微机保护高压输电线路保.pptx
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1、目 录第一章 继电保护知识第二章 高压输电线路保护第三章 变压器保护第四章 母线保护第五章 电容器保护第六章 电力系统稳定控制第七章 备用电源自投装置第1页/共122页第一章 继电保护知识第一节 继电保护的任务 能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置,我们称之为继电保护装置。一、继电保护装置第2页/共122页二、继电保护的任务1.有选择性地通过断路器将故障元件从系统中快速地、自动地切除,保证无故障设备继续运行,使电网损失减至最轻。2.反应电力系统的不正常工作状态,根据运行维护的具体条件和设备的承受能力,发出警报信号、减负荷或延时跳闸。第3页/共122页第二
2、节 继电保护的基本原理 电力系统各元件在正常运行时都有它的额定参数,当发生短路或不正常工作状态时,各元件的运行参数就有偏离其额定值,构成对电力系统安全运行和电气设备的威胁。利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量 突变量达 到一定值 起动逻辑 控制环节发出相应的跳闸脉冲或信号第4页/共122页一、继电保护装置的组成测量被保护元件工作状态的物理量,并和已给的整定值进行比较,从而判断保护是否应该动作。根据测量回路的输出信号,进行逻辑判断,以确定保护是否应该动作,并向执行元件发出相应的信号执行逻辑回路的判断,发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。第5页/共122页发电机、变压器、母线
3、和电动机等元件的继电保护,简称为元件保护。电力网及电力系统中输电线路的继电保护,简称线路保护。(按设备分类)继电保护的分类 二、继电保护装置的分类第6页/共122页主保护:能以最快的速度有选择性地切除故障的保护后备保护:当主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护,又分为近后备保护和远后备保护。(按作用分类)继电保护的分类 辅助保护:为补充主保护与后备保护的性能,或当主保护与后备保护退出时用以切除故障的保护。第7页/共122页电气量保护(按动作量分类)继电保护的分类 非电气量保护第8页/共122页三、继电保护的基本要求基本要求可靠性选择性快速性灵敏性第9页/共122页第三节 电力系统继电保护的配
4、置主保护双重化阶段式后备距离双重化反时限方向零序电流双重化短线保护过电压保护,远方跳闸,开关保护保护范围内任何故障保护均能正确动作全线速动出口故障,正确动作振荡时保护不能误动既能躲过最大负荷,又能在大电阻接地故障时正确动作对线路保护的总体要求保护具体配置第10页/共122页目 录第一章 继电保护知识第二章 高压输电线路保护第三章 变压器保护第四章 母线保护第五章 电容器保护第六章 电力系统稳定控制第七章 备用电源自投装置第11页/共122页一、概述 有选择地、快速地、可靠地切除输、配电线路发生的各种故障。线路保护的任务(一)第二章 高压输电线路保护第12页/共122页1.过流保护 2.方向过流
5、保护3.接地保护 4.电流电压联锁速断保护5.距离保护 6.高频保护7.光纤差动保护线路保护的种类(二)第13页/共122页二、线路保护装置线路 保护装置三段过流保护装置电流电压联锁速断保护电流方向保护装置距离保护装置高频保护装置光纤差动保护装置第14页/共122页一)三段过流保护装置电流速断保护(段)定时限电流速断保护(段)定时限过流 保护(段)三段过流保护装置包 括第15页/共122页1 1、定时限过流保护 图1 定时限过流保护 为获得过流保护的选择性,各套保护装置应有不同的动作时间。若其时限用tl、t2、t3表示,则整定值应为 tlt2t3由此可得tl=t2+At t2=t3+At其中A
6、t称为时间级差,通常取0.5s。第16页/共122页2 2、电流速断保护为减小电气设备的损坏程度 为提高系统稳定性提高系统稳定性 希望故障切除希望故障切除 时间越短越好时间越短越好 电流速断保护电流速断保护 第17页/共122页近后备:线路X-l本身的主保护为速断保护和带时限速断保护,而第三段过流保护对本线路的主保护起后备作用,故称近后备。3 3、三段电流保护装置的动作过程 远后备:当线路X-2的保护或开关拒动时,线路X-1的过流保护均可起后备作用,由于X-1的过流保护是对相邻的下一级线路X-2的保护起后备作用,故称远远后备。图2 三段过流保护装置及其动作时限的配合 第18页/共122页三段电
7、流 保 护 电流速断保护 (段)定时限电流速断保护(段)定时限过流 保护(段)动作时限 tI 保护范围线路15%tI=tII+At 保护范围线路X-1的全部线路X-2的一部分 动作时限保护范围X-l及X-2全部动作时限动作时限tI=z+At第19页/共122页二)电流电压联锁速断保护图1 电压速断保护的保护区在最小运行方式线路各点短路时,母线I上的残压 在最大运行方式线路各点短路时,母线I上的残压 继电器动作电压整定值,该直线与曲线1、2的交点,便确定了电压速断的保护范围 第20页/共122页图2 低压起动电流闭锁保护装置u电压速断保护的原理图中2为低压起动元件图中1为电流闭锁元件采用的原因:
8、如果Di点发 生短路或TV的二次侧熔断 器熔断,电压继电器都会 动作。如果只利用电压降 低作为保护的动作条件,保护装置将会误动。采用电流闭锁元件后,电流继电器的动作电流按 躲过最大负荷电流整定。这样,可防止上述误动。第21页/共122页三)电流方向保护电流方向保护在双侧电源和环网供电中的作用1 图1 双侧电源供电线路图图1 中:当Dl点发生短路时,流过保护2的电流是由线路指向母线,保护2不应动作;而流过保护D2的电流是由母线指向线路,保护3应该动作。这种功率的方向在图中用实箭头标出。当D2点发生短路时,流过保护2的电流是母线指向线路,保护2应动;而流过保护3的电流是由线路指向母线,保护3不应动
9、。第22页/共122页电流方向保护原理图2 图2 方向保护接线图 图2中,电流方向是通过功率方向继电器KP测定的,如果正向短路电流流过保护,则功率方向继电器接点接通,如果是区内故障,则电流继电器起动,在功率方向继电器和电流继电器二者都动作的情况下保护发动作信号,使断路器跳闸。如果是反向短路,则即使电流继电器因流过反向电流而动作,但功率方向 继电器不动作,保护被闭锁。第23页/共122页四)距离保护反应保护安装地点至故障点之间的距离,并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。距离保护(一)概念第24页/共122页相间距离保护的功能是切除线路的相间短路。接地距离保护和零序电流保护用来切除占总故
10、障90%以上的单相接地和两相接地短路。距离保护分为相间距离保护接地距离保护第25页/共122页优点能正确地测量故障距离,而基本上不受系统运行方式的影响。缺点受过渡电阻的影响较大。接地距离保护的优缺点第26页/共122页 各种距离保护在系统振荡和电压互感器断线时都会误动,必须采取闭锁措施。注意第27页/共122页 由于距离保护是反应保护安装处电压与线路电流的比值,即测量阻抗而工作的,在正常运行情况下,距离保护感受的是工作电压和负荷电流之比即负荷阻抗。当被保护线路发生短路时,保护感受的电压是残余电压,电流是短路电流,它们的比值为短路阻抗,即从保护安装点至线路短路处之间的线路阻抗,其值远小于负荷阻抗
11、,于是保护动作。距离保护的基本原理(二)原理第28页/共122页距离保护的组成1 图1 距离保护原理的组成元件框图 第29页/共122页距离保护的时限特性 2 图2 距离保护的时限特性 距离保护距离段距离段距离段动作时限tI保护范围线路80 85%t=t1+At 保护范围线路全长的125%动作时限保护范围本线路全长及下一级线路的一部分动作时限动作时限T=T+At 瞬时 动作 第30页/共122页阻抗继电器3阻抗继电器是距离保护装置的核心元件,其主要作用是:测量短路点到保护安装处之间的距离,并与整定阻抗值进行比较,以确定保护是否应该动作.第31页/共122页对距离保护接线方式的要求4根据距离保护
12、的工作原理,加入继电器的电压和电流应满足:继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点,即与故障点至保障安装处的距离成正比。继电器的测量阻抗应与故障类型无关,即保护范围不随故障类型而变化。第32页/共122页影响距离保护正确工作的因素51电网的接线中可能具有分支电路2输电线路可能具有串联电容补偿5短路点具有过渡电阻电力系统发生振荡在Y/接线变压器后面发生短路436电流互感器和电压互感器的误差、过渡过程及二次回路断线等.因素第33页/共122页电压回路断线对距离保护的影响6当电压互感器二次回路断线时,距离保护将失去电压,这时阻抗元件失去电压而电流回路仍有负荷电流通过,可能造成误动作。对此,在距离保护中应
13、装设断线闭锁装置。第34页/共122页 主要优点能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的,因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度对距离保护的评价7第35页/共122页 主要优点、段距离保护仍受系统运行方式变化的影响,但比电流保护要小些,保护区域和灵敏度比较稳定段距离保护基本不受运行方式的影响第36页/共122页 主要缺点不能实现全线瞬动.对双侧电源线路,将有全线的30%40%范围以第段时限跳闸,这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的阻抗继电器本身较复杂,还增设了振荡闭锁装置,电压断线闭锁装置,因此,距离保护装置调试比较麻烦,可
14、靠性也相对低些第37页/共122页五)输电线路纵联保护 输电线路的纵联保护,就是用某种通信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来,将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端,将各端的电气量进行比较,以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外,从而决定是否切断被保护线路。纵联保护(一)概念第38页/共122页(二)纵联保护的基本原理纵联保护的基本原理 保护原理的本质是识别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别,纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障或区外故障时,电力线两端电流波
15、形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异,利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。第39页/共122页两侧电流量特征1双端电源线路区内、外故障示意图(a)内部故障;(b)外部故障1.当线路发生内部故障时,图示有 在故障点有较大短路电流流出;2.当线路发生区外短路故障或正常运行时,线路两端电流相量关系为 第40页/共122页两侧功率方向特征2 当线路上发生区内故障和区外故障时,输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路,则线路发生区内故障时,两端功率方向都由母线流向线路,两端功率方向同,同为正方向;而发生区外故障时,远故障点端功率由母线流向线路,功率方向为正,近故障
16、点端功率由线路流向母线,功率方向为负两端功率方向相反。第41页/共122页根据保护动作原理的不同划分:1、方向比较式纵联保护2、纵联电流差动保护根据利用信息通道的不同划分:1、导引线纵联保护;2、电力线载波纵联保护;3、微波纵联保护;4、光纤纵联保护。(三)纵联保护的分类纵联保护的分类第42页/共122页1.导引线通道;2.电力线载波通信(高频)通道;3.微波通道;4.光纤通道。(四)纵联保护的通信通道的构成和特点纵联保护的通信通道的构成和特点第43页/共122页 是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号,用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。高频保护(一)概念六)高频保
17、护第44页/共122页高频保护信号逻辑图1(a)闭锁信号(b)允许信号(c)跳闸信号阻止保护动作于跳闸的信号保护动作于跳闸的必要条件收到跳闸信号是跳闸的充要条件第45页/共122页高频闭锁方向保护的基本原理 2 是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向,以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。概念第46页/共122页 被保护线路近短路点一侧为负短路功率,向输电线路发高频波,两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。区外故障第47页/共122页 线路两端的短路功率方向为正,发信机不向线路发送高频波,保护的起动元件不被闭锁,瞬时跳开两侧断路器。区内故障第48页/共122页 在d1点短路,被保护线
18、路AB两侧的起动发信机电流继电器1动作,接通发信机的功放级电源,向高频通道发信,并将方向高频保护闭锁。对AB线路来说,近短路点B侧的短路功率是负的,功率方向继电器不动作,不去停信。输电线路AB两侧方向高频保护的收信机收到高频信号,将各自的保护闭锁,不发出跳闸脉冲。区外故障第49页/共122页 被保护线路AB区内故障如在d2点短路,两侧起动发信机继电器1及起动跳闸继电器2动作,继电器1起动,向高频通道发信,两侧收信机收到高频信号后,立刻将保护闭锁,但两侧方向继电器3承受正方向短路功率而起动。首先停信,解除闭锁,与此同时闭锁继电器起动,发出跳闸脉冲。区内故障第50页/共122页高频闭锁距离保护的作
19、用3 内部故障时能够瞬时动作,而在外部故障时具有不同的时限特性,起到后备保护的作用。如图:假设线路两侧均采用三段式距离元件,I段能保护线路全长的85,II 段能保护线路的全长并具有足够的灵敏度,III段作为起动元件并可作为后备保护。第51页/共122页距离部分和高频部分的配合关系4 III III段起动元件ZIIIZIII动作时,起动发信机发出高频闭锁信号,IIII段距离元件ZIIZII动作时则停止高频发信机。距离IIII段动作后一方面起动时间元件tictic,可经一定延时后跳闸,同时还可经过一收信闭锁触点瞬时跳闸。第52页/共122页高频闭锁距离保护的动作过程5 靠近故障点的B端距离II段不
20、动作,不停止发信;A端II段动作停止发信(正方向),但A端收信机收到B端送来的高频闭锁信号,闭锁了II段的瞬时跳闸回路,使它只能经过II段时间元件去跳闸,从而保证了动作的选择性。1)外部故障时注:外部故障点为d2点;第53页/共122页2)内部故障时 两端的起动元件动作,起动发信机,但两端的距离II段也动作,又停止了发信机。当收信机收不到对侧高频闭锁信号时,距离II段瞬时动作于跳闸。注:外部故障点为d1点;第54页/共122页 利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时,它都能瞬时切除故障。纵联差动保护(一)概念七)线路纵联差动保护第5
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