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1、继电保护基本概念本讲稿第一页，共三十三页 主要内容主要内容一、继电保护的基本知识 二、线路保护的基本原理 三、变压器保护的基本原理本讲稿第二页，共三十三页一、继电保护基本知识（一）继电保护的任务（一）继电保护的任务 1.1.电力系统的故障和不正常运行状态电力系统的故障和不正常运行状态 （1）故障 短路（最常见、危害最大）种类：K(1)、K(2)、K（1,1）、K(3)、匝间短路（变压器、发电机、电动机等）危害：电流、电弧 烧坏设备 电动力 损坏绝缘、载流体 电压 用户无法正常工作 系统稳定性 振荡甚至瓦解 断线 复合故障 本讲稿第三页，共三十三页（2）不正常运行状态 过负荷 频率下降（有功缺额

2、）过电压（无功过剩）系统振荡 故障和不正常运行状态如果不及时处理会引发“事故”2.2.继电保护的任务继电保护的任务 反反“事故事故”具体为：（1）快速、有选择地切除故障（跳闸）（2）发现不正常运行状态，通知运行人员及时处理 （一般为发信号）本讲稿第四页，共三十三页（二）对继电保护的基本要求（二）对继电保护的基本要求 选择性、速动性、灵敏性、可靠性选择性、速动性、灵敏性、可靠性 1.1.选择性选择性 （1）切除故障元件，缩小停电范围 选择性之一 （2）各级、各种保护互为备用 选择性之二 （防备保护拒动、断路器拒跳）主保护 近后备 后备保护 （断路器失灵保护）远后备：本级保护拒动时，上级保护作为其

3、后备 本讲稿第五页，共三十三页 2.2.速动性速动性 （1）减小元件损坏程度 （2）使电动机易于自起动 （3）系统易于纳入同步 （4）防止故障扩大 保护速动 快速断路器本讲稿第六页，共三十三页 3.3.灵敏性灵敏性 反应故障、不正常运行状态的能力 一般用灵敏系数表示 例如：对于过量保护（过电流保护）有 保护整定的动作电流值越高，灵敏系数越小，灵敏性越低；动作电流值越低，灵敏系数越大，灵敏性越高。本讲稿第七页，共三十三页 4.4.可靠性可靠性 （应该动作时）不拒动；（不该动作时）不误动。对继电保护的四个基本要求之间相互制约对继电保护的四个基本要求之间相互制约 选择性 速动性 动作时间 动作值 灵

4、敏性 可靠性 本讲稿第八页，共三十三页（三）继电保护的基本工作原理（三）继电保护的基本工作原理 1.1.短路时电气量的变化及相应的保护原理短路时电气量的变化及相应的保护原理 正常运行 短路 （1）电流 电流保护（反应电流上升）（2）电压 电压保护（反应电压下降）（3）阻抗 阻抗保护，即距离保护 （4）电流方向 正方向定义为电流（功率）由母线流向线路。正常运行、区外故障时：线路两端一正一负；区内故障时：线路两端均为正（双侧电源），或一端为正，另一端无流（单侧电源）纵差动保护、高频保护等 本讲稿第九页，共三十三页 2.2.继电保护反应的物理量继电保护反应的物理量 电气量：I、U、Z、相量、序分量等

5、；非电气量：瓦斯（气体）、温度等。3.3.继电保护装置的组成继电保护装置的组成 测量部分、逻辑部分、执行部分 被测量 测量部分 逻辑部分 执行部分 跳闸或发信号 整定值 判断是否发生故障 决定是否动作 保护出口 （不正常运行状态）以满足选择性 等要求 本讲稿第十页，共三十三页4.4.继电保护主要类型继电保护主要类型 两大类：线路保护 元件保护（发电机、变压器、电容器、电动机、电抗器等）本讲稿第十一页，共三十三页（四）继电保护的基础元件（四）继电保护的基础元件 1.1.电流互感器（电流互感器（CTCT、TATA）原理特点：（1）将一次大电流变为便于测量的小电流（5A、1A）,使测量仪表和保护装置

6、小型化；（2）工作原理与变压器相似，使二次设备与一次设备 可靠隔离；（3）运行中的CT二次侧不允许开路；（4）测量误差：变比误差、角度误差（10误差曲线）（5）类型：计量用（额定值附近的精度）保护用（大电流倍数时的线性度）（6）接线方式：中性点直接接地电网“三表法”，A,B,C均装CT；中性点非直接接地电网“两表法”，A,C相装CT。本讲稿第十二页，共三十三页 2.2.电压互感器（电压互感器（PTPT、TVTV）原理特点：（1）将一次高电压变为便于测量的低电压（100V）;（2）工作原理与变压器相似，使二次设备与一次设备 可靠隔离；（3）运行中的PT二次侧不允许短路（PT二次装设熔丝）；（4）

7、接线方式（常规接法）：一次接成星形，中性点接地；二次接成星形（辅助二次接成开口三角形）。变比为：中性点直接接地电网 或 中性点不接地电网 本讲稿第十三页，共三十三页 3.3.继电器（继电器（RELAYRELAY）定义：当输入量（激励量）的变化达到要求时，在相关电气输出回路中使输出量（被控量）发生预定阶跃变化的器件。输入量可以是电气量或非电气量（如瓦斯等）；输出量均为电气量。基本组成：线圈；接点（常开/常闭）。应用：常规保护用各种类型继电器构成保护主元件；微机保护主要功能由软件实现（数字化）,外围控制回路中可采用中间继电器 实现各种逻辑或进行触点容量转换。4.4.其它基础元件其它基础元件 各种变

8、换器、序分量滤过器等。本讲稿第十四页，共三十三页二、线路保护的基本原理（一）三段式电流保护（反应相间短路故障）（一）三段式电流保护（反应相间短路故障）1.1.电流速断保护（电流速断保护（I I段）段）（1）工作原理 动作电流 可靠系数，取 1.21.3 动作时限 不需与外部保护配合 （如线路上有管形避雷器时，动作时限应躲过其 泄放雷电流时间：0.06s0.08s）本讲稿第十五页，共三十三页 （2）保护区问题 一般不能保护全线；保护区长短受系统运行方式、短路类型等影响，不稳定。（3）应用 只要有保护区，即可投入使用；应用于线路变压器组时，可以保护全线。本讲稿第十六页，共三十三页 2.2.带时限电

9、流速断保护（带时限电流速断保护（IIII段）段）（1）工作原理 既然要保护本线路全长，则保护区必然延伸至 相邻下一条线路首端。一定要带时限（以保证选择性）保护区一般不伸过下一条线路的I段保护区 （2）动作电流 可靠系数，取 1.11.2 *也可按躲过线路末端变压器低压侧三相短路时流过 保护安装处的最大短路电流整定：可靠系数，取 1.11.2 两者取其大。本讲稿第十七页，共三十三页 （3）动作时限 0s 0.5s （4）灵敏度 要求 不满足时，只能与下级的II段配合。本讲稿第十八页，共三十三页 3.3.定时限过电流保护（定时限过电流保护（IIIIII段）段）（1）工作原理 进一步降低动作电流（扩

10、大保护区），作为本级 I、II段的近后备和下级保护的远后备。（2）动作电流 整定原则：躲过最大负荷电流；躲过电动机自起动电流；下级故障线路切除后，前级III段保护 应可靠返回。可靠系数（取11.2）电动机自起动系数（取23）返回系数（取0.90.95）本讲稿第十九页，共三十三页 （3）动作时限 阶梯形配合。时限级差t一般取0.3s0.5s （4）灵敏度 要求 本讲稿第二十页，共三十三页（二）电压闭锁电流保护（二）电压闭锁电流保护 为提高III段过电流保护的灵敏度，引入电压闭锁元件，电流元件与低电压元件同时满足时（“与”），保护才出口。电流元件只要躲过正常负荷电流即可！如灵敏度仍不满足要求，可用

11、复合电压元件取代 低电压元件，即：低电压元件 负序过电压元件 本讲稿第二十一页，共三十三页（三）方向电流保护（反应相间故障）（三）方向电流保护（反应相间故障）应用在双侧电源线路上。方向问题的提出 双侧电源线路保护的选择性出线配合矛盾；加装方向元件（与电流元件是“与”的关系。母线 流向线路为正，线路流向母线为负）后，矛盾解决。一般情况下，I、II、III段均带方向元件 必须按相起动 只有故障相的方向元件才能判别故障方向。如：本讲稿第二十二页，共三十三页 2.2.低周减载（按频率自动减负荷）低周减载（按频率自动减负荷）（1）原理 由系统有功功率缺额（电源、负载）引起，此时，必须断开部分负荷，减少有

12、功缺额，使系统频率恢复 至允许范围之内。（2）实现 分级减载，可采用专用减载装置，也可分散至各 微机保护装置中。（3）闭锁条件 当满足下列任一条件时，低周减载闭锁。TV断线（可能测不出真实f）正序电压低于闭锁值（失电等）负序电压大于5V（短路故障）相电流小于10额定电流（小负荷，切除无效果）频率小于45Hz 滑差df/dt大于闭锁值（非功率缺额引起）本讲稿第二十三页，共三十三页 3.3.备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置 （1）原理 当工作电源因故障被断开后，自动、迅速地将备用 电源投入工作。（2）配置 参见培训教材P83图（略）。明备用专用备用电源（线路、变压器）暗备用互为备用电源 （

13、3）主要逻辑实现 工作电源失压判定（低电压元件）工作电源无流判定（过电流元件）备用电源有压判定（过电压元件）动作延时（使低电压元件动作的故障发生后保护 最大动作时间t保证选择性）合闸时加速保护本讲稿第二十四页，共三十三页 4.4.小电流接地电网中单相接地故障检测（选线）小电流接地电网中单相接地故障检测（选线）在中性点非直接接地系统（小电流接地电网）中，允许带单相接地故障运行一段时间。基本特征：母线出线零序电压，零序电流较小，无法直接判定接地故障馈线。主要选线方法：（1）零序电流比幅法（不接地系统）（2）零序电压、零序电流比相法（不接地系统）（3）群体比幅比相法（方法1、2的综合）（4）其它方法

14、：零序无功功率法、5次谐波法等。本讲稿第二十五页，共三十三页三、变压器保护的基本原理（一）变压器的故障、不正常运行状态及其保护设置（一）变压器的故障、不正常运行状态及其保护设置 1.1.故障故障 （1）箱壳内故障 绕组相间短路（三个单相变压器组不会发生）绕组匝间短路 绕组接地短路（与铁芯、外壳）（绕组开焊）（2）箱壳外故障 引出线或绝缘套管的相间、接地短路。本讲稿第二十六页，共三十三页 2.2.不正常运行状态不正常运行状态 过负荷 漏油导致油面下降 过励磁（大容量变压器）外部故障引起的过电流 3.3.保护设置保护设置 （1）瓦斯保护（主保护）反应油箱内各种故障，不反应油箱外故障 分为轻瓦斯保护

15、和重瓦斯保护 应用中应注意出口继电器的触点抖动问题 （气体体积、油流速度），即应有自保持。（2）纵差动保护或电流速断（主保护）反应绕组相间短路、匝间短路、引出线相 间短路、中性点接地侧接地短路等故障。不反应少绕组的匝间短路、绕组尾部的相 间短路、绕组开焊等故障，故存在“死区”必须与瓦斯保护一起构成主保护。本讲稿第二十七页，共三十三页 （3）反应相间故障的后备保护 既作外部故障的远后备，又作主保护的近后备。根据变压器容量大小及作用不同，可分别采用：过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序电流保护等 （4）接地保护 零序电流保护中性点直接接地系统 零序电压保护中性点非直接接地系统 中性点间隙零序

16、电流保护 （5）过负荷保护（发信号、起动风冷、闭锁有载调压等）（6）过励磁保护（大容量、超高压变压器）（7）其它非电量保护（变压器本体或有载调压部分的油温 、绕组温度保护、压力释放保护等）本讲稿第二十八页，共三十三页（二）差动保护基本原理（二）差动保护基本原理 1.1.工作原理工作原理 （1）差动回路的构成（环流法）（2）内部故障时，差动电流为两差动臂电流之和，差动电流很大，差动继电器动作。（3）外部故障（或正常运行）时，理想情况下差动 电流为0，实际应用时，必须使两差动臂电流方 向相反，且适当选择变比使两差动臂二次电流 大小相等。（4）星形中性点接地侧区外接地故障时，星形侧有 零序电流分流，

17、三角形侧无零序电流，差动继 电器可能误动。总之，差动保护接法应满足总之，差动保护接法应满足：两差动臂二次电流反相相位校正 两差动臂二次电流大小相等平衡调整 （幅值校正）差动回路不可以通过零序电流分量 本讲稿第二十九页，共三十三页 2.2.常规接线（以常规接线（以YN,D11YN,D11接线为例）接线为例）变压器YN侧，TA接成三角形；变压器D侧，TA接成星形。经分析可知，可以满足上述三个条件。3.3.微机型变压器差动保护接线微机型变压器差动保护接线 各侧TA均为星形接法，通过引入两相电流之差的 方法进行移相，完全可以满足上述三个要求。可分为Y侧移相和侧移相（灵敏度稍高）两种。本讲稿第三十页，共

18、三十三页（三）微机型（数字式）变压器差动保护相关问题（三）微机型（数字式）变压器差动保护相关问题 需解决的问题需解决的问题 （1）正确识别励磁涌流和短路电流。（2）外部故障时，差动保护不应动作；内部故障时，差动保护应有足够的灵敏度。（3）外部故障切除后，差动保护不应误动。（4）TA的饱和、断线的影响 1.1.正确识别励磁涌流和短路电流正确识别励磁涌流和短路电流 （1）涌流的产生 （2）涌流的特点 （3）识别方法 二次谐波制动 偶次谐波制动 间断角原理 其它方法（波形对称、前后半波波形比较等）本讲稿第三十一页，共三十三页 2.2.外部故障不误动、内部故障有足够灵敏度外部故障不误动、内部故障有足够

19、灵敏度 （1）区外故障的不平衡电流 （2）制动特性 二折线法 三折线法 最小动作电流 拐点电流 制动系数 3.3.外部故障切除后不误动外部故障切除后不误动 原因：区外故障区外保护动作跳闸切除故障 出现涌流且一次电流大幅下降铁芯饱和 二次谐波含量下降可能开放保护误跳 措施：经分析，此时最大不平衡电流约为二次额 流的0.4倍，故最小动作电流躲过此值即可，一般约取为不小于二次额流的0.520.6倍。本讲稿第三十二页，共三十三页 4.TA4.TA饱和、断线的影响饱和、断线的影响 （1）TA饱和 需要一定的时间 采用差动电流速断 设不经谐波闭锁的动作区 （2）TA断线 起动元件未动作时，判TA断线，告警，但 不闭锁保护。起动元件动作时，判TA断线，闭锁保护。不可以进行TA断线闭锁的条件 本讲稿第三十三页，共三十三页