继电保护培训教材.docx

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继电保护培训教材

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一、110kV线路保护

1．概述

110kV及以上电压等级的电网均属中性点直接接地电网，即所谓的大电流接地系统，线路上无论发生相间故障还是接地故障，都需要断开断路器，然后进行重合。

因此，线路上应装设防御相间短路、接地短路的保护及自动重合闸装置。

2．主保护和后备保护

线路的主保护从时间上可划分为全线瞬时动作、按阶梯时限动作两类。

当要求对被保护线路全线任何地点的故障均能瞬时有选择性地切除时，应采用全线瞬时动作的保护作为主保护。

如高频保护、光纤差动保护等，220kV线路保护、少量110kV线路采用这类保护。

当电网允许线路一侧以保护的第二时限切除故障时，则采用具有阶梯时限特性的距离保护、接地距离保护、零序电流保护作为主保护。

线路的后备保护分为远后备、近后备两类。

110kV及以下电压等级电网一般采用远后备原则，当本保护或断路器拒动时，由电源侧上一级的保护动作来切除故障。

220kV及以上电网采用近后备原则，一套保护拒动时有另一套保护动作来切除故障；断路器拒动时，启动断路器失灵保护，断开故障元件所接母线上的其他断路器。

3．110kV线路的保护和重合闸装置

单电源的单回线路，一般装设三段式相间距离保护作为相间故障的保护，同时装设三段式接地距离保护、多段式零序电流保护作为接地故障的保护。

采用无检定的三相重合闸。

双电源的单回线路，一般装设三段式相间距离保护作为相间故障的保护，同时装设三段式接地距离保护、多段式零序电流保护作为接地故障的保护。

采用一侧检无压、另一侧检同期的三相重合闸。

并列运行的双回线，一般装设全线瞬时动作的保护作为主保护，如高频保护、光纤差动保护等，同时装设三段式相间距离、三段式接地距离保护、多段式零序电流保护作为后备保护。

采用一侧检无压、另一侧检同期的三相重合闸。

4．常见的110kV线路保护：

（1）LFP-941A（RCS-941A）、NSR-201、DFP-201微机线路保护

距离保护采用阻抗圆特性，具有三段式距离保护、三段式接地距离保护、四段式零序电流保护、重合闸、双回线相继速动、不对称故障相继速动等功能。

（2）PSL-621C、CSL-160B、DF3220微机线路保护

距离保护采用四边形特性，具有三段式距离保护、三段式接地距离保护、四段式零序电流保护、重合闸、双回线相继速动、不对称故障相继速动等功能。

（3）双回线相继速动保护

双回线相继速动保护仅在保护启动后的300ms内投入。

如图，两条线路中的Ⅲ段距离元件先启动然后又返回时，向另一回线路输出一个加速信号，加速其Ⅱ段距离元件动作跳闸。

双回线Ⅱ段距离相继动作的判据为：

（i）本线Ⅱ段阻抗启动。

（ii）故障开始未收到加速信号，其后又收到同侧另一回线路来的加速信号。

（iii）本线Ⅱ段阻抗在满足（ii）条件后经一个短延时仍不返回。

（4）不对称相继速动保护

线路末端发生不对称故障时，对侧阻抗Ⅰ段先动作三相跳闸，非故障相的电流亦同时被切除。

本侧可利用该判据来加速本侧阻抗Ⅱ段跳闸。

不对称相继速动的判据为：

（i）本侧阻抗Ⅱ段启动。

（ii）任一相由故障时有电流突然变为无电流。

（iii）本侧阻抗Ⅱ段在满足（ii）条件后经短延时不返回。

5．变压器中性点接地方式的选择

在中性点直接接地的电网中，发生接地故障时，零序电流的大小和分布与变压器中性点接地点的数目和位置有密切的关系。

一般来讲，中性点接地数目越多，故障点的零序电流越大。

变压器中性点接地的选择应满足以下要求：

1.不使零序网络有较大的变化。

2.不使系统出现危险的过电压。

根据以上要求，变压器中性点接地方式的选择原则如下：

1.在多电源系统中，每个电源处至少应该有一台变压器中性点接地。

2.两台变压器并列运行时，安排一台变压器中性点接地运行。

3.三台变压器并列运行时，安排两台变压器中性点接地运行。

4.自耦变和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。

二、备自投装置

1.概述

1.1备自投装置的作用及应用范围

110kV及以下供电系统中，通常采用辐射型的供电方式。

在这些系统接线方式中，为提高对用户供电的可靠性，可采用备用电源自动投入装置，简称BZT装置，使系统自动装置与继电保护装置相结合。

这是一种提高对用户不间断供电的经济而有效的重要技术措施之一。

对于发电厂的厂用电系统，基于厂用电故障引起的严重后果，必须加强厂用电的供电可靠性，往往采用备用电源自动投入装置。

1.2备自投装置的基本原则

1.2.1只有工作电源确实被断开后，备用电源才能投入。

工作电源失压后，需确认工作断路器已断开后，才能投入备用电源，以防备用电源合在故障上。

1.2.2备用电源自投切除工作电源断路器必须经延时。

经延时切除工作电源断路器是为了躲过工作母线引出线故障造成的母线电压下降，因此，延时应大于最长的外部故障切除时间（包括对侧开关重合闸时间）。

上述的延时是对常规失压启动的备自投而言，对于如具有加速启动或跳位启动功能的备自投保护，当工作断路器跳闸，经小延时确认工作电源断路器已断开，或收到工作断路器跳位信号，则应再跳工作电源断路器并联切电容器等设备，之后才合备用电源断路器。

1.2.3人工切除工作电源断路器时，备自投不应动作。

在就地或远控切除断路器时，备自投应放电不能动作。

1.2.4应具有闭锁备自投装置的功能。

原则上故障时保护跳闸后导致满足备自投启动条件，但此时若合备用电源将合于故障上，则该保护应同时闭锁备自投。

如作为高压侧的分段备自投时，与其相关的主变保护动作跳闸时，应闭锁备自投保护。

1.2.5备用电源不满足有压条件，备自投保护不应动作。

1.2.6工作电源失压时，应检查工作电源无流，即应有“无流判断”功能，才能启动备自投保护，以防PT三相断线造成误动。

1.2.7备自投装置只允许动作一次。

1.2.8备自投装置应能根据一次方式实现自适应，不需要人工切换QK。

目前基本采用充放电的模式实现。

当备自投允许工作的各条件均具备后开始充电，经10″左右的延时，则充电完成；当备自投动作后或一个闭锁及退出备自投条件出现时，则瞬时放电。

2.常见的备自投方式

2.1110kV进线备自投方式

方式一（1#进线运行，2#进线热备用）

充电条件：

a）Ⅰ、Ⅱ段母线有压，2#进线线路有压（可投退）。

b）1DL、3DL在合位，2DL在分位。

经延时后完成充电。

放电条件：

a）2#进线线路无压。

b）2DL合上。

c）手跳1DL或3DL。

d）其他外部闭锁信号。

动作过程：

充电完成后，若Ⅰ、Ⅱ母均无压，2#进线线路Ux2有压，I1无流，延时跳开1DL，确认1DL跳开后合2DL开关。

方式二（1#进线热备用，2#进线运行），类似方式一。

2.2110kV桥开关备自投方式

方式三、四（两段母线分列运行，桥开关热备用）

充电条件：

a）Ⅰ、Ⅱ段母线有压。

b）1DL、2DL在合位，3DL在分位。

经延时后完成充电。

放电条件：

a）Ⅰ、Ⅱ段母线均无压。

b）3DL合上。

c）手跳1DL或2DL。

d）其他外部闭锁信号。

方式三动作过程：

充电完成后，若Ⅰ母无压，进线I1无流，Ⅱ母有压，延时跳开1DL，确认1DL跳开后合3DL开关。

方式四动作过程：

充电完成后，若Ⅱ母无压，进线I2无流，Ⅰ母有压，延时跳开2DL，确认1DL跳开后合3DL开关。

2.310kV分段开关备自投方式

方式一、二（两段母线分列运行，分段开关热备用）

充电条件：

a）Ⅰ、Ⅱ段母线有压。

b）1DL、2DL在合位，3DL在分位。

经延时后完成充电。

放电条件：

a）Ⅰ、Ⅱ段母线均无压。

b）3DL合上。

c）手跳1DL或2DL。

d）其他外部闭锁信号。

方式一动作过程：

充电完成后，若Ⅰ母无压，进线I1无流，Ⅱ母有压，延时跳开1DL，确认1DL跳开后合3DL开关。

方式二动作过程：

充电完成后，若Ⅱ母无压，进线I2无流，Ⅰ母有压，延时跳开2DL，确认2DL跳开后合3DL开关。

三、110kV及以下电力变压器的保护

1.电力变压器的故障类型和异常运行状态

1.1绕组及其引出线的相间短路。

1.2绕组的匝间短路。

1.3绕组及其引出线的单相接地短路。

1.4外部相间短路引起的过电流。

1.5外部接地短路引起的过电流及中性点过电压。

1.6过负荷

1.7油面下降

1.8温度及油箱压力升高。

1.9冷却系统故障。

2.电力变压器保护的配置

2.1瓦斯保护

分为本体瓦斯保护、有载调压瓦斯保护。

轻瓦斯保护动作发信，重瓦斯保护动作跳闸。

2.2引出线、套管及变压器内部短路的保护

2.2.1电流速断保护

适用于小容量的变压器。

如10kV配变、厂用变等。

2.2.2纵差保护

适用于大、中容量的变压器（6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器）。

2.3相间短路的后备保护

2.3.1过电流保护

适用于小容量的变压器。

2.3.2复合电压启动的过电流保护

适用于大、中容量的变压器。

复合电压启动元件包括各侧的相间低电压、负序电压。

2.4接地短路保护

2.4.1零序电流保护

适用于中性点直接接地运行的变压器，反应外部接地短路引起的的过电流，主要保护母线，同时也对相邻线路的接地故障、变压器内部接地故障起后备保护作用。

2.4.2间隙零序电流和零序电压保护

适用于变压器的中性点不接地运行方式下，外部接地短路引起的中性点过电压或间隙过电流。

2.5过负荷保护

反应于变压器的过负荷情况，采用单相式，动作后发信。

3.电力变压器的主保护

3.1比率差动保护原理

由于变压器变比、联接组别的影响，变压器运行时，各侧电流大小、相位不同，差动保护要消除这些影响。

微机差动保护都采用数字的方法对变比、相位进行补偿。

比率差动保护动作特性如下：

差动电流为变压器各侧电流的向量和，制动电流有的取变压器各侧电流绝对值和的一半，有的取各侧电流绝对值中最大值，根据保护型号不同而不同。

A点称为比例差动的拐点，对应的制动电流Izd称为拐点电流，通常取主变额定值，对应的动作电流值Iqd称为差动保护电流定值（最小动作电流），通常取主变额定值的一半。

直线AB的斜率称为差动保护的制动系数K，通常整定为0.5。

为了在变压器内部严重故障时快速跳开各侧开关，设有差动电流速断保护，当差动电流大于差动电流速断整定值Isd时，动作跳闸。

3.2励磁涌流的鉴别

变压器空载投入电网时，会有励磁涌流产生，将引起变压器差动保护的误动，因此应增设涌流判别，来闭锁差动保护，防止误动。

3.2.1谐波制动原理

变压器空投产生的励磁涌流含有很大比例的二次谐波，而在内部和外部故障时，故障电流中的二次谐波比例很小。

利用二次谐波制动原理可有效的防止涌流的影响。

一般二次谐波制动系数取15％，即当差动电流中二次谐波分量达到或超过基波分量的15％时，装置判别为励磁涌流，闭锁差动保护。

3.2.2间断角判别原理

变压器励磁涌流波行是间断性的，而变压器内部故障时，电流波形是连续的或间断角很小。

利用此特点可构成鉴别涌流间断角的差动保护。

4.电力变压器的后备保护

4.1高压侧后备保护

4.1.1复合电压过流保护

复合电压过流保护有复压元件和电流元件构成，两个元件同时动作才延时出口。

复压元件由低电压元件和负序元件构成，两个为或门关系。

通常复合电压过流保护经各侧复压元件闭锁，任一侧复压元件动作均满足复压条件。

当动作时限为达到时，复压元件返回，则保护亦随之恢复正常。

复合电压过流保护作为变压器的后备保护时，要求跳各侧的时间不大于2.0秒。

4.1.2零序电流保护

零序电流保护电流取自主变中性点CT或由软件自产产生（3Io=Ia+Ib+Ic），通常不经零序电压闭锁，保护带两个时限，一时限跳母联开关，缩小故障影响范围，二时限跳变压器各侧开关。

通常不采用零序保护互跳方式。

4.1.3间隙过流、零序过压保护

间隙零序电流保护电流取自变压器中性点的间隙CT，当间隙击穿，间隙电流达整定值时延时动作。

零序电压一般取自母线PT开口三角电压（或软件自产3Uo），当电压达整定值时延时动作。

间隙零序电流和零序电压保护动作后相互保持，动作后跳变压器各侧开关。

4.1.4过负荷保护

根据主变的额定电流整定，保护延时发告警信号。

4.2中压侧（低压侧）后备保护

4.2.1复合电压过流保护

原理同高压侧后备保护，保护时限与所带的线路保护配合整定，一时限跳分段开关，二时限跳本侧开关，三时限跳各侧开关。

4.2.2过负荷保护

根据主变的额定电流整定，保护延时发告警信号。

4.2.3零序过压保护

110kV变压器中、低压侧为不接地系统，有的设有零序过压保护作为接地故障时的保护，动作发信告警。

四、35kV及以下线路的保护

1.概述

35kV及以下线路属中性点非直接接地的电网，其主要故障类型是各种形式的相间短路，不同地点的两点接地短路及单相接地。

对于相间短路，要求保护动作于跳闸，对于单相接地，由于短路电流小，同时线电压仍对称，对用户无大的影响，可以继续运行，动作于发信。

但当对人身、设备安全产生危害时，应动作于跳闸。

2.相间短路保护的配置

相间短路通常采用远后备保护方式，保护力求简单，通常采用三段式或两段式电流保护。

3.单相接地保护

通常设有零序电流保护，接于线路出线电缆的零序CT上，动作于信号。

4.自动重合闸

通常采用控制开关与断路器位置不对应起动、重合闸后加速保护的一次三相重合闸方式。

根据实际情况可采用一侧检无压，另一侧检同期的重合闸等。

五、电容器组的保护

1.电容器组的故障类型及异常运行方式

1.1电容器组与断路器之间连线的短路。

1.2电容器内部故障及其引出线短路。

1.3若干电容器切除后，其余电容器电压升高可能超过允许值。

1.4电容器组单相接地故障。

2.电容器组保护的配置

2.1限时电流速断保护

通常按电容器组额定电流的3-5倍整定。

带0.1-0.2秒延时，防止电容器组投入时误动。

2.2过电流保护

按电容器组额定电流的1.5-2倍整定。

时限一般为0.4-1.0秒。

2.3过压保护

按电容器组额定电压的1.1倍整定，动作时间小于1min。

2.4失压保护

应在母线失压时可靠动作，防止母线再次来电，引起电容器组过电压损坏。

时限应与本侧线路后备保护时限配合，防止线路近端故障误动。

通常设有电流闭锁，防止PT断线时保护误动。

2.5不平衡保护

有单星型接线电容器组开口三角电压不平衡保护、双星型接线电容器组中性线不平衡保护等。

通常按躲不平衡电压或电流整定。

时限为0.1-0.2秒。