继电保护专业基础讲义课件

继电保护基础1、继电保护的基础知识2、线路的三段式过流保保护3、线路的纵差保护

4、变压器的保护Text5、阳煤电网继电保护及自动装置的运行1、继电保护的基础知识1、介绍短路的危害（内容）1故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。2从电源到故障点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。3靠近故障点的部分地区电压大幅下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。4破坏电力系统的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。一、继电保护的作用

2、继电保护装置的定义电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备上，用来反应它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。3、继电保护装置的基本任务1自动、有选择性、快速的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能减轻，并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行。2反应电气元件的不正常运行状态，并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号、减负荷或延时跳闸3后备保护定义1远后备：在每个设备构成的一套保护中分别起主保护、后备保护的两部分。作为后备保护的部分既可作为主保护拒动的后备，更主要的作为相邻下一设备断路器和保护拒动的后备保护。2近后备：对每个被保护设备（或称元件）上装设着分别起主保护和后备保护作用的独立的两套保护，后备保护作用的实现的特点有两个方面，一是“就近”实现，不依靠相邻的上一个元件处的保护，二是主保护拒动，由本处的后备保护起作用。2、速动性基本含义：指继电保护装置应尽可能快的速度断开故障元件。3、灵敏性（1）基本含义：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应能力称为灵敏性（灵敏度）。（2）衡量标准灵敏性常用灵敏系数来衡量。它是在保护装置的测量元件确定了动作值后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。4、可靠性基本含义：可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应该可靠地动作(即不拒动)。而在不属于该保护动作的其它情况下，则不应该动作（即不误动）5、经济性和可维护性经济性是指保护装置购置、安装、调试及运行维护等费用。可维护性是指保护装置的正常动作及定期维护，应该比较方便。2、线路的三段式过流保护1、电流继电器的功能电网发生相间短路时，一个明显的特征就是故障相电流明显增大，因此通过检测电流的变化可以断定事故的发生，这就是作为故障检测元件之一的电流继电器的功能。2、动作电流定义（Iop.r）能使继电器动作的最小电流值。3、返回电流的定义（Ire.r）能使继电器返回原位的最大电流值。一、基础知识4、继电特性的定义在继电器动作以后，当电流减小到输入继电器的电流Ir≤Ire.r时，继电器能立即返回原位。无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一中间位置。这种特性我们称之为“继电特性”5、返回系数的定义和公式继电器的返回电流与动作电流的比值。Kre=Ire.r/Iop.r6、返回系数的范围：0.8——0.91、定义：反应电流增大而瞬时动作的电流保护，简称电流速断保护。2、画出实例图如下：二、无时限电流速断保护（电流I段）3、解决选择性的两种办法：第一，优先保证动作的选择性，即从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口短路时不启动。在继电保护技术中，这又称躲开下一条线路出口处短路的条件整定。第二，当快速切除故障为首要条件时，就采用无选择性的电流速断保护，而以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。4、最大运行方式和最小运行方式的定义对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式，称为系统最大运行方式，而短路电流为最小的方式，则称为系统最小运行方式。5、大小运行方式下的短路电流情况在系统最大运行方式下发生三相短路故障时，通过保护装置的电流为最大，而在系统最小运行方式下发生两相短路时，则短路电流为最小。6、速断保护的整定公式IOP=Krel*If.maxKrel为可靠系数，Krel=1.2～1.37、速断保护在大小运行方式下的保护范围分析当系统为最大运行方式且发生三相短路故障时，电流速断的保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断的保护范围为最小。一般情况下，应按这种方式和故障类型来校验其保护范围。规程规定，最小保护范围不应小于线路全长的15%～20%。8、速断保护的主要优点简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用。1、定义限时电流速断保护用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也作为速断的后备。它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障。2、对保护的要求首先在任何情况下都能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏性，其次在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限。3、工作原理的分析和实例图如下：三、限时电流速断保护（电流II段保护）由于要求限时电流速断保护必须保护本线路的全长，因此它的保护范围必须延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路时，它就要误动。为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关。为尽量缩短此时限，首先规定其整定计算原则为限时电流速断的保护范围不超出下一条线路电流速断的保护范围，同时动作时限比下一条线路的电流速断保护高出一个△t的时间阶段。7、保护装置灵敏性的校验（1）定义为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力，这个能力通常用灵敏系数来Ksen衡量。（2）公式Ksen=If.B.min/I2op.2式中If.B.min——系统最小运行方式下线路A—B末端发生两相短路时的短路电流；I2op.2——保护2限时电流速断的整定电流值。（3）灵敏系数的范围：1.3——1.58、单相原理接线图1、保护引出的原因前面所讲的无时限电流速断保护和限时电流速断保护的动作电流，都是按某点的短路电流来整定的。虽然无时限电流速断保护可无时限的切除故障线路，但它不能保护线路的全长。限时电流速断保护虽然可以较小的时限切除线路全长上任一点的故障，但它不能作为相邻线路故障的后备。故引入定时限过电流保护。2、保护定义启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。四、定时限过电流保护（电流III段）4、自起动系数定义和范围当故障切除后电压恢复时。电动机有一个自启动的过程。电动机的自启动电流要大于它正常工作的电流，因此引入一个自启动系数Kst来表示自启动时最大电流Ist.max与正常运行时最大负荷电流IL.max之比，即Ist.max=Kst*IL.max式中Kst一般取1.5～35、返回系数定义数值Kre=Ire/Iop式中Ire——返回电流Iop——启动电流Kre——返回系数，一般取0.856、定时限过电流保护整定公式Iop=(Krel*Kst)/Kre*IL.max式中Krel——可靠系数，一般取1.15～1.25Kre——返回系数，一般取0.857、为什么要求有较高的返回系数当Kre减小时，保护装置的启动电流越大，因而其灵敏性越差。这就要求过电流继电器有较高返回系数的原因。8、动作时限的要求（为什么称为定时限）此保护的动作时限，经整定计算确定之后，即由专门的时间继电器予以保证，其动作时限与短路电流的大小无关，因此称为定时限过电流保护。2、分析和实例由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速而有选择性的切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时电流速断加过电流保护，也可以三者同时采用。如下图所示网络接线：在电网最末端——用户的电机或其它受电设备上，保护1采用瞬时动作的过电流保护即可满足要求，其启动电流按躲开电动机启动时的最大电流整定，与电网中其它保护的定值和时限上都没有配合关系

在电网倒数第二级上，保护2应首先考虑采用0.5秒的过电流保护，如果在电网中对线路C—D上的故障没有提出瞬时切除的要求，则保护2只装设一个0.5s的过电流保护也是完全允许的，而如果要求线路C—D上的故障必须快速切除，则可增设一个电流速断，此时保护2就是一个速断加过电流保护的两段式保护。继续分析保护3，其过电流保护由于要和保护2配合，以此动作时限要整定为1～1.2s，一般在这种情况下，就需要考虑增设电流速断或同时装设电流速断和限时电流速断，因此保护3可能是两段式也可能是三段式。越靠近电源端，则过电流不好的动作时限就越长，因此，一般都需要装设三段式的保护。具有上述配合关系的保护装置配置情况，以及各点短路时实际切除故障的时间也相应地表示在图上。由图可见，当全网任何地点发生短路时，如果保护或断路器拒绝动作的情况，则故障都可在0.5s的时间予以切除。下图为阶段式电流保护的配合和实际动作时间的示意图。3、单相接线原理图具有电流速断、限时电流速断和过电流保护的单相原理接线图。电流速断部分由继电器1～3组成，限时电流速断部分由继电器4～6组成，过电流部分由继电器7～9组成。由于三段的启动电流和动作时间整定值均不相同，因此必须分别使用三个电流继电器和两个时间继电器，而信号继电器3，6和9则分别用以发出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作的信号。4、优点简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。因此在电网特别是在35KV及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应用。5、缺点它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响。例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不易满足灵敏系数或保护范围的要求。1、纵差保护的引出在现代的高电压（220KV及以上）输电系统中，为了保证系统运行的稳定性，在很多情况下都要求保护能无时限的切除被保护线路任何点的故障。电流电压保护、方向电流保护和距离保护都不能满足这一点要求。因为这些保护的测量元件只能反应被保护线路一端的电气量，因而它们无法区分本线路末端和下一线路始端的故障。这不仅由于在这两处短路时，测量元件至短路点的电气距离趋于相等，而且还由于测量元件的测量误差，短路电流计算的原始数据不十分准确，互感器误差，短路类型不同，以及系统运行方式的变化等因素。因此为了保证保护的选择性就不得不采用延时或缩短保护区的办法。因而这些保护都不能满足无延时切除被保护线路任何点故障的要求，为了解决这一问题就必须采用新原理的保护——纵差保护。3、线路的纵差保护2、纵差保护的原理按比较被保护的线路各端电流的大小相位的原理实现的。3、纵差保护的定义由于引入继电器的电流是被保护线路两端电流之差，故这种保护称为电流纵差动保护。4、分析和实例图在输电线路的两段装设性能和变比完全相同的电流互感器，其二次侧同极性端用引导线连接，电流继电器接于差动回路中。如下图所示被保护线路MN末端K1点和下一条线路始端K2点短路时，通过线路末端的短路电流（IN1与IN2），不仅大小不同，而且方向相反。如果M侧保护的测量元件能同时反应线路MN两侧的电量（电流的大小和相位或功率的方向），则保护就能正确判断线路MN末端（内部）和下一条线路始端（外部）的短路。因此，不需延时就可保证动作的选择性，即可以无延时的切除被保护线路任何点的故障。输电线路内、外短路示意图5、影响纵差保护的因素1电流互感器的误差和不平衡电流；2引导线的阻抗和分布电容；3引导线的故障和感应过电压。1、故障类型电力变压器的故障分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括绕组的相间短路，中性点直接接地侧的接地短路和匝间短路。油箱外部故障，主要是绝缘套管和引出线上发生的相间短路和中性点直接接地侧的接地短路。2、异常运行状态过负荷外部引起的过电流、外部接地短路引起的中性点过电压、油面下降及过电压或频率降低引起的过励磁现象等。4、变压器的保护一、故障异常状态及保护方式3、应该装设的保护1防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的（纵联）差动保护。2防止变压器油箱内部各种短路或断线及油面降低的瓦斯保护。3防止直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的零序电流保护、零序电压保护及变压器接地中性点有放电间隙的零序电流保护。4防止变压器过励磁保护。5防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的过电流保护和阻抗保护。6防止变压器对称过负荷的过负荷保护。7反应变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。1、差动保护的原理（1）接线方式和比率制动判据二、变压器内部故障的差动保护三相变压器高、低（有时还有中压侧）绕组接线方式（即连接组别）不同，例如常见的主变具有高、低压双侧绕组，采用Y,d11型接线方式，因此变压器两侧同名相电流的相位不一致。在注册运行工况下，变压器三角形侧的线电流比星型侧的线电流超前30°，令一方面因变压器变比K的影响，高、低压侧的电流也不相同。为了保证正常运行时在变压器差动保护的二次回路中，原、副方电流的幅值与相位基本一致，在选取电流互感器的二次接线方式与变比时需考虑进行相位与幅值校正。采用比率制动特性后，最小动作电流Iop.min只需躲过正常运行时最大不平衡电流。（2）不平衡电流的种类1由于变压器高、低压侧电流互感器变比不能完全满足要求而产生不平衡电流。2带负荷调压而产生不平衡电流。3变压器两侧电流互感器误差不同产生的不平衡电流。4励磁涌流（3）励磁涌流的定义当变压器空载投入或者外部故障切除电压恢复时，励磁电流突然大大增加，其值可达额定电流的6～8倍，该电流称为励磁涌流。（4）励磁涌流的特点1变压器每相绕组励磁涌流中含有较大的二次谐波分量，其含量大小与铁芯饱和磁通、剩磁大小及电压突变初相角等因素直接相关。2每相涌流及二相涌