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专业方向继电保护基本知识继电保护基本知识黄少锋 200711专业方向一、几个基本概念 二、电力系统短路的严重后果 三、防止事故扩大的手段 四、继电保护装置的作用 五、继电保护的基本要求 六、继电保护的分类 七、继电保护的基本原理 八、自动重合闸 九、继电保护的典型配置2专业方向请提前准备你们关心的问题!3专业方向一)一次和二次的概念 1、简单地说:完成发电、送电、配电、用电过程的设备,均称为一次系统,或一次设备。如:发电机、变压器、输电线路、母线等。 2、对一次设备进行监视、计量、调节和控制过程,可以采用直接的方式,但是,电压高、电流大,需要大设备、高投资,还容易危及人身安全。为此,通常将高电压、大电流变换为低电压、小电流后,再进行监视、计量、调节和控制。将经过互感器变换之后,在低电压、小电流范围内,完成监视、计量、调节和控制等功能的设备简称为二次设备。如继电保护、安全自动装置。一、几个基本概念4专业方向一、几个基本概念5专业方向一、几个基本概念变压器、电压互感器 、变换器的区别。 原理一致。 变压器传输功率; 互感器、变换器传 变信号。6专业方向二)防雷与接地大地具有导电性良好、散流速度快等特点。接 地的目的主要有三种: 1)工作接地中性点接地方式。 2)保护接地正常工作不带电的接地。如:电气设备的外壳、配电装置的金属架构等。保护人身的安全!交流电在50mA时,对人可能有致命危险。规定:安全电流为30mA。 3)防雷接地导泄雷电流的接地,还兼有防止操作过电压的作用,如:避雷针、避雷线、避雷器。一、几个基本概念7专业方向一、几个基本概念工作接地星形连接的变压器、发电机中性点接 地方式。 1、中性点不接地早期或现在的低压(配网)系统,供电范围小、 电压低、网络不大。在一相接地时线电压、三相 电流的大小和相位关系基本维持不变,仍然可以运 行一段时间,有利于提高供电的可靠性。但是,在一相接地时,另外两相的电压会升高到 一相电压的1.732倍需要较高的绝缘水平(增加投 资);同时,容易发生弧光过电压,导致事故。在一相接地时,一般不允许超过2小时,否则,可 能导致绝缘损坏,发展成相间短路。8专业方向一、几个基本概念2、中性点经消弧线圈接地抵消电容电流的影响,使弧光易于自行熄灭。一般采取过补偿的方式,即感性电流大于容性电 流。9专业方向一、几个基本概念3、中性点直接接地随着电压等级的升高,对绝缘的投资大大增加, 为了降低造价,通常采用中性点直接接地的方式。 电压越高,经济效益越大。任何接地短 路和相间短路 都将引起电流 增大,因此, 继电保护必须 切除任何的短 路。10专业方向一、几个基本概念4、中性点经电阻接地电阻值较多地取812。常用于低电压等级。接地方式的称谓: 1)小电流接地系统不接地,或经消弧线圈接地 。 2)大电流接地系统中性点直接接地。 3)经电阻接地系统。11专业方向1)故障点通过很大的短路电流,并引起燃弧,使故障设备、绝缘损坏。对于家庭来说,还会引起火灾。 2)短路电流通过非故障设备,产生热和电动力的作用,造成设备、绝缘损坏,或缩短使用寿命。 3)部分地区的电压下降、断电,破坏电力用户的电能供给或产生废品。 4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起振荡,甚至使整个电力系统瘫痪。如:2003年8月14日,美加大停电,损失很大。二、电力系统短路的严重后果12专业方向短路是不开避免的,如:雷击、台风、地震 、绝缘老化,甚至放风筝、钓鱼等各种原因。防止事故扩大的手段:自动化技术 继电保护模型和最原始的手段:保险丝。航天、登月是目前公认的最先进技术,但是 ,其原型为:“二踢脚”。不能认为模型或原型简单,就没有技术性和 先进性。三、防止事故扩大的手段13专业方向保险丝或空气开关仍然在每家每户中继 续使用。但是,在电力系统中,短路电流很大(可达几十千安),希望切除短路的时间极快 (30ms以内),还希望有措施能够自动恢复 供电 ,这就需要研究专门的技术和手段。三、防止事故扩大的手段14专业方向继电保护是电力系统的重要组成部分,是 保证系统安全、可靠运行的主要措施之一。 在电网结构合理的前提下,保证电力系统和 设备的安全运行。虽然电力系统出现故障的 几率较低,但继电保护必须时时刻刻护卫着 电力系统。在没有继电保护情况下,电力系统不能直 接投入使用。类似于军队对于国家的作用。 三、防止事故扩大的手段15专业方向1)自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令,将故障元件从电力系统中切除,保证其他无故障部分迅速地恢复正常运行。 2)反应电气元件的不正常运行状态,发出信号,或进行自动调整甚至跳闸。此项作用一般允许带一定的延时动作。继电保护是电力系统的重要组成部分,是保证系统安全、可靠运行的主要措施之一。在电网结构合理的前提下,保证电力系统和设备的安全运行。虽然电力系统出现故障的几率较低,但继电保护必须时时刻刻护卫着电力系统。 将受短路影响的停电范围限定在最小区域。四、继电保护装置的作用16专业方向动作于跳闸的继电保护,在技术上应满足四个基 本要求,即可靠性、选择性、速动性和灵敏性(简 称四性)。 (1)可靠性可靠性是指:在继电保护设定的保护范围内发生 了应该动作的故障时应可靠动作,不发生拒绝动作 (简称不拒动,或信赖性);在继电保护不需要动 作时应可靠不动,不发生误动作(简称不误动,或 安全性)。简单地说,就是要求保护该动作时应动作,不该 动作时不动作。五、继电保护的基本要求17专业方向可靠性主要取决于保护装置本身的设计、制造质 量和运行维护水平。可靠性是继电保护的最基本要求,因为误动和拒 动都会给电力系统造成严重的危害。但提高不误动和不拒动的可靠性措施往往是矛盾 的,即,采取了防误动的措施,就有增加拒动的可 能性;采取了防拒动的措施,就有增加误动的可能 性。由于电力系统的结构不同,具体电气设备、元件 的作用和地位不同,误动和拒动的危害程度不同, 因而,提高防误动和防拒动的着重点在具体情况下 应当有所不同。 五、继电保护的基本要求18专业方向(2)选择性选择性是指:仅将故障元件从电力系统中切除, 使停电范围尽量缩小,保证系统中无故障部分仍能 继续安全运行。当然,在最靠近故障点的保护或断路器发生拒动 时,由下一级的后备保护切除故障,则这个后备保 护的动作也属于有选择性。在某些条件下必须加速切除短路时,可使保护无 选择动作,但必须采取补救措施,例如采用自动重 合闸或备用电源自动投入等方式来补救。 五、继电保护的基本要求19专业方向五、继电保护的基本要求K1发生短路时,应当由保护1和2快速地动作,去 控制断路器跳闸,将故障切除,保证其它电气设备 的继续运行和供电(停电范围最小)。其它任何地 方的保护动作,均属于误动。在K1短路后,如果保护2或断路器2拒动,则保护 4和6的动作属于正确动作(起到后备作用)。20专业方向(3)速动性速动性是指:尽可能快地切除故障,目的是提高 电力系统的稳定性,降低设备的损坏程度,缩小故 障波及范围,提高自动重合闸和备用电源、备用设 备自动投入的效果,减少用户在低电压情况下的工 作时间。故障切除的时间等于保护装置和断路器动作时间 之和。目前,国内对应用于高电压等级的保护装置 ,要求:在第一次故障时,无附加延时元件的保护 动作时间不大于30ms。 五、继电保护的基本要求21专业方向(4)灵敏性灵敏性是指:对被保护范围内发生故障或不正常 状态的反应能力。通常采用灵敏系数来衡量,并留有一定的裕度。 满足灵敏性要求的保护装置应该是:在设定的保护 范围内故障时,不论短路点的位置、短路类型、以 及是否有过渡电阻,保护都能敏锐、正确地反应。避免拒动。五、继电保护的基本要求22专业方向继电保护分类的方法有多种。按原理可分为:电流保护、方向电流保护、零序 电流保护、阻抗保护、高频距离保护、高频方向保 护、微波保护、光纤差动保护、行波保护等。按装置的结构可分为:电磁式、感应式、整流型 、晶体管式、集成电路式、数字式等。还有按动作 特性分类等等。按作用分类为:(1)主保护。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。 六、继电保护的分类23专业方向(2)后备保护。在主保护或断路器拒动时,用以 切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备 两种方式。1)远后备是当主保护或断路器拒动时 ,由相邻电力设备或线路的保护实现的后备。2) 近后备是当主保护拒动时,由该电力设备或线路的 另一套保护实现后备的保护;当断路器拒动时,由 断路器失灵保护来实现的后备保护。六、继电保护的分类就地的另一套 或另一种保护异地的 保护24专业方向(3)辅助保护。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 的简单保护。 (4)异常运行保护。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。如:小电流接地系统发生单相接地。六、继电保护的分类25专业方向能够区分正常、不正常、故障三种状态的特 征,都可以构成继电保护原理和技术。目前,常用的特征为:电流、电压、短路功率 方向、阻抗以及电流和等。短路时,虽然也常常伴随着出现电压降低的情 况,但是,由于电压互感器的二次侧断线后,容 易引起电压元件动作,所以,单一的电压量很少 构成继电保护的主判据。在继电保护中,如果没有特别说明,那么,所 测量的电气量都是指工频信号。七、继电保护的基本原理26专业方向1、电流保护在设计时,各种设备、电器应当允许长期通过 此电流。通常小于额定电流!七、继电保护的基本原理27专业方向七、继电保护的基本原理1、电流保护28专业方向七、继电保护的基本原理家里的保险丝和空气开关均采用这种简单 的基本原理。离散值大、动作慢、 1、电流保护29专业方向七、继电保护的基本原理离散值大、动作慢原因很多。包括:材料 、工艺等。离散值大电源的波动。电能质量中,允许电压波动10。故,最小电压 为0.9Ue。实际上,Zs还是变动的。与保险丝、空气开关作用相类似的电流保护仍然 广泛地应用于低电压等级的配电网中。在三相系统中,故障情况与类型要比上述情况复 杂得多。有:单相接地故障、两相接地故障、两相 相间短路、三相短路、振荡、经过电阻接地、转换 性故障等等 。另外,2个及以上的电源系统中 ,电流保护无法满足选择性的要求(扩大停电范围 )。1、电流保护30专业方向七、继电保护的基本原理在单相接地故障时,还可能需要仅仅选择出 发生故障的那一相,只跳开故障相,然后,还 需要进行自动重合,以便自动地恢复供电。当重合于故障时,还要再次跳闸。1、电流保护31专业方向七、继电保护的基本原理在大电流接地系统中,发生单相或两相接地故障 时,会出现零序分量,而正常运行时,没有零序分 量,此特征十分明显。由此就构成了零序电流保护 。零序分量构成:2、零序电流保护大电流接地系统的零序分量特点: 1)正常时,基本上没有零序分量(定值较低)。 2)接地故障时,短路点的3U0、 3I0最大。 3)三相零序分量的大小、相位相同,即相等。 4)接地点都是零序电流的“注入点”(因此,通常 需要引入零序方向元件,才能保证选择性)。32专业方向七、继电保护的基本原理零序电流保护的基本原理: 1)利用零序电流的大小确定短路点的远近(根据 不同的短路点,3I0的大小是不一样的); 2)利用零序功率方向判别短路点的方向(正方向短路还是反方向短路?)2、零序电流保护1、正方向接地(仅分析M侧,N侧类似)33专业方向七、继电保护的基本原理2、零序电流保护34专业方向七、继电保护的基本原理2、反方向接地(仅分析M侧,N侧类似)2、零序电流保护35专业方向七、继电保护的基本原理正方向短路时,有:2、零序电流保护反方向短路时,有 :利用上述的区别,就可以判别短路点的方向。36专业方向差动保护比较被保护设备各引出线上的电流。规 定电流的正方向为流入被保护设备(与母线指向线 路的方向一致)。当各引出线之
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