电力系统继电保护技术问答.docx
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电力系统继电保护技术问答.docx
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电力系统继电保护技术问答
一、继电保护基本原理
1、作用:
反应电力设备的故障或异常工况,在可能实现的最短时间和最小区域内,自动将故障设备从系统中切除;或发出信号由值班人员消除异常工况根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
2、原理:
电力系统发生故障后,电气量变化的主要特征是:
(1)电流增大。
短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
(2)电压降低。
当发生相间短路和接地短路故障时,系统各点的相间电压或相电压值下降,且越靠近短路点,电压越低。
(3)测量阻抗发生变化。
测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。
正常运行时,测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时,测量阻抗转变为线路阻抗,故障后测量阻抗显著减小,而阻抗角增大。
(4)不对称短路时,出现相序分量,如两相及单相接地短路时,出现负序电流和负序电压分量;单相接地时,出现负序和零序电流和电压分量。
这些分量在正常运行时是不出现的。
利用以上短路故障时电气量的变化,便可构成各种原理的继电保护。
此外,除了上述反应电气量的保护外,还有反应非电气量的保护。
3、装置要求
继电保护装置为了完成它的任务,必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。
对于作用于继电器跳闸的继电保护,应同时满足四个基本要求,而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置,这四个基本要求中有些要求可以降低。
1)选择性
选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时,其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除,当故障设备或线路的保护或断路器拒动时,应由相邻设备或线路的保护将故障切除。
2)速动性
速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障,以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间,降低设备的损坏程度,提高系统并列运行的稳定性。
一般必须快速切除的故障有:
(1)使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。
(2)大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。
(3)中、低压线路导线截面过小,为避免过热不允许延时切除的故障。
(4)可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈干扰的故障。
故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间,一般快速保护的动作时间为0.04s~0.08s,最快的可达0.01s~0.04s,一般断路器的跳闸时间为0.06s~0.15s,最快的可达0.02s~0.06s。
对于反应不正常运行情况的继电保护装置,一般不要求快速动作,而应按照选择性的条件,带延时地发出信号。
3)灵敏性
灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时,保护装置的反应能力。
能满足灵敏性要求的继电保护,在规定的范围内故障时,不论短路点的位置和短路的类型如何,以及短路点是否有过渡电阻,都能正确反应动作,即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作,而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。
系统最大运行方式:
被保护线路末端短路时,系统等效阻抗最小,通过保护装置的短路电流为最大运行方式;
系统最小运行方式:
在同样短路故障情况下,系统等效阻抗为最大,通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。
保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。
4)可靠性
可靠性包括安全性和信赖性,是对继电保护最根本的要求。
安全性:
要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作,即不发生误动。
信赖性:
要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作,即不拒动。
继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。
即使对于相同的电力元件,随着电网的发展,保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。
以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据,又是分析评价继电保护的基础。
这四个基本要求之间是相互联系的,但往往又存在着矛盾。
因此,在实际工作中,要根据电网的结构和用户的性质,辩证地进行统一。
4、装置的组成
一般情况而言,整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分组成。
测量比较部分
测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量,并与给定的值进行比较,根据比较的结果,给出“是”“非”性质的一组逻辑信号,从而判断保护装置是否应该启动。
逻辑部分
逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围,最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等,并将对应的指令传给执行输出部分。
执行输出部分
执行输出部分根据逻辑传过来的指令,最后完成保护装置所承担的任务。
如在故障时动作于跳闸,不正常运行时发出信号,而在正常运行时不动作等。
5、工作回路
要完成继电保护任务,除了需要继电保护装置外,必须通过可靠的继电保护工作回路的正确工作,才能完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行发出警报、正常运行状态不动作的任务。
继电保护工作回路一般包括:
将通过一次电力设备的电流、电压线性地转变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压,并使一次设备与二次设备隔离的设备,如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等;断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆,指示保护动作情况的信号设备;保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。
6、分类
继电保护可按以下方式分类。
1按被保护对象分类,有输电线保护、发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等保护。
2按保护功能分类,有短路故障保护和异常运行保护。
前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护;后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。
3按保护动作原理分类,有过电流保护、低电压保护、过电压保护、差动保护等。
7、主保护、后备保护、辅助保护和异常运行保护
(1)主保护是满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护;
(2)后备保护是主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护;
(3)辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的保护;
(4)异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。
二、变压器保护
变压器保护包括:
电气量保护:
差动保护、复合电压闭锁过流、过负荷信号、启动风扇等;
非电气量保护:
瓦斯保护、压力释放、油温高等。
1、差动保护:
差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。
差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点,那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等,差动电流等于零。
当设备出现故障时,流进被保护设备的电流和流出的电流不相等,差动电流大于零。
当差动电流大于差动保护装置的整定值时,保护出口动作,将被保护设备的各侧断路器跳开,使故障设备断开电源。
原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的,当变压器正常工作或区外故障时,将其看作理想变压器,则流入变压器的电流和流出电流(折算后的电流)相等,差动继电器不动作。
当变压器内部故障时,两侧(或三侧)向故障点提供短路电流,差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流,差动继电器动作。
差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时,一直用于变压器做主保护。
变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。
其接线方式,按回路电流法原理,把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流,变压器正常运行或外部故障,如果忽略不平衡电流,在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器,即:
iJ=ibp=iI-iII=0。
如果内部故障,如图ZD点短路,流入继电器的电流等于短路点的总电流。
即:
iJ=ibp=iI2+iII2。
当流入继电器的电流大于动作电流,保护动作断路器跳闸。
运行
安装或二次回路经变动后,变压器差动保护须做哪些工作后方可正式投运?
答:
新安装或二次回路经变动后的差动保护,应在变压器充电时将差动保护投入运行,带负荷前将差动保护停用,带负荷后测量负荷电流相量和继电器的差电压,正确无误后,方可将差动保护正式投入运行。
缺点
差动保护的缺点:
对变压器内部的不严重的匝间短路故障不能反映。
运行规程规定:
容量为6300KVA及以上的变压器必须装设差动保护。
2、瓦斯保护
瓦斯保护是变压器内部故障的主保护,对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。
当油浸式变压器的内部发生故障时,由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体,从油箱向油枕流动,其强烈程度随故障的严重程度不同而不同,反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护,也叫气体保护。
在气体保护继电器内,上部是一个密封的浮筒,下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。
浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。
在正常运行时,继电器内充满油,浮筒浸在油内,处于上浮位置,水银接点断开;档板则由于本身重量而下垂,其水银接点也是断开的。
当变压器内部发生轻微故障时,气体产生的速度较缓慢,气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间,使油面下降,浮筒随之下降而使水银接点闭合,接通延时信号,这就是所谓的“轻瓦斯”;当变压器内部发生严重故障时,则产生强烈的瓦斯气体,油箱内压力瞬时突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移动,使水银触点闭合,接通跳闸回路,使断路器跳闸,这就是所谓的“重瓦斯”。
重瓦斯动作,立即切断与变压器连接的所有电源,从而避免事故扩大,起到保护变压器的作用。
气体继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。
目前大多采用QJ-80型继电器,其信号回路接上开口杯,跳闸回路接下档板。
所谓瓦斯保护信号动作,即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合,光字牌灯亮。
规程规定:
对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器,应装设瓦斯保护。
分类
瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。
轻瓦斯:
变压器内部过热,或局部放电,使变压器油油温上升,产生一定的气体,汇集于继电器内,达到了一定量后触动继电器,发出信号。
重瓦斯:
变压器内发生严重短路后,将对变压器油产生冲击,使一定油流冲向继电器的档板,动作于跳闸。
保护范围
瓦斯保护是变压器的主要保护,它可以反映油箱内的一切故障。
包括:
油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。
瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。
但是它不能反映油箱外部电路(如引出线上)的故障,所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。
另外,瓦斯保护也易在一些外界因素(如地震)的干扰下误动作。
变压器有载调压开关的瓦斯继电器与主变的瓦斯继电器作用相同、安装位置不同,型号不同。
变压器差动、瓦斯保护是变压器的主保护,两者缺一不可,不能互相取代。
瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障,如铁芯过热烧伤,油面降低等,但差动保护对此无反应。
又如变压器绕组发生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上其量值却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,所以差动保护不能代替瓦斯保护。
但瓦斯保护不能反应套管及引出线的短路故障,所以瓦斯保护也不能代替差动保护。
日常巡视
电力变压器运行规程规定在变压器的日常巡视项目中首先应检查气体继电器内有无气体,对气体的巡视应注重以下几点:
1气体继电器连接管上的阀门应在打开位置。
2变压器的呼吸器应在正常工作状态。
3瓦斯保护连接片(跳闸压板)投入应正确。
4油枕的油位应在合适位置,继电器内布满油。
5气体继电器防水罩一定牢固。
6继电器接线端子处不应渗油,且应能防止雨、雪、灰尘的侵入,电源及其二次回路要有防水、防油和防冻的措施,并要在春秋二季进行防水、防油和防冻检查。
运行
变压器在正常运行时,瓦斯继电器工作无任何异常。
关于瓦斯继电器的运行状态,规程中对其有如下规定:
1变压器运行时瓦斯保护应接于信号和跳闸,有载分接开关的瓦斯保护接于跳闸。
2变压器在运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号:
2.1用一台断路器控制两台变压器时,当其中一台转入备用,则应将备用变压器重瓦斯改接信号。
2.2滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂和开闭瓦斯继电器连接管上的阀门时。
2.3在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。
2.4除采油样和在瓦斯继电器上部的放气阀放气处,在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时。
2.5当油位计的油面异常升高或吸吸系统有异常现象,需要打开放气或放油阀门时。
3在地震预告期间,应根据变压器的具体情况和气体继电器的抗震性能确定重瓦斯保护的运行方式。
地震引起重瓦斯保护动作停运的变压器,在投运前应对变压器及瓦斯保护进行检查试验,确认无异常后,方可投入。
动作原因
轻瓦斯动作的原因
1因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器。
2因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下
3变压器故障产生少量气体
4变压器发生穿越性短路故障。
在穿越性故障电流作用下,油隙间的油流速度加快,当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时,气体继电器就可能误动作。
穿越性故障电流使绕组动作发热,当故障电流倍数很大时,绕组温度上升很快,使油的体积膨胀,造成气体继电器误动作。
5气体继电器或二次回路故障。
以上所述因素均可能引起瓦斯保护信号动作。
动作处理
变压器瓦斯保护装置动作后,应马上对其进行认真检查、仔细分析、正确判定,立即采取处理措施。
1瓦斯保护信号动作时,立即对变压器进行检查,查明动作原因,上否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或上变压器内部邦联造成的。
如气体继电器内有气休,则应记录气体量,观察气体的颜色及试验上否可燃,并取气样及油样做色谱分析,可根据的关规程和导则判定变压器的故障性质。
色谱分析是指对对收集到的气体用色谱仪对其所含的氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体进行定性和定量分析,根据所含组分名称和含量准确判定邦联性质,发展趋势、和严重程度。
若气体继电器内的气体无色、无臭且不可燃,色谱分析判定为空气,则变压器可继续运行,并及时消除进气缺陷。
若气体继电器内的气体可燃且油中溶解气体色谱分析结果异常,则应综合判定确定变压器是否停运。
2瓦斯继电器动作跳闸时,在查明原因消除故障前不得将变压器投入运行。
为查明原因应重点考虑以下因素,作出综合判定。
a.是否呼吸不畅或排气未尽;
b.保护及直流等二次回路是否正常;
c.变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象;
d.气体继电器中积聚的气体是否可燃;
e.气体继电器中的气体和油中溶解的气体的色谱分析结果;
f.必要的电气试验结果;
g.变压器其它继电保护装置的动作情况。
安全措施
瓦斯保护动作,轻者发出保护动作信号,提醒维修人员马上对变压器进行处理;重者跳开变压器开关,导致变压器马上停止运行,不能保证供电的可靠性,对此提出了瓦斯保护的反事故措施:
1将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式,触点改为立式,以提高重瓦斯动作的可靠性。
2为防止瓦斯继电器因漏水而短路,应在其端子和电缆引线端子箱上采取防雨措施。
3瓦斯继电器引出线应采用防油线。
4瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。
3、复合电压闭锁过流
是变压器的后备保护,按1.5-2倍变压器额定电流整定,为增加灵敏度加复合电压闭锁,时间与出线保护时间配合。
4、过负荷信号、启动风扇
三、线路保护
过流保护
35KV及以下线路保护由三段式过流保护和自动重合闸组成。
1、何谓三段式电流保护?
其各段是怎样获得动作选择性的?
答:
由电流速断、限时电流速断与定时限过电流保护组合而构成的一套保护装置,称为三段式电流保护。
电流速断保护是靠动作电流的整定获得选择性;时限电流速断和过电流保护是靠上、下级保护的动作电流和动作时间的配合获得选择性。
12
保护1电流速断:
按躲开线路1末端最大三相短路电流整定
保护1限时速断:
与保护2电流速断定值配合整定;
保护1定时过流:
与保护2限时速断或定值过流整定。
2、自动重合闸
自动重合闸装置是将因故跳开的断路器按需要自动投入的一种自动装置。
电力系统运行经验表明,架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的,永久性故障一般不到10%。
因此,在由继电保护动作切除故障之后,电弧将自动熄灭,绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复,因此,自动将断路器重合,不仅提高了供电可靠性,减少了停电损失,而且还提高了供电可靠性。
距离保护
110KV及以上线路多采用三段距离保护和三段方向零序保护
1、什么是距离保护?
距离保护的特点是什么?
距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置,其动作取决于保护安装处的测量阻抗参数与保护定值的比较结果,当测量阻抗小于设定的整定值时保护动作。
距离保护的特点是灵敏度高,保护范围固定。
2、什么是零序保护?
大短路电流接地系统为什么要装设零序保护?
在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路故障的继电保护装置统称为零序保护。
(1)系统正常运行和发生相间短路时,不会出现零序电流和零序电压,因此零序保护的动作电流可以整定得较小,这有利于提高其灵敏度;
(2)YD接线的降压变压器,三角形绕组侧以后的故障不会在星形绕组侧反映出零序电流,所以零序保护的动作时限可以不必与变压器以后的线路保护配合而取较短的动作时限。
纵联差动保护:
220KV线路、与电网联系紧密的110KV联络线采用纵联差动保护。
纵联差动保护在电网中的重要作用:
由于纵联保护在电网中可实现全线速动,因此它可保证电力系统并列运行的稳定性和提高输送功率、缩小故障造成的损坏程度,改善与后备保护的配合性能。
AB
用光缆实现两侧电流的差流计算。
三、电容器保护
1电流保护
电容器应设置电流保护,电流保护是反映相间故障的,一般可设置两段。
2电压保护
过压保护和低电压保护是反应系统异常的,当系统电压超过电容器允许运行电压或系统失压时将电容器组从系统中切除。
2.1过电压保护
电压过高将使电容器的功耗和发热增加,影响使用寿命,因此电容器应设置过电压保护,此电压采自母线TV。
2.2低电压保护
电容器应能在系统母线失压后退出运行。
低电压保护延时应躲开同母线其他保护故障切除的时间,还应装设防止TV断线造成保护误动的电流闭锁元件。
此保护电压同样采自母线TV。
2.3不平衡保护
反应电容器组内部故障的保护,防止元件过多击穿而造成短路。
电容器发生故障后,将引起电容器组三相电容不平衡。
不平衡保护的设置与整定应根据电容器组的实际接线情况,并满足厂家要求和安装规程的规定。
四、低频低压解列保护(安全自动装置)
1、在什么情况下应设置解列点?
与主系统相连的带有地区电源的地区系统,当主系统发生事故、与主系统相连的线路发生故障,或地区系统与主系统发生振荡时,为保证地区系统重要负荷的供电,应在地区系统设置解列点。
2、在系统中什么地点可考虑设置低频解列装置?
(1)系统间联络线的适当地点;
(2)地区系统中由主系统受电的终端变电所母线联络断路器;
(3)地区电厂的高压侧母线联络断路器;
3、试述低频低压解列装置的作用
在功率缺额的受端小电源系统中,当大电源切除后发供功率严重不平衡时,将造成频率或电压降低。
如用低频减负荷不能满足安全运行要求时,须在某些地点装设低频或低压解列装置。
在功率缺额的小系统中,一般表现频率下降,但当功率缺额过大,而无功不足时,可能因电压低有功负荷下降,频率不降低。
随着电压不断降低,将造成电压崩溃。
此时应用低电压解列装置,低频低电压相互配合可取得良好效果。
五、二次设备运行相关规定:
1.继电保护装置的检验一般可分为哪三种?
答:
1)新安装装置的验收检验;
2)运行中装置的定期检验;
3)运行中装置的补充检验;
2.继电保护装置补充检验可分为哪四种?
答:
1)装置改造后的检验;
2)检修或更换一次设备后的检验;
3)运行中发现异常情况后的检验;
4)事故后检验。
3.按继电保护的要求,一般对电流互感器作哪几项试验?
答:
(1)绝缘检查
(2)测试互感器各线圈的极性
(3)变流比试验
(4)伏安特性试验
(5)二次负荷测定,检查电流互感器二次回路的接地点与接地状况。
4.继电保护现场工作中的习惯性违章的主要表现有哪些?
答:
1)不履行工作票手续即行工作;
2)不认真履行现场继电保护工作安全措票;
3)监护人不到位或失去监护;
4)现场标示牌不全,走错屏位(间隔)。
5.新投入二次设备绝缘要求为多少MΩ?
答:
室内20MΩ,
室外10MΩ。
6.在带电的电流互感器二次回路上工作时,应采取哪些安全措施?
答:
⑴严禁将电流互感器二次侧开路;
⑵短路电流互感器二次绕组,必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠,严禁用导线缠绕。
⑶严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作。
⑷工作必须认真、谨慎,不得将回路永久接地点断开。
⑸工作时,必须有专人监护,使用绝缘工具,并站在绝缘垫上。
7.直流正、负极接地对运行有哪些危害?
答:
直流正极接地有造成保护误动的可能。
因为一般跳闸线圈(如出口中间继电器线圈和跳合闸线圈等)均接负极电源,若这些回路再发生接地或绝缘不良就会引起保护误动作。
直流负极接地与正极接地同一道理,如回路中再有一点接地就可能造成保护拒绝动作(越级扩大事故)。
因为两点接地将跳闸或合闸回路短路,这时还可能烧坏继电器触点。
8、查找直流接地的操作步骤和注意事项有哪些?
根据运行方式、操作情况、气候影响进行判断可能接地的处所,采取拉路寻找、分段处理的方法,以先信号和照明部分后操作部分,先室外部分后室内部分的原则。
在切断各专用直流回路时,切断时间不超过3S,不论回路是否接地均应合上,当发现某一专用直流回路有接地时,应及时找出接地点,尽快消除。
差找直流接地的注意事项如下:
(1)查找接地点禁止使用灯泡寻找的方法;
(2)用仪表检查时,所用仪表的内阻不应低于2000Ω/V;
(3)当直流发生接地时,禁止在二次回路工作;
(4)处理时不得造成直流短路和另一点接地;
(5)查找和处理必须由两人同时进行;
(6)拉路前应采取必要措施,以防止直流失电可能引起保护及自动装置误动。
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