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1、8.4 继电保护装置主讲：党浩浩找资料：陈博 汤凯 吴托 强超 PPT：薛大恒 常红阳8.4.1继电保护概述概念：继电保护装置，就是指装设于整个电力系统的各个元件上，能在指定区域快速准确的对电气元件发生的各种故障或不正常运行状态，并按规定时限内动作，使断路器跳闸或发出信号的一种反事故自动装置。作用：把故障的影响限制在最小范围，预防故障的发生。1针对不正常运行状态报警；2针对故障使断路器跳闸；3快速恢复供电。要求：可行性、选择性、灵敏性和速动性。组成：一般而言，整套继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断环节和执行输出元件三部分组成。1)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，
2、并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”(“0”或“l”)性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。2)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、发出信号或是不动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。3)执行输出部分执行输出部分根据逻辑部分传来的指令，最后完成保护装置所担负的任务。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。继电保护技术发展简史上 上世纪90年代出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过电流继电器，本世纪初，随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的
3、保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电压比较的保护原理，并导致了本世纪年代初距离保护的出现。随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率或相位的高频保护装置。在50年代，微波中继通讯开始应用与电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。早在50年代就出现了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想。经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。显然，随
4、着光纤通讯将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革.50年代以前的继电保护装置都是由电磁型感应型或电动型继电器组成的这些继电器统称为机电式继电器。本世纪50年代初由于半导体晶体管的发展开始出现了晶体管式继电保护装置称之为电子式静态保护装置.70年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期满足了当时电力系统向超高压大容量方向发展的需要.80年代后期标志着静态继电保护从第一代(晶体管式)向第二代(集成电路式)的过渡目前后者已成为静态继电保护装置的主要形式.
5、在60年代末有人提出用小型计算机实现继电保护的设想由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究对后来微型计算机式继电保护(简称微机保护)的发展奠定了理论基础.70年代后半期比较完善的微机保护样机开始投入到电力系统中试运行.80年代微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋于成熟并已在一些国家推广应用这就是第三代的静态继电保护装置微机保护装置具有巨大的优越性和潜力因而受到运行人员的欢迎进入90年代以来它在我国得到了大量的应用将成为继电保护装置的主要型式.可以说微机保护代表着电力系统继电保护的未来将成为未来电力系统保护控制运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.中间继电器时间继电器8.4.2对继电保护
6、的基本要求1.可靠性 继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动;再规定的保护范围内发生故障时，应可靠动作;而在不属于该保护动作的其他任何情况下，应可靠的不动作。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。）8.4.22.选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。d3点短路：6动作：有选择性；5动作：无选择性如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)d1点短路：1、2动作：有选择性；3、4动作：无选择性后备保护（本元件主保护拒动时）：(1)由前一级保护作为
7、后备叫远后备.(2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.8.4.23.快速性继电保护的快速性是指继电保护装置应以尽可能快的速度切除故障设备。故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。(快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下)故障切除总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般快速保护的动作时间为0.06-0.12s,最快的可达0.02-0.04s;一般断路器动作时间为0.06-0.15s，最快的有0.02-0.06s。目前常用的无时限整套保护的动作时间表目前常用的无时限整套保护的动作时间表8.4.24.灵敏性 继电保
8、护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大灵敏度）。一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度。8.4.3牵引主变保护 1.瓦斯保护 瓦斯保护是变压器的主保护，能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成，作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成，作用于跳闸。正常运行时，瓦斯继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。当变压器内部故障时，故障点局部发生高热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时，排出的
9、瓦斯缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通，发出信号。当变压器内部故障严重时，产生强烈的瓦斯，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向弹簧触点方向移动，使弹簧触点接通，作用于跳闸。变压器的主保护，电力变压器的主保护均采用瓦斯保护，当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降时，应瞬时动作与信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。8.4.32.纵联差动保护对于6.3MVA及以上变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。变压器纵联差动保护的特点变压器纵联差动保护最明显的特点是产生不平
10、衡电流的因素很多。不平衡电流及消除方法：（1）两侧电流互感器型号不同而产生不平衡电流，应按10%的误差要求选择两侧的电流互感器；引入一个同型系数stK，当侧侧电流互感器的型号相同时，取stK=0.5，当两侧电流互感器的型号不相同时取stK=1。（2）电流互感器实际变比与计算变比不同时产生不平衡电流，电流互感器实际变比与计算变比不同时产生的不平衡电流，可以通过自耦变流器或利用差动继电器的平衡线圈补偿。（3）变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流，变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流，可以通过提高保护动作电流来消除8.4.3（4）变压器接线组别的影响产生的不平衡电流，变压器接线组别的影响产生的
11、不平衡电流，可以通过相位补偿方法实现，即将变压器星形接线一侧电流互感器的二次绕组接成三角形，而将变压器的三角侧电流互感器的二次绕组接成星形。（5）变压器励磁涌流产生的不平衡电流，变压器励磁涌流产生的不平衡电流，可以通过装设速饱和变流器或者差动保护装置消除。对于有些情况差动保护是无法代替瓦斯保护的。比如，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，这就是差动保
12、护不能代替瓦斯保护的原因。8.4.33.过电流保护反应外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，变压器需装设过电流保护。可采用的保护方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护及负序过电流保护等。4.零序过电流保护对l10kV以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流(接地)保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压器中性点接地的台数和位置有关。8.4.35.反时限过负荷保护8.4.38.4.38.4.38.4.4馈线保护主保护与后备保护主保护与后备保护
13、具有足够灵敏度和快速性具有足够灵敏度和快速性，能反应被保护馈线任一点，能反应被保护馈线任一点发生的故障，并可靠地发出断路器跳闸命令的继电保护装发生的故障，并可靠地发出断路器跳闸命令的继电保护装置，称为该置，称为该馈线的主保护馈线的主保护。具有足够灵敏度具有足够灵敏度，能反应规定的被保护范围内任一点，能反应规定的被保护范围内任一点发生的故障，预定当主保护拒绝动作时能可靠地发出断路发生的故障，预定当主保护拒绝动作时能可靠地发出断路器的跳闸命令的继电保护装置，称为该器的跳闸命令的继电保护装置，称为该馈线的后备保护馈线的后备保护。8.4.4 辅助保护辅助保护 为了消除主保护的某些性能缺陷（例如方向性距
14、离保为了消除主保护的某些性能缺陷（例如方向性距离保护在近区故障时的电压死区）或者为了加强与补充主保护护在近区故障时的电压死区）或者为了加强与补充主保护的某些性能（例如加速近区故障的切除时间）而装设的起的某些性能（例如加速近区故障的切除时间）而装设的起辅助作用的保护，称为辅助保护。最为普遍采用的辅助保辅助作用的保护，称为辅助保护。最为普遍采用的辅助保护是电流速断保护。护是电流速断保护。8.4.4电流速断保护电流速断保护 无论变电所、开闭所或分区亭，都需配置无论变电所、开闭所或分区亭，都需配置电流速断保护作为辅助保护。整定原则为：按被保护范围电流速断保护作为辅助保护。整定原则为：按被保护范围末端发
15、生短路的最大短路电流整定。动作时间整定为末端发生短路的最大短路电流整定。动作时间整定为0.1S。电流增量保护电流增量保护 也是一种辅助保护。整定原则为：按躲过也是一种辅助保护。整定原则为：按躲过供电臂内可能存在同时运行的最大列车对数所产生的电流供电臂内可能存在同时运行的最大列车对数所产生的电流增量整定。动作时间整定为增量整定。动作时间整定为0.12S。8.4.4 2.2.馈线保护的配置及整定馈线保护的配置及整定馈线保护的配置及整定馈线保护的配置及整定配置方式配置方式 按照有关标准规定，牵引网馈线保护一般需配按照有关标准规定，牵引网馈线保护一般需配置如下保护：置如下保护：带谐波闭锁或抑制的距离保
16、护带谐波闭锁或抑制的距离保护，根据牵引供电臂结构的，根据牵引供电臂结构的不同，可以配置一段距离保护（单线且变电所与分区亭间不同，可以配置一段距离保护（单线且变电所与分区亭间无开闭所）、两段距离保护（单线且变电所与分区亭间设无开闭所）、两段距离保护（单线且变电所与分区亭间设有开闭所或复线且变电所与分区亭间无开闭所）和三段距有开闭所或复线且变电所与分区亭间无开闭所）和三段距离保护（复线且变电所与分区亭间设有开闭所）；离保护（复线且变电所与分区亭间设有开闭所）；电流速电流速断保护断保护；自动重合闸装置自动重合闸装置。除此之外，为了能使保护装置。除此之外，为了能使保护装置能有效检测被保护范围内发生的高
17、阻接地故障，可配置能有效检测被保护范围内发生的高阻接地故障，可配置电电流增量保护流增量保护。8.4.5并补保护 并联电容补偿装置在故障或不正常运行时，为减轻其损坏并联电容补偿装置在故障或不正常运行时，为减轻其损坏并联电容补偿装置在故障或不正常运行时，为减轻其损坏并联电容补偿装置在故障或不正常运行时，为减轻其损坏程度和防止影响系统安全运行而采用的动作于跳闸或信号程度和防止影响系统安全运行而采用的动作于跳闸或信号程度和防止影响系统安全运行而采用的动作于跳闸或信号程度和防止影响系统安全运行而采用的动作于跳闸或信号的自动装置。的自动装置。的自动装置。的自动装置。保护配置方案保护配置方案保护配置方案保护
18、配置方案 除电容器的单台熔断器保护外，并联电容除电容器的单台熔断器保护外，并联电容除电容器的单台熔断器保护外，并联电容除电容器的单台熔断器保护外，并联电容补偿装置还需配置的保护有：补偿装置还需配置的保护有：补偿装置还需配置的保护有：补偿装置还需配置的保护有：电流速断保护，电流速断保护，电流速断保护，电流速断保护，主要用于保护电容器组连接母线对地的故主要用于保护电容器组连接母线对地的故主要用于保护电容器组连接母线对地的故主要用于保护电容器组连接母线对地的故障。障。障。障。过电流保护，过电流保护，过电流保护，过电流保护，是电流速断保护的后备，兼作并联电容是电流速断保护的后备，兼作并联电容是电流速断
19、保护的后备，兼作并联电容是电流速断保护的后备，兼作并联电容补偿装置的过负荷保护。补偿装置的过负荷保护。补偿装置的过负荷保护。补偿装置的过负荷保护。差电压保护，差电压保护，差电压保护，差电压保护，主要用于保护电容器组内部故障；主要用于保护电容器组内部故障；主要用于保护电容器组内部故障；主要用于保护电容器组内部故障；差电流保护差电流保护差电流保护差电流保护,主要用于保护电容器与电抗器连接点和电主要用于保护电容器与电抗器连接点和电主要用于保护电容器与电抗器连接点和电主要用于保护电容器与电抗器连接点和电抗器绕组对地的短路故障。抗器绕组对地的短路故障。抗器绕组对地的短路故障。抗器绕组对地的短路故障。谐波
20、过电流保护，谐波过电流保护，谐波过电流保护，谐波过电流保护，主要用于谐波过流跳闸。主要用于谐波过流跳闸。主要用于谐波过流跳闸。主要用于谐波过流跳闸。过电压保护，过电压保护，过电压保护，过电压保护，电压过高使电容器的功耗和发热增加，电压过高使电容器的功耗和发热增加，电压过高使电容器的功耗和发热增加，电压过高使电容器的功耗和发热增加，影响电容器的使用寿命，需配置过电压保护。影响电容器的使用寿命，需配置过电压保护。影响电容器的使用寿命，需配置过电压保护。影响电容器的使用寿命，需配置过电压保护。低电压保护，低电压保护，低电压保护，低电压保护，当电容器组所接母线突然失压时，可能当电容器组所接母线突然失压
21、时，可能当电容器组所接母线突然失压时，可能当电容器组所接母线突然失压时，可能存在：存在：存在：存在：一旦电压恢复，变压器与电容器同时投入，造成一旦电压恢复，变压器与电容器同时投入，造成一旦电压恢复，变压器与电容器同时投入，造成一旦电压恢复，变压器与电容器同时投入，造成电容器的过电压损坏；电容器的过电压损坏；电容器的过电压损坏；电容器的过电压损坏；母线失压后，电容器的积聚电荷母线失压后，电容器的积聚电荷母线失压后，电容器的积聚电荷母线失压后，电容器的积聚电荷尚未释放前，若电压立即恢复而电容器再次充电，也可能尚未释放前，若电压立即恢复而电容器再次充电，也可能尚未释放前，若电压立即恢复而电容器再次充
22、电，也可能尚未释放前，若电压立即恢复而电容器再次充电，也可能造成过电压损坏；因此，必须配置低电压保护。造成过电压损坏；因此，必须配置低电压保护。造成过电压损坏；因此，必须配置低电压保护。造成过电压损坏；因此，必须配置低电压保护。整定计算原则整定计算原则 电流速断保护电流速断保护 按电容器连接母线发生短路的最小按电容器连接母线发生短路的最小短路电流，同时具有足够的灵敏度来整定。为了可靠避短路电流，同时具有足够的灵敏度来整定。为了可靠避越电容器组投入瞬间的合闸涌流，宜增设一短延时，为越电容器组投入瞬间的合闸涌流，宜增设一短延时，为0.2S，若整定动作电流已大于合闸涌流，则不再增设延，若整定动作电流
23、已大于合闸涌流，则不再增设延时。时。过电流保护过电流保护 整定原则：整定原则：电容器组的电容有电容器组的电容有+10%的偏差，使负荷电流增大；的偏差，使负荷电流增大；电容器允许在电容器允许在1.3倍额定电倍额定电流下长期工作；流下长期工作；合闸涌流冲击下不误动。一般按额定合闸涌流冲击下不误动。一般按额定电流的电流的 1.52 倍倍,并考虑一定的返回系数整定。动作时间并考虑一定的返回系数整定。动作时间的整定应考虑上述要求，适当选定，一般整定为的整定应考虑上述要求，适当选定，一般整定为5S。差电压保护差电压保护 动作电压的整定计算原则：动作电压的整定计算原则：确定故确定故障段电容器两端的电压不超过
24、障段电容器两端的电压不超过1.1 时，故障电容器的时，故障电容器的台数；台数；在步骤在步骤确定的故障电容器台数情况下，正常确定的故障电容器台数情况下，正常段与故障段间的差压；段与故障段间的差压；步骤步骤计算的差压除以一定的计算的差压除以一定的灵敏系数（一般不低于灵敏系数（一般不低于1.3）即为差电压保护的动作电）即为差电压保护的动作电压。动作时间一般整定为压。动作时间一般整定为0.5S。谐波过电流保护谐波过电流保护 整定原则：按等效三次谐波电流整定原则：按等效三次谐波电流为额定电流的为额定电流的1.5倍连续运行不超过倍连续运行不超过2分钟整定。分钟整定。过电压保护过电压保护 动作电压的整定原则
25、：原水利电力部动作电压的整定原则：原水利电力部部颁标准规定，电力电容器应能在部颁标准规定，电力电容器应能在1.10倍工频稳态过电倍工频稳态过电压下长期运行；压下长期运行；1.15倍工频稳态过电压下，每倍工频稳态过电压下，每 24h允许允许持续运行持续运行30分钟；分钟；1.20倍和倍和1.30倍工频稳态过电压允许倍工频稳态过电压允许持续运行持续运行5min和和1min。因此，过电压保护的动作电压。因此，过电压保护的动作电压可整定为可整定为1.151.2倍母线额定电压，动作时间可较长。倍母线额定电压，动作时间可较长。低电压保护低电压保护 动作电压一般整定为动作电压一般整定为0.50.6倍母线额倍
26、母线额定电压，动作时间一般整定为定电压，动作时间一般整定为0.5S。差电流保护差电流保护 动作电流整定原则为：按电容器投入时，动作电流整定原则为：按电容器投入时，由涌流产生的最大不平衡电流整定，即：由涌流产生的最大不平衡电流整定，即：式中，式中，为可靠系数，为可靠系数，为电流互感器的最大幅值误差，为电流互感器的最大幅值误差，为涌流倍数，为涌流倍数，为额定电流。动作时间一般整定为为额定电流。动作时间一般整定为0.5S。为两侧电流互感器的同型系数，为两侧电流互感器的同型系数，谐波过电流保护谐波过电流保护 动作电流的整定原则：按等效三次动作电流的整定原则：按等效三次谐波电流为额定电流的谐波电流为额定电流的1.5倍连续运行不超过倍连续运行不超过2分钟整定。分钟整定。再见