继电保护培训讲稿(1)-继电保护原理

电力系统继电保护技术,陈 平山东理工大学电气学院2007.1,1,内 容,第一部分：继电保护原理第二部分：微机继电保护第三部分：变电站综合自动化,2,参考书目,1 贺家李，宋从矩. 电力系统继电保护原理（第三版）. 北京：中国电力出版社，19942 张保会，尹项根. 电力系统继电保护. 北京：中国电力出版社，20053 高友权. 配电系统继电保护. 北京：中国电力出版社，2005 4 杨奇逊，黄少锋. 微型机继电保护基础（第二版）. 北京：中国电力出版社，20055 张举. 微型机继电保护原理. 北京：中国水利水电出版社，20046 丁书文. 变电站综合自动化技术. 北京：中国电力出版社，20057 张惠刚. 变电站综合自动化原理与系统. 北京：中国电力出版社，2004,3,第一部分,继电保护原理,4,内 容,继电保护基础知识继电保护基本原理利用故障分量的继电保护原理小电流接地系统单相接地故障保护小结,5,1. 继电保护基础知识,1.1 继电保护的基本概念1.2 继电保护研究的内容1.3 继电保护分类1.4 继电保护的工作回路1.5 对继电保护的基本要求1.6 继电保护发展概况,6,1.1 继电保护的基本概念,“继电”源于继电器（Relay）。最早诞生的继电器是电磁型过电流继电器。在正常情况下，其触点是打开的。当输入电流大于预先设定的动作电流（称为整定值）时，其触点将闭合（启动）。只有当输入电流减小到小于返回电流时，继电器触点才重新打开（返回）。返回电流小于启动电流。 无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。,7,1.1 继电保护的基本概念,继电特性曲线,8,1.1 继电保护的基本概念,继电保护（Relay Protection）泛指能反应电力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出告警信号的一种自动化技术和装置。 继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。,9,1.2 继电保护研究的内容,提出保护原理 在分析电网发生故障或不正常运行状态下各种电气量或其他特征物理量（如变压器油箱内的瓦斯）的变化规律的基础上，找出它们与正常运行状态的之间的差别，然后制定出合理的保护动作判据。研制保护装置 根据已经提出的保护原理，设计实际装置来实现继电保护功能。,10,1.3 继电保护分类,按反应的电网运行状态分类 1）反应故障（包括短路和断线）状态，保护动作于相应断路器跳闸； 2）反应不正常运行状态（如过负荷、小电流接地系统发生单相接地故障等），保护动作于告警信号。按保护对象分类 如：变压器保护、线路保护、电容器保护等。,11,1.3 继电保护分类,按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和辅助保护。 主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除所保护范围内的故障。,12,1.3 继电保护分类,按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和辅助保护。 后备保护指主保护或断路器拒动时用来切除所保护范围内故障的保护原理或装置，可分为远后备保护和近后备保护。远后备保护由相邻电力设备或线路的保护来实现。近后备保护由本电力设备或线路的另一套保护来实现（当主保护拒动时），或者由断路器失灵保护来实现（当断路器拒动时，只动作于母联断路器和母线分段断路器）。,13,1.3 继电保护分类,按保护所起的作用分类 可分为主保护、后备保护和辅助保护。 辅助保护是为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时所增设的简单保护。,14,1.3 继电保护分类,按构成保护判据的特征物理量分类 如：电流保护、距离保护、差动保护等。按利用的故障信号频谱特征分类 1）工频分量；2）暂态分量 常规保护原理只反应工频分量。利用暂态分量可以构成各种超高速保护，如行波保护、暂态保护等。,15,1.3 继电保护分类,按通信通道分类 主要针对线路保护而言。可分为有通道保护和无通道保护。前者包括高频保护、微波保护、光纤保护等，后者包括所有只利用本端测量信号的保护原理。按保护装置结构型式分类 可分为机电型、静态型和微机型。,16,1.4 继电保护的工作回路,总体构成:,17,1.4 继电保护的工作回路,继电保护装置的构成:测量比较环节：测量特征量，并与整定值比较，以判断是否应该启动。逻辑判断环节：按一定逻辑关系判断是否发生区内故障。执行输出环节：负责发出保护动作脉冲信号。,18,1.5 对继电保护的基本要求,对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。 可靠性 包括安全性和信赖性，是对继电保护性能最根本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。,19,1.5 对继电保护的基本要求,选择性 指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障部分从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思： 1）只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障； 2）力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。,20,1.5 对继电保护的基本要求,选择性,21,1.5 对继电保护的基本要求,速动性 故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障元件，以提高系统稳定性，减少用户经受电压骤降的时间以及故障元件的损坏程度。 故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间的总和。一般快速保护的动作时间为0.06s0.12s，最快的可达0.01s0.04s。一般断路器的动作时间为0.06s0.15s，最快的可达0.02s0.06s。 保护动作速度越快，为防止保护误动采取的措施越复杂，成本也相应提高。因此，配电网保护装置在切除故障时往往允许带有一定延时。,22,1.5 对继电保护的基本要求,灵敏性 指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，保护装置都应能灵敏反应，没有似动非动的模糊状态。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量。根据规程规定，要求灵敏系数在1.22之间。,23,1.5 对继电保护的基本要求,实际工作中，在确定被保护元件的保护方式时，还要考虑其经济性要求，即在满足基本保护功能要求的前提下，应尽可能减少投资。随着电力市场化进程的深入，对经济性要求越来越重视，甚至把它和前面介绍的四个基本要求合在一起，称为保护的五个基本要求。 考虑经济性时，不能仅仅局限于保护装置本身投资的大小，还应从电网的整体安全及社会利益出发，按被保护元件在电网中的作用和地位来确定保护方式，因为保护不完善或不可靠造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。,24,1.5 对继电保护的基本要求,对继电保护装置的各项基本要求是研究分析继电保护性能的基础。这些要求之间往往是相互制约的，例如提高保护装置动作可靠性的措施，一般会造成动作速度及动作灵敏性下降，并增加保护成本。因此，继电保护的研究、设计、制造和运行的绝大部分工作就是围绕着如何处理好这些基本要求之间关系进行的。 实际工作中，要根据具体情况以及要解决的主要矛盾，统筹兼顾，寻求一个适当的解决方案。,25,1.6 继电保护发展概况,继电保护原理随着对电网故障特性认识的不断深入而呈现出低速、高速到超高速的发展趋势。,26,1.6 继电保护发展概况,继电保护装置随着元器件技术的发展而发展。可以概括为三个阶段、两次飞跃。,27,1.6 继电保护发展概况,配电网继电保护的特点与发展：1）传统配电网一般采用辐射性供电方式，因而其保护不需要像输电网保护那样判别故障方向。 2）配电网故障对电网整体运行的影响相对较小，因此并不严格要求配电网保护像输电网保护那样超高速动作。 3）近年来，随着我国电网结构日趋合理，电力系统继电保护的配置越来越强调简单、实用，对配电网保护来说，这一趋势更加明显。,28,1.6 继电保护发展概况,配电网继电保护的特点与发展：4）随着用户对电能质量（尤其是电压骤降 ）要求的提高以及分散发电、配电自动化技术的发展，对配电网保护也提出了新要求。,短路故障引起的电压骤降,29,1.6 继电保护发展概况,配电网继电保护的特点与发展：5）随着嵌入式系统技术的不断发展及其在变电所自动化系统和配电网自动化系统中的广泛应用，配电网的保护装置可以融合数据采集与监控（SCADA）、自动控制（包括自动重合闸、自动无功补偿、备用电源自投、自动减载等）、馈线自动化（FA）等功能，并且能够实现分散、就地安装，甚至直接嵌入到开关设备内部，形成智能化开关设备的控制内核。6）随着对故障暂态现象认识的不断深入，在小电流接地系统的继电保护方面取得了重大突破。,30,1.6 继电保护发展概况,全数字式继电保护装置： 随着电子传感器及高速数据（光纤）通信技术的发展，微机保护装置可以通过通信接口获取来自现场的数字化后的电压、电流信号，进而实现全数字式继电保护，使微机保护装置的构成出现革命性的变化。,31,内 容,继电保护基础知识继电保护基本原理利用故障分量的继电保护原理小电流接地系统单相接地故障保护小结,32,2. 继电保护基本原理,2.1 电流保护 2.2 距离保护2.3 电压保护2.4 纵联电流差动保护,33,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护（2）反时限过电流保护（3）方向电流保护（4）零序电流保护,34,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护 包括: 1）无时限电流速断保护（ I段保护） 2）带时限电流速断保护（ II段保护） 3）定时限过电流保护（III段保护） 它们可组合成两段或三段电流保护。 这三种电流保护都是反应电流增大而动作，区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流及动作时限。,35,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护I段保护 工作原理： 反应于短路电流幅值增大而瞬时动作。 为了保证选择性，被保护线路的保护动作电流要躲过（即大于）下级线路出口处（可等同于被保护线路末端母线处）短路时可能出现的最大短路电流。,36,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护I段保护 动作电流的整定：,引入可靠系数的原因是消除整定值的计算和设置误差、短路电流中非周期分量等因素的影响，使保护动作具有选择性，以确保在被保护线路以外出现故障时不会误动作。,37,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护I段保护 动作时限的整定： t I 取决于保护装置本身固有的动作时间，一般小于10 ms。考虑到躲过线路中避雷器的放电时间为（4060）ms，一般人为地加入（6080）ms的动作延时，以防止保护误动作。,38,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护I段保护 灵敏性校验： 有选择性的I段保护不可能保护线路的全长。因此，其灵敏性只能用保护范围的大小来衡量，通常用线路全长的百分数来表示。当出现电网最小运行方式下的两相短路时，I段保护范围最小。一般情况下，应按这种运行方式和故障类型来校验其保护范围，要求大于被保护线路全长的（1520）。 保护的最小范围计算：,39,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护 I段保护 评价： 主要优点是动作迅速，缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围受电网运行方式变化及短路型式的影响。,40,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护II段保护 工作原理： 从选择性出发，通过与下级线路保护在动作电流与动作时限上的配合，将保护范围延伸到下级线路中去，从而能够以较小的时限快速切除被保护线路全线范围内的故障。 动作电流配合表示要躲过下级保护的动作电流。 动作时限配合表示在下级保护动作时限的基础上，增加一定的动作延时。,41,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护II段保护 动作电流的整定：,考虑II段保护动作时，非周期分量已经衰减，因而可靠性配合系数比I段保护整定时所取的可靠系数要小。,42,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护II段保护 动作时限的整定：,t 通常取为0.5s。随着技术的发展，保护和断路器动作速度以及定时精度有了很大的提高。为了缩短故障持续时间，减少故障引起的电压骤降对用电设备的影响，人们开始倾向于将t 选得更小一些，如选为 0.3s甚至更短。,43,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护II段保护 灵敏性校验： 保护2的II段应采用系统最小运行方式下线路A-B末端（B母线）发生两相短路时的短路电流计算灵敏系数，具体可以表示为：,为了保证在线路末端短路时，保护一定能够动作，要求Ksen 1.31.5。,44,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护II段保护 灵敏性校验： 当灵敏系数不能满足要求时，通常考虑降低II段的整定值，使之与下级线路II段保护相配合。在这种情况下的动作时限应取为：,45,2.1 电流保护,（1）三段式电流保护 II段保护 评价： 主要优点是能够保护线路全长，动作比较迅速(仅当与下级线路I段配合时)，缺点是保护范围受电网运行方式变化及短路型式的影响。 当被保护线路同时配备了I段和II段保护时，它们的联合工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在设定的时限（0；对非故障线路，qk(t)0。判别qk(t)极性可以识别故障线路。,94,4.