繼電保護基本原理及運行維護20139

1、繼電保護基本原理及運行維護技術繼電保護基本原理及運行維護技術討論討論2013.9.15w第一部分第一部分 電力系統(tǒng)的基本知識電力系統(tǒng)的基本知識w第二部分電力系統(tǒng)繼電保護的基本知識第二部分電力系統(tǒng)繼電保護的基本知識w第三部分第三部分 發(fā)電機變壓器繼電保護的配置發(fā)電機變壓器繼電保護的配置第一部分第一部分 電力系統(tǒng)的基本知識電力系統(tǒng)的基本知識w一、電力系統(tǒng)中一次設備和二次設備的分類一、電力系統(tǒng)中一次設備和二次設備的分類w1、一次設備：主變壓器、電流互感器、電壓互感器、靜止補償電容器、開關、刀閘、電抗器、母線、阻波器、結合電容器、避雷器等，發(fā)送分配電能。w2、二次設備：對電力系統(tǒng)中的一次設備的運行工況

2、進行控制測量、保護和監(jiān)視的設備叫二次設備。包括：繼電保護、測量儀表、控制開關、按鈕、端子箱、控制電絲、故障錄波器、事件記錄器、RTU裝置、綜合自動化、信號報警裝置、變壓器冷控設備、調壓開關的控制元件等，防誤閉鎖裝置，包括給二次設備供電的蓄電池、充電的整流器等。w3、二次回路：聯(lián)結二次設備的回路，即二次回路。 二 、電力系統(tǒng)故障原因w 電力系統(tǒng)在運行中，可能由于以下原因發(fā)生故障 1、外部原因：雷擊，大風，地震造成的倒桿，絕緣子覆冰造成冰閃，絕緣子污穢造成污閃。2、內部原因：設備絕緣損壞，老化。3、系統(tǒng)中運行、檢修人員誤操作。三、電力系統(tǒng)故障的類型1、單相接地故障 D（1）2、兩相接地故障 D（1

3、.1）3、兩相短路故障 D（2）4、三相短路故障 D（3）5、線路斷線故障w以上故障單獨發(fā)生為簡單故障。不同地點，兩個或以上簡單故障同時發(fā)生稱為復故障。 電力系統(tǒng)中電氣設備的正常工作遭到破壞，但未發(fā)展成故障。 不正常工作狀態(tài)有：1）電力設備過負荷，如：發(fā)電機，變壓器 線路過負荷。2）電力系統(tǒng)過電壓。3）電力系統(tǒng)振蕩。4）電力系統(tǒng)低頻，低壓。四、不正常工作狀態(tài)五、電力系統(tǒng)事故 電力系統(tǒng)中，故障和不正常工作狀態(tài)均可能引起系統(tǒng)事故，即系統(tǒng)全部或部分設備正常運行遭到破壞，對用戶非計劃停電，少送電，電能質量達不到標準（頻率，電壓 ，波形），設備損壞等。一、繼電保護的作用及任務： 繼電保護作用：就檢測電力

4、系統(tǒng)中各電氣設備的故障和不正常工作狀態(tài)的信息并作相應處理。 繼電保護的基本任務：1）將故障設備從系統(tǒng)中切除，保證非故障設備正常運行。2）發(fā)生告警信號通知運行值班人員，系統(tǒng)不正常工作狀態(tài)已發(fā)生或自行調整使其系統(tǒng)恢復正常工作狀態(tài)。第二部分第二部分 電力系統(tǒng)繼電保護的基本知識電力系統(tǒng)繼電保護的基本知識w1、繼電保護四性要求。w1）選擇性：電力系統(tǒng)故障時，使停電范圍最小的切除故障的方式。二、電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求二、電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求w2）快速性：電力系統(tǒng)故障時，以盡可能短的時間把故障設備從電網中切除，縮短故障的存在時間。w 電力系統(tǒng)故障對設備、人身，系統(tǒng)穩(wěn)定的影響與故障的持續(xù)時間密切

5、相關，故障持續(xù)時間越長，設備損壞越嚴重；對系統(tǒng)影響也越大。因此，要求繼電保護快速的切除故障。w 電力系統(tǒng)對繼電保護快速性的要求與電網的電壓等級有關。w 220KV系統(tǒng)要求：近區(qū)故障 100ms、遠區(qū)故障 120ms切除除障，w 500KV系統(tǒng)要求：近區(qū)故障 80ms、遠區(qū)故障 90ms切除故障,w含開關動作時間，現用的開關全斷開時間：220KV 40msw 500KV 35msw快速切除故障，可提高重合閘成功率，提高線路的輸送容量。 3）靈敏性：繼電保護裝置在它的保護范圍內（一般指末端）發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)的反應能力。用靈敏系數K表示 K=末端故障進入保護裝置的電氣量/保護裝置的整定值（過

6、量動作的保護） K=保護裝置的整定值/末端故障進入保護裝置的電氣量（欠量動作的保護）w4）可靠性：w保護范圍內發(fā)生故障時，保護裝置可靠動作切除故障,不拒動。w保護范圍外發(fā)生故障和正常運行時，保護可靠閉鎖,不誤動。 二、名詞解釋1、主保護：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全的要求，能以最快的速度有選擇性的切除電力設備及輸電線路故障的保護。w 對于220KV及以上線路,變壓器，母線，要求主保護全線速動，則其主保護為縱聯(lián)方向，縱聯(lián)距離,縱聯(lián)差動，距離保護不是主保護.2、后備保護：當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。 后備保護可分為遠后備保護和近后備保護。w1）近后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由本線路

7、其它保護或本電力設備其它保護切除故障，當開關失靈時，由開關失靈保護切除故障。3、遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰線路或元件保護切除故障。4、輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能，或當主保護，后備保護退運行時而增設的保護。w如：一個半開關接線的短線保護，運方跳閘保護，過電壓保護5、異常運行保護：反應被保護線路和設備異常運行狀態(tài)的保護。 如：過負荷、過勵磁 、振蕩解列，低周減載等。6、振蕩解列裝置：當系統(tǒng)正常運行時，兩個系統(tǒng)發(fā)生振蕩，將兩系統(tǒng)分開的裝置。 第三部分第三部分 發(fā)電機變壓器繼電保護的配置發(fā)電機變壓器繼電保護的配置一、 基本原則1 、大型發(fā)電機及發(fā)變組保護應采用微機型保護，按

8、雙重化配置（非電氣量保護除外），保護配置。 原則應是強化主保護、簡化后備保護。 w2 、每套發(fā)變組保護裝置均應含完整的主保護及后備保護，宜使用主、后一體化的保護裝置。w1）當發(fā)電機與變壓器之間裝設斷路器時，發(fā)電機與變壓器保護裝置應分別獨立設置。w2）發(fā)電機出口不裝設斷路器時，發(fā)電機與變壓器保護裝置可合并設置，每一套保護宜具有發(fā)電機縱聯(lián)差動保護和變壓器縱聯(lián)差動保護功能。 w3、 雙重化配置的兩套電氣量保護的直流電源、電流回路、電壓回路、開入量、跳閘回路等應相互獨立，彼此沒有電氣聯(lián)系，并且安裝在各自柜內。w 當運行中的一套保護因異常需退出或檢修時，應不影響另一套保護的正常運行。w4、 非電量保護應

9、設置獨立的裝置、獨立的電源回路和出口跳閘回路，與電氣量保護必須完全分開。非電量保護宜獨立組屏。w5、 雙重化配置的兩套電氣量保護應分別動作于斷路器的一組跳閘線圈。非電量保護的跳閘回路應同時作用于斷路器的兩組跳閘線圈。w二、保護雙重化配置實現原則 w1） 每套完整、獨立的保護裝置應能處理可能發(fā)生的所有類型的故障。兩套保護之間不應有任何電氣聯(lián)系，當一套保護退出時不應影響另一套保護的運行。 w2） 兩套主保護的電壓回路宜分別接入電壓互感器的不同二次繞組。w3）電流回路應分別取自電流互感器互相獨立的二次繞組，并合理分配電流互感器二次繞組，避免可能出現的保護死區(qū)。分配接入保護的互感器二次繞組時，還應特別

10、注意避免運行中一套保護退出時可能出現的電流互感器內部故障死區(qū)問題。 消除CT內部故障的保護死區(qū)正確接線圖 錯誤接線圖w4） 雙重化配置保護裝置的直流電源應取自不同蓄電池組供電的直流母線段。 w5） 兩套保護的跳閘回路應與斷路器的兩個跳圈分別一一對應。 w6） 雙重化的線路保護應配置兩套獨立的通信設備（含復用光纖通道、獨立光芯、微波、載波等通道及加工設備等），兩套通信設備應分別使用獨立的電源。 w7） 雙重化配置保護與其他保護、設備配合的回路應遵循相互獨立的原則。 w三、發(fā)電機保護配置w1、發(fā)電 機故障及異常運行狀態(tài)wa) 定子繞組相間短路；wb) 定子繞組接地；wc) 定子繞組匝間短路；wd)

11、 發(fā)電機外部相間短路；we) 定子繞組過電壓；wf) 定子繞組過負荷；wg) 轉子表層（負序）過負荷；wh) 勵磁繞組過負荷；wi) 勵磁回路接地；wj) 勵磁電流異常下降或消失；wk) 定子鐵芯過勵磁；wl) 發(fā)電機逆功率；wm) 頻率異常；wn) 失步；wo) 發(fā)電機突然加電壓；wp) 發(fā)電機啟、停故障；wq) 斷路器失靈；wr) 發(fā)電機功率突降；ws) 其他故障和異常運行。w2、保護配置w1）縱聯(lián)差動保護-作為發(fā)電機定子繞組及其出線的相間短路故障的主保護 w2) 橫差保護或裂相橫差保護-對定子繞組為星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點側有分支引出端的發(fā)電機定子繞組匝間短路故障主保護。w3)定

12、子匝間保護-當定子繞組為星形接線、中性點只有三個引出端子時定子繞組匝間短路故障的主保護 。w4）定子接地保護-發(fā)電機定子繞組單相接地保護。w 保護區(qū)為 100%的作為發(fā)電機定子繞組單相接地故障保護。 w 由反應近機端側單相接地的基波零序過電壓保護和反應近中性點側單相接地的三次諧波過電壓保護兩部分組成。 w5）負序過電流保護和復合電壓啟動過電流保護-作為發(fā)電機外部相間短路后備保護。 w6）過電壓保護-作為發(fā)電機定子繞組異常過電壓故障的保護。水輪發(fā)電機過電壓保護應動作于解列滅磁或停機，汽輪發(fā)電機過電壓保護應動作于解列滅磁。w7） 、發(fā)電機定子繞組過負荷保護w a） 定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機，應裝

13、設定時限過負荷保護作為過負荷引起的發(fā)電機定子繞組過電流故障的保護，帶時限動作于信號。w b） 定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低（例如低于 1.5 倍、60s），過負荷保護由定時限和反時限兩部分組成w8 ）發(fā)電機轉子表層（負序）過負荷保護-對不對稱負荷、非全相運行及外部不對稱短路引起的負序電流，應裝設發(fā)電機轉子表層（負序）過負荷保護。w9 ）發(fā)電機勵磁繞組過負荷保護-作為發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障或強勵時間過長引起的勵磁繞組過負荷的保護。w10 ）發(fā)電機轉子一點接地保護-作為發(fā)電機轉子一點接地故障的保護，延時動作于信號，宜減負荷平穩(wěn)停機，有條件時可動作于程序跳閘。w 雙重化配置的兩套發(fā)電機轉子一點接地

14、保護，在正常運行時，應只投入其中一套保護。w11）發(fā)電機失磁保護-發(fā)電機勵磁電流異常下降或完全消失的失磁故障 。 w 對汽輪發(fā)電機，失磁保護宜瞬時或短延時動作于信號，有條件的機組可進行勵磁切換。w 對水輪發(fā)電機，失磁保護應帶時限動作于解列。w12） 發(fā)電機過勵磁保護w 300MW 及以上的發(fā)電機應裝設過勵磁保護，作為電壓升高和頻率降低時工作磁通密度過高引起絕緣過熱老化的保護。w13 ）發(fā)電機逆功率保護-對發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行的異常運行方式，應裝設逆功率保護。 w a）對水輪發(fā)電機，當發(fā)電機調相運行時，應閉鎖逆功率保護。w b）對汽輪發(fā)電機，應裝設程跳逆功率保護，與主汽門關閉接點串聯(lián)后經延時作用

15、于停機。w14) 發(fā)電機頻率異常保護wa）對低于額定頻率帶負載運行的汽輪發(fā)電機，應裝設低頻率保護作為發(fā)電機在頻率偏低使汽輪機的葉片及其拉筋發(fā)生斷裂故障的保護，動作于信號，并有低頻累加功能，動作于信號、程序跳閘wb）對高于額定頻率帶負載運行的汽輪發(fā)電機或水輪發(fā)電機，應裝設高頻率保護，保護動作于解列滅磁或程序跳閘。w15) 發(fā)電機失步保護-300MW 及以上發(fā)電機應裝設失步保護，當系統(tǒng)發(fā)生非穩(wěn)定振蕩時保護系統(tǒng)或發(fā)電機安全。w16) 發(fā)電機軸電流保護w 水輪發(fā)電機推力軸承或導軸承絕緣損壞時，在感應電壓作用下產生軸電流，為防止軸瓦過熱燒損，水輪發(fā)電機宜裝設軸電流保護。w 保護瞬時動作于信號，亦可經時限

16、動作于解列滅磁。w w17、電機其他故障和異常運行保護wa） 誤上電保護 wb） 啟停機保護 wc ) 斷路器失靈保護 wd) 解列保護 we) 低頻保護 wf) 斷路器斷口閃絡保護 wg）對發(fā)電機斷水（采用水冷卻系統(tǒng)的發(fā)電機）、熱工保護、水力機械保護、發(fā)電機火災和勵磁系統(tǒng)故障等，應裝設動作于信號、程序跳閘、解列滅磁或全停的非電氣量保護。四、電力變壓器保護的配置四、電力變壓器保護的配置 1、電力變壓器的故障、電力變壓器的故障1） 油箱內部故障：匝間短路，單相接地短路，相間短路（500kV變壓器為單相式，不存在相間短路）。內部故障電流將產生電弧，會燒壞線圈的絕緣和鐵芯，引起絕緣油氣化使變壓器爆炸

17、。2）油箱外部故障：主要是絕緣套管和引出線的故障（包括引線相間短路，單相接地短路等）。w3 ）變壓器的異常運行方式：wa）油箱內油位降低；wb）外部短路引起的過流；wc）甩負荷引起的過勵磁；wd）過負荷；we）溫度、壓力、冷卻器全停。（二）變壓器保護的配置（二）變壓器保護的配置1、電氣量保護1)差動保護：主變壓器內部、套管和引出線故障的主保護。 a采用不同涌流閉鎖原理的縱聯(lián)差動做為變壓器主保護，瞬時跳開變壓器各側斷路器。 b 每套主保護中應配置不經 TA 斷線閉鎖的差動速斷保護，瞬時跳開變壓器各側斷路器。w縱聯(lián)差動保護基本要求：w1）應能躲過勵磁涌流和外部故障的不平衡電流，以免變壓器在空載投入

18、或切除外部穿越性故障時，出現勵磁涌流誤動。w2）在變壓器過勵磁時，差動保護不誤動。w3）在變壓器內部故障、CT飽和時不拒動。w4）在變壓器內部故障、短路電流中含有諧波分量時，不拒動。w5）保護應反應區(qū)內各種短路故障，動作速度快，一般不大于30ms。 2) 主變壓器相間短路后備保護w a) 雙繞組變壓器高壓側應裝設復合電壓啟動的過電流保護。保護為兩段式，每段保護可帶兩段或三段時限，并以較短時限動作于縮小故障影響范圍，或動作于本側斷路器，以較長時限動作于斷開變壓器各側斷路器。w b) 三繞組變壓器高、中壓側應裝設復合電壓啟動的過電流保護和復合電壓啟動的方向過電流保護。3） 主變壓器單相接地短路后備

19、保護w當主變壓器中性點直接接地運行，應按以下規(guī)定裝設接地短路后備保護：wa) 220kV 雙繞組變壓器高壓側應裝設中性點零序過電流保護，保護設兩段式，保護均不帶方向；wb) 500kV 雙繞組變壓器高壓側應裝設零序過流保護，保護設一段定時限和一段反時限，保護均不帶方向；wc) 220kV 三繞組變壓器高壓側、中壓側應裝設零序過電流保護，保護設兩段式，兩段均可選擇帶方向或不帶方向；wd) 500kV 三繞組變壓器高壓側應裝設零序過流保護，保護設一段定時限和一段反時限，定時限帶方向，方向可以選擇，反時限不帶方向；we) 500kV 三繞組變壓器中壓側應裝設零序過流保護，保護設一段定時限，方向可以選

20、擇；4） 主變壓器高壓側中性點可能接地運行也可能不接地運行的情況，除裝設零序過流(帶或不帶方向)保護外，還應裝設高壓側零序過壓保護。5） 主變壓器為分級絕緣,其高壓側中性點裝設對地放電間隙的情況，除裝設零序過流(帶或不帶方向)保護、裝設零序過壓保護外，還應裝設放電間隙的零序過流保護。 w6）主變壓器過負荷保護w a） 雙繞組變壓器高壓側和三繞組變壓器高、中壓側應裝設過負荷保護，延時動作于信號。w b）主變壓器低壓側不另設過負荷保護，而利用裝于發(fā)電機中性點側的定子繞組過負荷保護，作為變壓器低壓側過負荷后備保護。w 7）主變壓器過勵磁保護w 對于高壓側為 500kV 及以上的主變壓器，為防止由于頻率降低和/或電壓升高引起變壓器磁密過高而損壞變壓器，應裝設過勵磁保護。 2、變壓器非電量保護1）瓦斯保護：（主保護）當變壓器內部發(fā)生繞組的匝間短路、層間短路、繞組斷線、調壓開關接觸不良、鐵芯故障、絕緣老化、油位降低、套管內部故障及油箱內部各種接地和相間故障。其中鐵芯故障、絕緣老化、油位降低等故障差動保護無法保護。整定：動作值按油流速度整定 重瓦斯 有強迫油循環(huán) 1-.1.5m/s 無強迫油循環(huán) 0.6-.1m/s 輕瓦斯 按氣體在瓦斯繼電器內部占有空間整定 范圍 25