继电保护的概念.docx

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继电保护的概念

继电保护的概念：

继电保护是由继电保护技术和继电保护装置组成的一个系统

继电保护装置：

能够反应系统故障或不正常运行，并且作用于断路器跳闸或发出信号的自动装置

继电保护的任务和作用:

1当电力系统发生故障时，自动，迅速，有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。

2反应电气元件的不正常运行状态，并根据不正常运行的类型和电气元件的维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动进行调整。

3继电保护装置还可以和电力系统中其他自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

继电保护在技术满足的四个基本要求：

可靠性（可靠性包括安全性和信赖性），选择性（选择性是指保护装置动作时，应在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行），速动性，灵敏性。

主保护：

反应被保护元件上的故障，并能在较短时间内将故障切除的保护。

后备保护：

在主保护不能动作时，该保护动作将故障切除。

根据保护范围和装置的不同有近后备和远后备两种方式。

近后备：

一般和主保护一起装在所要保护的电气元件上，只有当本元件主保护拒绝动作时，它才动作，将所保护元件上的故障切除。

远后备：

当相邻元件上发生故障，相邻电气元件主保护或近后备保护拒绝动作时，远后备动作将故障切除。

选择性的保证：

一是上级元件后备保护的灵敏度要低于下级元件后备保护的灵敏度，二是上级元件后备保护的动作时间要大于下级元件后备保护的动作时间。

继电保护的基本原理：

利用被保护线路或者设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。

继电保护装置的组成：

测量比较元件，逻辑判断元件，执行输出元件

动作电流：

过电流继电器线圈中使继电器动作的最小电流Iop。

返回电流：

继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流Ire。

继电返回系数：

Kre=Ire/Iop

继电特性：

无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置

电磁型电压继电器：

过电压Kre<1欠电压Kre>1

中间继电器：

通常用来增加接点数量和触电容量，以满足操作控制的需求，电流保护的中间继电器动作延时一般不小于0.06s或返回时限不小于0.4s（有小延时）。

电流整定值选取的原则不同电流保护可分为：

无时限电流速断保护I段，带时限电流速断保护II段，定时限过电流保护III段。

电流速断保护：

反应电流增加且不带时限（瞬时）动作的电流保护，即无时限电流速断保护。

动作电流的取值原则：

按躲过本线路末端发生短路时最大短路电流整定。

保护范围：

一般要求最大保护范围≥50%线路全长，最小保护范围≤15%线路全长

I段保护：

反应电流增加且不带时限（瞬时）动作的电流保护

整定原则：

按躲过下一条线路出口处短路条件整定

II段保护：

由于无时限电流速断保护（I段）不能保护线路全长，为快速切除本线路其余部分的短路故障应增设II段保护即限时电流速断保护

整定原则：

按照躲开下一级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定

保护范围不超过下一条线路电流速断保护的保护范围（II段）

III段保护整定原则：

过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定保护，动作时限按阶梯原则来选择的。

电流速断保护的构成：

电流继电器KA、中间继电器KM、信号继电器KS、断路器辅助触点QF、跳匝闸圈YR。

接入中间继电器KM的作用如下：

1增大触点容量，防止由KA触点直接接通跳闸回路时因容量过小而被破坏。

2当线路上装有管型避雷器时，利用KM延时闭合触点增加保护的固有动作时间，以避免管型避雷器动作时，引起电流速断保护误动作。

当校验灵敏系数不能满足要求时，通常都是考虑进一步延伸限时电流速度的保护范围，使之与下一条线路的显示电流速断相配合，这样其动作时限就应该选的比下条线路限时速断的时限再高一个△t。

对于不同的短路接线系数Kcon数值不同，三相短路为√3，A、C两相短路时Kcon=2，AB或BC两相短路时，Kcon=1

在保护中增设一个判断短路功率方向的元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。

具有方向性的过电流保护主要由方向元件KW、电流元件KA和时间元件KT组成。

Ir和Ur的相位角φr=－（90°－φset），称为灵敏角φsen。

与φsen=－α时的I重合的线称为最大灵敏角。

继电器的接线方式：

1在各种短路故障形式下，能正确判断短路功率的方向。

2故障以后加入继电器的电流I和电压U，应尽可能的大一些，并尽可能使φsen接近于最大灵敏角（符号），以便消除和减少方向继电器的死区，提高功率方向继电器动作灵敏性和可靠性。

零序电流保护的评价：

1零序过电流保护的灵敏度高。

2零序电流保护受系统运行方式变化的影响要小得多。

3当系统中发生某些不正常运行状态时零序保护则不受影响。

4零序方向元件没有电压死区。

5在110KV及以上的高压和超高压系统中，单相接地故障占全部故障70%~90%，而其他故障也往往是由单相接地发展起来的，因此，采用专门的零序保护就具有显着的优越性。

单相接地的特点：

1在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。

2在非故障的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路。

3在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之综合，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。

对电容电流补偿程度的不同补偿方式分为：

消弧线圈可以有完全补偿，欠补偿和过补偿。

中性点不接地系统中单相接地保护的方式：

1绝缘监视装置2零序电流保护3零序功率方向保护。

距离保护：

就是指反应保护安装处至故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。

Lset对应的测量阻抗为Zm=Z1Lset，称为整定阻抗，记为Zset，Zm：

保护安装处到保护范围末端的线路阻抗。

偏移圆特性的阻抗继电器：

圆心位于1?

2（Zset1+Zset2）,半径为｜1?

2（Zset1-Zset2）｜幅值比较｜Zm-1?

2（Zset1+Zset2）｜≦｜1?

2（Zset1-Zset2）｜相位比较—90°≦arg（Zset1-Zm／Zm-Zset2）≦90°

Zm是继电器的测量阻抗，由加入继电器的电压Um、电流Im的比值确定，Zm的阻抗角就是Um、Im之间的相位差φm

距离保护的构成：

启动回路，测量回路，逻辑回路。

影响距离保护正确工作的因素主要有：

1故障点与保护安装处之间的分支电流（1助增电流的影响，2外汲电流的影响）。

2故障点的过渡电阻（1短路点过渡电阻的性质2单侧电源线路上过渡电阻的影响3双侧电源线路上过渡电阻的影响）。

3电压回路断线。

4电力系统震荡。

5串联电容补偿的影响。

输电线路的纵联差动保护：

需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较，联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。

原理：

比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位原理构成

高频保护又称电力线载波纵联保护

电力线高频通道的构成：

输电线路，阻波器，耦合电容器，连接滤波器，高频电缆，高频收和发信机，接地开关。

阻波器的作用：

在电力系统继电保护中广泛采用高频保护专用的高频阻波器。

串联在线路两段，为了使高频载波信号只在本线路中传输而不穿越到相邻线路上去，才用了电感线圈与可调电容组成的并联谐振回路。

闭锁式方向高频保护：

采用正常无高频电流，而在外部故障时发闭锁信号的方式构成。

并规定线路两段功率从母线流向线路时为正方向，由线路流向母线为负方向。

此闭锁信号由功率方向为负的一侧发出，被两端的收信机接受，闭锁两端的保护。

闭锁式方向高频保护的构成：

KW+为功率正方向元件，KA2为高定值电流启动停信元件，KA1为低定值电流启动发信元件。

相差高频保护原理：

是根据直接比较线路两段电流相位而确定保护是否动作的原理构成，仅利用输电线路两段电流相位在区外短路时相差180度，区内短路时相差为0度，也可以区分区内，外短路。

变压器故障的分类：

油箱内的故障和油箱外的故障。

电路故障主保护：

纵联差动保护，重瓦斯保护，压力释放保护。

配置保护：

a短路故障主保护b短路故障的后备保护c异常运行保护

轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸

瓦斯保护：

气体继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过气体继电器流向油枕，变压器安装时应使顶盖沿气体继电器的方向与水平面具有1%~1.5%的升高坡度，通往继电器的连接管具有2%~4%的升高，这样有利于气体通过气体继电器。

瓦斯保护的接线方式：

气体继电器KG的上触点为轻瓦斯触点，动作于信号。

下触点为重瓦斯点，动作于跳闸。

产生不平衡电流的原因：

1由变压器两侧接线不同产生的不平衡电流2由变压器调节分接头产生的不平衡电流3变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流4）变压器的励磁涌流。

变压器的励磁涌动：

变压器空载合闸或断开外部故障后系统电压恢复时，短时出现的励磁电流数值可达到额定电流的4~8倍的现象

励磁涌流特点：

I励磁涌流含有很大的非周期分量，偏于时间轴一侧。

II励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，其中以2次谐波分量所占比例最大III励磁涌流相邻波形之间存在间断角。

一个周期中间断角为α

防止励磁涌流影响的方法有一下几种：

1采用具有速饱和中间变流器的差动继电器2利用二次谐波制动3鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别

变压器相间短路的后备保护方案有：

过电流保护，低电压启动的过电流保护，复合电压启动过电流保护，负序电流保护或阻抗保护。

复合电压启动的过电流保护：

反应不对称短路的负序电压继电器KVN和反应对称短路接于相间电压的低电压继电器KV组成的电压元件

发电机的故障类型主要有：

1定子绕组的相间短路2定子绕组的匝间短路3定子绕组的单相接地4励磁回路一点接地或两点接地短路。

纵差动保护的分类：

发电机的纵差动保护反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主保护。

根据差动元件两侧输入电流的不同，可以分成完全纵差动保护和不完全纵差动保护。

完全差动：

反应发电机内部及引出线上相间短路，不反应发电机内部匝间短路及分支开焊。

（中性点输入差动元件的电流为每相的全电流）

不完全差动：

用于每相定子绕组为多分支的大型发电机，他除了能反应发电机相间短路还能反应钉子线棒开焊及分支匝间短路。

（中性点侧输入到差动元件的电流为每相定子绕组每一分支的电流）

同步发电机定子绕组匝间短路的形式有同一分支绕组中的匝间短路和一相中不同分支绕组间的匝间短路。

单元件式横差保护：

当发电机定子绕组为双星形接线且中性点侧有6个引出端子时，匝间短路保护一般采用单元件式横差保护。

当同一绕组匝间短路的匝数较少或同相的两个分支绕组电位相近的两个点发生匝间短路时由于环流较小，保护可能不动作，这种情况下该保护具有动作死区

基波零序电压和三次谐波电压构成--------发电机定子100%接地保护

单元件式横差保护反应：

定子绕组的匝间短路故障和分支绕组的开焊故障且反应定子绕组的相间短路故障。

该保护具有动作死区。

裂相横差保护的构成原理：

是将发电机各相定子绕组并联分支数一分为，分别配以电流互感器，降两个互感器二次电流之差引入过电流元件而构成，正常运行时，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。

纵相零序电压匝间短路保护：

若发电机中性点侧无6个引出端子就无法实现上述方案，这时可采用反应零序电压的匝间短路保护。

当发电机发生匝间短路造成纵向不对称时，个相对发电机中性点产生零序电压。

对于大型发电机要求装设反应100%定子绕组的单相接地保护。

零序电压将随着故障点位置的不同而不同，越靠近中性点，零序电压就越小，在中性点短路时零序电压等于零；越靠近机端，零序电压越大，在机端短路时，零序电压等于额定电压。

利用三次谐波构成的接地保护就可以保护由中性点起，定子绕组50%范围以内的故障，并且当故障点越靠近中性点，保护的灵敏性就越高。

负序电流产生的原因：

当电力系统发生不对称故障或在正常运行情况下三相负荷不平衡，在发电机定子绕组中将流过负序电流。

发电机负序过电流保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护。

发电机励磁回路接地保护：

励磁回路一点接地检查装置，直流电桥式发电机励磁回路一点接地保护。

母线电流差动保护：

1）母线完全电流差动保护2）不完全电流母线差动保护3）电流比相式母线保护。

电流比相式母线保护原理：

电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外部故障时，各连接元件电流相位的变化来实现的。

母线上发生故障时，所有和电源连接的元件都向故障点供应短路电流，在理想条件下，所有供电元件的相位相同。

而在正常运行或母线外部故障时，至少有一个元件的电流相位和其余元件的电流相位相反，流入母线的和流出母线的电流相位相反。

母联电流相位比较式母线差动保护工作原理：

是基于比较母联断路器回路中电流相位和母线完全电流总差动回路中电流相位来选择故障母线的。

220KV及以上电压等级的电力网中，以及110KV电力网的个别重要部分，应按下列原则装设一套失灵保护：

1）线路或电力设备的后备保护采用近后备方式时，主保护拒动由另一套保护实现后备保护，断路器拒动由断路器失灵保护实现后备。

2）如断路器和电流互感器之间发生故障不能有该回路主保护切除形成保护死区，而其他线路或变压器后备保护切除又扩大停电范围，并引起严重后果，需装设失灵保护3）对220KV以上分相操作的断路器，可仅考虑单相拒动的情况，按单相接地故障来校验其灵敏度。