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1、电力系统继电保护原理与运行,湖北省电力试验研究院 余楚银,1 绪论,1.1 电力系统继电保护的任务和作用电力系统发生短路故障时，可能产生的严重后果：1）故障点：引燃电弧、使故障设备损坏或烧毁；2）短路电流通过非故障设备 产生发热和电动力 绝缘破坏，缩短设备使用年限；3）故障点周围部分地区电压下降 影响用户正常工作与工厂产品的质量；4）破坏电力系统的稳定性，使系统发生震荡，事故扩大，严重的使整个电力系统瓦解。,1 绪论,基本任务：1）自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，使故障设备免于继续遭到破坏，且保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；2）反应电气设备的不正常运行情况，发出信号，以便运
2、行人员处理；3）与电力系统中的其他自动化装置配合（如重合闸），采取预定措施，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统中运行的可靠性。,1.2 电力系统对继电保护的基本要求,1）选择性：该A、B处保护动作的，其他处的保护不应该动作，以提高供电的可靠性。,1.2 电力系统对继电保护的基本要求,2）速动性：提高系统中发电机并列运行的稳定性减少用户在低电压下的工作时间减轻电气设备损坏程度可以防止故障的扩展（接地相间），提高自动重合闸 动作的成功率,1.2 电力系统对继电保护的基本要求,3）灵敏性：是指在它的保护范围内发生故障和不正常工作情况时，保护装置的反应能力。在最大运行方式下三相金属性短路时能可靠
3、动作（IKmax）在最小运行方式下和经过较大过渡电阻的两相短路也能可靠动作（IKmin）,1.2 电力系统对继电保护的基本要求,4）可靠性:该动作时，不应该由于保护本身有缺陷而拒绝动作；不该由它动作时，则不应该误动作。,1.3 继电保护的工作原理和分类,工作原理根据电力系统发生后，工频电气量以下的一些保护特点：1）电流增大 I 过电流保护2）电压降低 U 低电压保护3）电压与电流之间的相位发生变化 方向保护（功率方向）、距离保护4）测量阻抗发生变化 阻抗保护5）出现负序和零序分量 负序电压、负序电流、零序电压、零序电流等电气元件流入和流出电流的关系发生保护 差动保护（母差、变压器差动作、发电机
4、差动及线路纵差等）,1.3 继电保护的工作原理和分类,保护装置的分类：机电型：由若干个不同功能的机电型继电器组成，机电型继电器基于电磁力或者电磁感应作用产生机械动作的原理制成；静态型：晶体管、集成电路（应该包括微机保护）保护装置的构成：模拟型：被测电气量（U、I）测量回路 逻辑回路 执行回路 跳闸及信号 数字型：（微机保护）,2 常规的线路保护,2.1 典型的限时电流速断及三段式过电流保护问题:要保证选择性,则不可能做到全线速动,灵敏度往往难以满足要求.(简单可靠 原因:各方面存在的误差).应用:主要用于35kV及其以下的电网.说明:出于整定上的需要,也有电流电压联锁速断保护.,2 常规的线路
5、保护,2.2电网相间短路的方向电流保护不同短路点的短路功率分布,2 常规的线路保护,2.3电网的零序电流保护2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题,2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题,变电站中性点接地方式的安排一般的考虑原则变电所只有一台变压器，则中性点应该直接接地；变电所有两台以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地；双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地，当不能
6、保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊运行方式处理；,2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题,为了改善保护配合关系，当一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响；发电厂只有一台主变压器，则中性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊运行方式处理；发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜将保持一台主变压器中性点直接接地运行，如由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台变压器检修时，按特殊运行方式处理；,2.3.1变压器中性点接地的选择及其应注意的问题,发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜将两台主变压器中
7、性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊运行方式处理；自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。变压器中性点接地与不接地,相应变压器的零序保护应注意的问题,2.3.2 大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性,2.3.2 大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性,矢量,2.3.2 大接地电流系统单相接地故障下，零序电流的方向性,结论：从上面的分析和向量图中可以看出，零序功率的方向与正序功率的方向是相反的，即在系统发生接地故障时，短路电流的正序分量是由电源点流向故障点，而短路电流的零序分量是由故障点流向电源点，这就是零序
8、电流方向保护区别于常规的相间阻抗保护的主要特点之一。,2.3.3 目前几种微机保护对零序电流方向保护的处理措施,11型微机保护、CSL-100系列微机保护 LFP-900系列微机保护、RCS-900系列微机保护及CKJ、CKF系列集成电路保护均采用自产30，,2.3.4 三段式零序电流(方向)保护,当线路两侧都有接地中性点,必须在零序电流保护上增加功率方向元件,以保证其选择性;三段式的延时特性,2.3.4 三段式零序电流(方向)保护,三段式零序方向保护的延时性,2.4距离(阻抗)保护,2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护距离(阻抗)保护的基本原理与阶梯延时特性保护范围:第一段保护为线路全长的
9、80-85%;第二段仍以保护本线路为主,120%;第三段作为本线路和相邻线路(元件的后备保护.,2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护,三段式距离保护,2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护,阻抗继电器的分类园特性:全阻抗园、方向阻抗园、带下偏的方向阻抗园、上抛园、下抛园;橄榄形、苹果形、四边形等.,2.4.1普通的三段式距离(阻抗)保护,阻抗继电器的接线方式相间阻抗的典型接线方式接入线电压及相电流的接线方式（UAB与IA等）接入线电压及两相电流差的接线方式（UAB与IA-IB等，CT处接线）接入相电压及相电流并具有零序电流补偿的接线方式（反应接地故障）900接线方式（IA UBC）,3 输电
10、线路的差动保护,基本原理：辅助导线保护光纤差动光纤差动的配置:一般线路在80KM以内光纤保护对光纤通信的要求：以南瑞的RCS-931保护为例光纤的接收灵敏度：-48dB发送功率：-12 dB、-9 dB、-6 dB等一般要求接收功率：-35dB,4 输电线路的高频保护,4.1 高频保护的分类高频闭锁距离(相间与接地)高频闭锁零序高频闭锁方向高频相差高频允许式保护、行波保护,4 输电线路的高频保护,4.2高频闭锁距离(包括增量)、高频闭锁零序(包括增量)保护的基本原理启信的灵敏度要求、停信的定值要求动作逻辑本侧高频闭锁保护停信高频闭锁信号消失收信机曾有收信输出上述三个条件同时满足才出口跳闸区内(
11、包括对侧母线故障)、区外及反向故障时保护的动作行为分析,4 输电线路的高频保护,高频闭锁保护的区内、区外故障分析,4 输电线路的高频保护,4.3高频闭锁方向(包括方向增量)保护的基本原理与高频闭锁距离、高频闭锁零序保护的区别和联系要点:停信靠方向元件问题:误动的机率比高频闭锁距离、高频闭锁零序保护高,因为方向没有距离的限制.区内(包括对侧母线故障)、区外及反向故障时保护的动作行为分析,4.6有关高频保护的高频通道参数及每天通道检侧注意事项,4.6.1高频保护的高频通道参数要求(鄂电调通199964号文)高频通道调试参数要求收发信机输入阻抗()50-125通道阻抗()50-140发信电平(dbm
12、)40.0-43.0通道收信裕度(dbm)15.0-18.0灵敏启动电平(dbm)10.0(+1或-1)通道异常告警整定(dbm)(实际收信电平低落)4.0(+1或-1)裕度告警整定(dbm)(在通道异常告警整定值下电平低 落)4.0(+1或-1),4.6.2 每天通道检侧注意事项,一般要求“通道检测”按扭与三个五秒的逻辑关系“通道异常告警”时的处理A加强监视,可不退出相应的高频保护B及时向调度汇报和向本单位检修部门(继电班)通报情况“通道裕度告警”时的处理A及时向调度汇报,并应退出相应的高频保护B及时向本单位检修部门(继电班)通报情况,立即检修,5 变压器保护,5.1变压器的差动保护5.1.
13、1变压器的差动保护要考虑的几个问题（1）躲稳态的不平衡电流（硬件、计算机软件、定值解决）（2）躲空投空切的励磁涌流,5.1变压器的差动保护,5.1.1变压器的差动保护要考虑的几个问题励磁涌流的特点1）励磁涌流波形中含有很大的非周期分量，且偏于时间轴的一方，衰减快，一般经过0.5秒1秒后，其值小于0.250.5倍额定电流：2）涌流的波形经削去负波之后出现间断：3）涌流波形中含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主。解决的办法1)带加强型速饱和中间变流器的差动保护（如BCH-2型）2)间断角原理3)二次谐波制动,5.1变压器的差动保护,5.1.2 变压器差动保护的接线,5.1变压器的差动保护,5.1
14、.2 变压器差动保护的接线特点：Y/11点的变压器，其差动作保护的TA回路接线之一：把变压器Y侧的TA回路接成形，且有Y/11点的变换特点；其差动作保护的TA回路接线，还可以把变压器侧的TA回路接成形，且有Y/1点的变换特点。现在微机变压器保护的接线及其应该注意的问题：,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断 比率制动差动：利用区外故障的穿越电流来产生制动作用，使得穿越电流越大，其制动作用越大；差动速断：定值大（一般48倍额定电流），对于严重的区内故障不考虑穿越电流的制动作用。,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断 比率
15、制动特性,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断差动电流的取出：相位关系：以前的靠TA回路外部接线解决；现在的微机保护在软件里解决。幅值问题：定值解决（平衡绕组匝数、各侧平衡系数等）最小动作电流的考虑：由于有不平衡电流的存在，一般取变压器额定电流的0.30.5倍,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断稳态的不平衡电流：1）TA变比标准化产生的不平衡电流：变压器低、高压侧的TA变比的比值理论上最好等于变压器的变比，但是实际上由于TA变比在制造上的标准化（如：600/5、300/5、1200/5等）的原因，不可能理想化；2）三
16、相变压器接线产生的不平衡电流：变压器的Y/变换；TA二次回路的Y/变换变换等；3）调整变压器分接头产生的不平衡电流；4）TA本身的变比误差：10%误差曲线及其要求；,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断TA本身的变比误差：保护级（B级供过流保护用；D级供差动保护用；5P、10P也是供保护用的）,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断10%误差曲线及其要求m=Ir/In（电流倍数m为一次侧实际电流与额定电流的比值）；从10%误差曲线上可以看出：要限定TA 10%的误差，TA二次回路负载阻抗越大，其允许的电流倍数m越小，否则
17、，超过了10%的误差；反之，电流倍数m越大，其TA二次回路允许的负载也越小。,5.1变压器的差动保护,5.1.3 变压器差动保护的比率制动差动与差动速断TA的10%误差曲线,5.2变压器的阻抗保护,5.2.1变压器的阻抗保护的原理与实际接线原理:类似于线路保护的阻抗保护，一般取相间阻抗保护，且向第三象限偏移（10%）；方向：由母线指向变压器偏移的考虑：母线出口，变压器的死区,5.2变压器的阻抗保护,5.2.2 变压器的阻抗保护的带负荷检查带负荷检查应该与保护装置内部接线原理结合起来考虑检查，判断其阻抗接线的正确性。,5.2 变压器的零序保护,5.3.1 中性点接地变压器的零序保护零序电流保护（
18、定值相对大）5.3.2 中性点不接地变压器的零序保护间隙过电压保护（零序电压，有的定值有180V）；间隙零序电流保护（定值相对小）,5.3变压器的零序保护,5.3.3 对于变压器的零序保护运行人员应该注意的问题问题：变压器中性点接地时，不可将该变压器的中性点间隙零序保护（零序电压与零序电流）投入运行。为什么：该间隙零序电流的定值小于变压器中性点接地的零序电流的定值，区外故障容易误动。,5.4变压器的其它保护,过流保护、低电压启动的过流保护、复合电压启动的过流保护、负序电流保护等注意点：低电压启动的过流保护（低电压和过电流同时满足出口）；复合电压启动的过流保护（复合电压含低电压和负序电压）；当低
19、电压或者负序电压条件满足时，再过流保护条件满足出口。,5.5三绕组变压器差动保护的特点,1）容量计算：按同一额定容量计算；2）选择性：与双绕组变压器一样，躲外部故障时的最大不平衡电流和励磁涌流；3）构成三绕组变压器的差动保护，可先将任意两侧的电流相加，然后再和第三侧比较。4）各侧的平衡系数，和双绕组变压器一样考虑，5）定值问题：每两侧来考虑区内故障。,6 母线保护,基本原理：电流和为零，分相差动以南京南瑞RCS-915保护为例：大差作为母线故障的判别元件，小差（各段母线的差动）作为故障母线的选择元件；母差动作后，先断开母联开关，再切除故障母线上的所有开关；,6 母线保护,6 母线保护,母线死区
20、故障的处理：即K3点故障K3点故障，对于一母属于区外故障，对于二母属于区内故障，但是在二母上的所有开关（含母联开关）断开后，故障点仍然有故障电流存在，此时，约延时100毫秒跳开一母上所有开关。,7 重合闸,7.1重合闸的分类及其功能单重方式（220kV线路的一般方式）三重方式（110kV线路的一般方式）检无压与检同期的问题:系统侧的重合闸检无压先合,电源侧的重合闸检同期而后合。综重方式；停用方式,7 重合闸,7.2重合闸的长、短延时重合闸短延时:当线路上有全线速动保护(高频保护)时,投重合闸短延时重合闸长延时:当线路上无全线速动保护时,投重合闸长延时理由:,7 重合闸,7.3与重合闸有关的几个
21、端子 N:本线路非全相运行不误动的保护(相差、不灵敏I0段、相间Z、段)M:本线路非全相运行会误动而相邻线路非全相运行不误动的保护的保护(I0灵敏段、方向高频Z至段)P:相邻线路非全相运行会误动的保护的保护(I0灵敏)Q:三跳允许三重(I0、Z)R:不允许重合的保护(母差、失灵),7 重合闸,7.4日常运行中重合闸应注意的几个问题7.4.1一般重合闸的投退7.4.3两套重合闸(11微机与集成)运行的注意事项(鄂电中调199551号)要点:一般情况下重合闸的操作把手均应置于“单重”位置,停用只停用重合闸出口压板,也不能停用启动重合闸压板,只有在要求本断路器不加用任何重合闸时,才将微机线路保护的重
22、合闸的操作把手与CCH重合闸的操作把手均置于“停用”位置(即第上面条).,7 重合闸,重合闸前加速：在单侧幅射型网络中，在靠近电源的线路侧装有重合闸，与其配合的保护为无选择性电流速断保护动作（前加速），在系统故障时，不带延时地将靠近电源的线路侧的开关跳开，由重合闸自动地将无选择性电流速断保护闭锁，使其退出工作，然后由重合闸将被跳开的开关合上，如果故障已经消除，则线路恢复运行，如果是永久故障，则由带延时的过电流保护有选择性地跳闸。,7 重合闸,重合闸前加速,7 重合闸,重合闸后加速：在电网中不允许采用重合闸前加速保护时，则采用重合闸后加速保护，方法是：在线路各段均装有选择性的保护和自动重合闸装置
23、，但不装设专用的速断保护，在系统故障时，由故障线路有选择性保护动作将故障切除，然后由故障线路的自动重合闸进行重合，同时将选择性保护的延时部分暂时短接（后加速），如果是暂时性故障，则重合成功，如果是永久故障，则由故障线路的保护装置不带延时的将故障再次切除。注意：220kV线路使用的是那类重合闸？,8 微机保护,8.1 微机保护的发展历史机电式整流式晶体管式集成电路式微机式微机硬件软件的不断升级（单CPU多CPU32位浮点DSP技术工控机）,8 微机保护,8.2微机保护的优越性装置的可靠性；运行维护工作量相对小一些；版本的不断升级以适应现场的需求。,8 微机保护,8.2 微机保护的构成交流插件（交
24、流电流、电压变换）AC（输入）模/数变换插件VFC高频、距离、零序、重合闸等CPU插件录波插件LB跳闸插件（输出）开关量输入插件（输入）,8 微机保护,逻辑插件（如三取二逻辑、压力闭锁逻辑等一些软件外用继电器及其接点组成的逻辑）信号插件SIG（输出）电源插件PWR人机接口板MMI（人机对话：定值整定与修改、信号复归、打印等）,8 微机保护,8.2微机保护的不断完善现场实际运行情况表明，微机保护本身的缺陷，需要不断改进和完善,9 运行注意事项,9.1 保护双重化（1）双重化的范围（220kV及以上）线路保护变压器（高抗、串补、滤波器）微机保护重要变电站的母线保护,9.1 保护双重化,（2）双重化
25、配置的基本要求（以25项重点要求和18项反措为准）两套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自互相独立的绕组两套保护装置的直流电源应取自不同蓄电池供电的直流母线段（正常运行时，两段直流母线之间的开关在什么状态？）两套保护装置的跳闸回路应分别作用于断路器的两个跳闸线圈两套保护装置与其他保护、设备配合的回路应遵循相互独立的原则两套保护装置之间不应有电气联系高频通道,9.2 有关保护的验收,注意事项：（不包括全部内容）（1）核对定值，特别是有关微机保护的控制字的定值；（2）带断路器的整组传动试验；有关TA、TV回路及其接地点的检查。,9.3一次设备投入运行前,原则:一次设备不允许没有保护带电注意事项：
26、（不包括全部内容）（1）停电检修的工作票是否报完工，手续是否合乎要求；（2）有关安全措施的检查，如接地线、接地刀在什么位置；（3）变压器的中性点接地方式与相关的保护；当变压器的中性点直接接地时，应该投入零序过流保护；当变压器的中性点不直接接地时，应该投入零序间隙过流保护，如果此时投入零序过流保护，则在区外故障情况下，保护极有可能误动。,9.3一次设备投入运行前,（4）重合闸的投入目前，我们系统里线路保护都配有两套重合闸，但是现在实际运行一般只有一套重合闸投入运行。注意两点：a)没有投入运行的那套重合闸的压板和重合闸的切换把手怎么投；b)有的保护有沟通三跳的压板，怎么投，什么时候投？（重合闸停用
27、时投沟通三跳的压板）c)重合闸的长延时和短延时的处理（无高频保护投长延时）,9.3 一次设备投入运行前,（5）旁路母线带线路运行时的注意事项注意以下问题：a)高频保护电源的切换b)高频通道的切换c)高频收发信机的对调检查、记录（6）有关高频通道检查；（7）有关准备带电设备的保护压板应该投入。,9.4 正常的运行检查,（1）中央信号及其处理；（2）保护装置的信号及其处理，如TV断线；（3）异常情况的检查，如意外响声、火花，如TA端子排打火等；（4）高频保护每天的例行通道检查；高频收发信机在例行检查时，高频信号的三个时间段：（此前有一200毫秒本侧发信）对侧发信两侧发信本侧发信要求：根据不同的收发
28、信机，相应做好记录，有数据、有信号的记录。数据：电平、高频电压、电流、收信裕度等信号：电平正常、通道异常、裕度告警等,9.5 系统事故的临场处理,（1）及时记录有关信号(包括所有中央信号、保护屏上、保护装置上的信号),只有记录了这些信号,才能将这些信号复归;及时打印故障录波和微机保护上的有关数据与资料.（2）及时向调度部门汇报断路器动作情况及保护动作情况(无论动作正确与否),并按调度命令及时作必要的操作处理.（3）特殊情况下的事故或故障的处理(以调度运行规程及有关纪律为准)a)与调度部门失去联系b)有些事故或故障的处理来不及等待调度命令或事故或故障的性质不允许等待调度命令(如系统震荡、失步等),9.5 系统事故的临场处理,要求：各单位、变电站应结合变电站的现场实际经常组织事故预想、事故对策的模拟演习和训练.,谢 谢,
