KA1KI特点：可以反映各种形式的故障，其接线系数Kw=1。2．三相不完全星形接线方式（图6-8）特点：可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障，其接线系数Kw=1。142021/8/256.3线路的电流电压保护3．两相电流差接线方式（图6-9）KIIcIaIIBCABCIA6-9图两相电流差接线方式IKA流入继电器中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差，即caKIII特点：各种短路形式下的接线系数不同，如图6-10所示。正常运行或三相短路时：发生A、C两相短路时：A、B或B、C两相短路时：3wK2wK1wK152021/8/25-2aII=Ka)b)c)d)两相电流差接线方式在不同短路形式下的电流相量图图6-10IaIKIbIcIaKI=IaIaIbcIcIbIIcI=K6.3线路的电流电压保护一般情况下：保护整定时取；灵敏度校验时取Kw＝1。3wK162021/8/256.3线路的电流电压保护二、过电流保护1.过电流保护的原理和组成定时限过电流保护的动作原理和组成（图6-11）TA2TA1KTKA2KA1TA1QSQFYRKA1IKA2IKSKT+++TA2信号KA1FU1FU2KA2KTKSQFYR+WCWCWASKS信号a)b)II---6-11图定时限过电流保护原理图和展开图+172021/8/256.3线路的电流电压保护反时限过电流保护的动作原理和组成（图6-12）TA2TA1TA2TA1KA2KA1IIb)IKA1QFYR1a)QSYR234123142IKA2KA2KA234YR212反时限过电流保护原理图和展开图图6-1221YR143KA1KA1182021/8/256.3线路的电流电压保护2.过电流保护（III段）装置的整定计算动作电流：Iop＞IL.max～GQF1A1tQF2QF3BC2kQF4M过电流保护的计算示意图6-13图IIt保护装置的动作电流Iop应躲过线路的最大负荷电流IL.max，即192021/8/256.3线路的电流电压保护动作时限：应按“阶梯原则”整定，即kWL1WL2a)tlt1△tt20b)c)0t△t2tl过电流保护整定说明图6-14图121tQF1QF2KA1KA2ttt21st5.0st7.0定时限过电流保护：反时限过电流保护：定时限过电流保护的动作时间取决于时间继电器预先整定的时间，与短路电流的大小无关；反时限过电流保护的动作时间根据前后两级保护的GL型电流继电器的动作特性曲线来整定。202021/8/256.3线路的电流电压保护灵敏度校验：opksIIK)2(min.式中，为系统最小运行方式下本线路末端（作近后备时）或相邻线路末端（作远后备时）的两相短路电流。)2(min.kI作远后备时，要求Ks≥1.2；作近后备时，要求Ks≥1.3~1.5。过电流保护的评价：优点：既可作本级近后备，又可作下级远后备。缺点：越靠近电源端，定时限过电流保护的动作时限反而越长，因此不能作为主保护；反时限过电流保护的接线简单，但动作时限整定复杂。若灵敏度不满足要求，可采用低电压闭锁过电流保护来提高其灵敏度。212021/8/256.3线路的电流电压保护三、低电压闭锁的过电流保护KA-KM++QSFUTV-KS++KTUKVYR-IQSQF信号TA低电压闭锁的过电流保护单相原理接线图6-16图该保护装置有两个测量元件:过电流继电器KA欠电压继电器KV动作电流按躲过正常负荷电流整定。可提高保护的灵敏度。222021/8/256.3线路的电流电压保护四、瞬时电流速断保护（I段）1．瞬时电流速断保护的作用原理与整定计算（图6-17）0～IopIWL1QF1k.B.maxIlQF2WL2123ABlminlmax12k1k2MN瞬时电流速断保护的工作原理图6-17图II曲线1——)()3(max.lfIk曲线2——)()2(min.lfIk直线3——瞬时电流速保护的动作电流。动作电流：躲过本保护区末端B处的最大短路电流，即)3(max..BkI)3(max..BkrelopIKI式中，Krel取1.2~1.3。232021/8/256.3线路的电流电压保护灵敏度校验：要求其最小保护范围lmin不小于线路全长的15%～20%。若灵敏度不满足要求，可采用电流电压联锁保护来提高其灵敏度。2．瞬时电流速断保护的原理接线图（图6-18）6-18图瞬时电流速断保护的单相原理接线图+--信号+KMKSYRQFQS+KA2ITA瞬时电流速断保护的评价：优点：简单可靠，动作迅速；缺点：不能保护线路全长，有保护死区。242021/8/256.3线路的电流电压保护五、电流电压联锁速断保护kAG～BIl1lLl'UI123984567UopIopI1lUopI电流电压联锁速断保护原理说明图6-19图l整定原则：和瞬时电流速断保护一样，按躲过线路末端故障来整定。通常按经常运行方式下电流元件和电压元件的保护范围相等来进行整定计算。252021/8/256.3线路的电流电压保护当下一级线路首端发生短路时：整套保护不动作不会动作可能动作，但最小运行方式下，不会动作可能动作，但最大运行方式下，KAKVKVKA保护范围由电流继电器决定保护范围由电压继电器决定可见，在这两种情况下都能保证选择性，且保护范围均比正常情况下的保护范围小。由图6-19知，电流电压联锁速断保护的最小保护范围比瞬时电流速断保护的保护范围大，即，所以灵敏度比瞬时速断保护高。1ll262021/8/256.3线路的电流电压保护六、带时限电流速断保护（II段）动作电流：躲过相邻线路瞬时电流速断保护的动作电流，即2.1.oprelopIKI带时限电流速断保护的工作原理图图6-201l2a)CNb)△tlc)IkAAI0.5IQBM～G1t0BI0.5IQF2QF1WL1WL2IIIIop.1Iop.2IIIl1IIIl2It1II1t2tIt2II0ll0II2tIt2t1II1tI2lIII1lIIIIIIIIop.1WL2WL1QF1QF2I0.5IB0t1G～MBQI0.5IAAkIc)lt△b)NCa)2l16-20图带时限电流速断保护的工作原理图式中，Krel取1.1~1.2。动作时限：ttt21灵敏度校验：opBksIIK)2(min..≥1.3～1.5若灵敏度不满足要求，可与下一级相邻线路的带时限电流速断保护相配合。272021/8/256.3线路的电流电压保护七、三段式过电流保护由瞬时电流速断保护（第Ⅰ段）、带时限电流速断保护（第Ⅱ段）和定时限过电流保护（第Ⅲ段）配合构成的一整套保护，称为三段式过电流保护。1.三段式过电流保护的保护范围及时限配合（图6-21）第Ⅰ段：为本线路的辅助保护，动作电流为，保护范围为，动作时间为继电器的固有动作时