华北电力大学电力系统继电保护课程教案2(23页).doc

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1、-华北电力大学电力系统继电保护课程教案2-第 23 页电力系统继电保护原理课程教案目录第一章 绪论第二章 电网的电流保护和方向性电流保护第三章 电网的距离保护第四章 输电线纵联保护第五章 自动重合闸第六章 电力变压器的继电保护第七章 发电机的继电保护第八章 母线的继电保护第四章 输电线路纵联保护41 输电线纵联差动一、 基本原理：1.反应单侧电气量保护的缺陷：无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。无法实现全线速动。 原因：（1）电气距离接近相等。 （2）继电器本身测量误差。（3）线路参数不准确。 (4)LH、YH有误差。 （5）短路类型不同。 （6）运行方式变化等。2. 输电线路纵联差动保

2、护： （1）输电线路的纵联保护：（P129 第二自然段）。 （2）导引线纵联差动保护： 用导引线传送电流（大小或方向），根据电流在导引线中的流动情况，可分为环流式和均压式两种。（P131 图4-2）自学。（注意图中隔离变压器GB的极性）IIn1Im2In2Im1例：环流法构成了导引线纵联保护： 线路两侧装有相同变比的LH 正常或区外短路：Im1=-In1 Im2=-In2 IJ=Im2+In2=0 J不动 区内短路：IJ=Im2+In2=（Im1+ In1）/nLH = Id/ nLH Idz ( 同时跳两侧DL)J动作 可见纵联差动保护的范围是两侧LH之间，理论上具有绝对选择性可实现全线速动

3、。但它只适用于1500限制在本线路。 对工频电流：Z1,保证I2起主导作用,一般K=6或8。 比相元件：根据线路两侧电流的相位判断内外故障理想：区内故障：=0停信间隙=180区外故障：=180停信间隙=0实际：区内故障：0停信间隙180区外故障：熄弧故障消除合断路器恢复供电。手动（停电时间长）效果不显著，自动重合（1”）效果明显。作用：（P153）（1）对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。（2）对两侧电源线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。（3）可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。应用：1KV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上，

4、只要装有断路器，一般应装设ZCH（P153，最后一段）。但是，ZCH本身不能判断故障是瞬时性的，还是永久性的。所以若重合于永久性故障时，其不利影响：（1）使电力系统又一次受到故障的冲击；（2）使断路器的工作条件恶化（因为在短时间内连续两次切断短路电流）。据运行资料统计，ZCH成功率6090%，经济效益很高广泛应用。二、对自动重合闸的基本要求：（1）动作迅速。，一般0.5”1.5”。tu故障点去游离，tz断路器消弧室及传动机构准备好再次动作。（2）不允许任意多次重合，即动作次数应符合预先的规定，如一次或两次。（3）动作后应能自动复归，准备好再次动作。（4）手动跳闸时不应重合（手动操作或遥控操作）

5、。（5）手动合闸于故障线路不重合（多属于永久性故障）。三、三相自动重合闸：（一）单侧电源线路的三相一次重合闸：当线路上故障（单相接地短路、相间短路）保护动作跳开三相重合闸起动合三相：故障是瞬时性的，重合成功；故障是永久性的，保护再次跳开三相，不再重合。通常三相一次自动重合闸装置由起动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分组成。放电重合闸起动tZCH一次合闸脉冲元件与控制开关KK执行元件（1）起动元件：当DL跳闸之后，使延时元件起动。起动方式：两种，1、控制开关KK位置与断路器位置不对应（优先采用），2、保护装置起动。（2）延时元件：。（3）一次合闸脉冲元件：保证重合闸装置只重合一次。

6、（4）执行元件：启动合闸回路和信号回路，还可与保护配合，实现重合闸后加速保护。（二）两侧电源线路三相一次重合闸：1、应考虑的两个问题：（1）时间的配合：考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸，此时须保证两侧均跳闸后，故障点有足够的去游离时间。（2）同期问题：重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合闸的问题。2、两侧电源线路上的主要合闸方式：（1）快速自动重合方式：当线路上发生故障时，继电保护快速动作而后进行自动重合。其特点是快速，须具备下列条件：a、线路两侧均装有全线瞬时保护。b、有快速动作的DL，如快速空气断路器。c、冲击电流1DL跳闸，小电源侧保护动跳3DL，1DL处ZCH检无压后重合，

7、若成功，恢复对非重要负荷供电，在解列点实行同步并列恢复正常供电。（5）具有同步检定和无压检定的重合闸：具同步检定和无压检定的重合闸方式示意图在两侧的断路器上，除装有单侧电源线路的ZCH外，在一侧（M侧）装有低电压继电器，用以检查线路上有无电压（检无压侧），在另一侧（N侧）装有同步检定继电器，进行同步检定（检同步侧）。1）工作过程：当线路短路时，两侧DL断开，线路失去电压，M侧低电压继电器动作，经ZCH重合。a、重合成功，N侧同步检定继电器在两侧电源符合同步条件后再进行重合，恢复正常供电；b、重合不成功，保护再次动作，跳开M侧DL不再重合，N侧不重合。2）两点说明：a、有上述分析可见，M侧DL如

8、重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，所以工作条件比N侧恶劣，为此，通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器，利用连结片定期切换其工作方式，以使两侧工作条件接近相同。b、在正常工作情况下，由于某种原因（保护误动、误碰跳闸机构等）使检无压侧（M侧）误跳闸时，因线路上仍有电压，无法进行重合（缺陷），为此，在检无压侧也同时投入同步检定继电器，使两者的触点并联工作。这样，在上述情况下，同步检定继电器工作，可将误跳闸的DL重新合闸。注：在使用同步检定的一侧，绝对不允许同时投入无压检定继电器。四、重合闸动作时限的选择原则1、单侧电源线路的三相重合闸：原则上越短越好，但应力争重合成功，保证：（1）故

9、障点电弧熄灭、绝缘恢复；（2）断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸，否则可能发生DL爆炸，如果采用保护装置起动方式，还应加上DL跳闸时间。根据运行经验，采用1”左右。2、两侧电源线路的三相重合闸：除上述要求外，还须考虑时间配合，按最不利情况考虑：本侧先跳，对侧后跳。动作时限配合示意图不对应起动方式保护起动五、自动重合闸与继电保护的配合两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速切出故障，一般有如下两种配合方式：1、重合闸前加速保护（简称“前加速”）L1、L2、L3上任一点故障，保护1速断动，跳1DLZCH重合，若成功，恢复正常供电；若不成

10、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。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。六、单相自动重合闸：220KV500KV系统中

11、，由于线间距离大，经验表明，绝大多数故障为单相接地故障d(1)。此时，若只跳开故障相，其余两相仍继续运行，可提高供电的可靠性和系统并联运行的稳定性，还可减少相间故障的发生。单相自动重合闸：d(1) 保护动，跳故障相单相重合成功，恢复三相供电。不成功，允许非全相运行再次跳故障相不重合。 不允许非全相运行再次跳三相不重合。若是相间短路，跳三相不重合。特点：1、需装设故障判别元件和故障选相元件：判别元件一般I0、U0。相间短路无I0、U0，直接跳三相。接地短路，再由选相元件判别d(1)、d(2.0)。选相元件：在d(1)时，选出故障相。2、应考虑潜供电流的影响：相间电容、相间电感提供潜供电流，使熄弧

12、时间长，所以单相重合闸动作时间一般应比三相重合闸的动作时间长。3、应考虑非全相运行状态的影响：此时将出现负序和零序分量的电流和电压，其影响：（1）I2对发电机的影响：在转子中产生倍频交流分量，产生附加发热。转子中的偶次谐波也将在定子绕组中感应出偶次电动势，与基波叠加，有可能产生危险的高电压，允许长期非全相运行的系统应考虑其影响。（2）零序电流对通信的影响：对邻近的通信线路直接产生干扰，可能造成通信设备的过电压，对铁路闭塞信号也会产生影响。（3）非全相运行状态对继电保护的影响：保护性能变坏，甚至不能正确动作。对会误动的保护采取闭锁措施等。七、综合重合闸：单相重合闸和三相重合闸综合在一起综合重合闸

13、。d(1)跳单相合单相。（单重方式）相间d跳三相合三相。（三重方式）四种运行方式：单重、三重、综重、直跳。构成原则及要求：P169。第六章 电力变压器的继电保护第一节 概述一、 变压器的故障： 各相绕组之间的相间短路油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障 引出线的相间短路油箱外部故障 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二、 变压器不正常工作状态：外部短路或过负荷 过电流油箱漏油造成油面降低外加电压过高或频率降低 过励磁等三、 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

14、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（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二节： 变压器纵差动保护一、 构成变压器纵差动保护的基本原则正常运行或外部故障时所以两侧的CT变比应不同，且应使即：或=即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。二不

15、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可见,差动臂中的 同相位了,但. 为使正常运行或区外故障时, Ij=0,则应使 即高压侧电流互感变比应加大3倍. 该项不平衡电流已消除.。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

16、,如:600/5,800/5,1000/5,1200/5. 所以,很难完全满足或即Ij0,产生Ibp.消除方法:利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿.假设正常运行和区外故障时, I2I2,Wph接电流小的一侧, I2.I2- I2Wcd(I2- I2) I2Wph I2调整Wph,使Wcd(I2- I2)= Wph I2.磁势抵消.铁芯中,=cd-ph=0. 所以W2中无感应电势,J不动作.Ibp=fzdId.max/ nl1 其中: fzd=(Wph.js-Wph.zd)/ (Wph.js+Wph.zd) Id.max 外部故障时,流过变压器高压侧的最大短路电流.此不平衡电流在整定计算中应予以

17、考虑.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. 由以上分析可知,稳态情况下, Ibp由三部分组成. Ibp= Ibp.T+ Ibp.CT +Ibp. U5.暂态情况下的不平衡电流: 非周期分量的影

18、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). 最大值出现在短路后几个周波. 引入非周期分量函数Kfzq.Ibp.CT=KfzqKerKtxId.max/ nl1 措施:快速饱和中间变流器,抑制非周期分量. 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.其波形参看教材173页,图6-2.特点: 有很大的直流分量.(80%基波) 有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波) 波形间出现间断.(削去负波后)措施: 采用具有速饱和铁芯的差动继电器; 间断角原理的差动保护; 利用二次谐波

19、制动; 利用波形对称原理的差动保护。三BCH2型差动继电器的工作原理：具有比较良好的躲过变压器励磁涌流特性的差动继电器。两部分组成：速饱和变流器和执行元件（电流继电器）速饱和变流器有三个铁芯柱A、B、C，A、C柱截面积相等且为B柱截面积的一半。 B柱：Wph1,Wph2,Wcd,Wd A柱：Wd” C柱：W2各柱上的磁通：W2中感应的电流达到一定数值时，执行元件动作分析Wd,Wd”的作用：1） 当通入正弦电流时，与相抵消，短路线圈不起作用2） 外部短路时，有较大的非周期分量。 因为有较大的非周期分量电流铁芯饱和所以使躲过励磁涌流的根本原因。四带制动特性的BCH1型差动继电器的工作原理。1构成：

20、三个铁心柱，六个线圈。Wg工作线圈，接在差动回路中。 Wph平衡线圈，作用同前述。 两个Wph制动线圈接差动回路的一个臂上。 两个W2二次线圈输出接电流继电器。2工作原理： 1）假设不考虑制动线圈的作用：I2h=0 IgggE2 E=E2+E2” g”E2” 即工作线圈与二次线圈之间的电流就相当于一个速饱和的变流器。因此，它可减少暂态不平衡电流了和励磁涌流的影响。 2）Ig=0 I2h2h(仅在两个边柱上环流)E2=E2”E=E2-E2” 3）Ig0, I2h0 I2h2h磁路状态改变铁心饱和动作安匝即，动作电流上升 I2hId2 W2hId2具有制动特性 3制动特性： Id2.J=F(I2h

21、) 由实验得出如下图。 制动特性曲线：1） 当I2h很小时，铁芯还未饱和，所以起动电流变化不大，制动特性起始部分比较平缓。2） 当I2h很大时，铁芯严重饱和，启动电流迅速增加，特性曲线上翘。从原点作特性曲线的切线，它与水平轴线的夹角为K2h=tg -制动系数 一般取0。3-0。4 4为什么能改善内部故障时保护的灵敏性：上图中：直线1为与外部故障时Id的关系 直线2为元制动特性纵差保护的动作电流(Idz.J=Kk*Ibp.max) 曲线3 为制动特性曲线由图中可见，对无制动的纵差保护为短路电流较小的内部故障时，灵敏度往往不能满足要求，而如果采用BCH1型继电器，应在I2h=Id.max时，使Id

22、z.J=Kk*Ibp.max。即通过a点的曲线3。因为曲线3始终位于直线1上面，即在任何大小的外部短路电流作用下，继电器不会误动。对于内部故障，分三种情况说明如何改善灵敏性：1） 单侧供电变压器：B侧无电源，W2h接于负荷侧，内部故障时,I2h=0继电器动作电流为Idz.J对应图中d点，显然灵敏度提高很多。2） 单侧供电变压器：B侧无电源，接于电源侧，内部故障时，Ig=Id2直线4（这是最不利的电流）它与制动电流特性曲线交于b点（Idz.J2），在b点以上，是继电器的动作区（4高于3）可见灵敏度提高很多。3） 双侧供电变压器：设 Ig=2I2h直线5它去制动特性曲线交于c点（Idz.J1），在

23、c点之上（5高于3）动作。实际上，介于bd之间，显然，灵敏度提高很多。另外，制动线圈的接入方式时，保护的灵敏度是有影响的。原则：在外部故障时，使制动作用最大，保护不误动 在内部故障时，使制动作用最小，保护灵敏度最好。综上分析可见，在各种可能的运行方式下，变压器发生内部故障时，BCH1型差动继电器的起动电流均在Idz.J0Idz.J2之间变化。且Idz.J0， Idz.J1， Idz.J3相差不大，但却比不带制动特性的差动继电器的启动电流小得多。所以BCH1型差动继电器有较灵敏。 第七章 发电机的继电保护第一节 概 述发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机

24、本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。一、故障类型及不正常运行状态：1 故障类型1) 定子绕组相间短路：危害最大2) 定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路3) 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化4) 转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。5) 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。2 不正常运行状态1) 由于外部短路引起的定子绕组过电流

25、：温度升高，绝缘老化2) 由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化3) 由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动。4) 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。5) 由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷：6) 由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行

26、时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。二、保护类型：1 发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护2 横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护3 单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护4 发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失5 过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护6 负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流7 过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护8 过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压9 转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护10 转子过负荷保护

27、：11 逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。第二节 发电机纵差动保护一、作用原理下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致，正常及区外故障时 CT特性可选得尽量一致 不平衡电流比变压器小二、整定计算 两个条件：（1） 躲外部短路时的 （2） 躲大于发电机额定电流 （CT二次断线时不误动）灵敏度 出口两相短路。第三节 发电机的横差动保护当一相定子绕组有两个及以上并联分支时，装设此种保护 正常： 匝间接地： 动作死区：（1） 同一分支： 保护不动（2） 同相两分支间： 保护不动（3）不同相绕组匝间： 保护不动缺点：接线复杂实用接线： 当发电机出现三次谐波电势时，且三相同相位，若任一分支与其与支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流。该接线没有互感器特性不同而引起的 灵敏度高，接线也较简单。第四节 发电机的单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地的特点 最常见的故障之一： 定子绕组中