继电保护基础知识

关于继电保护基础知识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第2页,共80页，2024年2月25日，星期天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。

概述第3页,共80页，2024年2月25日，星期天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。

概述第4页,共80页，2024年2月25日，星期天一、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第5页,共80页，2024年2月25日，星期天二、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、可靠性第6页,共80页，2024年2月25日，星期天二、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0.3~0.7S2）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。第7页,共80页，2024年2月25日，星期天三、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8页,共80页，2024年2月25日，星期天第二节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)第9页,共80页，2024年2月25日，星期天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！

第10页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第11页,共80页，2024年2月25日，星期天电容式电压互感器

优点：没有谐振问题。主要缺点：暂态响应特性较电磁式差。第12页,共80页，2024年2月25日，星期天光电式电压互感器

具有无饱和，高精度，线性度好，安全性高等特点第13页,共80页，2024年2月25日，星期天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第14页,共80页，2024年2月25日，星期天第15页,共80页，2024年2月25日，星期天光电电流电压互感器结构示意图第16页,共80页，2024年2月25日，星期天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100V1O、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第17页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第18页,共80页，2024年2月25日，星期天(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。第19页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第20页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第21页,共80页，2024年2月25日，星期天应用最多用于测量母线三相电压用于测量零序电压第22页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第23页,共80页，2024年2月25日，星期天(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第24页,共80页，2024年2月25日，星期天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！第25页,共80页，2024年2月25日，星期天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，指向负荷第26页,共80页，2024年2月25日，星期天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

第27页,共80页，2024年2月25日，星期天用于110kV及以上电压等级大电流接地系统，可以获得三相相电流。

第28页,共80页，2024年2月25日，星期天可以获得三相电流之和，即3倍的零序电流第29页,共80页，2024年2月25日，星期天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准确度级比值误差土(％)（额定一次电流下）复合误差土(％)（额定准确限值的一次电流下）额定一次电流下相位差±（’）±(rad×10-2)5P15601.810P310————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第30页,共80页，2024年2月25日，星期天1.2.5PT、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/58X=5800V500/5=X/4X=400A第31页,共80页，2024年2月25日，星期天第三节变压器保护1、故障类型2、保护配置3、整定计算第32页,共80页，2024年2月25日，星期天

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第33页,共80页，2024年2月25日，星期天（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；第34页,共80页，2024年2月25日，星期天电压等级220kV330kV500kV合计次数%次数%次数%次数%本体内部故障匝间故障1130.5611002401433.33铁芯故障12.7812.38相间接地故障822.22819.04套管故障1233.331201330.95分接开关故障411.11240614.28小计361001100510042100外部故障501354合计862896变压器总台数37211614414323本体故障变压器台数361542故障率（次/百台·年）0.960.621.130.972004年全国220kV及以上大型变压器故障统计

第35页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第36页,共80页，2024年2月25日，星期天

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第37页,共80页，2024年2月25日，星期天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）延时跳闸或发信号第38页,共80页，2024年2月25日，星期天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

瓦斯继电器油枕第39页,共80页，2024年2月25日，星期天下开口杯

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

第40页,共80页，2024年2月25日，星期天

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250～300CM3

一般油流流速整定范围为0.6～1.5m/s

第41页,共80页，2024年2月25日，星期天

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。第42页,共80页，2024年2月25日，星期天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。TA2TA1一、变压器纵差动保护的原理

核心问题仍是不平衡电流问题第43页,共80页，2024年2月25日，星期天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第44页,共80页，2024年2月25日，星期天

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第45页,共80页，2024年2月25日，星期天cbaCBAKD1KD2KD3外转角接线一次电流二次电流一次电流二次电流第46页,共80页，2024年2月25日，星期天

一次电流纵差动保护电流相量图二次电流同相Y侧△侧不同相第47页,共80页，2024年2月25日，星期天方法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△侧主变Y侧主变△侧不变换第48页,共80页，2024年2月25日，星期天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ΔfI1，Δf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，微调二次电流第49页,共80页，2024年2月25日，星期天

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第50页,共80页，2024年2月25日，星期天

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，2～10％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。第51页,共80页，2024年2月25日，星期天励磁涌流录波（空载合闸）第52页,共80页，2024年2月25日，星期天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，故障切除时间过长第53页,共80页，2024年2月25日，星期天※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。第54页,共80页，2024年2月25日，星期天※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。第55页,共80页，2024年2月25日，星期天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）0.051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，微机保护可不考虑第56页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第57页,共80页，2024年2月25日，星期天9.4.1过电流保护保护原理与线路电流Ⅲ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1.2-1.3Kre-返回系数，取0.85Il.max-最大负荷电流第58页,共80页，2024年2月25日，星期天过电流保护第59页,共80页，2024年2月25日，星期天9.4.2低电压起动过电流保护保护原理U<&I>加设了电压元件，电流保护部分动作值较过电流保护低，灵敏度有所提高第60页,共80页，2024年2月25日，星期天低电压起动过电流保护第61页,共80页，2024年2月25日，星期天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第62页,共80页，2024年2月25日，星期天复合电压起动过电流保护第63页,共80页，2024年2月25日，星期天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。第64页,共80页，2024年2月25日，星期天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*过激磁保护第65页,共80页，2024年2月25日，星期天第66页,共80页，2024年2月25日，星期天PST1200第67页,共80页，2024年2月25日，星期天第一层：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面柜配置实例第68页,共80页，2024年2月25日，星期天220kV主变保护一般配2面柜主保护双重化配置实例A柜B柜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第69页,共80页，2024年2月25日，星期天计算：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：10000±2×2.5%/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%=10250V2、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第70页,共80页，2024年2月25日，星期天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=47.28A二次：？

变压器速断保护定值：一次：47.28*3=141.84A二次：？第71页,共