第一章继电保护基础知识.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途第一章 继电保护基础知识电力系统继电保护基础知识151、什么是继电保护?当电力系统中的电力元件(如发电机、线路)或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时,需要有向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令,以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电力元件的成套硬件设备,一般通称为继电保护装置.继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本的装备。2、继电保护在电力系统中的任务是什么?继电保护的基本任务: a、当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命
2、令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对电力元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。b、反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整.3、电力系统对继电保护的基本要求是什么?a、可靠性电力系统正常运行时,继电保护装置应可靠的不动作,当被保护元件发生故障或出现不正常工作状态时,继电保护装置应可靠的动作b、迅速性是指继电保护动作的速度,可根据实际情况设定延时时间。c、选择性当电力系统出现故障时,继电保护发出跳闸
3、命令仅将故障元件切除,尽可能的使停电范围减小,保证无故障部分继续运行。d、灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态可靠的动作的能力。 一、电力系统在运行中,不可避免地会发生故障和不正常工作情况.1、最常见的故障是各种形式的短路,如三相短路、两相接地短路、两相短路、单相接地短路、发电机和变压器的绕组匝间短路等。此外,输电线路还可能发生一相或两相断线以及断线和短路同时发生的复杂故障。2、最常见的不正常工作情况是过负荷,长时间过负荷会使载流设备和绝缘温度升高,加速绝缘老化或设备遭到损坏,严重时甚至引起故障.此外,水轮发电机突然甩负荷引起过电压,电力系统有功缺额会引起频率降低,这也是不正常
4、工作情况。二、继电保护的概念。 继电保护装置是反应电力系统中电气设备故障或不正常工作情况而作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 电力系统继电保护-是继电保护技术和继电保护装置的统称。三、主保护和后备保护的概念。 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或线路故障的保护。 2、后备保护:主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护,又分为远后备和近后备。3、远后备保护:当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。4、近后备保护:当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护;当断路器拒动时,由断路器失灵保护来实现后备保护。
5、 5、辅助保护: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。四、故障的性质分类:暂时性故障、永久性故障五、对继电保护的基本要求,可分为安全性、可靠性、速动性、选择性与灵敏性。 1、安全性、可靠性和保护的双重化。 安全性与可靠性是对继电保护最根本的要求.安全性指的是断电保护在不需要它动作时可靠不动作,即不发生误动作.可靠性指的是继电保护在需要它动作时能可靠动作,即不发生拒绝动作。 为保证短路故障时跳闸的可靠性,许多220KV以上的超高压线路继电保护采用了二中取一的双重化配置原则,即在每一回线路上装设两套完全独立的性能均满足电力系统稳定要求的继电保护.每一套保护所用的
6、直流电源、互感器二次绕组、控制电缆、出囗回路等完全分开,而且两套保护的动作原理一般也不相同.这样两套保护可互为备用,性能上也互为补充。我们电站的金石线的主保护就是采用一套高频距离和一套光纤分相差动,金洪线采用一套光纤距离和一套光纤分相差动。二中取一的双重化方式保证了短路故障时继电保护动作的可靠性,同时带来了便利检修的特点,可以停用一套继电保护进行维护试验而不影响输电线路的正常运行。二中取一的双重化方式要着重注意每一套保护的安全性,采取相应措施防止误动作。 2、选择性 选择性是指继电保护在可能最小的区间内将故障元件从电力系统中断开,使停电范围最小,以保证系统中无故障部份仍能继续安全运行.它包含了
7、两方面的内容:其一,只应是装设在故障元件上的继电保护动作切除故障;其二,考虑继电保护或断路器有拒动的可能,要力争相邻元件的继电保护能起后备作用。如图说明:当d1短路时,保护1、2动跳1DL、2DL,有选择性当d2短路时,保护5、6动跳5DL、6DL,有选择性当d3短路时,保护7、8动跳7DL、8DL,有选择性若保护7拒动或7DL拒动,保护5动跳5DL(有选择性)若保护7和7DL正确动作于跳闸,保护5动跳5DL,则越级跳闸(非选择性) 选择性就是故障点在区内就动作,区外不动作。当主保护未动作时,由近后备或远后备切除故障,使停电面积最小. 3、速动性 是指继电保护以可能最短的时限将短路故障或不正常
8、工作情况从电力系统中切除或消除。 实践证明,许多相间短路故障是由单相短路发展而成,若继电保护动作快速,就可减少相间短路故障机率,充分发挥单相重合闸的效能,这对于单回的电源网络线是尤为重要的。 短路故障切除的总时间等于继电保护和断路器动作时间之和.一般快速保护动作时间为0.080。12S,最快的为0。0150。04S;一般的断路器跳闸时间为0。060.15S,最快的为0.020.05S。 4、灵敏性 灵敏性是指继电保护对在其保护范围内发生短路故障或系统不正常工作状态的反应能力,习惯用灵敏系数来表示,又可称之为灵敏度. 整定计算时,要保证在最不利条件下仍能可靠动作.各类保护的灵敏度均有具体规定.六
9、、继电保护技术发展概况。 1、机电型保护阶段 2、整流型保护阶段 3、晶体管型保护阶段 4、集成电路型继电保护 5、微机型继电保护(1979年我国开始注意微机保护发展动向,到1984年微机距离保护样机经过试运行后通过科研鉴定,投入生产.)七、继电保护的基本原理继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分.为区分系统正常运行状态与故障或不
10、正常运行状态找差别:特征。 增加 故障点与电源间 -过电流保护 U降低 低电压保护 变化; 正常:20左右 短路:6085方向保护。 Z= 模值减少 阻抗保护 电流差动保护 I2 、I0 序分量保护等。 另非电气量:瓦斯保护,过热保护原则上说:只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征(差别),即可找出一种原理,且差别越明显,保护性能越好。 第二章 保护原理说明一、发电机保护1. 配置保护的重要性水轮发电机是电厂最主要的设备之一,水轮发电机组发生故障后,如果不能及时停机和隔离,不仅使设备的故障扩大,而且会波及其他设备,破坏系统的稳定性,扩大事故范围,同时修复工作复杂且工期长,经济
11、损失也较大。因此,为保证水轮发电机组在故障时能可靠从系统中解列停机,必须配置一套完整的水轮发电机保护.水轮发电机组保护分为电气保护和水机保护,水机保护主要有断水保护、轴承温度保护、事故低油压保护、过速保护、剪断销剪断保护、电气事故。结果分为跳出口、跳灭磁、停机。本次主要讲电气保护.2. 故障类型及不正常运行状态:2.1. 故障类型1) 定子绕组相间短路:危害最大,会破坏绝缘,烧损铁芯和绕组,甚至毁坏机组.2) 定子绕组一相的匝间短路:会使绝缘损坏,并可能发展为单相接地短路和相间短路3) 定子绕组单相接地:较常见,是指绕组对铁芯的短路,当发生单相接地短路时,接地点的电流会使铁芯局部熔化,给修复带
12、来很大困难。4) 转子绕组一点接地或两点接地:一点接地时危害不严重;两点接地时,因破坏了转子磁通的平衡,可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。5) 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失:从系统吸收无功功率,引起定子过电流。同时可能造成失步,从而引起系统电压下降,甚至可使系统崩溃。2.2. 不正常运行状态1) 由于外部短路、非同期合闸、系统振荡、失磁等引起的定子绕组过电流:温度升高,绝缘老化2) 由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷:温度升高,绝缘老化3) 由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷:负序电流通过发电机定子绕组,产生的负序旋转磁场在在转子回路和
13、表面感应出100hz的倍频电流,导致转子表面温度升高,可使转子局部灼伤或使护环受热松脱,而导致发电机重大事故.此外,引起发电机的100hz的振动。4) 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压:调速系统惯性较大发电机,在突然甩负荷时,电枢反应消失,转速急剧上升,可能出现过电压,造成发电机绕组绝缘击穿。5) 由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷:(适用于100MW以上机组,而我们电站只是从励磁变高压侧来配励磁变速断过流保护)6) 由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率:当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时,发电机将从系统吸收有功功率,即逆功率
14、。(适用于火电厂)3. 保护类型:3.1. 发电机纵差动保护:定子绕组及其引出线的相间短路保护3.2. 横差动保护:定子绕组一相匝间短路的保护3.3. 单相接地保护:对发电机定子绕组单相接地短路的保护3.4. 发电机的失磁保护:反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失3.5. 复压电流保护:反应外部短路引起的过电流,同时兼作纵差动保护的后备保护3.6. 转子表层负序过负荷保护:反应不对称短路或三相负荷不对称时,发电机定子绕组中出现的负序电流3.7. 定子过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护3.8. 过电压保护:反应突然甩负荷而出现的过电压3.9. 转子一点接地保护和两点接地
15、保护:励磁回路的接地故障保护4. 发电机故障及其保护方式故障或不正常运行方式基本保护方式说明定子部分1. 相间短路纵联差动保护按比率制动式原理构成,为防止穿越性短路电流,自同期或非同期合闸产生的冲击电流引起的不平衡电流的影响,差动保护应带有比率制动特性,即:躲过区外短路故障时不平衡电流的影响,并且要提高内部短路故障时的灵敏度。动作于解列、灭磁、停机。2. 同相匝间短路或断线横联差动保护适用于有并联分支中性点及各分支均有引出线的发电机,视绕组连接情况,采用带滤过器的单继电器式横差电流保护或按相差接线的三继电器方式(未配)零序电压保护适用于无并联分支或虽有并联分支但无法按横差方式构成的大型发电机,
16、采用匝间短路后三相不对称时产生零序电压分量构成,但应采取消除三次谐波的措施(未配)3. 单相接地零序电流(电压)保护利用装于发电机出口外零序电流互感器及相应的电流继电器构成,动作参数反映接地电容电流.也可利用反应发电机机端零序电压的定子接地保护。(未配)双频式谐波电压保护对单元接线的大容量机组,零序电压保护约有15%死区,宜采用100%定子接地保护方式,即利用基波零序电压保护全部定子的85%95,并利用发电机固有的三次谐波电势,以发电机中性点和机端三次谐波电压比值或相位变化,合并成100定子接地保护.(我们只采用基波零序电压保护,延时1。5S动作于发信号)4. 外部短路引起的过电流负序电流及复
17、合电压启动的过电流保护反应不对称短路的负序过电流保护可见转子部分;为反应外部三相短路,应附加低电压启动的相电流保护;采用负序电压及线电压复合启动。(我们采用的是负序电压和低电压闭锁的过电流保护,过流段延时3S动作于解列;过流段延时3。5S动作于解列、灭磁、停机。)5. 过负荷定子过负荷保护对称过负荷采用相电流的过电流保护,对于100MW以下表面冷却的发电机,可按定时限方式构成;对于定子内冷的大容量发电机,宜用反时限特性的过负荷保护,其特性应和定子绕组允许发热特性相配合。(我们采用定时限方式,延时3S动作于发信号)6. 过电压过电压保护主要用于突然甩负荷时调速器动作缓慢引起,由电压继电器接在出口
18、电压互感器的相电压构成.延时0.3S动作于解列、灭磁。转子部分1. 过负荷转子过负荷保护适用于100MW以上机组,保护接交流励磁回路,超过转子额定电流带时限发信号,必要时经较长时间跳闸灭磁。(未配)2. 励磁电流消失失磁保护采用反应失磁后发电机电气参数变化量的原理构成,变化量:1. 发电机端测量阻抗由感性变为容性;2. 无功功率由输出改变为输入;3. 发电机端电压下降;4. 转子电压下降;5. 在励磁异常下降后,发电机最后越过静态稳定极限而进入失步状态。失磁保护采用上述一种或多种变量综合判断实现,以下条件作为失步跳闸判断:1. 发电机测量阻抗长期进入以静稳极限判据的阻抗圆;2. 机端电压下降到
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