《继电保护装置原理》PPT课件.ppt

第1页,调度员继电保护学习材料,第2页,前 言,继电保护装置，就是指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者发出信号的一种自动装置。继电保护装置配置使用不当或不正确动作，必将引起事故或使事故扩大，损坏电气设备，甚至造成整个电力系统崩溃、瓦解。,根据继电保护及安全自动装置运行管理规程，调度人员熟悉掌握继电保护，是胜任运行工作的必要条件，是运行工作水平的重要标志，调度人员应做到： 能按规程正确指挥及监督继电保护的操作及运行； 能按继电保护动作情况分析判断系统故障及异常情况； 能按通知单掌握定值及允许最大负荷； 熟悉继电保护基本原理及典型接线； 熟悉继电保护调度运行规程； 熟悉继电保护整定方案及整定原则。,第3页,典 型 继 电 保 护 配 置,第4页,典型继电保护配置,10kV,220kV开关失灵保护,220kV主变保护 非电量保护 电量保护(两主两备) 差动保护(主保护) 后备保护 高压侧 复压闭锁过流保护 零序电流保护 间隙保护 中压侧 复压闭锁过流保护 零序电流保护 间隙保护 低压侧 复压闭锁过流保护,110kV主变保护 非电量保护 电量保护 差动保护 后备保护 高压侧 复压闭锁过流保护 零序电流保护 间隙保护 零序过压保护 中压侧 复压闭锁过流保护 低压侧 复压闭锁过流保护,110kV线路保护： 纵联差动保护 相间距离保护 接地距离保护 零序电流保护 PT断线过流保护,35kV/10线路保护： 过流I、II段保护 所用变保护 过流I、II段保护 电容器保护 过流I、II段保护 过压、低压保护 不平衡保护,220kV,35kV,10kV,110kV,110kV,调度管辖电网简图,母线差动保护,第5页,目 录,继电保护分类及原理简介 开关失灵保护 母线差动保护 主变保护 主变非电量保护 主变差动保护 复压闭锁过流保护 零序过流保护 间隙保护,110kV线路保护 相间距离保护 接地距离保护 零序过流保护 PT断线过流保护 纵联差动保护 35kV线路保护 10kV线路保护 电容器保护 所用变保护,第6页,开关失灵保护是当开关发生拒动时，通过跳开该开关所在母线所有开关的方法，达到切除电源、隔离故障的目的。开关失灵保护有单独的启动元件，满足电量保护出口未返回和开关仍有电流流过的条件时，启动元件即出口动作，解除该段母线上母差保护的复压闭锁和启动母差保护，再经过一个短延时后，如失灵启动元件仍未返回，则动作跳开该段母线上所有断路器。,调度提示,目前南宁调度管辖的开 关仅有220kV主变开关装有 失灵保护，主变停电检修 时，须退出主变220 kV侧开关失灵保护。但是，220 kV五一变比较特殊，该站220kV侧开关为内桥接线，主变开关和线路开关共用，主变本身的失灵保护未投入，投入线路保护的失灵保护(中调管辖)。当主变停运检修但开关仍带电时，需退出“主变保护启动高压侧和高压桥开关失灵保护”功能。,开关失灵保护,第7页,开关失灵保护,开关失灵保护需要解决两个问题，一是为什么动作，二是如何动作。失灵启动装置解决了为什么动作的问题，即判断是否已发生开关失灵故障，下图为失灵启动装置的典型逻辑图。,RCS-974A非电量保护装置中的失灵启动逻辑,第8页,开关失灵保护,失灵启动装置本身没有跳闸出口，而是启动母差保护完成跳闸。目前我局大多采用的启动回路如左图所示，该回路存在一个缺陷就是当失灵启动装置的出口元件损坏时，可能造成失灵保护误动作。右图所示的回路可以很好的解决这个问题，只是多占用了主变保护一对跳闸接点。在启动回路中多串了一副主变保护跳闸接点后，即使失灵启动装置故障，失灵保护仍然不会动作。,目前我局大多采用的启动回路,建议修改的启动回路,第9页,开关失灵保护,RCS-915AB母差保护中失灵保护逻辑图,开关失灵保护最终通过母差保护判别失灵开关所在的母线，并通过母差保护的跳闸出口跳开该母线上开关。失灵保护动作后先跟跳原开关，0.25s跳母联开关，0.5s跳本段母线上所有开关。,开关失灵保护如何判别故障开关所在的母线 ？,第10页,母线差动保护,母线差动保护是当母线区内发生故障时，通过跳开该段母线上所有开关的办法达到切除母线故障的目的，母线区外故障时须可靠躲过故障电流。母线差动保护和主变差动保护一样，为了躲过区外故障时产生的不平衡电流，采用比率差动的算法，不同的是，母线差动保护经复压闭锁。当有母线分段时，根据保护范围的不同，母差保护有大差和小差之分，小差保护某一分段母线，大差保护连接在一起的所有母线，小差先动隔离故障，以保留其他正常母线。,第11页,母线差动保护作为近电源点的速动保护，跳闸范围大，出现问题的概率也很大，由于误碰、误接线造成母差保护误动的事故屡见不鲜。根据继电保护管理规程，母差保护退出须经局总工程师批准。,关于母联保护：当任一组母线检修后再投入之前，可投入母联充电保护，该保护经短延时动作出口，不经复压闭锁，充电完成后即退出。目前南宁电网各电压等级的母联开关大多装有母联过流保护，由于这些过流保护也没有复压闭锁，运行不可靠，正常运行时要求退出(七一变、南湖变、茅桥变的母联900保护除外)。,母线差动保护,第12页,母差保护的工作框图（以I 母为例）,U 1:I母电压工频变化量元件 BLCD1:I母比率差动元件（K=0.2） Z : 工频变化量阻抗元件 BLCD : 大差比率差动元件 BLCD1 : I母比率差动元件 BLCD:大差比率差动元件（K=0.2） SW:母差保护投退控制字 BLCD1:I母工频变化量比率差动元件 YB:母差保护投入压板 BLCD:大差工频变化量比率差动元件,母线差动保护,第13页,母差保护运行规定, 各种类型的母差保护在双母线或单母线运行时均应投跳闸，在倒母线操作时不停用母差保护，但要根据母差保护的类型改变母差保护的运行方式。 双母线接线方式，母差保护全部退出时，除非必要并且经方式核算，一般不对该母线进行倒闸操作。,调度提示,母线差动保护,第14页,主变非电量保护,主变非电量保护是指根据变压器的绕组温度、油温、油压、瓦斯浓度等非电量信号经过保护装置重动后，作用于发信号或跳主变的保护。常见的非电量保护有：本体重瓦斯、有载调压重瓦斯、本体轻瓦斯、有载调压轻瓦斯、压力释放、压力突变、油温高、绕组温度高、冷控失电等。动作跳闸的有本体重瓦斯和有载调压重瓦斯，强油风冷的主变冷控失电经延时跳闸,其余非电量保护均发信号。,第15页,正常运行时，瓦斯继电器容器内上下开口油杯都是充满油的，如图a所示。上下油杯因各自平衡锤的作用而升起，此时轻瓦斯和重瓦斯两对触点都断开。,图9正常和轻瓦斯动作示意图,a)正常状态 b)轻瓦斯动作,发生轻微故障时，如图b所示，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入瓦斯继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于转轴的另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。,主变非电量保护,第16页,发生严重故障时，如相间短路、铁心起火等，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕，如图c所示。这时大量的油气混合体在经过瓦斯继电器时，冲击挡板，使下油杯下降，这时下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号，这称之为“重瓦斯动作”。,重瓦斯动作和严重漏油示意图,c)重瓦斯动作 d)严重漏油时,当变压器油箱漏油时，使得瓦斯继电器容器内的油也慢慢流尽，如图d所示。先是瓦斯继电器的上油杯下降，上触点接通，发报警信号；接着其下油杯下降，下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。需要指出的是，很多瓦斯继电器已经没有下油杯，仅有挡板，这样能防止因变压器漏油而跳开主变。,主变非电量保护,第17页,主变差动保护,主变差动保护是反应于主变各侧CT内发生故障时，瞬时跳开主变各侧开关的保护。主变差动保护根据动作电流大小，分为差动速断保护和比率差动保护。主变差动保护是变压器主保护，退出须经局总工或生技部批准。,差动速断保护：动作电流为68Ie，要求可靠躲过主变可能产生的励磁涌流。当任一相差动电流大于差动速断定值时，瞬时动作跳开主变各侧开关，无任何闭锁。该保护一般对主变中、低压侧故障没有灵敏度。,比率差动保护：启动电流为0.5Ie，满足特定的比率差动方程时保护动作，须躲过主变正常运行和区外故障时产生的不平衡电流，对主变各侧均有足够灵敏度。当发生如CT饱和、CT断线或产生励磁涌流时闭锁比率差动保护。,第18页,根据中调调规，220kV及以上主变不允许无差动保护运行。主变差动保护动作时，需问清楚是差动速断保护还是比率差动保护，以便于故障判断。220kV及以上变压器不允许无差动保护运行。若重瓦斯保护因故停用，由本单位主管领导决定是否允许220kV及以上变压器短时间运行。,调度提示,第19页,主变差动保护,CT接线均指向主变,反应于主变各侧CT内发生故障,d1,d2,差动保护示意图,第20页,主变差动保护,主变差动保护根据动作电流大小，分为差动速断保护和比率差动保护。,差动速断保护：动作电流为68Ie，要求可靠躲过主变可能产生的励磁涌流。当任一相差动电流大于差动速断定值时，瞬时动作跳开主变各侧开关，无任何闭锁。该保护一般对主变中、低压侧故障没有灵敏度。,比率差动保护：启动电流为0.5Ie，满足特定的比率差动方程时保护动作，须躲过主变正常运行和区外故障时产生的不平衡电流，对主变各侧均有足够灵敏度。当发生如CT饱和、CT断线或产生励磁涌流时闭锁比率差动保护。,第21页,主变差动保护,比率差动保护动作曲线,比率差动保护动作方程,第22页,主变差动保护,差动保护逻辑图,第23页,复压闭锁过流保护,主变过流保护主要作为变压器相间故障的后备保护，同时兼作主变中低压侧出线的后备保护，一般要求经复压闭锁，根据实际需要选择是否经方向闭锁。,关于过流保护的复压闭锁：为防止主变过负荷或者有大的冲击负荷时过流保护误动，要求过流保护经复压闭锁。复压元件由正序电压和负序电压两个元件组成一个或门，当满足正序电压低或负序电压高时动作出口开放过流保护。,关于过流保护的方向闭锁：当主变中低压侧有小电源时，为防止反向故障过流保护误动，要求过流保护经方向闭锁。方向元件是根据母线电压和主变电流计算得来的功率方向角，是否满足要求而判定过流保护方向指向是否正确。一般定义为主变高压侧方向指向主变，中低压指向本侧母线。,主变任何一侧发生PT断线或PT故障导致复压闭锁功能失去时，须控制主变该侧负荷电流不超过80%主变额定电流。,调度提示,第24页,复压闭锁过流保护,主变复压闭锁过流保护配置： 高压侧为一段一时限，动作跳主变三侧，动作电流约为1.5Ie，取三侧复压并联闭锁； 中压侧为两段六时限，每段第一时限跳母联、第二时限跳本侧、第三时限跳三侧，一般第一段电流定值与中压侧出线保护很难配合，大多仅保留第二段。动作电流约为1.3Ie，取本侧复压闭锁。 低压侧为两段六时限，每段第一时限跳母联、第二时限跳本侧、第三时限跳三侧，动作电流约为1.3Ie，取本侧复压闭锁。,为什么主变高压侧过流保护需要主变三侧复压元件并联闭锁 ？,第25页,主变零序过流保护,主变零序过流保护是作为主变近端或线路发生接地故障时的后备保护。目前南宁电网只有220kV主变投有零序电流保护。220kV侧零序过流保护作为220kV线路和主变的远后备保护，要求不带方向；110kV侧零序过流I段作为主变近端和110kV线路近端的后备保护，一般要求带方向；110kV侧零序过流II段作为110kV线路的远后备保护，要求不带方向。,主变零序过流保护配置和主变复压闭锁过流保护配置大致相同： 高压侧为一段一时限，动作跳主变三侧； 中压侧为两段六时限，每段第一时限跳母联、第二时限跳本侧、第三时限跳三侧。,调度提示,主变停电检修时，须退出主变零序过流保护跳中压侧母联开关和复压闭锁过流保护跳中低压侧母联开关的功能。五一变为内桥接线，仅停主变检修时，须退出主变所有保护。,第26页,主变间隙保护,主变间隙保护是作为不接地主变近端或线路发生接地故障时的后备保护，它是间隙零序过流保护和间隙零序过压保护的统称。目前南宁电网220kV不接地主变均投有间隙保护，220kV和110kV主变的110kV侧根据负荷侧有无大电源，决定是否投间隙保护。,主变间隙保护设置较为统一： 间隙零序过流保护定值为100A(二次值)，3.0s跳主变三侧； 间隙零序过压保护定值为180V(二次值)，0.5s跳主变三侧。,部分主变因为未装有放电间隙，未投有间隙保护，仅投入110kV零序过压保护出口跳小水电所在的线路开关。,第27页,110 kV 线路保护,110kV线路保护是指装设于线路电源侧，主要用于切除110kV线路故障的保护装置，同时兼作下一级线路和变电站的后备保护，定值上需要与上一级220kV主变的110kV侧保护定值配合。 110kV线路保护作为一个承上启下的保护，计算最为复杂，但投退较为简单，主要有相间距离I、II、III段保护，接地距离I、II、III段保护，零序电流I、II、III、IV段保护，PT断线过流保护。 另外，金安I、II线由于为平行双回线且线路较短，装有光纤纵联差动保护。,第28页,相间距离保护： 相间距离I段，该段为速动段，一般为0s跳闸，保护范围为全线的80%-85%，部分直馈线带0.15s延时，保护范围可伸入下一级变电站高压侧母线。 相间距离II段，该段比下一级变压器差动保护时间稍长，一般为0.5s，对全线应有足够的灵敏度，但不能伸到下一级变压器的中低压侧母线。 相间距离III段，该段为下一级110kV变电站的远后备保护，时间上应与下一级变压器的高压侧过流保护配合，对下一级变压器的中低压侧母线有足够灵敏度，但应注意可靠躲过线路的最大负荷电流。,接地距离保护： 接地距离I段，该段为速动段，一般为0s跳闸，保护范围约为全线的70%，部分直馈线带0.15s延时，保护范围可伸入下一级变电站高压侧母线。 接地距离II段，与相间距离II段大致相同，该段比下一级变压器差动保护时间稍长，一般为0.5s，对全线应有足够的灵敏度，但不能伸到下一级变压器的中低压侧母线。 接地距离III段，与接地距离II段原则大致相同，但要求对全线的灵敏度更加高。,110 kV 线路距离保护,第29页,、段距离继电器 阻抗圆距离继电器 、段距离继电器由方向阻抗继电器和零序电抗继电器相与构成。 、段方向阻抗继电器的极化电压，较段增加了一个偏移角1，其作用是在短线路应用时，将方向阻抗特性向第象限偏移，以扩大允许故障过渡电阻的能力。1 的整定可按 0，15，30三档选择。方向阻抗与零序电抗继电器二部分结合，增强了在短线上使用时允许过渡电阻的能力。,阻抗圆继电器动作特性,相间（接地）距离继电器,110 kV 线路距离保护,第30页,段距离继电器 阻抗圆距离继电器 与低压距离继电器时的暂态特性完全一致。 四边形距离继电器 四边形距离继电器的动作特性如图中的ABCD，ZZD为段圆阻抗定值,ZREC为段四边形定值，四边形中BC段与ZZD平行，且与段圆阻抗相切；AD段延长线过原点偏移 jX 轴 15；AB 段与 CD 段分别在ZZD /2 和ZREC处垂直于ZZD。四边形相间距离继电器可作为长线末端变压器后故障的远后备。,四边形距离继电器动作特性,110 kV 线路距离保护,第31页,110 kV 线路零序电流保护,零序电流保护： 零序过流I段，该段为速动段，保护范围随运行方式变化很大，但不能伸入下一级变电站高压侧母线，部分短线路该段已退出。 零序过流II段，该段比下一级变压器差动保护时间稍长，一般为0.3-0.5s，对全线应有足够的灵敏度，但不能伸到下一级变压器的中低压侧母线。 零序过流III段，该段比II段对全线灵敏度更加高，但也不能伸到下一级变压器的中低压侧母线。,第32页,110 kV 线路保护,PT断线过流保护：母线PT断线时，距离保护被闭锁，如果发生相间故障则无保护能动作，故设置一个过流保护，该保护在发生PT断线时一般可以自动投入。由于电网运行方式变化对电流保护的保护范围影响很大，该保护须躲过大方式下的主变中低压侧故障，但小方式下对全线灵敏度不足。,光纤纵联差动保护：110kV线路一般不要求装纵联差动保护，但当线路很短或平行双回线并列运行时，保护定值很难配合，故要求金安I、II线装设纵联差动保护。 线路纵联差动保护动作原理和主变差动保护类似，取线路两侧电流构成差动回路，动作跳本侧线路开关。,第33页,35 kV 线路保护,35kV线路保护目前仅有装有相间过流保护，一般按两段式配置，部分较长线路按三段式配置。 过流I段：该段为线路近端故障的速动段保护，一般按照保5-6kM有灵敏度，0s动作，部分短线路为防止过流I段伸入下面35kV变电站，带0.2s延时。 过流II段：该段要求保证对全线有足够灵敏度，但要求躲过线路的最大负荷电流。两段式的带1.5-2.0s延时，三段式的带0.5s延时 。 过流III段：两段式的过流保护II段因需要保证足够灵敏度，对长线路有很大的局限性，故设置过流III段，这时过流II段灵敏度适当降低，由III段保证对全线有足够灵敏度，过流III段仍需要躲过线路最大负荷电流，带1.5-2.0s延时。 部分带有冲击负荷的35kV线路（如谢圩变榕钢I307、榕钢II308），过流II段或III段带有低压闭锁功能。,第34页,10 kV 线路保护,10kV线路保护目前一般配置相间过流I、II段保护： 过流I段：该段为线路近端故障的速动段保护，一般按照保5-6kM有灵敏度，0s动作，部分带有重要用户的负荷，带0.15s延时。根据南网公司新的整定规程，市区线路统一改成3000A，带0.3s延时。 过流II段：该段要求保证对全线有足够灵敏度，但要求躲过线路的最大负荷电流，市区线路统一按CT变比的1.5倍取值，县级线路按线路载流量的1.5-1.7倍取值，带0.5-1.0s延时。 部分带有冲击负荷的10kV线路（如石柱岭变污水903），过流II段带有低压闭锁功能。,第35页,关于小电流接地选线装置：该装置为安全自动装置的一种，目前市区110kV变电站的10kV侧母线均装有，用来发线路接地告警信号。但由于市区变电站10kV母线通过消弧线圈接地，发生接地故障时零序电流很小，仅靠不平衡电容电流判断故障线路，可靠性很低，经常误发故障线路；城郊所管辖的35kV变电站也装有该装置，直