水电站继电保护.ppt

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1、第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20221第第10章水电站继电保护章水电站继电保护10.1 概述 10.2 基础知识 10.3 发电机保护 10.4 变压器保护10.5 微机继电保护复习与思考第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,2022210.1 10.1 概述概述 电力系统继电保护的任务和作用 电力系统继电保护的基本要求 继电保护装置的组成 继电保护的分类和发展返回本章第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,2022310.1.1 10.1.1 电力系统继电保护的任务和作用电力系统继电保护的任务和作用10.1

2、.1.1电力系统的各种故障和不正常运行状态电力系统的各种故障和不正常运行状态1、故障故障:包括各种短路和断线（单相和两相），其中最常见同时也最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果:(1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。(2)短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命。(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或影响工厂产品质量。(4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224 电力系统继电保

3、护的任务和作用电力系统继电保护的任务和作用 2 2、不正常运行状态、不正常运行状态:电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、频率降低、过电压、电力系统振荡等。10.1.1.2 0.1.1.2 继电保护的基本任务继电保护的基本任务(1)自动、迅速、有选择性地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运行。(2)反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(例如有无经常值班人员)，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,2022510.1.2 10.1.2

4、 电力系统继电保护的基本要求电力系统继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性1、选择性选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电的范围尽量小，以保证系统中的无故障部分仍能继续工作。2、速动性、速动性快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20226 电力系统继电保护的基本要求电力系统继电保护的基本要求继电保护速动性应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情

5、况来确定，故障切除的总时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.040.08s，最快的可达0.010.02s；一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。3、灵敏性、灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，都能灵敏地正确反应。通常灵敏性用灵敏系数来衡量，表示为Ksen4、可靠性、可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作(拒动），而在任何其他该保护不应该动作的情况下

6、，则不应该错误动作（误动）。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20227 继电保护装置的组成继电保护装置的组成继电保护装置的组成继电保护装置的组成：一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,2022810.1.4 10.1.4 继电保护的分类和发展继电保护的分类和发展1、继电保护的分类、继电保护的分类（1）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护

7、、母线保护等；（2）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；（3）按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；（4）按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；（5）按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20229 继电保护的分类和发展继电保护的分类和发展2、继电保护的发展、继电保护的发展继电保护的原理和结构形式发展如下：第10章

8、水电站继电保护Thursday,December 1,20221010.2 10.2 基础知识基础知识 电压互感器（TV）电流互感器（TA）变换器 继电器返回本章第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202211 电压互感器（电压互感器（TV）电压互感器（TV）是隔离高电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次电压信息的传感器。是一种特殊型式的变换器。分为电磁式电压互感器、电容式电压互感器、光电式互感器第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202212 电流互感器（电流互感器（TA）1、作用：电流互感器（TA）就是把大电流按比例降到可以用仪

9、表直接测量的数值，以便用仪表直接测量，并作为各种继电保护的信号源。且其一、二次绕组之间有足够的绝缘，从而保证所有低压设备与高电压相隔离。2 2、电流互感器极性、电流互感器极性 在继电保护中按“减极性减极性”原则标示。即一次电流由“*”端流入电流互感器作为它的假定正方向，而二次电流由“*”端流出电流互感器作为它的假定正方向。如图所示：第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202213 电流互感器（电流互感器（TA）3、电流互感器的准确度级、电流互感器的准确度级a：测量用电流互感器的准确度级为：0.1、0.2、0.5、1、3、5等六个标准b：保护用电流互感器的准确度级有5

10、P和10P两个准确度级第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20221410.2.3 10.2.3 变换器变换器1、变换器作用、变换器作用保护装置动作判据主要为母线电压（线路电压）、线路电流。因此需要将母线（线路）电压互感器、电流互感器输出的二次电压、电流再经变换器进行线性变换后送入继电保护装置的测量电路。基本作用如下：(1)电量变换电量变换:将互感器二次侧电压(额定100V)、电流(额定5A或1A)，转换成弱电压（数伏），以适应弱电元件的要求。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202215 变换器变换器2、变换器的分类、变换器的分类继电

11、保护中常用的变换器有电压变换器(UV)、电流变换器(UA)和电抗变压器(UX)，UV作用是电压变换，UA、UX作用是将电流变换成与之成正比的电压。(2)电气隔离电气隔离:电流、电压互感器二次侧的保安、工作接地，是用于保证人身和设备安全的，而弱电元件往往与直流电源连接，直流回路不允许直接接地，故需要经变换器实现电气隔离。(3)调节定值调节定值:整流型、晶体管型继电保护可以通过改变变换器一次或二次线圈抽头来改变测量继电器的动作值。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20221610.2.4 10.2.4 继电器继电器继电保护装置中的测量继电器。电流继电器和电压继电器是最

12、常用的反应一个输人量的测量继电器，它们可以是机电型，也可以是整流型或晶体管型。机电型电流继电器多数为电磁原理的，也有感应原理的，而机电型电压继电器则一般为电磁原理的，本节主要介绍电磁型电流继电器和电压继电器的工作原理。一、电磁型继电器二、辅助继电器第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202217一、电磁型继电器一、电磁型继电器1结构电磁型电流继电器广泛用作电流保护的起动和测量元件，通常采用转动舌片式的结构。电磁式继电器的结构电磁式继电器的结构型式主要有三种：即螺管线圈式、吸引衔铁式及转动舌片式。如图10-3所示，每种结构型式皆包括五个基本组成部分。2、工作原理第10

13、章 水电站继电保护Thursday,December 1,202218二、辅助继电器（二、辅助继电器（1）1、电磁式时间继电器1）用途时间继电器在继电保护装置中作为时间元件，用来建立必要的动作延时。2）结构及工作原理目前实际应用的时间继电器有机电型的与晶体管型的两种。机电型时间继电器分钟表机构式和微电机式。钟表机构式时间继电器在继电保护中用得最多，它由电磁起动部件和钟表机构组成，其结构原理如图l0-5所示。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202219二、辅助继电器（二、辅助继电器（2）2、电磁式中间继电器1）中间继电器的用途中间继电器是一般保护装置中必不可少的辅

14、助继电器，它的作用是：提供足够数量的接点，以便同时控制不同的电路；增加接点容量，以便接通或断开较大电流的回路(如跳闸回路)；提供必要的延时特性，以满足保护及自动装置的要求。2）中间继电器的结构与原理电磁式中间继电器一般采用吸引衔铁式结构，图l0-6所示为DZ一10系列中间继电器的结构图。其主要特点是触点对数多、容量大(长期容许电流为5A)。当线圈2加上工作电压后，衔铁3被吸持并带动动触点5，常开触点闭合并使常闭触点断开。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202220二、二、辅助继电器（辅助继电器（3）3、电磁式信号继电器信号继电器用以发出光信号和声信号，作为整套保

15、护装置动作后的指示，以便对装置动作情况和电力系统的故障进行分析。信号继电器是一种瞬时动作而能自保持的继电器，分机械保持型和磁保持型两种。图10-7显示出常用的DX-11机械保持型信号继电器结构图。当线圈2通人的电流大于继电器动作电流时，衔铁3被吸起，信号牌6失去支持，靠自身重量落下。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20222110.3 10.3 发电机保护发电机保护 概述 发电机纵差动保护 发电机定子匝间短路保护 发电机定子绕组单相接地保护 发电机相间短路的后备保护 同步发电机的负序电流保护（略）发电机励磁回路接地保护 发电机失磁保护返回本章第10章 水电站继电

16、保护Thursday,December 1,20222210.3.1 10.3.1 概述概述一、故障类型及异常工况状态一、故障类型及异常工况状态.发电机可能发生的故障发电机可能发生的故障（1）定子绕组相间短路（2）定子绕组匝间短路（3）定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地（4）励磁回路（转子绕组）接地（5）励磁回路低励（励磁电流低于静稳极限对应的励磁电流）、失磁.发电机主要的异常工况发电机主要的异常工况（1）过负荷（2）定子绕组过电流（3）定子绕组过电压（4）三相电流不对称（5）过励磁（6）逆功率（7）失步、非全相、断路器出口闪络、误上电等第10章 水电站继电保护Thursday,Decembe

17、r 1,202223 概述概述发电机保护类型发电机保护类型1.定子绕组定子绕组纵联差动保护；定子绕组单相接地保护；定子绕组的匝间短路保护；发电机外部短路引起的过电流保护；不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流保护；水轮发电机定子绕组过电压保护；定子过负荷保护。2.转子绕组转子绕组励磁回路的接地故障；失磁保护。3.其它异常工况保护其它异常工况保护第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20222410.3.2 10.3.2 发电机纵差动保护发电机纵差动保护发电机纵差动保护是发电机内部及引出线上短路故障的主保护，根据接入发电机中性点电流的份额（即接入全部中性点电流或只

18、取一部分电流接入），可分为完全纵差保护和不完全纵差保护。完全差动保护能反应发电机内部及引出线上的相间短路、（但不能反应发电机内部匝间短路及分支开焊）大电流系统侧的单相接地短路故障。不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反应发电机相间短路故障，还能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。另外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标积制动式差动保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20222510.3.2 10.3.2 发电机纵差动保护发电机纵差动保护1、保护接线与构成原理保护接线与构成原理1）发电机完全纵差保护交流接入回路示意图发电机完全

19、纵差保护交流接入回路示意图第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20222610.3.2 10.3.2 发电机纵差动保护发电机纵差动保护2）发电机不完全纵差保护交流接入回路示意图发电机不完全纵差保护交流接入回路示意图第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202227 发电机纵差动保护发电机纵差动保护2、完全差动保护动作值整定完全差动保护动作值整定第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20222810.3.3 10.3.3 发电机定子匝间短路保护发电机定子匝间短路保护容量较大的发电机每相都有两个或两个以上的并联支路，定

20、子绕组的匝间短路包括同相同分支绕组匝间短路、相同相不同分支间的短路。定子绕组匝间短路，纵差动保护不能反应，故在发电机(尤其是大型机组)上装没匝间短路保护。发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。发电机横差保护，有单元件横差保护（又称高灵敏度横差保护）和裂相横差保护两种。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202229 发电机定子匝间短路保护发电机定子匝间短路保护发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的TA二次电流。以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入

21、回路示意图如图所示。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20223010.3.4 10.3.4 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护根据安全要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时将使绕组的绝缘和定子铁心挠坏，并且也容易发展成相问短路，造成更人的危害。我国规定，当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202231 发电机定子绕组单相接地

22、保护发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地的特点发电机定子绕组单相接地的特点现代的发电机，其中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络(即与发电机直接电联系的各元件)对地电容电流之总和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20223210.3.5 10.3.5 发电机相间短路的后备保护发电机相间短路的后备保护1.发电机相间短路的后备保护，应在下列情况下动作发电机相间短路的后备保护，应在下列情况下动作(1)发电机外部故障，而故障元件的

23、保护或断路器拒动时。(2)发电机电压母线上发生短路、而该母线又末装设专用保护时。(3)发电机内部发生相问短路，纵差动保护拒动时。发电机的最大负荷电流通常比较大。采用一般过电流保护时，保护的动作电流较大，致使保护反应外部故障时的灵敏系数往往不能满足要求。为了提高保护的灵敏性，可采用低电压或复合电压起动的过电流保护或负序电流保护(兼起转于表层过热主保护作用)。当对灵敏系数与时限的配合要求更高时，也可采用阻抗保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202233 发电机相间短路的后备保护发电机相间短路的后备保护对于100MW及以下机组，一般主保护只有一套，当保护或出口断路

24、器拒动时，应装设近后备或/和远后备保护。常用的保护方案有过电流保护（容量1MW及以下）、复合电压起动的过电流保护（150MW）、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护（50MW100MW）；对于200600MW及以上的发电机，由于一般均采用单元接线，主保护都是双重化甚至多重化，因此就近后备保护来讲大型发电机已没有必要装设，但作为相邻元件（如母线、线路）的的后备还是有必要的，保护一般利用复合电压过流保护或低阻抗保护。2.大型单元机组的后备保护主要有：大型单元机组的后备保护主要有：（1）同步发电机复合电压过流保护保护（2）低阻抗保护第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,2

25、02234 同步发电机的负序电流保护同步发电机的负序电流保护负序过电流产生原因及其的危害负序过电流产生原因及其的危害当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定于绕组中将出现负序电流。此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位(如转子端部、扩环内表面等)，可能出现局部的灼伤，甚至可能使扩环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间，以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将

26、同时作用在转子大轴和定于机座上，从而引起100Hz的振动。同步发电机的负序电流保护原理同步发电机的负序电流保护原理保护反应发电机定子绕组的电流大小,保护一般由两部分组成，即定时限过负荷与反时限过流。反时限过流。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202235 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路故障原因及危害发电机励磁回路故障原因及危害发电机转子在生产、运输及起停机过程中，可能会造成转子绕组绝缘或匝间绝缘破坏，从而引起转子绕组匝间短路和励磁回路接地故障。由于目前尚缺少选择性好、灵敏度高、经常投运且运行经验成熟的励磁回路两点接地保护装置，所以国内

27、外也有不装设此保护的意见。目前国内进口大型机组，都没有装设两点接地保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20223610.3.8 10.3.8 发电机失磁保护发电机失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响一、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）使励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流。（1）失磁原因主要有三种：励磁回路开路，励磁绕组断线灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏；励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短；运行人员调整等。第10章 水电站继电保护Thursday,December

28、 1,20223710.3.8 10.3.8 发电机失磁保护发电机失磁保护（2）失磁后的影响对电力系统：对电力系统：吸收QU，无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解。U其他发电机Q过电流后备保护动作，故障扩大。失磁失步振荡甩负荷。对发电机：对发电机：转子中fG-fS的差频电流过热。转差率s=(fG-fS)/fS吸QR2(1-s)/s定子过电流发热。转速振动。可见失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机及系统有不利影响，故应装设专门的失磁保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202238 发电机失磁保护发电机失磁保护二、失磁保护的构成方式二、失磁保护的构成方式失磁

29、保护应能正确反应发电机的失磁故障，而在发电机外部故障、电力系统振荡、发电机自同步并列以及发电机低励磁运行时均不误动。根据发电机容量和励磁方式的不同，失磁保护的方式有如下两种。对于容量在100MW以下的带直流励磁机的水轮发电机和不允许失磁运行的汽轮发电机，一般是利用转子回路励磁开关的辅助触点连锁跳开发电机的断路器。这种失磁保护只能反应由于励磁开关跳开所引起的失磁，因此是不完善的。对于容量在100MW以上的发电机和采用半导体励磁的发电机，一般采用根据发电机失磁后定子回路参数变化的特点构成失磁保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20223910.4 10.4 变压器

30、保护变压器保护 概述 瓦斯保护 变压器差动保护 变压器相间短路的后备保护 零序电流保护返回本章第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224010.4.1 10.4.1 概述概述1、变压器的故障、变压器的故障油箱内的故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。2、变压器的不正常运行状态主要有：、变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。大容量变压器在过电压或低频率等

31、异常运行方式的过励磁故障。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224110.4.1 10.4.1 概述概述3、变压器的保护方式。、变压器的保护方式。（1）瓦斯保护瓦斯保护作用：反应变压器油箱内的各种故障以及油面的降低瓦斯保护基本原理：反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。瓦斯保护分类：轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。（2）纵差动保护或电流速断保护作用：反应变压器绕组、套管及引出线上的故障。上述各保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202242 概述概述（3）

32、反应外部相间短路时引起的过电流和作为变压器的后备保护过电流保护复合电压起动的过电流保护负序电流及单相式低电压起动的过电流保护阻抗保护（4）外部接地短路（5）过负荷保护（6）过励磁保护（7）其它保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224310.4.2 10.4.2 瓦斯保护瓦斯保护1、瓦斯保护基本原理：、瓦斯保护基本原理：在变压器油箱内部发生故障(包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路)时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材

33、料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当严重故障时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障的上述特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置。2、瓦斯保护的主要元件、瓦斯保护的主要元件:气体继电器气体继电器第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224410.4.2 10.4.2 瓦斯保护瓦斯保护安装位置：安装位置：安在油枕之间的连接管道上。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202245 瓦斯保护瓦斯保护3.瓦斯保护的原理接线瓦斯保护的原理接线接线原理：

34、接线原理：上面的触点表示上面的触点表示“轻轻瓦斯保护瓦斯保护”，动作后经延时发出报警，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示信号。下面的触点表示“重瓦斯保护重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口，动作后起动变压器保护的总出口，使断路器跳闸。使断路器跳闸。KOM作用：作用：当油箱内部发生当油箱内部发生严严重故障时，由于油流的不稳定可能造重故障时，由于油流的不稳定可能造成干簧触点的抖动，此时为使断路器成干簧触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器线圈的出口中间继电器KOM，动作，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回后由断路

35、器的辅助触点来解除出口回路的自保持。路的自保持。切换片切换片XS作用：作用：为防止变压器换为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸可利用切换片作跳闸可利用切换片XS将跳闸回路将跳闸回路切换到信号回路。切换到信号回路。瓦斯保护的评价瓦斯保护的评价:瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单，但不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，须与差动保护配合共同作为变压器的主保护。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224610.4.3 10.4.3 变压器差动保护变压器差动保护1、变

36、压器差动保护的工作原理、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。2、变压器差动保护与线路差动保护的、变压器差动保护与线路差动保护的区别：区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图所示的双绕组变压器，应使第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20224710.4.3 10.4.3 变压器差动保护变压器差动保护1、励磁涌流的特点及克服励

37、磁涌流的方法、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定68倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。（2）励磁涌流的特点：励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。励磁涌流的波形出现间断角。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202248 变压器差动保护变压器差动保护（3）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施：采用带有速饱和变流器的差动继电

38、器构成差动保护；利用二次谐波制动原理构成的差动保护；利用间断角原理构成的变压器差动保护；采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。2、不平衡电流产生的原因不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流变压器两侧电流相位不同电流互感器计算变比与实际变比不同变压器各侧电流互感器型号不同变压器带负荷调节分接头（2）暂态情况下的不平衡电流（暂态过程中不平衡电流的特点）暂态不平衡电流含有大量的非周期分量，偏离时间轴的一侧。暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间（根据此特点靠保护的延时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性，甚至使变压器差动保护不能接受）。第10章 水电站继电保护Th

39、ursday,December 1,20224910.4.4 10.4.4 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或负序电流保护等。1、过电流保护1)变压器过电流保护的单相原理接线如下图所示2)保护的起动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225010.4.4 10.4.4 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护2、低电压启动的过电流保护、低电压启动的过电流保护1）低电压启动的过电流保护）低电压启动的过电流保护原理接线如

40、下图所示。原理接线如下图所示。2）低电压启动的过电流保护）低电压启动的过电流保护工作原理工作原理保护的启动元件包括电流保护的启动元件包括电流继电器和低电压继电器，只继电器和低电压继电器，只要当电流元件和电压元件同要当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继时动作后，才能起动时间继电器经预定时间后，起动出电器经预定时间后，起动出口中间继电器动作与跳闸。口中间继电器动作与跳闸。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202251 变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护3、复合电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护1）复合电压启动的过电流保护）复合电压启

41、动的过电流保护的原理接线如下图所示。的原理接线如下图所示。2）保护由三部分组成：）保护由三部分组成：电流元件、电压元件（含负电流元件、电压元件（含负序电压继电器序电压继电器KVN和低电压继和低电压继电器电器KV）、时间元件。）、时间元件。3）整定：负序电压继电器的起）整定：负序电压继电器的起动电压按躲开正常运行情况下负动电压按躲开正常运行情况下负序电压滤过器输出的最大不平衡序电压滤过器输出的最大不平衡电压整定。电压整定。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225210.4.5 10.4.5 零序电流保护零序电流保护1、中性点直接、中性点直接接地变压器的零接地变压

42、器的零序电流保护序电流保护零序电流保护的零序电流保护的配置配置（1）中性点直接接地运行变压器零序电流保护原理接线图第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225310.4.5 10.4.5 零序电流保护零序电流保护（2）中性点直接接地运行变压器零序电流保护工作原理零序电流保护I段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其起动电流和延时t1应与相邻元件单相接地保护I段相配合，通常以较短延时t1=0.51.0S动作于母线解列；以较长的延时t2=t1+t有选择地动作于断开变压器高压侧断路器。零序电流保护II段作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流和延时t3应与相邻元件接地后

43、备段相配合。通常t3应比相邻元件零序保护后备段最大延时大一个t，以断开母联断路器或分段断路器，t4=t3+t动作于断开变压器高压侧断路器。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202254 零序电流保护零序电流保护2、中性点可能接地或不接地运、中性点可能接地或不接地运行时变压器的零序电流电压保护行时变压器的零序电流电压保护当系统发生一点接地，中性点接地运行的变压器由其零序电流保护动作于切除。若高压母线上已没有中性点接地运行的变压器，而故障仍然存在时，中性点电位将升高，发生过电压而导致放电间隙击穿，此时中性点不接地运行的变压器将由反应间隙放电电流的零序电流保护瞬时动作于

44、切除。如果中性点过电压值不足以使放电间隙击穿，则可由零序电压保护带0.30.5S的延时将中性点不接地运行的变压器切除。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225510.5 10.5 微机微机继电保护继电保护 概述 数据采集系统 开关量输入和输出系统 微机保护算法 微机继电保护的软件原理返回本章第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225610.5.1 10.5.1 概述概述采用微机来实现的保护称为微机保护，具有如下优点：（1）可靠性高；（2）灵活性强；（3）性能改善，功能易于扩充；（4）维护调试方便；（5）有利于实现变电站综合自动化

45、现场微机保护装置第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202257 概述概述微机保护装置从功能上可以分为六个部分，如图所表示：第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20225810.5.2 10.5.2 数据采集系统数据采集系统数据采集系统就是将模拟量转为数字量的系统。根据模数转换的原理不同，微机保护装置中模拟量输入回路方式，一是基于逐次逼近型A/D转换方式，二是利用电压/频率变换（VFC）原理进行A/D变换的方式。1、基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统如图所示：基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统包括电压形成回路、ALF、S/H、

46、MPX及A/D五部分，现在分别叙述这五部分的基本工作原理及作用。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202259 数据采集系统数据采集系统2、基于、基于V/F转换的数据采集系统转换的数据采集系统1）V/F转换器的基本原理转换器的基本原理V/F转换器的电路结构如下图所示。其原理是产生频率正比于输入电压的脉冲序列，然后在固定的时间内对脉冲进行计数。2）利用）利用VFC进行进行A/D转换转换对V/F转换器的输出进行计数，就可以得到转换的数字量。因为脉冲串的疏密正比于频率f及输入电压的瞬时值大小，若在固定的时间内对脉冲串计数，则uI(t)的瞬时值越高，输出脉冲频率f越高，计

47、数值越大。故计数值代表了输入电压瞬时值的大小。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,20226010.5.3 10.5.3 开关量输入和输出系统开关量输入和输出系统所谓开关量，就是只有两种状态的量，包括不带电位的接点位置（接通或断开）及只有高低两种电位的逻辑电平。开关量输入回路开关量输入回路开关量输入大多数是接点状态的输入，可以分成两类：一是安装在装置面板上的接点,另一类是从装置外部经过端子排引入装置的触点。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202261 开关量输入和输出系统开关量输入和输出系统开关量输出回路开关量输出回路开关量输出主要包

48、括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202262 微机保护算法微机保护算法微机保护算法很多，其核心问题归结为算出表征被保护设备运行特点的参数，例如电流、电压的有效值、相位，或者序分量，或某次谐波分量等。有了这些基本的计算量，就可以很容易地构成各种不同原理的继电器或保护。衡量算法好坏的主要指标：计算精度、响应时间和运算量。这三者之间往往是相互矛盾的，因此应根据保护的功能、性能指标（如精度、动作时间）和保护系统硬件的条件（如CPU的运算速度、存储器的容量）的不同，采用不同的算法。第10章 水电站继电保护Thursday,Decemb

49、er 1,202263 微机继电保护的软件原理微机继电保护的软件原理（一）接口软件（二）保护软件的配置（三）保护软件的工作状态（四）中断服务程序及其配置第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202264（一）接口软件（一）接口软件接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。执行哪一部分程序由接口面板的工作方式或显示器上显示的菜单选择来决定。1、监控程序主要就是键盘命令处理程序，是为接口插件(或电路)及各CPU保护插件(或采样电路)进行调节和整定而设置的程序。返回2、接口的运行程序由主程序和定时中断服务程序构成。主程序主要完成巡检、键盘扫描和处理及故

50、障信息的排列和打印。定时中断服务程序主要完成各种定时功能。第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202265（二）保护软件的配置（二）保护软件的配置各保护CPU插件的保护软件配置为：主程序和中断服务程序。1、主程序通常有三个基本模块：初始化和自检循环模块、故障处理模块（保护逻辑判断模块和跳闸处理模块）。2、中断服务程序：有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。返回第10章 水电站继电保护Thursday,December 1,202266（三）保护软件的工作状态（三）保护软件的工作状态保护软件有三种工作状态：运行、调试和不对应状态。1、当保护就处于运行状态，其