繼電保護(hù)簡(jiǎn)介

1、繼電保護(hù)簡(jiǎn)介1. 概述1.1. 電力系統(tǒng)的故障及不正常工作狀態(tài)由于設(shè)備構(gòu)造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)、操作錯(cuò)誤、設(shè)備絕緣老化、風(fēng)雨雷電及鳥獸災(zāi)害等原因，致使電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生故障。最常見的故障是各種類型的短路：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路及發(fā)電機(jī)和變壓器的繞組匝間短路。輸電線路的斷線也屬于故障。短路類型示意圖概率三相短路5%兩相短路10%兩相接地短路20%單相接地短路65%故障造成的后果：² 電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞。² 故障處短路電流很大，形成電弧，燒壞電氣設(shè)備。² 短路電流的熱效應(yīng)和電

2、動(dòng)力，使故障電路中電氣設(shè)備遭到破壞或影響其使用壽命。² 破壞發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)振蕩或瓦解。另外電力系統(tǒng)還可能出現(xiàn)各種不正常工作狀態(tài)，如過負(fù)荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。故障和不正常工作狀態(tài)都能引起人身傷亡和設(shè)備的損壞，甚至使系統(tǒng)瓦解。故在電力系統(tǒng)中，除應(yīng)采取各項(xiàng)措施消除或減少發(fā)生故障的可能性外，一旦發(fā)生故障，必須迅速而又有選擇性的切除故障設(shè)備，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效方法。這一切的實(shí)現(xiàn)均倚賴于繼電保護(hù)裝置。1.2. 繼電保護(hù)裝置定義繼電保護(hù)裝置是指能反映電力系統(tǒng)中的故障和不正常工作狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)裝置，由于其從前大多由繼電器組合而成，故稱為繼

3、電保護(hù)裝置。1.3. 繼電保護(hù)裝置原理繼電保護(hù)裝置利用正常與故障或異常狀況下電氣量的變化來鑒別：² 反應(yīng)電氣量增加：過電流、過電壓。² 反應(yīng)電氣量減少：低電壓保護(hù)。² 反應(yīng)U/I變化：距離保護(hù)。² 反應(yīng)電氣元件兩端相位或功率的變化：差動(dòng)保護(hù)1.4. 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求² 選擇性：保護(hù)動(dòng)作時(shí)僅將故障元件切除，使停電范圍盡量縮小。² 速動(dòng)性：快速切除故障以提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，² 靈敏性：要求保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)的任何故障和不正常工作狀態(tài)都能正確反應(yīng)。² 可靠性：1.5. 繼電保護(hù)裝置的分類繼電保護(hù)裝置由最

4、初的熔絲保護(hù)發(fā)展到機(jī)電型再到晶體管型再到集成電路型，發(fā)展到今天，微機(jī)型繼電保護(hù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。按構(gòu)成原理分類：電流電壓保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)等。按被保護(hù)對(duì)象分類：發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、線路保護(hù)和電動(dòng)機(jī)保護(hù)等。2. 輸電線路保護(hù)輸電線路主要是架空線路的故障最多，線路必須架設(shè)完備的保護(hù)。按其作用對(duì)象不同可分為：中低壓線路保護(hù)，高壓超高壓線路保護(hù)。2.1. 大接地短路電流系統(tǒng)與小接地短路電流系統(tǒng)2.1.1. 大接地短路電流系統(tǒng)110KV及以上電壓系統(tǒng)中，中性點(diǎn)直接接地，單相接地短路時(shí)，接地電流很大，一般500A以上，因此叫做大接地短路電流系統(tǒng)。當(dāng)有一相發(fā)生接地時(shí)，繼電保護(hù)裝置動(dòng)

5、作使斷路器跳閘，切除故障線路。2.1.2. 小接地短路電流系統(tǒng)35KV及以下電壓系統(tǒng)中，中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，單相接地短路時(shí)，故障點(diǎn)流過很小的電容電流，因此叫做小接地短路電流系統(tǒng)。當(dāng)有一相發(fā)生接地故障時(shí)，線電壓仍三相對(duì)稱，不影響正常供電，允許運(yùn)行12小時(shí)而不必跳閘，由運(yùn)行人員采取措施，切除故障。當(dāng)發(fā)生兩點(diǎn)接地短路時(shí)，短路電流會(huì)很大，相間短路保護(hù)可動(dòng)作于斷路器跳閘。2.2. 中低壓線路保護(hù)主要包括相間短路保護(hù)（過電流保護(hù)與方向過電流保護(hù)）與接地保護(hù)（零序過流保護(hù)與接地選線）。2.2.1. 三段式過電流保護(hù)用于單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)線路的相間短路。2.2.1.1. 電流速斷保護(hù)反應(yīng)電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作

6、的電流保護(hù)稱為電流速斷保護(hù)。不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，但要求保護(hù)范圍不能小于15%20%。2.2.1.2. 限時(shí)電流速斷保護(hù)作用：解決電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，作電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)。任何情況下都能保護(hù)線路全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏性，力求最小的動(dòng)作時(shí)限。正是因?yàn)樗芤暂^小的時(shí)限快速切除全線路范圍內(nèi)的故障，因此稱之為限時(shí)電流速斷保護(hù)。2.2.1.3. 定時(shí)限過電流保護(hù)作用：作本線路和相鄰線路的后備保護(hù)。2.2.1.4. 反時(shí)限過電流保護(hù)定時(shí)限過電流的動(dòng)作時(shí)間與電流的大小無關(guān)，只要達(dá)到動(dòng)作電流值，就以一定的時(shí)限動(dòng)作。一般用在首末端短路電流變化較小的情況下。而反時(shí)限過電流保護(hù)則是保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與短路電流

7、成反比，短路電流大，動(dòng)作時(shí)間小，短路電流小，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。2.2.2. 低壓閉鎖的三段式過電流保護(hù)為了彌補(bǔ)過電流保護(hù)靈敏度不夠的情況，增加了低電壓閉鎖元件。2.2.3. 方向過電流保護(hù)用于雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)線路的相間短路保護(hù)。2.2.4. 三段式或四段式零序方向過流保護(hù)用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的線路單相接地保護(hù)。2.2.5. 小電流接地選線用于中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中查找單相接地的線路（注意：不是選相）。對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，接地選線的方法之一是反應(yīng)工頻電容電流方向的零序功率方向保護(hù)：根據(jù)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)的特點(diǎn)：非故障線路的零序電流超前于零序電壓90°；故障線路的零序電流

8、滯后于零序電壓90°的特點(diǎn)，構(gòu)成保護(hù)。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，不能利用零序功率方向保護(hù)作為接地選線的方法。2.3. 高壓超高壓線路保護(hù)2.3.1. 距離保護(hù)簡(jiǎn)單的電流電壓保護(hù)的靈敏性受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響大，在重負(fù)荷長(zhǎng)距離輸電線路上，其靈敏性往往不能滿足要求；另外在超高壓多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，往往不能滿足選擇性要求。距離保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)線路始端電壓和線路電流的比值的一種保護(hù)，該比值稱為測(cè)量阻抗Zj。正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗稱為負(fù)荷阻抗，其值較大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，測(cè)量阻抗等于保護(hù)安裝處（如變電站內(nèi)）到短路點(diǎn)的線路阻抗，其值較小，距離保護(hù)根據(jù)測(cè)量阻抗的大小，反應(yīng)故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，故稱距離保護(hù)。

9、有時(shí)又稱為阻抗保護(hù)。2.3.2. 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基于比較被保護(hù)線路兩端電流的大小和相位的原理。多用于長(zhǎng)度較短的線路及發(fā)電機(jī)、變壓器、母線。3. 變壓器保護(hù)3.1. 概述作為電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，變壓器在運(yùn)行中的故障將給供電和系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果。3.1.1. 變壓器的故障變壓器可能發(fā)生的故障有：各相繞組之間發(fā)生的相間短路；單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路；單相繞組和鐵芯間絕緣損壞而引起的接地短路；引出線的相間短路；引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路等。變壓器發(fā)生故障時(shí)，必須將其從電力系統(tǒng)中切除。3.1.2. 變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器的不正常工作狀態(tài)主要包括：由于外部短路或過負(fù)荷引起的過電流

10、；油箱漏油造成的油面降低；變壓器中性點(diǎn)電壓升高；由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵(lì)磁等。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，應(yīng)發(fā)出信號(hào)。為保證電力變壓器的安全運(yùn)行，按規(guī)程規(guī)定，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下繼電保護(hù)裝置：3.2. 變壓器的瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)防御變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生各種短路故障時(shí)，由于短路電流和短路點(diǎn)電弧的作用，變壓器油和絕緣材料受熱分解，產(chǎn)生大量氣體，從油箱流向油枕上部。故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生氣體越多，流向油枕的氣流和油流速度也越快，利用這種氣體來實(shí)現(xiàn)的保護(hù)稱瓦斯保護(hù)。輕瓦斯保護(hù)反應(yīng)于氣體容積，動(dòng)作于信號(hào)。重瓦斯保護(hù)反應(yīng)于油流流速，動(dòng)作于跳閘。瓦斯保護(hù)可作為變壓器內(nèi)

11、部故障的一種主保護(hù)，但不能作為防御各種故障的唯一保護(hù)。3.3. 變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用來防御變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路。可用作變壓器的一種主保護(hù)。3.3.1. 原理縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是通過比較流入和流出變壓器的電流大小而構(gòu)成的一種保護(hù)。其差值就是差動(dòng)電流。正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)，差流（經(jīng)過某些補(bǔ)償措施后）很小，甚至接近于零。變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差流較大，可達(dá)到幾倍到幾十倍的額定電流，此時(shí)，應(yīng)立即將變壓器從系統(tǒng)中切除。目前，變壓器普遍采用的差動(dòng)保護(hù)包括差動(dòng)速斷和比率差動(dòng)，二者同時(shí)使用。3.3.2. 勵(lì)磁涌流的影響及消除正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電

12、流僅為變壓器額定電流的3%6%。在電壓突然增加的特殊情況下，例如空載投入變壓器或外部短路故障切除后恢復(fù)供電等情況下，就可能產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流。這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵(lì)磁電流通常稱為勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流的存在，常導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。為此，必須采取相應(yīng)措施克服勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。目前，廣泛采用的方法是利用涌流中的二次諧波制動(dòng)。變壓器空載合閘時(shí)，勵(lì)磁涌流中含有較大成分的二次諧波分量（一般超過20%），但在變壓器內(nèi)部故障或外部故障的短路電流中，二次諧波含量較小。因此，采用二次諧波制動(dòng)是防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的有效辦法。應(yīng)注意的是，二次諧波制動(dòng)的只是比率差動(dòng)保護(hù)，而對(duì)差動(dòng)速斷保護(hù)沒有影響。3.

13、4. 變壓器的后備保護(hù)除了瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)以外，變壓器還應(yīng)裝設(shè)后備保護(hù)。3.4.1. 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)包括低電壓?jiǎn)?dòng)和負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)。靈敏度高，接線簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。3.4.2. 零序電流保護(hù)防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路。3.4.3. 過負(fù)荷保護(hù)防御變壓器對(duì)稱過負(fù)荷。4. 其他保護(hù)母線保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)等其他種類的保護(hù)，這里不再祥述。5. 安全自動(dòng)裝置5.1. 重合閘（ZCH）輸電線路的故障中，瞬時(shí)性故障約占總次數(shù)的80%90%以上。瞬時(shí)性故障使線路被繼電保護(hù)動(dòng)作斷開后，故障自行消除。如果此時(shí)把斷路器合上，即可恢復(fù)供電，避免了不必要的停電，提高了系統(tǒng)供電可靠性。為此，在電力系統(tǒng)中

14、采用自動(dòng)重合閘，即當(dāng)斷路器自動(dòng)跳閘后，自動(dòng)將斷路器重新合閘。但對(duì)于某些永久性故障，重合閘后，由于故障仍然存在，線路會(huì)被繼電保護(hù)再次跳開。重合閘的成功率一般在60%90%。重合閘在線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，可迅速恢復(fù)供電從而提高供電可靠性；可以提高雙側(cè)電源輸電線路構(gòu)成的系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性；可以糾正斷路器機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作引起的誤跳閘。自動(dòng)重合閘主要用于架空線路。對(duì)電纜線路，由于故障幾率較少，同時(shí)其故障常為絕緣破損造成的永久性故障，故不采用自動(dòng)重合閘。對(duì)于包括有架空線與電纜的混合輸電線路，只有在裝設(shè)有能判別電纜區(qū)段或架空線區(qū)段故障的裝置的條件下，采用自動(dòng)重合閘才是適宜的。5.1.1. 對(duì)重合閘

15、的基本要求：² 手動(dòng)或遙控跳閘，不應(yīng)重合閘。² 手動(dòng)或遙控合閘于故障線路，繼電保護(hù)動(dòng)作跳開，不應(yīng)重合閘。² 自動(dòng)重合閘的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合規(guī)定的次數(shù)：我國(guó)大部分選用一次重合閘，二次重合閘應(yīng)用較少。² 自動(dòng)重合閘在動(dòng)作后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好下次再動(dòng)作。² 當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)而不允許重合閘時(shí)，應(yīng)將重合閘閉鎖。² 重合閘后應(yīng)加速繼電保護(hù)的動(dòng)作。5.1.2. 重合閘有單相重合閘、三相重合閘及綜合重合閘5.1.3. 普通35KV、10KV線路采用檢無壓三相一次（或二次）重合閘5.1.4. 雙側(cè)電源線路采用檢無壓檢同期三相一次重合閘5.2. 自

16、動(dòng)按頻率減負(fù)荷（ZPJH）又稱低頻減載、低周減載。5.2.1. 頻率降低的原因及危害在正常情況下，系統(tǒng)頻率應(yīng)保持在50±0.5HZ（小系統(tǒng)），50±0.2HZ（大系統(tǒng)）。² 對(duì)用戶危害：頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，影響產(chǎn)品質(zhì)量（紡織、造紙）；影響電子設(shè)備的運(yùn)行（國(guó)防、科工）。² 對(duì)系統(tǒng)危害：汽輪機(jī)葉片斷裂（<48.549.5HZ，易產(chǎn)生裂紋；<45HZ，斷裂）頻率雪崩電壓雪崩5.3. 備用電源自投（BZT）5.3.1. 原因（優(yōu)點(diǎn)）² 提高了供電可靠性。² 限制了短路電流。² 簡(jiǎn)化了繼電保護(hù)。5.3.2. 幾

17、種常用的BZT5.3.2.1. 分段備自投正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變壓器同時(shí)投入運(yùn)行，分段斷路器3DL斷開。當(dāng)任一故障使I母線失壓時(shí)，在1DL確實(shí)斷開且II母線有壓的情況下，3DL自動(dòng)投入，恢復(fù)I母線的供電。5.3.2.2. 變壓器備自投正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)變壓器投入運(yùn)行，另一臺(tái)變壓器備用。當(dāng)任一故障母線失壓時(shí)，在1DL、3DL確實(shí)斷開且#2變壓器進(jìn)線有壓的情況下，2DL、4DL自動(dòng)投入，恢復(fù)母線的供電。5.3.2.3. 橋備自投正常運(yùn)行時(shí)，兩條線路和兩臺(tái)變壓器同時(shí)投入運(yùn)行，內(nèi)橋斷路器3DL斷開。當(dāng)任一故障使I母線失壓時(shí)，在1DL確實(shí)斷開且II母線有壓的情況下，3DL自動(dòng)投入，恢復(fù)I母線的供電。5.3.2.4. 進(jìn)線備自投正常運(yùn)行時(shí)，1條線路投入運(yùn)行，另一條線路投備用。當(dāng)任一故障使母線失壓時(shí)，在1DL確實(shí)斷開且#2DL進(jìn)線有壓的情況下，2DL自動(dòng)投入，恢復(fù)母線的供電。5.4. 電壓并列和切換5.4.1. 電壓并列用于單母線分段相同電壓等級(jí)的兩個(gè)PT之間負(fù)荷切換5.4.2. 電壓切換用于變電站雙母線接線方式5.5. 電壓無功綜合控制5.5.