培训电力系统基本概念及继电保护基本原理.pptx

培训电力系统基本概念及继电保护基本原培训电力系统基本概念及继电保护基本原理理培训内容：培训内容：培训内容：培训内容：电力系统的基本概念电力系统的基本概念 ；电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系；念及相互关系；发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流互感器发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流互感器（CTCT），电压互感器（），电压互感器（PTPT）等在电力系统中的作用；）等在电力系统中的作用；一次设备与二次设备的概念；一次设备与二次设备的概念；继电保护的作用；继电保护的作用；继电保护的四性及相互关系；继电保护的四性及相互关系；继电保护的发展历程；继电保护的发展历程；线路保护的基本原理；线路保护的基本原理；变压器保护的基本原理；变压器保护的基本原理；电动机保护的基本原理；电动机保护的基本原理；电容器保护的基本原理；电容器保护的基本原理；备自投的基本原理；备自投的基本原理；第1页/共80页电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统的基本概念一、电力系统的组成一、电力系统的组成一、电力系统的组成一、电力系统的组成1 1、电能在现代社会中的地位及优点：、电能在现代社会中的地位及优点：1 1）电能在现代社会中是最重要、也是最方便的能源；）电能在现代社会中是最重要、也是最方便的能源；2 2）它可以方便地转化为别的形式的能，如机械能、热能、光能、化）它可以方便地转化为别的形式的能，如机械能、热能、光能、化学能等；学能等；3 3）易于实现输送和分配；）易于实现输送和分配；4 4）应用规模也很灵活。）应用规模也很灵活。2 2、几个基本概念：、几个基本概念：电力系统生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连电力系统生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。接在一起而组成的整体称为电力系统。动力系统如果把火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户动力系统如果把火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等动力部分与电力系统包括在一起，水电厂的水轮机和水库等动力部分与电力系统包括在一起，称为动力系统。称为动力系统。电力网电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网。电力网电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网。第2页/共80页第3页/共80页二、对电力系统运行的基本要求二、对电力系统运行的基本要求二、对电力系统运行的基本要求二、对电力系统运行的基本要求1 1、电力系统运行的基本特点：、电力系统运行的基本特点：1 1）电能不能大量存储：生产、输送、分配和消费同时进行；）电能不能大量存储：生产、输送、分配和消费同时进行；2 2）电力系统的暂态过程非常短促；）电力系统的暂态过程非常短促；3 3）与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系，供电）与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系，供电的突然中断会带来严重的后果。的突然中断会带来严重的后果。2 2、根据以上电力系统的特点，对其的基本要求是：、根据以上电力系统的特点，对其的基本要求是：1 1）保证安全可靠供电；具体做法为：）保证安全可靠供电；具体做法为：A A严密监视设备的运行状态和认真维修设备以减少其事故的发生；严密监视设备的运行状态和认真维修设备以减少其事故的发生；B B不断提高运行员的技术水平，减少误操作的次数；不断提高运行员的技术水平，减少误操作的次数；C C系统具备有足够的有功及无功电源；系统具备有足够的有功及无功电源；D D完善电力系统的结构，提高抗干扰能力；完善电力系统的结构，提高抗干扰能力；E E利用现代的高科技实现对系统的控制和监视；利用现代的高科技实现对系统的控制和监视；F F根据对用电可靠性的要求，降负荷按等级划分。根据对用电可靠性的要求，降负荷按等级划分。2 2）要有符合要求的电能质量（电压和频率）；）要有符合要求的电能质量（电压和频率）；3 3）要有良好的经济性：降低耗媒率，降低线损等。）要有良好的经济性：降低耗媒率，降低线损等。第4页/共80页三、电力系统的接线方式三、电力系统的接线方式三、电力系统的接线方式三、电力系统的接线方式1 1、无备用接线方式：、无备用接线方式：2 2、有备用接线方式：、有备用接线方式：第5页/共80页电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系电压，电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率的基本概念及相互关系U U：电压有效值电压有效值I I：电流有效值电流有效值F F：频率频率CosCos：功率因数：功率因数P P：有功功率有功功率QQ：无功功率无功功率S:S:视在功率视在功率关系：S P j QP U I CosQ U I Sin第6页/共80页发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流发电机，变压器，线路，电容器，断路器，刀闸，电流互感器（互感器（互感器（互感器（CTCTCTCT），电压互感器（），电压互感器（），电压互感器（），电压互感器（PTPTPTPT）等在电力系统中的作）等在电力系统中的作）等在电力系统中的作）等在电力系统中的作用用用用1 1、发电机：把各种形式的能量转化为电能的设备。、发电机：把各种形式的能量转化为电能的设备。2 2、变压器：电能需要传送，变压器将电压升高进行长距离传输，这、变压器：电能需要传送，变压器将电压升高进行长距离传输，这样可以降低损耗；当使用电能时，为了满足电气设备的要求，样可以降低损耗；当使用电能时，为了满足电气设备的要求，变压器将电压降低。变压器将电压降低。3 3、线路：传输电能。、线路：传输电能。4 4、电容器：给系统补偿无功。、电容器：给系统补偿无功。5 5、断路器：切断大电流的设备，具有灭弧的功能。、断路器：切断大电流的设备，具有灭弧的功能。6 6、刀闸：为了检修设备时，有可靠的断点。、刀闸：为了检修设备时，有可靠的断点。7 7、电流互感器：（一次）大电流、电流互感器：（一次）大电流（二次）小电流（额定值为（二次）小电流（额定值为5A5A或或1A1A）；隔离作用。）；隔离作用。8 8、电压互感器：一次高电压、电压互感器：一次高电压 二次低电压（额定值二次低电压（额定值100V100V）。）。第7页/共80页一次设备与二次设备的概念一次设备与二次设备的概念一次设备与二次设备的概念一次设备与二次设备的概念1 1、一次设备：、一次设备：、一次设备：、一次设备：指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备，它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动电气设备，它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等；电动机等；2 2、二次设备：、二次设备：、二次设备：、二次设备：指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备，如熔断器、控制开关、保护装置、控制电缆等。电气设备，如熔断器、控制开关、保护装置、控制电缆等。第8页/共80页继电保护的作用继电保护的作用继电保护的作用继电保护的作用一、系统发生短路时可能产生的后果一、系统发生短路时可能产生的后果一、系统发生短路时可能产生的后果一、系统发生短路时可能产生的后果1 1、通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损、通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；坏；2 2、短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它、短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命；们的损坏或缩短使用寿命；3 3、电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性、电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品的质量；或影响工厂产品的质量；4 4、破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至瓦解整、破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至瓦解整个系统。个系统。二、继电保护的概念：二、继电保护的概念：二、继电保护的概念：二、继电保护的概念：当系统一旦发生故障时，保证系统能有选择当系统一旦发生故障时，保证系统能有选择性的、快速的切除故障的装置，称为继电保护装置；原来实现性的、快速的切除故障的装置，称为继电保护装置；原来实现此功能的装置是由继电器组合来实现的，故称为继电保护装置，此功能的装置是由继电器组合来实现的，故称为继电保护装置，而目前继电器已被电子元件及计算机替代，但仍沿用此名称。而目前继电器已被电子元件及计算机替代，但仍沿用此名称。在电力部门常用继电保护一词泛指机电保护技术或由各种继电在电力部门常用继电保护一词泛指机电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。保护装置组成的继电保护系统。第9页/共80页三、继电保护的基本任务：三、继电保护的基本任务：三、继电保护的基本任务：三、继电保护的基本任务：1 1、自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故、自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；运行；2 2、反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动、反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或跳闸。作于发信号、减负荷或跳闸。第10页/共80页继电保护的四性及相互关系继电保护的四性及相互关系继电保护的四性及相互关系继电保护的四性及相互关系一、继电保护的一、继电保护的一、继电保护的一、继电保护的4 4个基本要求：个基本要求：个基本要求：个基本要求：1 1、选择性：、选择性：即保护装动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，即保护装动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少，让无故障部分仍能继续安全运行。使停电范围尽量减少，让无故障部分仍能继续安全运行。1 1）图片图片2 2）d1 d1、d2 d2、d3d3短路的切除范围。短路的切除范围。3 3）考虑拒动的可能：远后备、近后备。）考虑拒动的可能：远后备、近后备。第11页/共80页2 2、速动性：、速动性：快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。的损坏程度。3 3、灵敏性：、灵敏性：指对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反映指对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反映能力。在保护范围内，不论短路点的位置、短路的类型如何，能力。在保护范围内，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，都能敏锐的正确反映。以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐的正确反映。灵敏系数：灵敏系数：检验保护装置所保护的范围发生故障时，继电保护检验保护装置所保护的范围发生故障时，继电保护装置的反映能力。对于过量保护装置，灵敏系数的含义：装置的反映能力。对于过量保护装置，灵敏系数的含义：Klm=Klm=保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值 /保护装保护装置的动作参数置的动作参数故障参数的计算值根据实际情况合理地采用最不利于保护动作故障参数的计算值根据实际情况合理地采用最不利于保护动作的系统运行方式和故障类型来选定。的系统运行方式和故障类型来选定。4 4、可靠性：、可靠性：该动作时，不拒动；不该动作时，不误动。该动作时，不拒动；不该动作时，不误动。第12页/共80页二、四性的相互关系：二、四性的相互关系：二、四性的相互关系：二、四性的相互关系：1 1、选择性与速动性存在矛盾、选择性与速动性存在矛盾，解决矛盾的方法是：，解决矛盾的方法是：1 1）切除故障允许有一定的延时；）切除故障允许有一定的延时；2 2）对于维持系统稳定的、重要的、可能危及人生安全的故障必须保）对于维持系统稳定的、重要的、可能危及人生安全的故障必须保证快速切除。证快速切除。2 2、灵敏性与可靠性存在矛盾、灵敏性与可靠性存在矛盾，保护设置太灵敏，容易引起，保护设置太灵敏，容易引起“误动误动”，不可靠；保护设置过分的考虑，不可靠；保护设置过分的考虑“稳妥性稳妥性”，增加了，增加了“拒动拒动”的可能性。为了解决这个矛盾，我们一般根据电力系统的结的可能性。为了解决这个矛盾，我们一般根据电力系统的结构和负荷性质的不同，误动和拒动的危害程度有所不同来进行构和负荷性质的不同，误动和拒动的危害程度有所不同来进行考虑：考虑：1 1）系统中有充足的备用容量、输电线路很多、各系统之间和电源与）系统中有充足的备用容量、输电线路很多、各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时，提高继电保护负荷之间联系很紧密时，提高继电保护“不拒动不拒动”的可靠性比的可靠性比提高提高“不误动不误动”的可靠性更为重要；的可靠性更为重要；2 2）系统中备用容量很少，各系统之间和电源与负荷之间联系比较薄）系统中备用容量很少，各系统之间和电源与负荷之间联系比较薄弱的情况下，提高继电保护弱的情况下，提高继电保护“不误动不误动”的可靠性比提高的可靠性比提高“不拒不拒动动”的可靠性更为重要。的可靠性更为重要。第13页/共80页继电保护的发展历程继电保护的发展历程继电保护的发展历程继电保护的发展历程一、继电保护原理发展史：一、继电保护原理发展史：一、继电保护原理发展史：一、继电保护原理发展史：1 1、1919世纪世纪9090年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器；式的电磁型过电流继电器；2 2、19011901年出现了感应型过电流继电器；年出现了感应型过电流继电器；3 3、19081908年提出比较被保护元件两端电流的差动保护原理；年提出比较被保护元件两端电流的差动保护原理；4 4、19101910年方向保护得到运用；年方向保护得到运用；5 5、19201920年前后距离保护出现；年前后距离保护出现；6 6、19271927年前后出现了利用高压输电线路上高频载波电流传送和比年前后出现了利用高压输电线路上高频载波电流传送和比较输电线路两端功率方向或电流相位的高频保护装置；较输电线路两端功率方向或电流相位的高频保护装置；7 7、19501950年前后出现了利用微波传送电量的微波保护；年前后出现了利用微波传送电量的微波保护；8 8、19701970年前后诞生了行波保护装置。年前后诞生了行波保护装置。第14页/共80页二、继电保护装置发展史：二、继电保护装置发展史：二、继电保护装置发展史：二、继电保护装置发展史：1 1、机电式继电器：、机电式继电器：上世纪上世纪5050年代以前，以电磁型、感应型、电动年代以前，以电磁型、感应型、电动型继电器为主，都具有机械转动部分。型继电器为主，都具有机械转动部分。优点：运用广，积累了丰富的运行经验，技术比较成熟。优点：运用广，积累了丰富的运行经验，技术比较成熟。缺点缺点:体积大，功耗大，动作速度慢，机械转动部分和触点易磨体积大，功耗大，动作速度慢，机械转动部分和触点易磨损或粘连，调试维护复杂。损或粘连，调试维护复杂。2 2、晶体管式机电保护装置、晶体管式机电保护装置（第一代电子式静态保护装置）：（第一代电子式静态保护装置）：5050年年代开始发展，代开始发展，7070年代得到广泛应用。年代得到广泛应用。优点：解决了机电式继电器存在的缺点优点：解决了机电式继电器存在的缺点缺点：易受外界电磁干扰，在初期经常出现缺点：易受外界电磁干扰，在初期经常出现“误动误动”的情况，的情况，可靠性稍差。可靠性稍差。3 3、集中电路继电保护装置、集中电路继电保护装置（第二代电子式静态保护装置）：（第二代电子式静态保护装置）：8080年年代后期出现，将数十个甚至更多的晶体管集中在一个半导体芯代后期出现，将数十个甚至更多的晶体管集中在一个半导体芯片上。片上。优点：体积更小，工作更可靠。优点：体积更小，工作更可靠。第15页/共80页4 4、微机保护：、微机保护：9090年代后，已大量投入使用，成为机电保护装置的年代后，已大量投入使用，成为机电保护装置的主要形势。可以说微机保护代表着电力系统机电保护的未来，主要形势。可以说微机保护代表着电力系统机电保护的未来，目前已成为电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的统一目前已成为电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分。计算机系统的组成部分。优点：优点：1 1）具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆）具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆功能，因而可以实现任何性能完善且复杂的保护原理；功能，因而可以实现任何性能完善且复杂的保护原理；2 2）微机）微机保护可以自检，可靠性高；保护可以自检，可靠性高；3 3）可用同一的硬件实现不同的保护）可用同一的硬件实现不同的保护功能，制造相对简化，易进行标准化；功能，制造相对简化，易进行标准化；4 4）功能强大：故障录波，）功能强大：故障录波，故障测距，事件顺序记录，调度通讯等功能。故障测距，事件顺序记录，调度通讯等功能。第16页/共80页电网线路保护的基本原理电网线路保护的基本原理电网线路保护的基本原理电网线路保护的基本原理一、阶段式电流保护一、阶段式电流保护一、阶段式电流保护一、阶段式电流保护1 1、电流速断保护：、电流速断保护：1 1）说明：该保护简单可靠、动作迅速，得到广泛应用；但）说明：该保护简单可靠、动作迅速，得到广泛应用；但 缺点是缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围受系统运行方式的影响，不可能保护线路的全长，并且保护范围受系统运行方式的影响，一般对于系统运行方式变化很大或线路很短的情况下使用速断一般对于系统运行方式变化很大或线路很短的情况下使用速断保护，效果不佳。保护，效果不佳。2 2）图片：）图片：3 3）分析：）分析：a a）整定原则：按照躲过最大运行方式下本线路尾端三相短路时电流）整定原则：按照躲过最大运行方式下本线路尾端三相短路时电流整定。整定。b b）为何不能保护线路的全长：保证选择性；）为何不能保护线路的全长：保证选择性；c c）保护范围怎样受系统运行方式的影响：最大运行方式时，保护范）保护范围怎样受系统运行方式的影响：最大运行方式时，保护范围最大；最小运行方式时，保护范围最小，甚至失灵。围最大；最小运行方式时，保护范围最小，甚至失灵。第17页/共80页第18页/共80页2 2、限时电流速断保护、限时电流速断保护1 1）说明：有选择性的电流速断不能保护线路全长，故需增加一段新）说明：有选择性的电流速断不能保护线路全长，故需增加一段新的保护，用以切除本线路上速断范围以外的故障，同时也作为的保护，用以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，这就引出了限时电流速断保护。对于该保护的要速断的后备，这就引出了限时电流速断保护。对于该保护的要求是：求是：a a）在任何情况下，能保护线路的全长，并具有足够的灵敏性；）在任何情况下，能保护线路的全长，并具有足够的灵敏性；b b）在较小的时限快速切除全线路范围以内的故障。）在较小的时限快速切除全线路范围以内的故障。3 3）分析：）分析：a a）整定原则：按照保护范围不超出下一条线路速断保护的范围，动）整定原则：按照保护范围不超出下一条线路速断保护的范围，动作时限比下一条线路速断保护高出一个时间阶段作时限比下一条线路速断保护高出一个时间阶段tt，通常取，通常取0.50.5秒。秒。b b）限时速断保护灵敏性的要求：为了保证在线路末端短路时，保）限时速断保护灵敏性的要求：为了保证在线路末端短路时，保护装置一定能够动作，对限时电流速断保护要求护装置一定能够动作，对限时电流速断保护要求Klm 1.3Klm 1.31.51.5，以防止当线路末端短路时，出现一些不利于保护动作启动的，以防止当线路末端短路时，出现一些不利于保护动作启动的因素（如非金属性短路、计算误差、互感器误差、保护装置误因素（如非金属性短路、计算误差、互感器误差、保护装置误差等），使保护拒动。差等），使保护拒动。c c）速断与限时速断保护配合的评价：两个保护的联合工作保证了全）速断与限时速断保护配合的评价：两个保护的联合工作保证了全线路范围内的故障都能在线路范围内的故障都能在0.50.5秒的时间范围内切除，在一般的情秒的时间范围内切除，在一般的情况下都能够满足速动性的要求，能够构成一条线路的主保护。况下都能够满足速动性的要求，能够构成一条线路的主保护。第19页/共80页3 3、定时限过电流保护、定时限过电流保护1 1）说明：由于速断保护不能保护线路的全长，故通过限时速断保护）说明：由于速断保护不能保护线路的全长，故通过限时速断保护既可作为主保护保护本线路尾端速断所不能保护的范围，又能既可作为主保护保护本线路尾端速断所不能保护的范围，又能作为本线路速断的后备保护，但限时速断保护不能作为相邻下作为本线路速断的后备保护，但限时速断保护不能作为相邻下一条线路的后备保护一条线路的后备保护 ，故为了保证整个系统的可靠性，引入了，故为了保证整个系统的可靠性，引入了定时限过电流保护。定时限过电流保护。该保护通常按照躲开最大负荷电流来整定，在正常运行情况下该保护通常按照躲开最大负荷电流来整定，在正常运行情况下不应启动，而在电网发生故障时，则能反映于电流的增大而动不应启动，而在电网发生故障时，则能反映于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能保护线路的全长，也能保护相邻作，在一般情况下，它不仅能保护线路的全长，也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。线路的全长，以起到后备保护的作用。第20页/共80页4 4、阶段式电流保护的评价：、阶段式电流保护的评价：其主要优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快其主要优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在速切除故障的要求，因此在电网中特别是在35kV35kV及以下的较低及以下的较低电压网络中获得了广泛应用。但其缺点是受电网的接线以及电电压网络中获得了广泛应用。但其缺点是受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响。力系统运行方式变化的影响。5 5、电流保护的接线方式：三相星形接线、两相星形接线、电流保护的接线方式：三相星形接线、两相星形接线1 1）两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直）两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都广泛采用作为相间保护。并且经过分析，在接接地电网中，都广泛采用作为相间保护。并且经过分析，在分布很广的中性点非直接接地电网中，放射性接线网络居多，分布很广的中性点非直接接地电网中，放射性接线网络居多，在此情况下，采用两相星形接线可以保证有在此情况下，采用两相星形接线可以保证有2/32/3的机会只切除一的机会只切除一条线路，而采用三相星形接线是条线路，而采用三相星形接线是100100的同时切除两条线路，不的同时切除两条线路，不利于系统运行。利于系统运行。2 2）三相星形接线广泛用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保）三相星形接线广泛用于发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中，能提高保护的可靠性及灵敏性（分析当过电流保护接于护中，能提高保护的可靠性及灵敏性（分析当过电流保护接于降压变压器的高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，如果降压变压器的高压侧作为低压侧线路故障的后备保护时，如果保护采用三相星形接线，则有一相由于流有较其他两相大一倍保护采用三相星形接线，则有一相由于流有较其他两相大一倍的电流，故灵敏系数增加了一倍。所以一般采用高后备作为线的电流，故灵敏系数增加了一倍。所以一般采用高后备作为线路的后备保护为好路的后备保护为好 ）。）。第21页/共80页第22页/共80页 如上图所示，降压变压器低压侧发生AB两相短路时，在故障点有，IA2=-IB2，IC2=0，设低压侧每相绕组中的电流为别为Ia2，Ib2，Ic2，则：Ia2 Ib2 IA2，Ib2 Ic2 IB2，Ic2 Ia2 IC2。由此可得：Ia2 Ic2 IA2/3，Ib2 2IA2/3。根据变压器的工作原理，即可求得高压侧电流的关系为：IA1 IC1，IB12 IA1。由此可以看出，如果变压器高后备采用三相保护，其B相较其他两相大一倍的电流，因此，灵敏系数增加一倍。第23页/共80页二、电网的方向性电流保护二、电网的方向性电流保护1、工作原理：1）对于单侧电源网络，断路器及保护都安装在被保护线路靠近电源的一侧；而对于双侧电源网络，每条线路的两侧均装有断路器和保护装置。（为什么）2）方向元件应保证正方向可靠动作，反方向可靠不动作，才能保证保护有选择性动作。定义：电流从母线流向线路为正方向。3）图例说明：第24页/共80页2、关于方向保护几个问题的说明：1）90度接线：主要防止在正方向出口附近发生三相短路、相间接地短路以及单相接地短路时，由于单相电压数值很小，甚至为0，使保护不能判别方向，通常指保护存在“电压死区”，可能引起保护拒动，故为了减少或消除“死区”，采用90度接线，即进行方向判断时，A相电流对BC相间电压进行判断，B相电流对CA相间电压进行判断，C相电流对AB相间电压进行判断。2）采用记忆功能：采用90度接线仍然不能减小和消除三相短路时的死区，因此采用记忆回路，即保护装置记录故障前的几个电压波形，当故障发生时，将故障电流与记录的电压相角进行比较。第25页/共80页第26页/共80页三、中性点直接接地电网的零序保护三、中性点直接接地电网的零序保护1、中性1点直接接地电网发生接地时零序分量的特点：1）故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压越低。2）零序电流的分布，主要决定于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目及位置无关。3）对于发生故障的线路，两端零序功率的方向与正序功率的方向相反，由线路流向母线。4）任一保护安装处的零序电压与零序电流之间的关系，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关，保护安装处的零序电压实际上是该点到零序网络中性点之间零序阻抗上的电压降。5）在电力系统运行方式变化时，如果送电线路和中性点接地的变压器数目不变，则零序阻抗和零序等效网络也不变。第27页/共80页接地短路时的零序等效网络第28页/共80页2、三段式零序电流保护（与阶段式保护类似，这里主要谈一下1段零序。）1）零序一段（零序电路速断）整定原则：A 躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流。B 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流。C 当线路采用单相自动重合闸时，应躲开在非全相运行状态下又发生系统 震荡时，所处现的最大零序电流。第29页/共80页2)分析：A 在有些情况下，如果按照原则2）整定使启动电流过大，而使保护范围缩小，可以考虑在手动合闸以及三相重合闸时，将该保护带有一定的延时（0.1秒），以躲过断路器三相不同期合闸。B 对于线路采用单相自动重合闸时，如果按照原则1）、2）进行整定，一般躲不开非全相运行状态下又发生系统震荡时的最大零序电流，在这种情况下，一般设置两个零序速断保护：灵敏一段：按照原则a、b整定，故定值较小，保护范围较大，主要任务是全相运行情况下的保护，而当单相重合闸启动时闭锁，恢复时投入。不灵敏一段：按照原则3）整定，故定值较大，保护范围较小，目的是在单相重合闸过程中起到保护作用。第30页/共80页3、为何110kV及以上系统一般采用零序电流保护，而不采用三相电流保护作为单相接地故障的保护。两者比较，零序保护具有如下优点：A 灵敏度高：零序过流保护按照躲开不平衡电流的原则整定，其值一般为23安，而过流保护至少按照躲过最大负荷电流整定。发生单相接地短路时，故障相的电流与3I0相等。B 受系统运行方式变化的影响小，而电流速断与限时电流速断直接受系统运行方式的变化大。C 不受某些不正常运行状态的影响：如发生系统震荡、短时过负荷时，三相是对称的，不会产生零序电流而动作，而电流保护则有可能误动。D 在超高压系统中，单相接地故障约占7090%，其他的故障也往往是由其引起，因此，采用专门的零序保护具有显著的优越性。第31页/共80页四、中性点非直接接地电网的零序保护四、中性点非直接接地电网的零序保护1、中心点不接地电网单相接地故障的特点：1）三相之间的线电压仍然对称，对负荷的供电没有影响，可以继续运行12个小时；2）单相接地后，其他俩相对地电压升高1.732倍，对系统的绝缘造成影响，故应该及时发信号，以便运行人员采取措施排除故障；3)在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压，并且整个系统零序电压相等；4）在非故障相的元件上流有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为母线流向线路；5）在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，方向由线路流向母线。第32页/共80页第33页/共80页第34页/共80页2、中性点经消弧线圈接地电网相关问题：1）消弧线圈的作用：中性点不接地系统发生单相接地故障时，在接地点流过全系统的对地电容电流，如果该电流够大，就会在接地点燃起电弧，导致两点或多点的接地短路，造成停电事故。为了解决这个问题，在系统的中性点接入一个电感线圈，当系统发生接地时，给系统补偿一个电感电流，该电感电流也流过接地点，对电容电流进行补偿，消除接地弧光，故这个电感线圈叫消弧线圈。2）加入消弧线圈接地电网的零序等效网络如下：第35页/共80页第36页/共80页3、消弧线圈的补偿方式：1）全补偿：IL=IC，接地点的电流近似为0，从补偿效果来说，应该是最好的，但其存在很大的缺点，因为完全补偿时，感抗与容抗相等，满足串联谐振的条件，故在正常情况下，如果架空线路对地电容的不平衡或负荷不平衡，并且在断路器非全相合闸时，都将会在中性点产生不平衡电压，该电压在回路中发生电流谐振，在中性点上感应出很高的电压，威胁中心点的绝缘。利用戴维南定理（什么是戴维南定理），中心点位移电压计算公式（不计负荷的影响）：U0=（Ea*jCa+Eb*jCb+Ec*jCc）/（jCa+jCb+jCc）（EaCa+EbCb+EcCc）/（Ca+Cb+Cc）2）欠补偿：ILZCH重合，若成功，恢复正常供电；若不成功，按选择性动作。优点：快速切出故障，设备少。缺点：永久性故障，再次切除故障的时间可能很长；装ZCH的DL动作次数多，若DL拒动，将扩大停电范围。主要用于35KV以下的网络。第46页/共80页2、重合闸后加速保护（简称“后加速”）每条线路上均装有选择性的保护和ZCH。第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后则加速保护动作，切除故障。例：第一次短路时，保护1 II段动，ZCH重合，之后保护1瞬时动。优点：第一次跳闸时有选择性的，再次切除故障的时间加快，有利于系统并联运行的稳定性。缺点：第一次动作时间可能带时限。应用于35KV以上的高压网络中。第47页/共80页变压器保护的基本原理变压器保护的基本原理变压器保护的基本原理变压器保护的基本原理概述概述 一、变压器的故障：一、变压器的故障：1、油箱内部故障：1）各项绕组之间的相间短路2）单项绕组部分线匝之间的匝间短路3）单项绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障。2、油箱外部故障 1）引出线的相间短路2）绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路。第48页/共80页二、变压器不正常工作状态：二、变压器不正常工作状态：1、油箱漏油造成油面降低2、外部接地引起的中性点过压3、外部短路或过负荷 4、外加电压过高或频率降低 三、应装设的继电保护装置三、应装设的继电保护装置 1）瓦斯保护 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低 重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号2）纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路 第49页/共80页3）相间短路的后备保护,作为（1）(2)的后备a 过电流保护b复合电压起动的过电流保护c负序过电流4)零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路5)过负荷保护：防御变压器对称过负荷6)过励磁保护：防御变压器过励磁第50页/共80页变压器纵差动保护变压器纵差动保护 一、构成变压器纵差动保护的基本原则一、构成变压器纵差动保护的基本原则 第51页/共80页二不平衡电流产生的原因和消除方法：二不平衡电流产生的原因和消除方法：理论上，正常运行和区外故障时，Ij=I1-I2=0。实际上，很多因素使Ij=Ibp0。（Ibp为不平衡电流）下面讨论不平衡电流产生的原因和消除方法：1、由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：（/-11）Y.d11 接线方式两侧电流的相位差30。消除方法：相位校正。变压器Y侧CT（二次侧）：形。Y.d11 变压器侧CT（二次侧）：Y形。Y.Y12 从下图可以看出差动臂中的 幅值相差1.732倍，对常规保护来说，通过CT变比进行调整，微机保护通过平衡系数进行调整。第52页/共80页第53页/共80页2、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:CT的变比是标准化的,如:600/5,800/5,1000/5,1200/5,所以,很难完全满足计算的要求，即Ij0,0,产生Ibp.消除方法:常规保护利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿，微机保护不存在此问题，对CT变比没有要求，通过平衡系数设置即可。第54页/共80页3、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流:(CT变换误差)Ibp.CT=KtxKerId.max/nl1 其中Ktx=1 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.4、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流:改变分接头改变nB破坏nl2/nl1=nB或 的关系.产生新的不平衡电流.(CT二次侧不允许开路,即nl2,nl1不能改变),Ibp.U=U Id.max/nl1 无法消除.此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.5、暂态情况下的不平衡电流:非周期分量的影响:比稳态Ibp大,且含有很大的非周期分量,持续时间比较长(几十周波).第55页/共80页 由ILy产生的不平衡电流:当变压器电压突然增加的情况下(如:空载投入,区外短路切除后).IL 励磁涌流，可达(6-8)Ie.特点:a 有很大的直流分量.(80%基波)b 有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波)c 波形间出现间断.(削去负波后)措施:a 采用具有速饱和铁芯的差动继电器;b间断角原理的差动保护;c利用二次谐波制动;d利用波形对称原理的差动保护。第56页/共80页二、微机型差动保护原理（以DCAP-3040 装置为例）1、差动速断保护 差动速断保护实质上是反映差动电流的过电流保护，该保护不经任何闭锁回路，直接快速动作于出口。2、差动保护 装置采用比率差动、二次谐波制动的原理。1）为何差动保护需采取比率差动的原理：防止在变压器区外故障（穿越性故障）时，高低压侧CT传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保证穿越性故障不误动。2）差动保护动作特性差动保护动作特性曲线如下图所示：第57页/共80页 图中Icd为差动电流、Izd为制动电流、Idz0为最小动作电流，Izd0为最小制动电流，Isd为差流速断动作电流，Kl为比率制动系数。动作电流高低压侧电流相减；制动电流为高低压侧电流取平均值。比率差动动作方程如下：IcdIdz0 并且 IcdIdz0+k1(Izd-I