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继电保护基础知识,广西浩天实业有限公司,继电保护基础知识,教学目的： 1、了解继电保护任务及基本要求 2、掌握PT、CT原理及二次接线方式 3、熟悉变压器保护配置，掌握变压器保护定值计算方法 4、熟悉线路保护配置 5、熟悉电动机保护配置,1、一次系统 发电厂和变电所中直接与生产和输配电能有关的设备称为一次设备，包括：发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、互感器、电抗器、移相电容器、避雷器、输配电线路等。由一次设备连接的系统称为一次系统。 2、二次系统： 对一次电气设备进行监视、测量、操纵、控制和起保护作用的辅助设备，称为二次设备，如：各种继电器、信号装置、测量仪表、控制开关、控制电缆、操作电源和小母线等。由二次设备连接成的回路称为二次回路或二次系统。,概 述,3、继电保护装置 当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。,概 述,一、继电保护任务 1、当电气设备发生短路故障时，能自动迅速地将故障设备从电力系统切除，将事故限制在最小范围内； 2、当正常供电的电源因故障突然中断时，通过继电保护和自动装置还可以迅速投入备用电源，使重要设备能继续获得供电。 因此，继电保护的主要实现功能：能区分正常运行和短路故障；能区分短路点的远近。,第一节 继电保护任务及基本要求,二、继电保护的基本要求 1、保护方式：电流过负荷保护、过电流保护、电流速断保护、电流方向保护、低电压保护、过电压保护、电流闭锁电压速断保护、差动保护、距离保护、高频保护、瓦斯保护等。 2、基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性,二、继电保护的基本要求 1）选择性：可以通过正确地整定电气量的动作值和上下级保护时限来达到互相配合。一般上下级保护的时限差取0.30.7S 2）快速性：快速切除故障，可以把故障部份控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。 3）灵敏性：是指继电保护对其保护范围内故障的反映能力。 4）可靠性：是指需动作时不拒动，不需要动作时不误动，这是继电保护装置正确工作的基础。,三、10kV继电保护常用种类 1、电磁式继电器 GL系列反时限过流继电器、DL系列定时限过流继电器、DY系列电压继电器、 DS系列时间继电器。 2、微机式保护 ABB：SPAJ140C 施耐德：Sepam系列,第二节 PT、CT原理及接线方式,互感器,电压互感器 PT（TV）,电流互感器 CT (TA),1.1 电压互感器,作用：一次高压变换为二次低压， 二次相间额定电压100V。,注意：PT二次严禁短路！,1.1.1电压互感器的型式,电磁式电压互感器,优点:结构简单，有长时间的制造和运行经验， 产品成熟；暂态响应特性较好。 问题：因铁芯的非线性特性，容易产生铁磁谐振， 体积、重量较大。,电容式电压互感器,优点：没有谐振问题。 主要缺点：暂态响应特性较电磁式差。,光电式电压互感器,具有无饱和，高精度，线性度好，安全性高等特点,具有线路保护和计量功能的数字式光电互感器柜,光电式,传统 电磁型,光电电流电压互感器结构示意图,1.1.2电压互感器的基本参数,（1）一次参数,（2）二次额定电压,（3）二次额定输出容量,（4）电压互感器的误差,对应相应电压等级,相间100V,1O、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。,测量用PT ：0.5、1.0、3.0,保护用PT ：3P、6P,计量用PT ：0.1、0.2,1.1.3电压互感器的二次回路接线,（1）电压互感器的配置,（a）单母线、单母线分段、双母线等主接线，在母线上安装三相式电压互感器； 当出线上有电源，需要重合闸鉴同期或无压，应在线路侧安装单相或两相电压互感器；,（b）内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在母线上。,PT次级可为2个，1个接星型，一个接开口三角形； 也可为3个，实现双重化保护电压回路相互独立或 保护、测量用电压相互独立。,(2)继电保护和测量用电压二次回路接线,单相接线常用于大接地电流系统判线路无压或同期， 可以接于任何一相。,单线电压接线中一只电压互感器接于两相电压间， 主要用于小接地电流系统判线路无压或同期。,V/V接线主要用于小接地电流系统的母线电压测量， 该接线在二次回路无法测量系统的零序电压， 当需要测量零序电压时，不能使用该接线。,应用最多,用于测量母线三相电压,用于测量零序电压,在星形接线的中性点接一只电压互感器也能起到消谐的作用。 该电压互感器也称为消谐电压互感器。,(3)电压互感器二次回路的保护,一般采用快速熔断器或自动空气开关,(4)电压二次回路的接地,电压二次回路只能有一点接地,1.2 电流互感器,1.1.1电流互感器的工作原理,作用：一次大电流变换为二次小电流， 二次相间额定电流为5A或1A。,注意：CT二次严禁开路！,注意：CT二次侧必须有一点接地， 也只能有一点接地！,1.2.2电流互感器极性,电流互感器极性 线路：常规都以母线为正，指向线路 主变：高低压侧同时指向主变（定值单也有要求指向母线，根据保护装置要求定） 发电机：两端同时指向发电机 电容：常规都以母线为正，指向电容 计量：常规都以母线为正，指向负荷,1.2.3电流互感器接线方式,用于35kV及以下电压等级小电流接地系统， 可以获得A、C相电流。 图中KA为电流继电器或继电保护电流测量元件,用于110kV及以上电压等级大电流接地系统， 可以获得三相相电流。,可以获得三相电流之和，即3倍的零序电流,1.2.4电流互感器的误差,测量用CT的准确度级分为0.5、1、3、5,保护用CT的准确度级分为5P、10P,IEC规定5P、10P的误差极限,计量用CT的准确度级分为0.1、0.2,1.2.5 PT、CT简单计算,a、PT变比为10kV/100，二次电压为58V，求PT一次电压为多少？,b、CT变比为500/5，二次电流为4A，求CT一次电流为多少？,10000/100=X/58 X=5800V,500/5=X/4 X=400A,第三节 变压器保护,1、故障类型 2、保护配置 3、整定计算,变压器油箱内部故障产生较大的短路电流，不仅会烧坏变压器绕组和铁心，而且由于绝缘油汽化，可能引起变压器爆炸。,一、变压器故障类型,1）油箱内部故障 a、变压器绕组 相间短路 ； b、变压器绕组 匝间短路 ； c、变压器绕组 接地短路,（2）油箱外部故障 a、绝缘套管的相间短路与接地短路； b、引出线上的发生的相间短路和接地短路；,2004年全国220kV及以上大型变压器故障统计,变压器的不正常工作状态： 1）由于外部短路引起的过电流； （2）负荷长时间超过额定容量引起的过负荷； （3）油箱漏油造成的油面降低； （4）由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁； 对于不正常工作状态，变压器保护也必须能够反应。发告警信号，或延时跳闸。,三、变压器的保护配置,瓦斯保护：轻瓦斯（信号）和重瓦斯（跳闸） 针对：油箱内的各种故障及油面降低。 优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。 缺点：动作时间较长； 不能反应油箱外部的故障。,纵差保护或电流速断保护（根据变压器容量选择） 反应绕组、套管及引出线上的相间短路，在一定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。 特点：瞬时动作切除故障,主 保 护,3. 外部相间短路的后备保护 1）过电流保护 2）复合电压起动的过流保护 3）负序电流保护和单相式低压起动的过电流保护 4）阻抗保护 4. 外部接地短路的后备保护 1）零序电流保护（若中性点接地） 2）零序过电压保护、在中性点装放电间隙加零序电流保护 5. 过负荷保护 6. 过励磁保护 7. 其它非电气量保护（油箱内温度、压力升高、冷却系统故障）,延 时 跳 闸 或 发 信 号,瓦斯保护是变压器的主保护之一。 瓦斯保护的主要元件是瓦斯（气体）继电器， 安装位置在油箱与油枕的连接导管中。,9.2 变压器的瓦斯保护,瓦斯 继电器,油枕,下开口杯,上开口杯,干簧触点,干簧触点,平衡锤,放气阀,探针,支架,挡板,进油挡板,永久磁铁,永久磁铁,FJ3-80型气体继电器的结构图,轻瓦斯动作于信号,轻瓦斯动作后应检查变压器油样， 判别故障类型、程度,重瓦斯动作于跳闸，同时发出信号,通常气体容积的整定范围为250300CM3,一般油流流速整定范围为0.61.5m/s,瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高，能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧损的唯一保护。 瓦斯保护不能反应变压器套管和引出线的故障，需与纵差动保护一起作为变压器的主保护。,9.3 变压器的差动保护,KD,变压器纵差动保护与输电线路纵联差动保护的基本原理相同。,TA2,TA1,一、变压器纵差动保护的原理,核心问题仍是 不平衡电流问题,变压器差动保护不平衡电流产生的原因有：,TA励磁特性不一致,变压器各侧电流不同相,TA变比标准化,调整分接头,励磁电流及励磁涌流,差动保护共同问题,变压器差动保护 特殊问题,变压器各侧电流不同相,对于Y，d11型变压器，正常运行时d侧电流超前Y侧电流300，形成不平衡电流。,方法1.“外转角” 变压器Y侧电流互感器的二次绕组接成三角形， d侧的三个电流互感器接成星形。,对策：相位补偿,在保护外将相位补偿过来,将变压器各侧二次电流调整为同相,外转角接线,一次电流,纵差动保护电流相量图,二次电流,同相,Y侧,侧,不同相,方法2.“内转角”,在保护内部采用软件算法进行相位补偿,变压器各侧电流互感器均接成星形。,PST1200采用,RCS978采用,主变Y侧,主变侧,TA变比标准化问题解决方法：,老式电磁型差动继电器（如BCH、DCD系列）： 使用平衡绕组Wbal,同时在整定时考虑fI1， f为平衡线圈选取误差，取0.05,微机型变压器保护： 软件算法中引入补偿系数平衡二次电流采样值,电流二次回路串入自耦变流器，微调二次电流,调整分接头,变压器调整分接头时一侧额定电流改变， 而另一侧电流不变，产生不平衡电流,解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准， 整定动作电流时考虑调压范围的一半。,调压范围的一半,最大外部故障电流,励磁电流及励磁涌流,励磁电流属于不平衡电流。,励磁电流较小，210额定电流，整定时很容易躲过。,变压器空载合闸或外部故障切除时，电压突变， 变压器产生励磁涌流，对差动保护影响很大。,如何躲避励磁涌流影响， 是研究变压器差动保护面临的主要难点之一。,励磁涌流录波（空载合闸）,必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别， 利用电流波形识别励磁涌流， 当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。,励磁涌流幅值可达5-10倍额定电流，与短路电流相当。,励磁涌流随着磁通中非周期分量一起衰减，最后消失， 励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。,差动保护以动作电流躲过，会导致内部故障拒动,差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长,励磁涌流的波形特点,3.波形存在间断角。,2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。,1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧，严重不对称。,防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施,2. 波形不对称识别,1.采用带速饱和变流器的差动继电器,BCH、DCD系列老式电磁型继电器，当差动电流中直流分量含量较高时自动提高动作电流（即具有“直流助磁”特性），防止保护误动。,4.波形间断角鉴别,微机保护可以识别差动电流的正负半周是否对称，当电流波形严重不对称时判为励磁涌流情况，闭锁差动保护。,3. 二次谐波闭锁（制动）,差动电流中二次谐波含量较高时闭锁差动保护；或自动提高动作电流，二次谐波越大，动作电流提高越多。,差动电流波形中间断角达到一定值（如600）以上时，闭锁差动保护。,不平衡电流产生原因,TA励磁特性不一致,变压器各侧电流不同相,TA变比标准化,调整分接头,励磁电流及励磁涌流,技术措施,整定计算考虑,比率制动,相位补偿,系数补偿（平衡线圈）,0.05,1,调压范围一半,波形不对称识别,二次谐波,间断角,综上所述，整定用,平衡线圈匝数必须为整数引起的误差，微机保护可不考虑,9.4 变压器相间短路的后备保护和过负荷保护,变压器相间短路的后备保护既是变压器主保护的后备又是相邻母线或线路的后备保护。保护形式可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流保护和低阻抗保护等。 变压器耐受过负荷能力较差，应装过负荷保护动作于告警信号。,9.4.1 过电流保护,保护原理与线路电流段保护相同,I,灵敏度较低，很难满足要求，实际应用较少,Krel-可靠系数，一般取1.2-1.3 Kre-返回系数，取0.85 Il.max-最大负荷电流,过电流保护,9.4.2 低电压起动过电流保护,保护原理,U,加设了电压元件，电流保护部分动作值较过电流保护低， 灵敏度有所提高,低电压起动过电流保护,9.4.3 复合电压起动过电流保护,保护原理 电流保护部分与低电压起动过电流保护相同。,电压部分由2部分组成：,负序过电压，反应不对称故障,单相式低电压，反应对称故障,与低电压起动过电流保护相比，电流部分动作值、 灵敏度一样；电压部分灵敏度提高,复合电压起动过电流保护,9.4.5 过负荷保护,过负荷时三相对称，过负荷保护只需反应某一相电流。 过负荷保护经延时5-10s动作于信号。,9.6 微机型变压器保护,主要配置：,差动保护,相间后备保护,接地后备保护,非电量保护 瓦斯、油温异常、冷却故障等,*220kV断路器三相不一致保护,差动速断保护,*220kV断路器失灵保护,*自耦变公共绕组过负荷,根据具体 情况还有,*过激磁保护,PST1200,第一层： PST-1210三侧操作箱及本体保护,第二层：PST-1203A二次谐波差动保护,第三层： PST-1204C三侧后备保护保护,110kV主变保护一般配1面柜,配置实例,220kV主变保护一般配2面柜 主保护双重化,配置实例,PST-1202A二次谐波原理 主保护、后备保护一体,PST-1222高压侧操作箱,打印机,PST-1202B波形 对称原理的差动,打印机,PST-1210中低操 作箱及非电气量保护,计算：,1、变压器共有几个档位？2档额定电压是多少？,S9- 630/10,一台Dyn11变压器型号为S9-630/10 额定电压：1000022.5%/400,三相,设计序号,容量,高压绕组额定电压,答：变压器共有5个档位，2档额定电压是10000+10000*2.5%=10250V,2、变压器高低压侧额定电流是多少？,变压器高压侧额定电流：630/10/1.732=36.37,变压器低压侧额定电流：630/0.4/1.732=909.3,3、给变压器保护装置配备CT及计算过流、速断保护定值。,答：变压器保护装置配置CT变比为50/5,变压器过流保护定值：一般为额定电流的1.3-1.5倍 时间与进线保护配合,变压器速断保护定值：一般为过流值的3-5倍 时间与进线保护配合,教科书：反时限过流保护的级差为0.7S，定时限过流保护的级差为0.5S,变压器过流保护定值：一次：36.37*1.3=47.28 A 二次：？,变压器速断保护定值：一次：47.28*3=141.84A 二次：？,1、主保护与后备保护,后备保护: 主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。,主保护: 满足系统稳定和设备安全要求， 能以