电力系统继电保护技术简介.docx

《电力系统继电保护技术简介.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统继电保护技术简介.docx（17页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、电力系统继电保护技术1.1 继电保护的基本概念“继电”源于继电器（Relay）。最早诞生的继电器是电磁型过电流继电器。在正常情况下，其触点是打开的,当输入电流大于预先设定的动作电流（称为整定值）时，其触点将闭合（启动）。只有当输入电流减小到小于返回电流时，继电器触点才重新打开（返回返回电流小于启动电流。无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。继电保护（ReIayProtection）泛指能反应电力系统中电气设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出告警信号的一种自动化技术和装置。继电保护装置

2、是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。1.2 继电保护研究的内容提出保护原理在分析电网发生故障或不正常运行状态下各种电气量或其他特征物理量（如变压器油箱内的瓦斯）的变化规律的基础上，找出它们与正常运行状态的之间的差别，然后制定出合理的保护动作判据。研制保护装置根据已经提出的保护原理，设计实际装置来实现继电保护功能.1.3 继电保护分类 按反应的电网运行状态分类1）反应故障（包括短路和断线）状态，保护动作于相应断路器跳闸；2）反应不正常运行状态（如过负荷、小电流接地系统发生单相接地故障等），保护动作于告警信号。 按保护对象分类如：变压器保护、线路保护、电容器

3、保护等。 按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。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所保护范围内的故障。 按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。后备保护指主保护或断路器拒动时用来切除所保护范围内故障的保护原理或装置，可分为远后备保护和近后备保护。远后备保护由相邻电力设备或线路的保护来实现。近后备保护由本电力设备或线路的另一套保护来实现（当主保护拒动时），或者由断路器失灵保护来实现（当断路器拒动时，只动作于母联断路器和母线分段断路器 按保护所起的作用分类可分为主保护、后备保护和辅助保护。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

4、护退出运行时所增设的简单保护。 按构成保护判据的特征物理量分类如：电流保护、距离保护、差动保护等。 按利用的故障信号频谱特征分类1）工频分量；2）暂态分量常规保护原理只反应工频分量。利用暂态分量可以构成各种超高速保护，如行波保护、暂态保护等。 按通信通道分类主要针对线路保护而言。可分为有通道保护和无通道保护。前者包括高频保护、微波保护、光纤保护等，后者包括所有只利用本端测量信号的保护原理。 按保护装置结构型式分类可分为机电型、静态型和微机型。1.4 继电保护的工作回路总体构成：断路gg继电保护装置的构成： 测量比较环节：测量特征量，并与整定值比较，以判断是否应该启动。 逻辑判断环节：按一定逻辑

5、关系判断是否发生区内故障。 执行输出环节：负责发出保护动作脉冲信号。输入信号整定值（接通跳闸或信号回路）1.5 对继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能最根本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。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，即不发生拒绝动作。 选择性指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障部分从电力系统中断开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含两层意思：1）只应由装在故障元件上的保护装置动

6、作切除故障；2）力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用.选择性 速动性故障发生时，应力求保护装置能迅速动作切除故障元件，以提高系统稳定性，减少用户经受电压骤降的时间以及故障元件的损坏程度。故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间的总和。一般快速保护的动作时间为0.06s0.12s,最快的可达0.01s0.04s.一般断路器的动作时间为0.06s0.15s,最快的可达0.02s0.06s。保护动作速度越快，为防止保护误动采取的措施越复杂，成本也相应提高。因此，配电网保护装置在切除故障时往往允许带有一定延时。 灵敏性指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在规定的保护范围内发生故障

7、时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，保护装置都应能灵敏反应，没有似动非动的模糊状态。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量。根据规程规定，要求灵敏系数在1.22之间。实际工作中，在确定被保护元件的保护方式时，还要考虑其经济性要求，即在满足基本保护功能要求的前提下，应尽可能减少投资。随着电力市场化进程的深入，对经济性要求越来越重视，甚至把它和前面介绍的四个基本要求合在一起，称为保护的五个基本要求。考虑经济性时，不能仅仅局限于保护装置本身投资的大小，还应从电网的整体安全及社会利益出发，按被保护元件在电网中的作用和地位来确定保护方式，因为保护不完善或不可靠造成的损失，一般都

8、远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。对继电保护装置的各项基本要求是研究分析继电保护性能的基础。这些要求之间往往是相互制约的，例如提高保护装置动作可靠性的措施，一般会造成动作速度及动作灵敏性下降，并增加保护成本。因此，继电保护的研窕、设计、制造和运行的绝大部分工作就是围绕着如何处理好这些基本要求之间关系进行的。实际工作中，要根据具体情况以及要解决的主要矛盾，统筹兼顾，寻求一个适当的解决方案。1.6 继电保护发展概况继电保护原理随着对电网故障特性认识的不断深入而呈现出低速、高速到超高速的发展趋势。1890豆 9081SXOX 今 23X 今 N71950SJLS7W1980豆99Os过心麻住上电

9、诙叁动方向法电洗佚田次徨步一阵廿工5陵分王即迂主5ifcF年土 一止住步、也k佚正继电保护装置随着元器件技术的发展而发展。可以概括为三个阶段、两次飞跃。配电网继电保护的特点与发展：1）传统配电网一般采用辐射性供电方式，因而其保护不需要像输电网保护那样判别故障方向。2）配电网故障对电网整体运行的影响相对较小，因此并不严格要求配电网保护像输电网保护那样超高速动作。3）近年来，随着我国电网结构日趋合理，电力系统继电保护的配置越来越强调简单、实用，对配电网保护来说，这一趋势更加明显。4）随着用户对电能质量（尤其是电压骤降）要求的提高以及分散发电、配电自动化技术的5）随着嵌入式系统技术的不断发展及其在变

10、电所自动化系统和配电网自动化系统中的广泛应用，配电网的保护装置可以融合数据采集与监控（SCADA）、自动控制（包括自动重合闸、自动无功补偿、备用电源自投、自动减载等）、馈线自动化（FA）等功能，并且能够实现分散、就地安装，甚至直接嵌入到开关设备内部，形成智能化开关设备的控制内核。6）随着对故障暂态现象认识的不断深入，在小电流接地系统的继电保护方面取得了重大突破。全数字式继电保护装置：随着电子传感器及高速数据（光纤）通信技术的发展，微机保护装置可以通过通信接口获取来自现场的数字化后的电压、电流信号，进而实现全数字式继电保护，使微机保护装置的构成出现革命性的变化。2.继电保护基本原理2.1 电流保

11、护（1）三段式电流保护（2）反时限过电流保护（3）方向电流保护（4）零序电流保护（1）三段式电流保护包括：1）无时限电流速断保护（I段保护）2）带时限电流速断保护（Il段保护）3）定时限过电流保护（Hl段保护）它们可组合成两段或三段电流保护。这三种电流保护都是反应电流增大而动作，区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流及动作时限。（1）三段式电流保护I段保护一工作原理：反应于短路电流幅值增大而瞬时动作。为了保证选择性，被保护线路的保护动作电流要躲过（即大于）下级线路出口处（可等同于被保护线路末端母线处）短路时可能出现的最大短路电流。I段保护一ILl=KeJkCmax式中KIlel为可靠系数：动

12、作电流的整定：zs1et2=elkma籍=1.21.3引入可靠系数的原因是消除整定值的计算和设置误差、短路电流中非周期分量等因素的影响，使保护动作具有选择性，以确保在被保护线路以外出现故障时不会误动作。动作时限的整定：/1取决于保护装置本身固有的动作时间，一般小于10ms。考虑到躲过线路中避雷器的放电时间为（4060）ms,一般人为地加入（6080）ms的动作延时，以防止保护误动作。灵敏性校验：有选择性的I段保护不可能保护线路的全长。因此，其灵敏性只能用保护范围的大小来衡量，通常用线路全长的百分数来表示。当出现电网最小运行方式下的两相短路时，I段保护范围最小。一般情况下，应按这种运行方式和故障

13、类型来校验其保护范围，要求大于被保护线路全长的（15-20）%。保护的最小范围计算：3，L.7Set=-；aX100%（1520）%Zsmax+ZjminLE系统等效电源的相电潮HZsmax最小运行方式下保护嫖处到系统等效电源之间的阻抗；Anin一一I段最小保护范围长度；Z1线路单位长度的正序阻抗；1.被保护线路全长评价：主要优点是动作迅速，缺点是不可能保护线路的全长，并且保护范围受电网运行方式变化及短路型式的影响。II段保护一工作原理：从选择性出发，通过与下级线路保护在动作电流与动作时限上的配合，将保护范围延伸到下级线路中去，从而能够以较小的时限快速切除被保护线路全线范围内的故障。动作电流配

14、合表示要躲过下级保护的动作电流。动作时限配合表示在下级保护动作时限的基础上，增加一定的动作延时。动作电流的整定：Zs1Jt2 = KHt.1式中KEI为可靠性配合系数: = 1.11.2考虑II段保护动作时，非周期分量已经衰减，因而可靠性配合系数比I段保护整定时所取的可靠系数要小。动作时限的整定:#=l11 + Nt4Jl/通常取为0.5s。随着技术的发展，保护和断路器动作速度以及定时精度有了很大的提高。为了缩短故障持续时间，减少故障引起的电压骤降对用电设备的影响，人们开始倾向于将/选得更小一些，如选为0.3s甚至更短。灵敏性校验：保护2的Il段应采用系统最小运行方式下线路A-B末端（B母线）

15、发生两相短路时的短路电流计算灵敏系数，具体可以表示为：K-kB.minASen一7111.set.2为了保证在线路末端短路时，保护一定能够动作，要求KSen21.37.5。当灵敏系数不能满足要求时，通常考虑降低II段的整定值，使之与下级线路II段保护相配合。在这种情况下的动作时限应取为：#=+Xt考将达至1（1l2）s评价：主要优点是能够保护线路全长，动作比较迅速（仅当与下级线路I段配合时），缺点是保护范围受电网运行方式变化及短路型式的影响。当被保护线路同时配备了I段和II段保护时，它们的联合工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在设定的时限（0.5s）内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求。具有这种性能的保护称为该线路的“主保护”。III段保护一工作原理：是一种过负荷保护，其动作电流按照躲开最大负荷电流来整定。其动作时限按选择性要求来整定，是固定的