1 繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識 2 目錄 一 繼電保護(hù)的概念與作用二 繼電保護(hù)的基本原理三 繼電保護(hù)的分類四 繼電保護(hù)裝置的組成五 繼電保護(hù)基本要求六 電流保護(hù) 3 一 繼電保護(hù)的概念與作用 解決電力系統(tǒng)運(yùn)行中的故障和不正常狀態(tài)的問題 不等式約束條件 等式約束條件 4 一 繼電保護(hù)的概念與作用 故障 通過故障點(diǎn)的大短路電流和電弧 使故障元件損壞 短路電流通過非故障元件 在電熱作用和電動力的作用下 使元件損壞或縮短使用壽命 電力系統(tǒng)局部電壓降低 破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響用電設(shè)備正常工作 破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩甚至瓦解 5 一 繼電保護(hù)的概念與作用 故障 短路 6 一 繼電保護(hù)的概念與作用 不正常狀態(tài) 過負(fù)荷 因負(fù)荷超過電氣設(shè)備的額定值造成的電流增大 危害 造成載流導(dǎo)體的熔斷或加速絕緣材料的老化和損壞從而導(dǎo)致故障 7 一 繼電保護(hù)的概念與作用 不正常狀態(tài) 頻率降低 系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起 危害 1 影響產(chǎn)品質(zhì)量 2 降到47 48HZ以下會引起頻率崩潰 3 使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰 8 一 繼電保護(hù)的概念與作用 不正常狀態(tài) 過電壓 發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生 危害 造成絕緣擊穿導(dǎo)致短路 9 一 繼電保護(hù)的概念與作用 不正常狀態(tài) 系統(tǒng)振蕩 因系統(tǒng)受到擾動而失去功率平衡 危害 系統(tǒng)振蕩時 電流和電壓周期性擺動 嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行 10 一 繼電保護(hù)的概念與作用 是繼電保護(hù)技術(shù)與繼電保護(hù)裝置的總稱 繼電保護(hù)技術(shù) 包括電力系統(tǒng)故障分析 繼電保護(hù)原理及設(shè)計(jì) 配置整定 運(yùn)行維護(hù)及調(diào)試等技術(shù) 繼電保護(hù)裝置 能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài) 并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置 11 一 繼電保護(hù)的概念與作用 1 當(dāng)發(fā)生故障時 自動 迅速 有選擇性地動作 將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除 使故障設(shè)備免于繼續(xù)遭到破壞 保證其它無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行 2 當(dāng)發(fā)生不正常工作狀態(tài)時 自動地發(fā)出信號報(bào)警 通知值班人員及時處理 或根據(jù)運(yùn)行條件自行處理 減負(fù)荷或跳閘等 12 二 繼電保護(hù)的基本原理 利用正常運(yùn)行與區(qū)內(nèi)外短路故障電氣參數(shù)變化的特征構(gòu)成保護(hù)的判據(jù) 根據(jù)不同的判據(jù)就構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù) 13 二 繼電保護(hù)的基本原理 14 二 繼電保護(hù)的基本原理 一般情況下 發(fā)生短路故障后 總是伴隨有電流的增大 電壓的降低 線路始端測量阻抗的減小 以及電壓和電流之間相位角的變化 因此 利用正常運(yùn)行與故障時這些基本參數(shù)的區(qū)別 便可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù) 15 二 繼電保護(hù)的基本原理 電流增大 過電流保護(hù) 電壓降低 低電壓保護(hù) 16 二 繼電保護(hù)的基本原理 測量阻抗發(fā)生變化 阻抗保護(hù) Z U I 正常運(yùn)行時 負(fù)荷阻抗短路時 短路阻抗測量阻抗變小 17 二 繼電保護(hù)的基本原理 正常運(yùn)行時電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角 一般約為20 電流與電壓之間的相位角發(fā)生變化 方向保護(hù) 18 二 繼電保護(hù)的基本原理 元件電流流入與流出的關(guān)系發(fā)生變化 電流差動保護(hù) 正常運(yùn)行時 電流流入 電流流出發(fā)生故障時 電流流入 電流流出 正常 I 0 短路 I Id 19 二 繼電保護(hù)的基本原理 出現(xiàn)零 負(fù)序分量 序分量保護(hù) 正常運(yùn)行時 只有正序分量兩相短路時 有負(fù)序分量出現(xiàn)接地短路時 有零序分量出現(xiàn) 20 二 繼電保護(hù)的基本原理 除上述反應(yīng)于各種電氣量的保護(hù)以外 還有根據(jù)電氣設(shè)備的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)于非電量的保護(hù) 例如 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時 反應(yīng)油被分解所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成的瓦斯保護(hù) 反應(yīng)電動機(jī)繞組的溫度升高而構(gòu)成的過負(fù)荷或過熱保護(hù)等 以上各種原理的保護(hù) 可以由繼電保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn) 21 三 繼電保護(hù)的分類 按被保護(hù)的對象分類輸電線路保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)變壓器保護(hù)母線保護(hù)電動機(jī)保護(hù)等 22 三 繼電保護(hù)的分類 按保護(hù)原理分類 電流保護(hù)電壓保護(hù)距離保護(hù)差動保護(hù)方向保護(hù)零序保護(hù) 23 三 繼電保護(hù)的分類 按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類相間短路保護(hù)接地短路保護(hù)匝間短路保護(hù) 24 三 繼電保護(hù)的分類 繼電保護(hù)測量值與整定值的關(guān)系分類 過量保護(hù) 測量值 整定值 欠量保護(hù) 測量值 整定值 25 三 繼電保護(hù)的分類 按保護(hù)所起的作用分類 主保護(hù) 反映被保護(hù)元件本身的故障 并以盡可能短的時限切除故障的保護(hù) 后備保護(hù) 主保護(hù)或斷路器拒動時用來切除故障的保護(hù) 又分為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù) 輔助保護(hù) 為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡單保護(hù) 26 四 繼電保護(hù)裝置的組成 測量部分 邏輯部分 執(zhí)行部分 輸入信號 輸出信號 整定值 27 四 繼電保護(hù)裝置的組成 測量比較 測量部分是通過獲取被保護(hù)的電氣元件的物理量 與設(shè)定的值進(jìn)行比較 根據(jù)比較的結(jié)果生成一組 是 與 非 的邏輯信號 后續(xù)的流程會根據(jù)這些信號來執(zhí)行 邏輯判定 邏輯判定部分按照一定的邏輯關(guān)系判定出故障的類型和范圍 然后確定保護(hù)裝置輸出相應(yīng)的動作 例如斷路器跳閘 動作是否延時等 然后將這些指令信息傳遞給執(zhí)行輸出部分 繼電保護(hù)中常用的邏輯回路有或 與 否 延時啟動 延時返回 記憶 等回路 執(zhí)行輸出 執(zhí)行輸出部分將邏輯判定傳過來的指令 完成保護(hù)裝置承擔(dān)的任務(wù) 如在故障時跳閘 發(fā)送告警或正常運(yùn)行時不動作等 28 五 繼電保護(hù)基本要求 選擇性速動性靈敏性可靠性 29 五 繼電保護(hù)基本要求 選擇性 保護(hù)裝置動作時 僅將故障元件從電力線系統(tǒng)中切除 使停電的范圍盡量小 保證電力系統(tǒng)中無故障的部分仍然能繼續(xù)工作 30 五 繼電保護(hù)基本要求 速動性 快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性 減少用戶在電壓降低情況下工作的時間 以及縮小故障元件的損壞程度 因此 在發(fā)生故障時 應(yīng)力求保護(hù)裝置迅速動作 切除故障 31 五 繼電保護(hù)基本要求 一些必須快速切除的故障 根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的要求 必須快速切除的高壓輸電線路上發(fā)生的故障 使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值的故障 大容量的發(fā)電機(jī) 變壓器以及電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生的故障 1 10kV線路導(dǎo)線截面過小 為避免過熱不允許延時切除的故障等 可能危及人身安全 對通信系統(tǒng)或鐵道信號系統(tǒng)有強(qiáng)烈干擾的故障等 32 五 繼電保護(hù)基本要求 故障切除時間 t tPR tQF tPR 保護(hù)動作時間 一般為0 06 0 12s 最快0 01 0 04s 斷路器動作時間 tQF 一般為0 06 0 15s 最快0 02 0 06s 33 五 繼電保護(hù)基本要求 靈敏性 繼電保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)的反應(yīng)能力 滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時 不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何 都能靈敏地正確地反應(yīng)出來 34 五 繼電保護(hù)基本要求 通常 靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量 并表示為Klm 對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護(hù) 如電流保護(hù) 對反應(yīng)于數(shù)值下降而動作的欠量保護(hù) 如電壓保護(hù) 繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程 DL400 91 35 五 繼電保護(hù)基本要求 可靠性指發(fā)生了屬于它該動作的故障 它能可靠動作 即不發(fā)生拒絕動作 拒動 而在不該動作時 它能可靠不動 即不發(fā)生錯誤動作 簡稱誤動 影響可靠性的因素 內(nèi)在的 裝置本身的質(zhì)量 包括元件好壞 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性 制造工藝水平 內(nèi)外接線簡明 觸點(diǎn)多少等 外在的 運(yùn)行維護(hù)水平 調(diào)試是否正確 正確安裝 36 六 電流保護(hù) 主保護(hù) 三 第 段 電流速斷保護(hù)第 段 限時電流速斷保護(hù) 段 式 第III段 定時限過電流保護(hù)后備保護(hù) 37 六 電流保護(hù) 1 一段又叫電流速斷保護(hù) 按躲開本段末端最大短路電流整定 2 二段又叫限時電流速斷 按躲開下級各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動作范圍整定 可以作為本段線路一段的后備保護(hù) 比一段多時間t時限 3 三段又叫過電流保護(hù) 按照躲開本元件最大負(fù)荷電流來整定 具有比二段更長的時限 可以作為一二段的后備保護(hù) 保護(hù)范圍最大 時限最長 38 6 1電流速斷保護(hù) 對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時動作的電流保護(hù) 稱為電流速斷保護(hù) 為優(yōu)先保證繼電保護(hù)動作的選擇性 就要在保護(hù)裝置起動參數(shù)的整定上保證下一條線路出口處短路時不起動 這在繼電保護(hù)技術(shù)中 又稱為按躲過下一條線路出口處短路的條件整定 39 6 1電流速斷保護(hù) I DZ 1安裝在A母線處的保護(hù)的起動電流I D 2 max2點(diǎn)處短路時 可能出現(xiàn)的最大短路電流 即在最大運(yùn)行方式下B母線上三相短路時的電流必須滿足I DZ 1 I D 2 max引入可靠系數(shù)K K 則I DZ 1 K K I D 2 max同理 I DZ 2 K K I D 4 max 40 6 1電流速斷保護(hù) 電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是 簡單可靠 動作迅速 因而獲得了廣泛的應(yīng)用 但由于引入的可靠系數(shù)K K 1 所以電流速斷保護(hù)的缺點(diǎn)是 不能保護(hù)本線路的全長 運(yùn)行實(shí)踐證明 電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大概是本線路的85 90 41 6 2限時電流速斷保護(hù) 由于有選擇性的電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本線路的全長 因此我們考慮增加一段新的保護(hù) 用來切除速斷范圍以外的故障 保護(hù)本線路的全長 同時也能作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù) 42 6 2限時電流速斷保護(hù) 由于要求必須保護(hù)本線路的全長 因此它的保護(hù)范圍必然要延伸到下一條線路中去 這樣當(dāng)下一條線路出口處 對于保護(hù)1來說 d2點(diǎn)處 發(fā)生短路時 它就要起動 在這種情況下 為了保證動作的選擇性 就必須使保護(hù)的動作帶有一定的時限 但又為了使這一時限盡量縮短 我們就考慮使它的保護(hù)范圍不超過下一條線路速斷保護(hù) 如圖1中的保護(hù)2 的保護(hù)范圍 而動作時限則比下一條線路速斷保護(hù)高出一個時間階段 t 1 t 2 t 43 6 2限時電流速斷保護(hù) 保護(hù)2裝有電流速斷保護(hù) 其起動電流為I DZ 2 假設(shè)其保護(hù)范圍為B母線到d3之間的部分 則在d3點(diǎn)發(fā)生短路時 短路電流即為I DZ 2 保護(hù)2的速斷保護(hù)剛好能動作 根據(jù)以上分析 保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)不應(yīng)超出保護(hù)2的電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍 I DZ 1 I DZ 2 44 6 2限時電流速斷保護(hù) 如果選取等號成立 就意味著保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)的范圍正好和保護(hù)2的電流速斷保護(hù)的范圍相重合 但在實(shí)踐中是不允許的 I DZ 1 I DZ 2 45 6 2限時電流速斷保護(hù) 因?yàn)楸Ｗo(hù)1和保護(hù)2安裝在不同的地點(diǎn) 它們所使用的電流互感器和繼電器的特性很難完全一樣 如果正好遇到保護(hù)2的電流速斷保護(hù)出現(xiàn)負(fù)誤差 其保護(hù)范圍比計(jì)算值縮小 而保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)出現(xiàn)正誤差 其保護(hù)范圍比計(jì)算值增大 那么在實(shí)際上 當(dāng)計(jì)算的保護(hù)范圍末端 比如圖中的d3點(diǎn) 甚至其后面至C母線之前的某點(diǎn) 短路時 就會出現(xiàn)保護(hù)2的電流速斷保護(hù)不能動作 而保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)卻會起動的情況 即便是保護(hù)2的電流速斷保護(hù)不能起動 也應(yīng)該由它的限時電流速斷保護(hù)動作切除故障 而如果保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)也起動了 其結(jié)果就是兩個保護(hù)的限時速斷同時作用于跳閘 因此保護(hù)1就失去了選擇性 為了避免這種情況發(fā)生 就不能采用兩個電流相等的整定方法 而必須采用 引入可靠系數(shù) 即為 I DZ 1 K K I DZ 2 46 6 2限時電流速斷保護(hù) 在線路上裝設(shè)了電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)以后 如果在保護(hù)1的電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)故障 兩者都能起動 但限時電流速斷保護(hù)比電流速斷保護(hù)高一個時限 在時間上保證了選擇性 因此由電流速斷保護(hù)瞬時切除故障 而如果在保護(hù)1的電流速斷保護(hù)范圍以外而同時又在線路A B范圍內(nèi)故障時 則由保護(hù)1的限時電流速斷保護(hù)動作以較短的時限 在0 35 0 6s之間 通常最多取0 5s 切除故障 所以 線路裝設(shè)了電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)以后 它們的聯(lián)合工作就可以保證全線路范圍以內(nèi)的故障能夠在0 5s的時間內(nèi)予以切除 在一般情況下都能夠滿足速動性的要求 因此具有這種性能的保護(hù)可以作為線路的 主保護(hù) 47 6 3定時限過電流保護(hù) 定時限過電流保護(hù)通常是指其起動電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù) 它在正常運(yùn)行時不起動 而在電網(wǎng)發(fā)生故障時 則能反應(yīng)于電流增大而動作 它不僅能作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)以及相鄰下一線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù) 也作為過負(fù)荷時的保護(hù) 段保護(hù)為后備保護(hù) 既是本線主保護(hù)的近后備保護(hù)又是下線路的遠(yuǎn)后備保護(hù) 段保護(hù)區(qū)應(yīng)伸出下線路范圍 48 6 3定時限過電流保護(hù) 電流 段的動作選擇性由動作電流保證電流 段的選擇性由動作電流與動作時限共同保證而電流 段是依靠動作時限的所謂 階梯特性 來保證的 49 6 3定時限過電流保護(hù) 若線路有幾條并行的 則上一級的動作時限