电力系统继电保护3.docx
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电力系统继电保护3.docx
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电力系统继电保护3
1•在保护范围不变的前提下,采用动作特性在+R轴方向上有较大面积的阻抗继电器(参看P105图3-58)
2.采用瞬时测量装置:
Rg二丄(lg——电弧长度,Ig——电弧电流)
1g
短路初瞬,lg较小,|g较大(有非周期分量),所以Rg很小;O^〜O.^S后,lg拉长,Ig减小(非周期分量衰减),所以Rg增大。
距离I段:
t小于40ms,&很小,可以忽略不计
距离U段:
t为0.5"或很长,应采取措施。
距离川段:
因为特性圆较大,影响较小
所谓瞬时测量,就是把距离元件的最初动作状态通过起动元件的动作固定下来。
当电弧电阻增大时,距离元件不会因为电弧电阻的增大而返回,仍以预定的
动作时限跳闸。
短路初瞬,起动元件1:
n段阻抗元件2动作,因而起动中间继电器3,3起动后通过其触点①自保持。
而当Rg,阻抗元件2返回。
保护仍能在时间元件4动作后,经中间继电器3的触点②去跳闸。
24
注:
d点短路,保护3的I段动作于跳闸,保护5U段跳。
对保护1,因d点在其第U段保护范围内,起动元件和U段测量元件动作,若采用瞬时测量,贝U会误动。
所以只在单回线辐射形电网中的距离U段上采用。
二、电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路
振荡时,系统中各发电机电势间的相角差随时间作周期性变化,从而使系统
中各点电压,线路电流以及距离保护的测量阻抗也将发生周期性变化,可能导致
距离保护的误动作。
但通常系统振荡若干周期后,多数情况下能自行恢复同步,若此时保护误动,势必造成不良后果,因而使不允许的。
(一)系统振荡使,电压,电流的变化规律
几点假设:
①.全相振荡时,系统三相对称,故可只取一相分析;
2•两侧电源电势Em和En电势相等,相角差为—360)
3.系统中各元件阻抗角均相等,以;:
d表示
4
不考虑负荷电流的影响,不考虑振荡同时发生短路
Zl-
电压:
Um=Em—JZm
系统中总有一点的电压为最低,其值为由0向Em-En相量所做的垂线的长度,该点则称为振荡中心,以z表示。
当Em=En且系统中各元件阻抗角相等时,振荡中心的位置在全系统纵
向阻抗的中点(即2处)
当:
=180时,Uz=0,I最大,相当于在线路z点发生三相短路。
振荡周期:
电压的一个最大值到下一个最大值所经历的时间,一般发生在
0.25~2.5s的范围内。
(二)系统振荡时测量阻抗时测量阻抗的变化规律
、=0,ctg--:
Zj=(Jzm)
◎6Zj
一180。
巧9乙巧亿
」360込“一?
Zm)j'
可见,当「•变化,乙幅值变化,阻抗角亦变化
_':
1,方向阻抗继电器误动的相角_':
2
因为T=0.25〜2.5之间,所以気—1.5S就可躲振荡的影响小结:
①•在相同定值下,全阻抗继电器所受(振荡)影响大
②.当保护安装点越靠近振荡中心,受影响越大
措施:
①.延长保护装置的动作时间(如距离川段)
2.把定值压低,使振荡中心位于特性圆外
3.增设振荡闭锁回路。
(四)振荡闭锁回路
1、基本要求:
1.当系统只发生振荡而无故障时,应可靠闭锁保护;
2.区外故障而引起系统振荡时,应可靠闭锁保护
3.区内故障,不论系统是否振荡,都不应闭锁保护。
根据上述基本要求,振荡闭锁回路目前主要采用两种原理:
①.利用短路时出现负序分量而振荡时无负序分量的原理
②.利用振荡和短路时电气量变化速度不同的原理
2、利用负序(和零序)分量元件起动的振荡闭锁回路
起动元件可以利用短路时出现的负序或零序分量起动,也可以利用这些分量
的增量或突变量来起动(P115,图3-71)
具体接线参看附录四
1.当系统只振荡,起动元件不动作,保护不会开放;
2.内部短路时,起动元件立即动作,然后自保持,短时开放保护(在此期间允许保护跳闸)
3.外部短路引起系统振荡:
起动元件立即起动(同②),短时开放保护,但在阻抗继电器误动前,短时开放回路已复归,将保护跳闸回路闭锁。
3、反应阻抗变化速度的振荡闭锁回路
利用振汤时各段动作时间不同实现的振汤闭锁
区内故障时:
Zi,Zn,Z皿同时动作
振荡时:
Z皿先动(t1),Zh后动(t2)
第七节距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价
、距离保护的整定计算原则
原则:
按躲过线路末端故障整定。
zZdi二kKZabkK=0.8~0.85
2.距离保护II段的整定
原则1:
与相邻线路的距离I段配合
原则2:
按躲过线路末端变压器低压母线短路整定
zZdi二kK(ZabKfz.minZb)kK=0.7(考虑到Zb的计算误差大)
取上述两项中数值小者作为保护II段定值。
动作时间:
t1=t2+At=0.5sti"=tb+At=0.5s
灵敏度校验:
按本线路末端故障校验灵敏度。
ZII
Kim空一1.25要求大于1.25。
ZAB
若灵敏度不满足要求,应与相邻线路距离保护II段配合
3.距离保护III段整定
原则:
按躲过输电线路的最小负荷阻抗整定。
Uf
求最小负荷阻抗:
Zfh.min二严
If.max
考虑外部故障切除后,电动机自启动时,距离保护III段应可靠返回
对于全阻抗继电器,其整定值为:
Z111-1z
zd1illfh.min
KKKzqKh
对于方向阻抗继电器。
其整定阻抗为:
动作时间按阶梯时限原则整定
在负荷阻抗同样的条件下,采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时,距离保护三段的灵敏度高。
灵敏度校验:
近后备的灵敏度:
远后备的灵敏度:
说明方向阻抗比全阻抗继电器灵敏度高的图
R
4.最小精确工作电流校验
按各段保护范围末端短路的最小短路电流整定
、对距离保护的评价
1.选择性
在、多电源的复杂网络中能保证动作的选择性。
2.快速性
距离保护的第一段能保护线路全长的85%,对双侧电源的线路,至少有30%的范围保护要以II段时间切除故障。
3.灵敏性
由于距离保护同时反应电压和电流,比单一反应电流的保护灵敏度高。
距离保护第一段的保护范围不受运行方式变化的影响。
保护范围比较稳定。
第二、第三段的保护范围受运行方式变化影响。
(分支系数变化)
4.可靠性
由于阻抗继电器构成复杂,距离保护的直流回路多,振荡闭锁、断线闭锁等使接线复杂,可靠性较电流保护低。
应用:
在35KV~110KV乍为相间短路的主保护和后备保护,采用带零序电流
补偿的接线方式,在110KV线路中也可作为接地故障的保护。
在220KV线路中作为后备保护。
另外,接地阻抗继电器还可作重合闸装置中的选相元件,与高频收发信机配
合,可构成高频闭锁(或允许)式距离保护。
作业:
P32习题1;P34习题6;P35习题2,3,5
第四章输电线路纵联保护
§4-1输电线纵联差动
一、基本原理:
1.反应单侧电气量保护的缺陷:
(2)继电器本身测量误差
(4)LH、YH有误差。
(6)运行方式变化等。
•••无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路。
.••无法实现全线速动
原因:
(1)电气距离接近相等。
(3)线路参数不准确。
(5)短路类型不同。
2•输电线路纵联差动保护:
(1)输电线路的纵联保护:
(P129第二自然段)。
(2)导引线纵联差动保护:
用导引线传送电流(大小或方向),根据电流在导引线中的流动情况,可分为环流式和均压式两种。
(P131图4-2)自学。
(注意图中隔离变压器GB的极性)
例:
环流法构成了导引线纵联保护:
线路两侧装有相同变比的LH
正常或区外短路:
Im仁-In1
二Im2=-In2
区内短路:
IJ=lm2+ln2=(Im1+In1)/nLH=Id/nLH>Idz
(同时跳两侧DL)JJ动作
可见纵联差动保护的范围是两侧LH之间,理论上具有绝对选择性可实现全线速动。
但它只适用于<5〜7公里的短线路。
若用于长线路技术上有困难且经济上不合理。
(P136标题2)
它在发电机、变压器、母线保护中应用得更广泛(后述)
3.纵联保护信号传输方式:
(1)辅助导引线
(2)电力线载波:
高频保护(3)微波:
微波保护(4)
光纤:
光纤保护
§4-2输电线的高频保护
一、高频保护概述:
高频保护的定义:
(P136)
分类:
按照工作原理分两大类,方向高频保护和相差高频保护。
方向高频保护:
比较被保护线路两侧的功率方向。
相差高频保护:
比较被保护线路两侧的电流相位。
二、高频通道的构成:
有“相-相”和“相-地”两种连接方式
V
“我国广泛运用”
构成示意图P137图4-7
1.阻波器:
L、C并联谐振回路,谐振于载波频率。
对载波电流:
Z>1500Q限制在本线路。
对工频电流:
Z<0.04Q畅流无阻。
2•结合电容器-带通滤波器①通高频、
阻工频-
3•连接滤波器②阻抗匹配
4•高频电缆:
将位于主控制室的高频收、发信机与户外变电站的带通滤波器连接起来。
5•高频收、发信机工作频率:
40Khz
三、高频通道工作方式及高频信号的应用:
无咼频电流是信号
1•高频通道的工作方式
两种:
长期发信方式:
正常运行时,收发信机长期工作(经常有高频电流)
故障时发信方式:
正常运行时,收发信机不工作。
当系统故障时,
发信机由启动元件启动通道中才有高频电流(经
常无咼频电流)
另:
改变频率也是一种信号
(2)
允许信号
(3)
闭锁信号:
三、方向高频保护
1•高频闭锁方向保护的基本原理
举例说明:
内部接地时:
保护3、4:
S动,两侧都不发高频信号,保护动作跳3、4DL
外部接地时:
保护2、5:
S动,它们发出高频闭锁信号,送至保护1、6、
2、5。
AB,BC线路均保持不动
它是以由短路功率为负的一侧发出高频闭锁信号,这个信号被两端的收信机所接收,而把保护闭锁。
故称高频闭锁方向保护。
注:
这种按闭锁信号构成的保护只在非故障线路上才传送高频信号,而在故
障线路上并不传送高频信号。
因此,在故障线路上由于短路使高频通道可能遭到
Uj
半套高频闭锁方向保护原理接线(电流启动方式)
(1)组成:
Il起动兀件1:
灵敏度较咼,起动发信机发信
12起动元件2:
灵敏度较低,起动保护的跳闸回路
3功率方向元件:
判断短路功率的方向
4ZJ中间继电器:
内部短路时,停止发信
5ZJ极化继电器(双线圈):
工作线圈接方向元件输出,制动线圈接收信机的输出
(2)工作情况:
1外部短路时:
IlI2动
AB线,B侧SIi一4ZJ常闭触点亠动一发信
3不动5ZJ制动
A侧S3动一4动一-停止发信
•—:
>1+动5ZJ工作、制动线圈均有电流,不
动,所以:
1、2DL不跳闸
2内部短路时:
BC线:
Ii、丨2、3、4ZJ均动作,停止发信,5ZJ有工作电流一-跳闸
(3)为什么要用两个灵敏度不同的起动元件
12/11=1.6~2防止区外故障误跳闸
若采用一个起动元件,当区外接地时,由于LH误差,起动元件误差。
S+侧起动元件动作,S侧起动元件未动。
S侧误动。
采用两个起动元件I1I2,S侧12动作时,S侧11一定动作,故可防止误动
(4)时间配合
外部故障时,S侧需等待对侧的高频闭锁信号,故跳闸回路应有一定延时。
故障切除后,返回时,为防止误动,启动发信回路应延时返回。
(5)方向元件
要求:
①能反映所有类型的故障
2没有死区
3正常负荷状态下不动作
4系统震荡时不会误动作
5线路两端在灵敏度上容易配合
满足要求的方向元件:
负序方向元件(单相式、三相式)相电压补偿式方向元件行波方向元件
1、高频闭锁距离保护和高频闭锁零序方向保护的基本原理(自学)
高频闭锁距离保护是距离保护与电力线载波通道相结合,利用收发信急的高频信号传送对侧保护的测量结果,两端同时比较两侧距离保护的测量结果,实现内部故障瞬时切除,区外故障不动作。
高频闭锁零序方向保护工作原理与上同
此种构成方式,主保护和后备保护统一设计,减少了测量元件,简化了接线,相对的提高了可靠性。
缺点:
距离或零序保护检修时,主保护和后备保护都必须退出工作。
四、相差动高频保护:
P142
1•相差动高频保护基本原理:
比较被保护线路两侧短路电流的相位。
EmMImdi4n—NEn
D2
Im
In
调制方法:
正半波发信,负半波停信,不断交替(高频通道经常无电流,而在外部故障时发出的高频电流(即闭锁信号)的方式构成保护)
传送闭锁信号的保护需两套起动元件。
1、构成:
闸
主要部分:
起动元件、操作元件、比相元件
1起动元件:
——故障检测元件(区分正常运行和故障)
不对称故障12——有两个灵敏度不同的起动元件,其中:
高灵敏----
起动发信
低灵敏----准
备跳闸
对称故障Z或相电流I
2操作元件:
将输电线上的三相工频电流转综合为单一工频电流(只用一个
通道)。
并对GFX的高频电流进行调制。
选择的要求:
①能反映各种类型故障;
②内部故障时©=0°而外部故障时©=180
利用复合滤过器可以将三相电流综合成单一电流li、I2、Io或li+K2、li+Kb
等。
*li:
能反映所有短路,但在不对称短路时,包含故障前的负荷分量,会造成区内短路时,相位差大为增加.
*12:
不能反映三相短路
*10:
不能反映三相短路和两相短路
*Ii+K2:
I2能反映不对称短路,li用于反映三相短路,K值的选择>1保证12起主导作用,一般K=6或8。
3比相元件:
根据线路两侧电流的相位判断内外故障
理想:
区内故障:
(|=0°停信间隙y180°
区外故障:
(|=180°停信间隙Y0
实际:
要找出外部故障可能出现的最大间隙角Yax,并按此进行闭锁,以保证外部故障时保护可靠不误动,这个角度就叫做闭锁角,表示为札
2、闭锁角的确定:
理想:
区外故障时,忻180°实际:
①CT角度误差怯=7
②保护装置的角误差(复合电流滤过器),©b.h=15°
3高频信号传输带来的角误差
电磁波的传输速率v=光速二3X105公里/秒
工频:
每周波360。
〜0.02〃〜6000km
所以:
每传100km,误差6°
机二(L/100)X6°其中了L线路长度
(或:
机=汎=2廿Xt=360X50XL/v=(L/100)X6°)
4为保证选择性并计及一些其它误差(由分布电容引起)。
考虑裕度角©y=15°。
1b=©ct+晶.h+©l+如=37+(L/100)X6
例:
L=300km,Qb=37°+(300/100)X6°=55°
由①b计算公式可知,LT—①dz=180°—①bJ降低保护灵敏度
3、保护的相继动作(区):
举例:
EmImd⑶InEn
操作电流只有h
设EmAEn=70°
Zm――发电机、变压器和线路阻抗©dm=60
Zm――发电机、变压器阻抗屁=90°
(|)=arg(lm/ln)=100°
对M侧保护:
恤=100°+7°+15°+(L/100)X6
对N侧保护:
<因为In滞后
晁=100°+7°+15°—(L/1OO)X6°
In设L=300km.帕=55°屁=125°
昴=122°+(300/100)X6°=140°>125°闭锁
怙=122°—(300/100)X6°=104°<125°动作
为解决M端保护不能跳闸的问题,采用N侧跳闸的同时,立即停止本侧发信。
N端停信后,M侧收信机只能收到自己所发的信号,间隔角为180°,M侧保
护可立即跳闸。
保护装置的这种工作情况「端的保护先动作以后,另一端的保护才能
再动作跳闸,称为“相继动作”。
主要影响因素:
故障类型、两侧电源电动势间相角差以及线路长度。
作业:
P38题1、4、8、13。
第五章自动重合闸
一、自动重合闸在电力系统中的作用
自动重合闸(ZCH装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。
运行经验表明,架空线路大多数故障是瞬时性的,如:
(1)雷击过电压引起绝缘子表面闪络。
(2)大风时的短时碰线。
(3)通过鸟类身体(或树枝)放电。
此时,若保护动一一>熄弧一一>故障消除一一>合断路器一一>恢复供电。
手动(停电时间长)效果不显著,自动重合(1”效果明显。
作用:
(P153
(1)对暂时性故障,可迅速恢复供电,从而能提高供电的可靠性。
(2)对两侧电源线路,可提高系统并列运行的稳定性,从而提高线路的输送容量。
(3)可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。
应用:
1KV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上,只要装有断路器,一般应装设ZCH(P153,最后一段)。
但是,ZCH本身不能判断故障是瞬时性的,还是永久性的。
所以若重合于永久性故障时,其不利影响:
(1)使电力系统又一次受到故障的冲击;
(2)使断路器的工作条件恶化(因为在短时间内连续两次切断短路电流)。
据运行资料统计,ZCH成功率60~90%,经济效益很高一一>广泛应用。
二、对自动重合闸的基本要求:
(1)动作迅速。
tntu+tz,—般0.5”~1.5”。
tu――故障点去游离,tz――断路器消弧室及传动机构准备好再次动作。
(2)不允许任意多次重合,即动作次数应符合预先的规定,如一次或两次。
(3)动作后应能自动复归,准备好再次动作。
(4)手动跳闸时不应重合(手动操作或遥控操作)。
(5)手动合闸于故障线路不重合(多属于永久性故障)。
三、三相自动重合闸:
(一)单侧电源线路的三相一次重合闸:
当线路上故障(单相接地短路、相间短路)一一>保护动作跳开三相一一>
重合闸起动——>合三相:
故障是瞬时性的,重合成功;故障是永久性的,保护再次跳开三相,不再重合。
通常三相一次自动重合闸装置由起动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分组成。
(1)起动元件:
当DL跳闸之后,使延时元件起动。
起动方式:
两种,1、控制开关KK位置与断路器位置不对应(优先采用),2、保护装置起动。
(2)延时元件:
tZCHtutz。
(3)—次合闸脉冲元件:
保证重合闸装置只重合一次。
(4)执行元件:
启动合闸回路和信号回路,还可与保护配合,实现重合闸后加速保护。
(二)两侧电源线路三相一次重合闸:
1、应考虑的两个问题:
(1)时间的配合:
考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸,此时须保证两侧均跳闸后,故障点有足够的去游离时间。
(2)同期问题:
重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合闸的问题。
2、两侧电源线路上的主要合闸方式:
(1)快速自动重合方式:
当线路上发生故障时,继电保护快速动作而后进行自动重合。
其特点是快速,须具备下列条件:
a、线路两侧均装有全线瞬时保护。
b、有快速动作的DL如快速空气断路器。
c、冲击电流<允许值。
(P158,下表)
(2)非同期重合闸方式:
就是不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式(期望系统自动拉入同步,
须校验冲击电流,防止保护误动)。
(3)检查双回线另一回线电流的重合闸方式:
(P159,图5-4)
(4)自动解列重合闸方式:
双侧电源单回线上(P159,图5-5)
系统
P
非重要负荷
3―I解列点
—小电源
/一重要负荷
d点短路,保护1动一一>1DL跳闸,小电源侧保护动一一>跳3DL,1DL处
ZCH检无压后重合,若成功,恢复对非重要负荷供电,在解列点实行同步并列一
—>恢复正常供电。
(5)具有同步检定和无压检定的重合闸:
具同步检定和无压检定的重合闸方式示意图
在两侧的断路器上,除装有单侧电源线路的ZCH外,在一侧(M侧)装有低电压继电器,用以检查线路上有无电压(检无压侧),在另一侧(N侧)装有同步检定继电器,进行同步检定(检同步侧)。
1)工作过程:
当线路短路时,两侧DL断开,线路失去电压,M侧低电压继电器动作,经ZCH重合。
a、重合成功,N侧同步检定继电器在两侧电源符合同步条件后再进行重合,恢复正常供电;b、重合不成功,保护再次动作,跳开M侧DL不再重合,N侧不重合。
2)两点说明:
a、有上述分析可见,M侧DL如重合于永久性故障,就将连续两次切断短路电流,所以工作条件比N侧恶劣,为此,通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器,利用连结片定期切换其工作方式,以使两侧工作条件接近相同。
b、在正常工作情况下,由于某种原因(保护误动、误碰跳闸机构等)使检无压侧(M侧)误跳闸时,因线路上仍有电压,无法进行重合(缺陷),为此,在检无压侧也同时投入同步检定继电器,使两者的触点并联工作。
这样,在上述情况下,同步检定继电器工作,可将误跳闸的DL重新合闸。
注:
在使用同步检定的一侧,绝对不允许同时投入无压检定继电器。
四、重合闸动作时限的选择原则
1、单侧电源线路的三相重合闸:
原则上越短越好,但应力争重合成功,保证:
(1)故障点电弧熄灭、绝缘恢复;
(2)断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油,准备好重合于永久性故障时能再次跳闸,否则可能发生DL爆炸,如果采用保护装置起动方式,还应加上DL跳闸时间。
根据运行经验,采用1”左右。
2、两侧电源线路的三相重合闸:
除上述要求外,还须考虑时间配合,按最不利情况考虑:
本侧先跳,对侧后
跳。
tbh.1
■
ItDL.2|h
1
i
tbh.1.tDL.1
tZCH
'TT
i
1
1
Ii
1
1
1|
t
——►
动作时限配合示意图
不对应起动方式
tzCH-tbh.2'tpL.2-".I-tDL.1'tu
保护起动
tZCH=tbh.2'tDL.2-tbh.1'tu
五、自动重合闸与继电保护的配合
加速切出故障,
两者关系极为密切,保护可利用重合闸提供的便利条件,般有如下两种配合方式:
1、重合闸前加速保护(简称“前加速”)
L1、L2、L3上任一点故障,保护1速断动,跳1DL——>ZCH重合,若成功,恢复正常供电;若不成功,按选择性动作。
优点:
快速切出故障,设备少。
缺点:
永久性故障,再次切除故障的时间可能很长;装ZCH的DL动作次数
多,若DL拒动,将扩大停电范围。
主要用于35KV以下的网络。
2、重合闸后加速保护(简称“后加速”)
每条线路上均装有选择性的保护和ZCH
则加速保护动作,切除故障。
例:
永久
第一次短路时,保护1II段动,ZCH重合,之后保护1瞬时动。
优点:
第一次跳闸时有选择性的,再次切除
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