繼電保護基礎(chǔ)知識

關(guān)于繼電保護基礎(chǔ)知識第1頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三繼電保護基礎(chǔ)知識教學(xué)目的：1、了解繼電保護任務(wù)及基本要求2、掌握PT、CT原理及二次接線方式3、熟悉變壓器保護配置，掌握變壓器保護定值計算方法4、熟悉線路保護配置5、熟悉電動機保護配置第2頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1、一次系統(tǒng)發(fā)電廠和變電所中直接與生產(chǎn)和輸配電能有關(guān)的設(shè)備稱為一次設(shè)備，包括：發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、互感器、電抗器、移相電容器、避雷器、輸配電線路等。由一次設(shè)備連接的系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)。2、二次系統(tǒng)：對一次電氣設(shè)備進行監(jiān)視、測量、操縱、控制和起保護作用的輔助設(shè)備，稱為二次設(shè)備，如：各種繼電器、信號裝置、測量儀表、控制開關(guān)、控制電纜、操作電源和小母線等。由二次設(shè)備連接成的回路稱為二次回路或二次系統(tǒng)。

概述第3頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三3、繼電保護裝置

當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備，一般通稱為繼電保護裝置。

概述第4頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三一、繼電保護任務(wù)

1、當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時，能自動迅速地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)切除，將事故限制在最小范圍內(nèi)；2、當(dāng)正常供電的電源因故障突然中斷時，通過繼電保護和自動裝置還可以迅速投入備用電源，使重要設(shè)備能繼續(xù)獲得供電。因此，繼電保護的主要實現(xiàn)功能：能區(qū)分正常運行和短路故障；能區(qū)分短路點的遠近。第一節(jié)繼電保護任務(wù)及基本要求第5頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三二、繼電保護的基本要求

1、保護方式：電流過負荷保護、過電流保護、電流速斷保護、電流方向保護、低電壓保護、過電壓保護、電流閉鎖電壓速斷保護、差動保護、距離保護、高頻保護、瓦斯保護等。

2、基本要求：選擇性、快速性、靈敏性、可靠性第6頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三二、繼電保護的基本要求

1）選擇性：可以通過正確地整定電氣量的動作值和上下級保護時限來達到互相配合。一般上下級保護的時限差取0.3~0.7S2）快速性：快速切除故障，可以把故障部份控制在盡可能輕微的狀態(tài)，減少系統(tǒng)電壓因短路故障而降低的時間，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3）靈敏性：是指繼電保護對其保護范圍內(nèi)故障的反映能力。4）可靠性：是指需動作時不拒動，不需要動作時不誤動，這是繼電保護裝置正確工作的基礎(chǔ)。第7頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三三、10kV繼電保護常用種類1、電磁式繼電器

GL系列反時限過流繼電器、DL系列定時限過流繼電器、DY系列電壓繼電器、DS系列時間繼電器。2、微機式保護

ABB：SPAJ140C施耐德：Sepam系列

第8頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)PT、CT原理及接線方式互感器電壓互感器PT（TV）電流互感器CT(TA)第9頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.1電壓互感器作用：一次高壓變換為二次低壓，二次相間額定電壓100V。

注意：PT二次嚴禁短路！

第10頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.1.1電壓互感器的型式電磁式電壓互感器優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，有長時間的制造和運行經(jīng)驗，產(chǎn)品成熟；暫態(tài)響應(yīng)特性較好。問題：因鐵芯的非線性特性，容易產(chǎn)生鐵磁諧振，體積、重量較大。第11頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三電容式電壓互感器

優(yōu)點：沒有諧振問題。主要缺點：暫態(tài)響應(yīng)特性較電磁式差。第12頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三光電式電壓互感器

具有無飽和，高精度，線性度好，安全性高等特點第13頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三具有線路保護和計量功能的數(shù)字式光電互感器柜光電式傳統(tǒng)電磁型第14頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第15頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三光電電流電壓互感器結(jié)構(gòu)示意圖第16頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.1.2電壓互感器的基本參數(shù)（1）一次參數(shù)（2）二次額定電壓（3）二次額定輸出容量（4）電壓互感器的誤差對應(yīng)相應(yīng)電壓等級相間100V1O、15、25、30、50、75、100、150、200、250、300、400、500VA。測量用PT：0.5、1.0、3.0保護用PT：3P、6P

計量用PT：0.1、0.2第17頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.1.3電壓互感器的二次回路接線

（1）電壓互感器的配置（a）單母線、單母線分段、雙母線等主接線，在母線上安裝三相式電壓互感器；當(dāng)出線上有電源，需要重合閘鑒同期或無壓，應(yīng)在線路側(cè)安裝單相或兩相電壓互感器；（b）內(nèi)橋接線的電壓互感器可以安裝在線路側(cè)，也可以安裝在母線上。PT次級可為2個，1個接星型，一個接開口三角形；也可為3個，實現(xiàn)雙重化保護電壓回路相互獨立或保護、測量用電壓相互獨立。第18頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三(2)繼電保護和測量用電壓二次回路接線單相接線常用于大接地電流系統(tǒng)判線路無壓或同期，可以接于任何一相。第19頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三單線電壓接線中一只電壓互感器接于兩相電壓間，主要用于小接地電流系統(tǒng)判線路無壓或同期。第20頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三V/V接線主要用于小接地電流系統(tǒng)的母線電壓測量，該接線在二次回路無法測量系統(tǒng)的零序電壓，當(dāng)需要測量零序電壓時，不能使用該接線。第21頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用最多用于測量母線三相電壓用于測量零序電壓第22頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三在星形接線的中性點接一只電壓互感器也能起到消諧的作用。該電壓互感器也稱為消諧電壓互感器。第23頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三(3)電壓互感器二次回路的保護一般采用快速熔斷器或自動空氣開關(guān)(4)電壓二次回路的接地電壓二次回路只能有一點接地第24頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.2電流互感器

1.1.1電流互感器的工作原理作用：一次大電流變換為二次小電流，二次相間額定電流為5A或1A。

注意：CT二次嚴禁開路！

注意：CT二次側(cè)必須有一點接地，也只能有一點接地！第25頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.2.2電流互感器極性電流互感器極性

線路：常規(guī)都以母線為正，指向線路主變：高低壓側(cè)同時指向主變（定值單也有要求指向母線，根據(jù)保護裝置要求定）發(fā)電機：兩端同時指向發(fā)電機電容：常規(guī)都以母線為正，指向電容計量：常規(guī)都以母線為正，指向負荷第26頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.2.3電流互感器接線方式用于35kV及以下電壓等級小電流接地系統(tǒng)，可以獲得A、C相電流。圖中KA為電流繼電器或繼電保護電流測量元件

第27頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三用于110kV及以上電壓等級大電流接地系統(tǒng)，可以獲得三相相電流。

第28頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三可以獲得三相電流之和，即3倍的零序電流第29頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.2.4電流互感器的誤差測量用CT的準確度級分為0.5、1、3、5

保護用CT的準確度級分為5P、10P準確度級比值誤差土(％)（額定一次電流下）復(fù)合誤差土(％)（額定準確限值的一次電流下）額定一次電流下相位差±（’）±(rad×10-2)5P15601.810P310————IEC規(guī)定5P、10P的誤差極限

計量用CT的準確度級分為0.1、0.2第30頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三1.2.5PT、CT簡單計算a、PT變比為10kV/100，二次電壓為58V，求PT一次電壓為多少？b、CT變比為500/5，二次電流為4A，求CT一次電流為多少？10000/100=X/58X=5800V500/5=X/4X=400A第31頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)變壓器保護1、故障類型2、保護配置3、整定計算第32頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

變壓器油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生較大的短路電流，不僅會燒壞變壓器繞組和鐵心，而且由于絕緣油汽化，可能引起變壓器爆炸。

一、變壓器故障類型1）油箱內(nèi)部故障

a、變壓器繞組相間短路；

b、變壓器繞組匝間短路；

c、變壓器繞組接地短路第33頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三（2）油箱外部故障

a、絕緣套管的相間短路與接地短路；

b、引出線上的發(fā)生的相間短路和接地短路；第34頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三電壓等級220kV330kV500kV合計次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%次數(shù)%本體內(nèi)部故障匝間故障1130.5611002401433.33鐵芯故障12.7812.38相間接地故障822.22819.04套管故障1233.331201330.95分接開關(guān)故障411.11240614.28小計361001100510042100外部故障501354合計862896變壓器總臺數(shù)37211614414323本體故障變壓器臺數(shù)361542故障率（次/百臺·年）0.960.621.130.972004年全國220kV及以上大型變壓器故障統(tǒng)計

第35頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三變壓器的不正常工作狀態(tài)：

1）由于外部短路引起的過電流；（2）負荷長時間超過額定容量引起的過負荷；（3）油箱漏油造成的油面降低；（4）由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁；對于不正常工作狀態(tài)，變壓器保護也必須能夠反應(yīng)。發(fā)告警信號，或延時跳閘。第36頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

三、變壓器的保護配置

瓦斯保護：輕瓦斯（信號）和重瓦斯（跳閘）針對：油箱內(nèi)的各種故障及油面降低。優(yōu)點：油箱內(nèi)部所有故障，有較高靈敏性。缺點：動作時間較長；不能反應(yīng)油箱外部的故障。縱差保護或電流速斷保護（根據(jù)變壓器容量選擇）反應(yīng)繞組、套管及引出線上的相間短路，在一定程度上反應(yīng)繞組內(nèi)部匝間短路及中性點接地側(cè)的接地短路。特點：瞬時動作切除故障主保護第37頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三3.外部相間短路的后備保護

1）過電流保護

2）復(fù)合電壓起動的過流保護

3）負序電流保護和單相式低壓起動的過電流保護

4）阻抗保護4.外部接地短路的后備保護

1）零序電流保護（若中性點接地）

2）零序過電壓保護、在中性點裝放電間隙加零序電流保護5.過負荷保護

6.過勵磁保護7.其它非電氣量保護（油箱內(nèi)溫度、壓力升高、冷卻系統(tǒng)故障）延時跳閘或發(fā)信號第38頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三瓦斯保護是變壓器的主保護之一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導(dǎo)管中。9.2變壓器的瓦斯保護

瓦斯繼電器油枕第39頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三下開口杯

上開口杯干簧觸點干簧觸點平衡錘放氣閥探針支架擋板進油擋板永久磁鐵永久磁鐵FJ3-80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖

第40頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應(yīng)檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250～300CM3

一般油流流速整定范圍為0.6～1.5m/s

第41頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

瓦斯保護的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，靈敏性高，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障。特別是能反應(yīng)輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護。瓦斯保護不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。第42頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.3變壓器的差動保護KD

變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。TA2TA1一、變壓器縱差動保護的原理

核心問題仍是不平衡電流問題第43頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三變壓器差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因有：TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標準化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流差動保護共同問題變壓器差動保護特殊問題第44頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三變壓器各側(cè)電流不同相

對于Y，d11型變壓器，正常運行時d側(cè)電流超前Y側(cè)電流300，形成不平衡電流。方法1.“外轉(zhuǎn)角”變壓器Y側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，d側(cè)的三個電流互感器接成星形。對策：相位補償在保護外將相位補償過來將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整為同相第45頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三cbaCBAKD1KD2KD3外轉(zhuǎn)角接線一次電流二次電流一次電流二次電流第46頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三

一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流同相Y側(cè)△側(cè)不同相第47頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三方法2.“內(nèi)轉(zhuǎn)角”在保護內(nèi)部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側(cè)電流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主變Y側(cè)主變△側(cè)主變Y側(cè)主變△側(cè)不變換第48頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三TA變比標準化問題解決方法：老式電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wbal,同時在整定時考慮ΔfI1，Δf為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調(diào)二次電流第49頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三調(diào)整分接頭變壓器調(diào)整分接頭時一側(cè)額定電流改變，而另一側(cè)電流不變，產(chǎn)生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準，整定動作電流時考慮調(diào)壓范圍的一半。調(diào)壓范圍的一半最大外部故障電流第50頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三勵磁電流及勵磁涌流勵磁電流屬于不平衡電流。勵磁電流較小，2～10％額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產(chǎn)生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一。第51頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三勵磁涌流錄波（空載合閘）第52頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當(dāng)發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達5-10倍額定電流，與短路電流相當(dāng)。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導(dǎo)致內(nèi)部故障拒動差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長第53頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三※勵磁涌流的波形特點3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側(cè)，嚴重不對稱。第54頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三※防止勵磁涌流引起縱差保護誤動的措施2.波形不對稱識別1.采用帶速飽和變流器的差動繼電器BCH、DCD系列老式電磁型繼電器，當(dāng)差動電流中直流分量含量較高時自動提高動作電流（即具有“直流助磁”特性），防止保護誤動。4.波形間斷角鑒別微機保護可以識別差動電流的正負半周是否對稱，當(dāng)電流波形嚴重不對稱時判為勵磁涌流情況，閉鎖差動保護。3.二次諧波閉鎖（制動）差動電流中二次諧波含量較高時閉鎖差動保護；或自動提高動作電流，二次諧波越大，動作電流提高越多。差動電流波形中間斷角達到一定值（如600）以上時，閉鎖差動保護。第55頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三不平衡電流產(chǎn)生原因TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標準化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流技術(shù)措施整定計算考慮比率制動相位補償系數(shù)補償（平衡線圈）0.051調(diào)壓范圍一半波形不對稱識別二次諧波間斷角綜上所述，整定用平衡線圈匝數(shù)必須為整數(shù)引起的誤差，微機保護可不考慮第56頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.4變壓器相間短路的后備保護和過負荷保護

變壓器相間短路的后備保護既是變壓器主保護的后備又是相鄰母線或線路的后備保護。保護形式可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護、負序電流保護和低阻抗保護等。變壓器耐受過負荷能力較差，應(yīng)裝過負荷保護動作于告警信號。第57頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.4.1過電流保護保護原理與線路電流Ⅲ段保護相同I>靈敏度較低，很難滿足要求，實際應(yīng)用較少Krel-可靠系數(shù)，一般取1.2-1.3Kre-返回系數(shù)，取0.85Il.max-最大負荷電流第58頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三過電流保護第59頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.4.2低電壓起動過電流保護保護原理U<&I>加設(shè)了電壓元件，電流保護部分動作值較過電流保護低，靈敏度有所提高第60頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三低電壓起動過電流保護第61頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.4.3復(fù)合電壓起動過電流保護保護原理電流保護部分與低電壓起動過電流保護相同。電壓部分由2部分組成：負序過電壓，反應(yīng)不對稱故障單相式低電壓，反應(yīng)對稱故障與低電壓起動過電流保護相比，電流部分動作值、靈敏度一樣；電壓部分靈敏度提高第62頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三復(fù)合電壓起動過電流保護第63頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.4.5過負荷保護過負荷時三相對稱，過負荷保護只需反應(yīng)某一相電流。過負荷保護經(jīng)延時5-10s動作于信號。第64頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三9.6微機型變壓器保護主要配置：差動保護相間后備保護接地后備保護非電量保護瓦斯、油溫異常、冷卻故障等*220kV斷路器三相不一致保護差動速斷保護*220kV斷路器失靈保護*自耦變公共繞組過負荷根據(jù)具體情況還有*過激磁保護第65頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第66頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三PST1200第67頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三第一層：PST-1210三側(cè)操作箱及本體保護第二層：PST-1203A二次諧波差動保護第三層：PST-1204C三側(cè)后備保護保護110kV主變保護一般配1面柜配置實例第68頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三220kV主變保護一般配2面柜主保護雙重化配置實例A柜B柜PST-1202A二次諧波原理主保護、后備保護一體PST-1222高壓側(cè)操作箱打印機PST-1202B波形對稱原理的差動打印機PST-1210中低操作箱及非電氣量保護第69頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三計算：1、變壓器共有幾個檔位？2檔額定電壓是多少？S9-630/10一臺Dyn11變壓器型號為S9-630/10

額定電壓：10000±2×2.5%/400三相設(shè)計序號容量高壓繞組額定電壓答：變壓器共有5個檔位，2檔額定電壓是10000+10000*2.5%=10250V2、變壓器高低壓側(cè)額定電流是多少？變壓器高壓側(cè)額定電流：630/10/1.732=36.37變壓器低壓側(cè)額定電流：630/0.4/1.732=909.3第70頁，講稿共80頁，2023年5月2日，星期三3、給變壓器保護裝置配備CT及計算過流、速斷保護定值。答：變壓器保護裝置配置CT變比為50/5

變壓器過流保護定值：一般為額定電流的1.3-1.5倍時間與進線保護配合

變壓器速斷保護定值：一般為過流值的3-5倍時間與進線保護配合

教科書：反時限過流保護的級差為0.7S，定時限過流保護的級差為0.5S

變壓器過流保護定值：一次：36.37*1.3=47.28A二次：？

變壓器速斷保護定值：一次：47.28*3=1