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继电保护继电保护继电保护继电保护第一章 概 述 1 电力系统的不正常运行状态 系统中设备的运行参数偏离了允许值,但还未发展 成故障。 2 故障 电力系统中设备的正常工作已遭到破坏,但未发展 成事故。 3 事故 电力系统的正常工作遭到破坏,且已造成严重后 果。继电保护和自动装置的任务继电保护和自动装置的任务、电力系统故障时,保护能自动、准确地切除故障。、电力系统出现不正常工作状态时,根据运行维护条件确定保护是动作与信号还是跳闸。对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求、可靠性:保护的动作应安全可靠。 可靠性是指继电保护装置在需要它动作时 可靠动作(不拒动),不需要它动作时可 靠不动作(不误动)。将继电保护装置应 该动作时不拒动称为继电保护的可依赖性 ,不应该动作时不误动也称为继电保护的 安全性。、选择性:保护的动作应有选择的。 选择性是指继电保护装置动作时,仅将故障元件或 设备故障切除,使非故障部分继续运行,停电范围 尽可能小。 选择性有两个含义:第一,应由装设在故障元 件或设备上的继电保护动作切除故障;第二,考虑 继电保护或断路器存在拒动的可能,由后备保护切 除故障时,也应保证停电范围尽可能小。 按照电力系统安全性要求,故障发生后首先动 作的继电保护是主保护。故障元件的主保护正确动 作的结果,将故障范围限制在最小,甚至可以保证 所有母线都不停电,这是选择性的第一个含义。 当故障时主保护拒动或断路器拒动,由后备保 护动作切除故障,也是具有选择性的,即选择性的 第二含义。、快速性:保护的动作应快速的。 继电保护装置应以尽可能快的速度动作切 除故障元件或设备。 故障切除时间等于保护装置动作时间 和断路器动作时间之和。 、灵敏性:保护对故障的反应能力 。 灵敏性是指继电保护装置对保护范围内的 故障的反应能力,通常用灵敏系数ksen来衡 量,也称为灵敏度。 一、继电保护和自动装置的基本构成 整套装置总是由测量部分、逻辑部分 和执行部分构成。继电保护原理结构图如 图所示。继电保护的基本构成及发展 二、继电保护和自动装置的发展 经历了机电型、整流型、晶体管型、集成 电路型和微机保护型等阶段,目前在电力 系统中运行着大量的微机继电保护。常用继电器 一、电流继电器 电流继电器在继电保护装置中作为测量和启动元件,反映电流增大超过某一整定数值时动作。 电流继电器反应电流增大而动作,能够使继电器开始动作的最小电流称为电流继电器的动作电流。 继电器动作后,再减小电流,使继电器返回到原始状态的最大电流称为电流继电器的返回电流。 二、电压继电器 电压继电器反映电压变化而动作,分过电 压继电器和低电压继电器两种。 过电压继电器反应电压增大而动作,动 作电压、返回电压和返回系数的概念与电 流继电器类似。其返回系数也恒小于1。 低电压继电器反应电压降低而动作,能 够使继电器开始动作的最大电压称为低电 压继电器的返回电压。其返回系数恒大于1 。 三、时间继电器 时间继电器在继电保护中用作时间元 件,用于建立继电保护需要的动作延时。 因此对时间继电器的要求是动作时间必须 准确。 四、中间继电器 在继电保护中,中间继电器用于增加 触点数量和触点容量。 五、信号继电器 信号继电器用于发出继电保护动作信 号,便于值班人员发现事故和统计继电保 护动作次数。信号继电器的文字符号是kS。 根据需要将信号继电器串联或并联接入二 次回路,分别选择电流型信号继电器、并 联电压型信号继电器。如图所示,为一张限时电流速断保 护原理接线图电流保护的接线方式电流保护的接线方式、何谓电流保护的接线方式:电流元件与二次侧的连接方式 、接线方式的种类 ()三相完全星形接线:特点:能反映各种类型的短路故障 ()两相不完全星形接线:特点:能反映各种类型的相间故障 ()两相三继式:适用场合:适用于接的变压器保护目的:提高保护的灵敏度三相完全星形接线:两相不完全星形接线:两相三继式:变压器保护 (一)变压器的瓦斯保护 1、瓦斯保护当变压器油箱内部发生故障时,短路电流产生电弧使变压器油和绝缘介质分解,产生大量气体,而且故障越严重,产生的气体越多,反应这种气体而动作的保护,称为气体保护,也称瓦斯保护。 2、瓦斯保护的优缺点优点:能反映变压器油箱内各种类型的故障。缺点:不能反映变压器套管及引出线的故障。 变压器气体保护分轻瓦斯和重瓦斯保护两部分。轻瓦斯保护动作时,只发信号;重瓦斯保护时,瞬时切除变压器。 气体继电器也称瓦斯继电器,是气体保护 的主要元件。安装在变压器油箱与油枕之 间的连接管道中。我国电力系统采用多是 复合式体继电器。差动保护 一、差动保护原理 变压器差动保护的动作原理与线路纵差 动保护相同,通过比较变压器两侧电流的 大小和相位决定保护是否动作。 双绕组变压器的差动保护,其原理见 图4-4。 电力系统中,变压器通常采用Y,d11接线方式,两侧 线电流的相位相差300。如果将变压器两侧同名相的 线电流经过电流互感器变换后,直接接入保护的差 动回路,即使两个电流互感器的变比选择合适,使 其二次电流数值相等,即 ,流入差动 继电器的电流也不等于零,因此在电流互感器二次 采用相位补偿接线和幅值调整。 具体为变压器星形侧的三个电流互感器二次绕 组采用三角形接线(自然消除了零序电流的影响) ,变压器三角侧的三个电流互感器二次绕组采用星 形接线,将引入差动继电器的电流互感器的变比调 整为原来的 倍。 微型机差动保护,可以通过软件计算实现相 位校正。 变压器外部故障 根据图4-4(a)所示电流分布,此时流入差 动继电器KD的电流是变压器两侧电流的二 次值相量之差,适当选择电流互感器1TA和 2TA的变比,再经过相位补偿接线和幅值调 整,实际流入差动继电器的电流只有很小 的不平衡电流,继电器不会动作,差动保 护不动作。 变压器内部故障 根据图4-4(b)所示电流分布,此时流入差 动继电器kD的电流是变压器两侧电流的二次相 量之和,使继电器动作,差动保护动作。 如果变压器只有一侧有电源,则只有该侧 的电流互感器二次电流流入差动继电器;如果 变压器两侧有电源,则两侧的电流互感器二次 电流都流入差动继电器,且数值相加。 变压器差动保护从原理上能够保证选择性 ,即实现内部故障时动作,外部故障时不动作 ,所以动作时间整定为0S。 差动保护的保护范围为保护用电流互感器的 一次系统,包括变压器绕组和变压器绕组的引 出线,反应各种短路故障,但不能反应变压器 发生少数匝数短路、铁芯过热烧伤,油面降低 等。 变压器气体保护的保护范围为变压器油箱内部 ,反应变压器油箱内部的任何短路故障,以及 铁芯过热烧伤、油面减低等,但不能反应变压 器绕组引出线的故障。可见不论是差动保护还 是气体保护,都不能同时反应以上各种故障, 所以不能相互取代,变压器需要同时装设差动 保护和瓦斯保护共同作为变压器的主保护。后备保护及过负荷保护 一、变压器相间短路的后备保护 变压器相间短路的后备保护,反应变压器区 外故障引起的变压器过电流,并作为变压器差 动保护或电流速断保护和气体保护的后备保 护。 做为后备保护,其动作时限与相邻元件后备 保护配合,按阶梯原则整定;其灵敏度按近后 备保护和远后备两种情况校验。 根据变压器容量及短路电流水平,常用的变压 器相间短路的后备保护有过电流保护、低电压 起动的过电流保护、复合电压起动的后备保护 的过电流保护、负序过电流保护、阻抗保护 等。 1.过电流保护 变压器过电流保护与线路定时限过电流保护原理 相同,装设在变压器电流侧,由电流元件和时间元 件构成,保护动作后切除变压器。电流元件的动作 电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定。 2.低电压起动的过电流保护 低电压起动的过电流保护由电流元件、电压元 件、时间元件等构成,变压器低电压起动的过电流 保护原理框图如图4-9所示。电流元件接在变压器电 源侧电流互感器TA二次侧,分别反应三相电流增大 时动作;电压元件接在降压变压器低压侧母线电压 互感器TV二次侧电压,分别反应三相电压时动作。 当同时有电流元件和电压元件动作时,经过与门Y 起动时间电路T1,延时跳开变压器两侧断路器1QF 和2QF。 低电压起动的过电流保护,是在定时限过电流 保护的基础上增加了低电压起动条件。由于采 用了低电压元件,可以保证最大负荷时保护不 动作,电流元件动作整定可以按照躲过变压器 额定电流,显然数值比定时限过电流保护的动 作电流小,因此提高了保护的灵敏度。低电压 元件动作电压整定,按照躲过正常运行母线可 能出现的最低工作电压,并在外部故障切除后 电动机自起动过程中必须返回。 需要指出的是,如果一次注接线采用母线 分段接线,作为变压器相间短路的后备保护, 应该带有两段时限,以较短时限跳开分段断路 器,缩小故障影响范围;以较长时限跳开各侧 断路器。 3.复合电压起动的过电流保护 如果将图4-9所示保护的三个低电压元件 ,改为负序电压元件和单个低电压元件, 可构成复合电压起动的过电流保护。复合 电压起动的过电流保护与低电压起动的过 电流保护比较,可以简化保护接线,并提 高不对称短路时保护的灵敏度 三、过负荷保护 变压器过负荷通常是三相对称的,所以过 负荷保护只接一相电流,经过延时发出信 号。 对于单侧电源三绕组降压变压器,如果 三侧容量相同,过负荷保护装在电源侧; 如果三侧容量不相同,过负荷保护分别装 在电源侧和容量较小一侧。对于双侧电源 三绕组降压变压器或联络变压器,过负荷 保护分别装在三侧。主变压器中性点零序过流、间隙过 流和零序过压 主变压器中性点零序过流、间隙过流和零序过 压,是保护设备本身引出线上的接地短路故障 的,一般是作为变压器高压侧接地故障的后备 保护 零序电流保护,是变压器中性点接地运行时的 零序保护; 零序电压保护,是变压器中性点不接地运行时 的零序保护; 间隙过流则是用于变压器中性点经放电间隙接 地的运行方式中 变压器需要配备零序保护的情况一般有三 种: 1是多台变压器同时运行;只需要1-2台接地 运行 2是变器中点有可能接地运行 3是变压器高压侧中性点直接接地运行, 1、若不止一台变压器时,运行方式往往 只允许1-2台接地运行,设计采用中性点零 序电流继电器与经相邻变压器中性点中性 点零序电流继电器控制的零序电压继电器 配合使用的变压器保护方案,保护回路设 计先跳中性点不接地变压器,然后中性点 跳直接接地的变压器,以防止不接地系统 的故障点的间歇性弧光过电压危级电气设 备的安全。为避免全厂所有变压器全部被 切的严重后果,保护时间应逐级配合,先 断开母联或分断路器,再经零序电压元件 跳开中心点不接地主变,最后经零序电流 元件跳开中性点接地主变。 2、对中性点有可能直接接地运行,也有可 能不接地运行的主变,因失去接地中性点引起 的电压升高,应装设相应的保护装置。在直接 接地时用零序电流保护。中在性点不接地时用 零序电压保护或装设放电间隙保护,放到间隙 保护起到过电压保护的作用,当放电间隙被击 穿形成零序电流通路时,利用接在放电间隙回 路的零序电流保护,切除该变压器。变压器采 用放电间隙保护,放电间隙装于变压器中性点 与地线之间、有棒形、球形、角形多种形式, 实际安装中可以棒形用得最多,零序电压保护 动作电压按发生单相接地故障时保护安装处可 能出现最大零序电压整定, 3、对变压器高压侧中性点直接接地的自耦变压器 和三绕组变压器采用零序过电流保护,取自变压器 中性点的零序C
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