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1、第十三章第十三章 电力系统继电保护电力系统继电保护 13.1 13.1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理 13.2 13.2 输电线路的继电保护输电线路的继电保护13.3 13.3 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护 13.2 13.2 输电线路的继电保护输电线路的继电保护l继电保护研究方面输电保护电流保护 距离保护纵联原理的保护纵联差动保护高频保护微波保护线路保护元件保护一、相间短路的电流保护（一）电磁型电流继电器1.组成IkA来自来自TA一、相间短路的电流保护（一）电磁型电流继电器电流继电器的继电特性电流继电器的继电特性动作状态不动作电流增加方向返回系数一般为0.85微机保护为0
2、.95继电器的常开触点4闭合，继电器动作继电器返回2电气设备常用图形及文字符号参见第14章表14-1及表14-2（二）瞬时电流速断保护 电流电流 I I 段保护段保护1.单相原理接线图（二）瞬时电流速断保护 电流电流 I I 段保护段保护1.单相原理接线图（二）瞬时电流速断保护 电流电流 I I 段保护段保护1.单相原理接线图中间继电器作用：容量大，可接通跳闸线圈YR 增大保护固有动作时间 防止误动 中间继电器主要有两方面的作用：一是利用中间继电器的常开触点（容量大）代替电流继电器的的小容量触点，接通跳闸线圈；二是利用带有0.060.08s延时的中间继电器，增大保护固有动作时间，防止管式避雷器
3、放电引起速断保护误动作。（二）瞬时电流速断保护 电流电流 I I 段保护段保护2.瞬时电流速断保护的作用原理 最大运行方式最小运行方式x1.2（二）瞬时电流速断保护 电流电流 I I 段保护段保护2.瞬时电流速断保护的作用原理 l忽略电阻Rl 为系统等效电源的相电势注意一定的运行方式下，If=f(l)l1.整定：整定：原则：在保证选择性的基础上，校验灵敏性原则：在保证选择性的基础上，校验灵敏性引入一个大于引入一个大于1的可靠系数的可靠系数 （1.21.3）最大运行方式下被保护线路末端三相最大运行方式下被保护线路末端三相短路时，流过保护的最大短路电流短路时，流过保护的最大短路电流l瞬时电流速断保
4、护不能保护线路全长，且保护范围受系统运行方式和故障类型的影响 最大运行方式最小运行方式x1.2l2)灵敏度l可用其最小保护范围来衡量 l3)动作时限l优缺点l优点：简单、快速、可靠l缺点：保护范围直接受运行方式影响（三）限时电流速断保护 电流电流 II II 段保护段保护l整定原则：躲过相邻线路电流速断保护的动作电流限时电流速断保护的可靠系数 1.11.2相邻线路瞬时电流速断的动作电流l时限：为保证选择性，应与相邻线路电流I段时限相配合l一个时限阶段l一般取0.5s（三）限时电流速断保护 电流电流 II II 段保护段保护l灵敏性：为能保护本线路l1的全长，保护1的限时电流速断保护应在最小运行
5、方式下线路l1末端发生两相短路时，有足够的反应能力，这个能力常用灵敏系数Ks来衡量，即l为最小运行方式下，被保护线路末端两相金属性短路时的短路电流 注意限时电流速断的单相原理接线 与电流速断不同之处：用时间继电器KT代替了中间继电器KMKT限时电流速断的单相原理接线（四）定时限过电流保护 电流电流 III III 段保护段保护l1.单相原理接线：与限时电流速断保护相同 l2.整定原理l3.动作时限l4.灵敏度主保护电流I段保护电流II段保护后备保护电流III段保护瞬时电流速断和限时电流速断联合工作，构成了线路的主保护，可保证全线路范围内的故障都能在0.5s内予以切除。然而它们不能作相邻线路故障
6、的后备保护。（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护l2.整定原则：按躲开最大负荷电流整定l灵敏度高l能保护本线路的全长l能保护相邻线路的全长l起远后备的作用（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护l2.整定原则：按躲开最大负荷电流整定（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护l3.动作时限：按阶梯原则点发生短路故障时，保护1、3、5都可能启动，最后由 5 切除（选择性）时间阶段（四）定时限过电流保护 电流 III 段保护l4.灵敏度过可作本线路全长的主保护或作近后备外，还要作为相邻线路的远后备保护#1作近后备#1作远后备（五）电流保护的接线方式l1.指电流保护中电流继电器线圈与电流
7、互感器二次绕组间的连接方式l2.两种接线方式（1）完全接线方式：三相星形接线（2）不完全接线方式：两相星形接线用于35kV及以下线路保护图用于发动机、变压器母线及110kV以上线路保护（五）电流保护的接线方式l中性点非有效接地电网中发生两相接地,采用二相星型接线可保证有2/3的机会只切除一个故障点（五）电流保护的接线方式l3.Y,d11接线变压器一侧两相短路以降压变压器侧ab两相短路为例，设 k=1（五）电流保护的接线方式l 结论：在Y,d11接线变压器后面发生两相短路时，总有一相电流是其他两相的两倍（六）阶段式电流保护三段式电流保护主保护后备保护瞬时电流速断保护（I段）限时电流速断保护（II
8、段）定时限过电流保护（III段）本线路相间短路的近后备和相邻线路的远后备保护（六）阶段式电流保护（六）阶段式电流保护l电网末端：可用二段式主保护后备保护瞬时电流速断保护（I段）定时限过电流保护（III段）一、相间短路的电流保护二、相间短路的方向性电流保护 l（一）方向性电流保护的工作原理点接地故障，#3，#4切除 如：则#2的 I 段误动则#2的 III 段误动电流保护对双侧电源不适用，应增设一个方向闭锁元件，构成方向电源保护点接地故障，#1，#2切除 如：则#3的 I 段误动则#3的 III 段误动二、相间短路的方向性电流保护（一）方向性电流保护的工作原理l线路功率正方向的规定：功率从母线流
9、向线路，为正方向功率从线路流向母线，为负方向（一）方向性电流保护的工作原理l线路功率正 功率从母线流向线路，为正方向 方向的规定 功率从线路流向母线，为负方向l方向过电流保护接线l组成l方向元件KPl电流元件KAl时间元件KT（一）方向性电流保护的工作原理1、3、5 由 供给2、4、6 由 供给（二）功率方向继电器的工作原理 反方向短路工作原理 判断功率方向正方向短路（二）功率方向继电器的工作原理实际应用中，和 要经电压、电流形成回路变换为 和动作条件：继电器的内角（二）功率方向继电器的工作原理l当母线出口附近发生三相短路时，母线电压将大幅度下降，功率方向继电器就不能正确动作 “死区”（最小动
10、作电压）（母线电压）消除“死区”的方法记忆回路（R、L、C）引入第三相电压注意并不是所有的保护都必须装设方向元件第十三章第十三章 电力系统继电保护电力系统继电保护 三、接地故障的电流保护一、相间短路的电流保护二、相间短路的方向性电流保护三、接地故障的电流保护l特点：出现零序电压和零序电流中性点直接接地电网：接地电流较大，需装设动作于跳闸的接地保护中性点非直接接地的电网单相接地时电流较小，动作于发信号三、接地故障的电流保护(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 故障点零序电压零序电位最高；三、接地故障的电流保护(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 零序电流正方向：母线流向故障点为正。零序电
11、流的分布与电源的数目和位置无关，只要决定于中性点接地变压器的数目和分布三、接地故障的电流保护(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 零序功率正方向规定：母线流向线路为正；但实际方向正相反，是由线路指向母线三、接地故障的电流保护(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点 故障点零序电压零序电位最高；零序电流正方向：母线流向故障点为正。零序电流的分布与电源的数目和位置无关，只要决定于中性点接地变压器的数目和分布零序功率正方向规定：母线流向线路为正；但实际方向正相反，是由线路指向母线三、接地故障的电流保护(一)中性点直接接地电网接地短路时的特点（二）零序电压和零序电流的获取（二）零序电压和零序电流的
12、获取（二）零序电压和零序电流的获取（二）零序电压和零序电流的获取1.零序电压的获取：三个单相式电压互感器或一台三相五柱式电压互感器中接成开口三角形的第3绕组侧的开口处获得 2.零序电流的获取：三相电流互感器电缆线：专用零序电流互感器（三）中性点直接接地电网的零序电流保护(了解)三段式电流保护主保护后备保护瞬时电流速断保护（I段）限时电流速断保护（II段）零序过电流保护（三）中性点直接接地电网的零序电流保护l1瞬时零序电流速断保护 整定原则：三条（三）中性点直接接地电网的零序电流保护l2限时零序电流速断保护 整定原则：与下一条线路的零序 I 段相配合1.11.2分支系数Ks1.31.5（三）中性
13、点直接接地电网的零序电流保护l3零序过电流保护 整定原则：躲相邻线路出口处发生三相短路时，流过保护的最大不平衡电流与下一条线段的III段配合（三）中性点直接接地电网的零序电流保护l3零序过电流保护 时限设定：阶梯原则 同一线路上，零序III段动作时限 小于 相间III段的动作时限（三）中性点直接接地电网的零序电流保护l对零序电流保护的评价 灵敏度高，保护范围稳定 动作时限短（四）中性点不接地电网单相接地故障的特点及接地保护 l1.特点四）中性点不接地电网单相接地故障的特点及接地保护l1.特点故障相对地电容电流故障点零序电压升高 倍流向故障点的电流，即为零序电容电流 A相接地后，非故障相对地电压
14、升高 倍,对地电流也升高 倍l非故障线路l1发电机端故障线路有效值方向 母线 线路l结论（1）发生单相接地时，全系统均会出现（2)非故障元件上 为其本身的对地电容电流 容性无功方向 母线流向线路（3)故障线路上的 等于全系统非故障元件对地电容电流的总和，容性无功方向 线路流向母线2.中性点不接地电网单相接地保护l（1）绝缘监视装置 正常运行无 ,单相接地全系统均出现 l（3）零序功率方向保护 灵敏度较高l（2)零序电流保护 动作电流：躲过单相接地时流过保护所在线路本身的电容电流延时动作瞬时动作第十三章第十三章 电力系统继电保护电力系统继电保护 13.1 13.1 继电保护的基本原理继电保护的基
15、本原理 13.2 13.2 输电线路的继电保护输电线路的继电保护13.3 13.3 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护 13.313.3电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护l一、变压器的常见故障和不正常工作状态l二、纵差动保护的基本原理 l三、变压器的纵差动保护 l四、变压器纵差动保护的整定计算 一、变压器的常见故障和不正常工作状态l1.内部故障 绕组的相间短路：纵差动保护 绕组的接地短路：零序电流保护 绕组的匝间短路：瓦斯保护l不正常工作状态 外部短路引起的过电流：过电流保护 对称过负荷：装一相过电流保护 励磁电流升高：过励磁保护轻瓦斯重瓦斯二、纵差动保护的基本原理l纵差动保护：1
16、.忽略互感器励磁电流（1）正常运行及外部故障比较被保护元件各端电流的幅值和相位构成（2）内部故障不动作动作 跳闸二、纵差动保护的基本原理2.考虑互感器励磁电流 ImTA二次电流为不平衡电流反映了两侧电流互感器的励磁电流之差差动继电器的动作电流必须躲过外部短路时出现的最大不平衡电流 三、变压器的纵差动保护 l特点：正常运行时，低压侧的额定电流不同三、变压器的纵差动保护 l不平衡电流产生的原因l防止其对差动保护影响的方法 三、变压器的纵差动保护 l不平衡电流产生的原因l防止其对差动保护影响的方法 1变压器励磁涌流造成的不平衡电流正常运行时当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时励磁电流励磁涌流原
17、因：由于磁链守恒定律，铁心的磁通不能突变 三、变压器的纵差动保护 l不平衡电流产生的原因l防止其对差动保护影响的方法 励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中的剩磁res，电源容量及变压器的容量大小等都有关系 三、变压器的纵差动保护 三、变压器的纵差动保护 三、变压器的纵差动保护 三、变压器的纵差动保护 l励磁涌流特点：（1）含大量非周期分量,电流偏于时间轴的一侧（2）含大量的高次谐波，以二次谐波为主 30（3）波形之间出现明显的间断l防止措施（1）采用具有速饱和变流器的差动继电器（2）利用二次谐波制动原理构成差动保护（3）鉴别短路电流和励磁涌流波形之间的差别l防止措施（1）采用具有
18、速饱和变流器的差动继电器（2）利用二次谐波制动原理构成差动保护（3）鉴别短路电流和励磁涌流波形之间的差别1.效果：短路电流动作而励磁涌流不动作（1）一次线圈通过周期分量电流（2）一次线圈通过暂态不平衡电流，含大量非周期分量，B沿局部磁滞回线变化2.变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流 变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30 2.变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流 变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30 2.变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流 变压器 Y,d11接线，两侧电流的相位相差30 希望：2.变压器两侧电流相位不同引起不平衡电流l相位补偿的方法：将变压器星形侧的
19、TA接成而将变压器侧的TA接成星形 TA接成一侧电流扩大倍3.电流互感器变比标准化引起的不平衡电流 可将差动继电器的平衡线圈接入互感器二次电流较小的一侧，以平衡差电流产生的磁势 3.电流互感器变比标准化引起的不平衡电流 可将差动继电器的平衡线圈接入互感器二次电流较小的一侧，以平衡差电流产生的磁势 4.两侧TA型号不同产生的不平衡电流 纵差动保护整定时应按相对误差为10%来计算其不平衡电流 5.变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流 分接头的改变实际上就改变了变压器的变比在纵差动保护的整定时予以考虑 三、变压器的纵差动保护 综上所述，变压器外部短路时差动回路中流过的最大不平衡电流Idspmax为10%为电流互感器的相对误差U 为变压器带负荷调压引起的相对误差 f 为电流互感器变比或平衡线圈匝数标准化后 所引起的相对误差 为外部最大短路电流归算到二次侧的数值 四、变压器纵差动保护的整定计算l三个整定原则1.躲TA二次回路断线2.躲外部短路时差动继电器流过的最大不平衡电流3.躲励磁涌流四、变压器纵差动保护的整定计算l灵敏度效验还应在现场通过空载合闸试验来检验其可靠性 保护范围内部短路时，流过继电器的最小短路电流可采用单侧电源供电时的最小两相短路电流本章小结本章小结电流保护接线返回