电气电力类 本科国家电网专项复习资料课件 电力系统继电保护考点汇总共30页

善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 1 电力系统继电保护考点汇总电力系统继电保护考点汇总 考点一考点一 继电保护在电力系统中的基本原理继电保护在电力系统中的基本原理 一 继电保护在电力系统中的作用一 继电保护在电力系统中的作用 电力系统在生产过程中 有可能发生各类故障和各种不正常情况 其中故障一般可分为两类 横向不对称 故障和纵向不对称故障 横向不对称故障包括两相短路 单相接地短路 两相接地短路三种 纵向对称故障包 括单相断相和两相断相 又称非全相运行 电网在发生故障后会造成很严重的后果 1 电力系统电压大幅度下降 广大用户负荷的正常工作遭到破坏 2 故障处有很大的短路电流 产生的电弧会烧坏电气设备 3 破坏发电机的并列运行的稳定性 引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解 4 电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力 使设备的寿命减少 甚至遭到破坏 不正常情况有过负荷 过电压 电力系统振荡等 电气设备的过负荷会发生发热现象 会使绝缘材料加速老 化 影响寿命 容易引起短路故障 继电保护被称为是电力系统的卫士 它的基本任务有 1 当电力系统发生故障时 自动 迅速 有选择地将故障设备从电力系统中切除 保证系统其余部分迅 速恢复正常运行 防止故障进一步扩大 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 2 2 当发生不正常工作情况时 能自动 及时地选择信号上传给运行人员进行处理 或者切除那些继续运 行会引起故障的电气设备 可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分 对保证系统安全运行 保证电能质量 防止故障的扩 大和事故的发生 都有极其重要的作用 二 继电保护的基本原理和基本要求二 继电保护的基本原理和基本要求 电力系统从正常情况运行到故障或不正常运行时 它的电气量 电流 电压的大小和它们之间的相位角等 会发生非常显著的变化 继电保护就是利用电气的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态 根据电气 量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围 以便有选择的切除故障 测量元件将保护对象 输电线路 主变 母线等电气设备 的电气量通过测量元件 电流互感器和电压互 感器 转换为继电保护的输入信息 通过与整定值 继电保护装置预先设置好的参数 进行比较 鉴别被保护 设备有无故障或是否在正常状态运行 并输出相应的保护信息 逻辑元件根据测量元件的信息 判断保护装置 的动作行为 如动作于跳闸或信号 是否需要延时跳闸或延时发信 执行元件则根据逻辑元件输出的信息 送 出跳闸信息或报警信息至断路器的控制回路或报警信号回路 继电保护根据电力系统的要求 对于直接作用于断路器跳闸的保护装置 有以下几个基本要求 1 选择性 电力系统发生故障时 继电保护的动作应具有选择性 它仅切除故障部分 不影响非故障部分的继续运行 保证最大范围的供电 尽量缩小停电范围 2 快速性 电力系统由于其实时性的特点 当发生故障时要求继电保护装置尽快动作 切除故障 这样可以 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 3 1 系统电压恢复快 减少对广大用户的影响 2 电气设备的损坏程度降低 3 防止故障进一步扩大 4 有利于闪络处绝缘强度的恢复 提高了自动重合闸的成功率 一般主保护的动作时间在 1 2s 以内 后备保护根据其特点 动作时间相应增加 3 灵敏性 继电保护装置反映故障的能力称为灵敏性 灵敏度高 说明继电保护装置反映故障的能力强 可以加速保 护的起动 4 可靠性 根据继电保护的任务和保护范围 如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动 如果电力系统在正常运行 状态或故障不在保护范围内 保护装置不应动作而动作了则称为误动 继电保护的拒动和误动将影响装置的可 靠性 可靠性不高 将严重破坏电力系统的安全稳定运行 装置的原理 接线方式 构成条件等方面都直接决 定了保护装置的可靠性 因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单 运行经验丰富 装置可靠性高的保 护 考点二考点二输电线路保护配置与整定计算输电线路保护配置与整定计算 主保护 反映整个保护元件上的故障并能以最短的延时有选择地切除故障的保护称为主保护 后备保护 主保护拒动时 用来切除故障的保护 称为后备保护 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 4 辅助保护 为补充主保护或后备保护的不足而增设的简单保护 一 线路上的故障类型及特征 一 线路上的故障类型及特征 相间短路 三相相间短路 二相相间短路 接地短路 单相接地短路 二相接地短路 三相接地短路 其中 三相相间短路故障产生的危害最严重 单相接地短路最常见 相间短路的最基本特征是 故障相流动短 路电流 故障相之间的电压为零 保护安装处母线电压降低 接地短路的特征 1 中性点不直接接地系统 特点是 全系统都出现零序电压 且零序电压全系统均相等 非故障线路的零序电流由本线路对地电容形成 零序电流超前零序电压 90 故障线路的零序电流由全系统非故障元件 线路对地电容形成 零序电流滞后零序电压 90 显然 当母线 上出线愈多时 故障线路流过的零序电流愈大 故障相电压 金属性故障 为零 非故障相电压升高为正常运行时的相间电压 故障线路与非故障线路的电容电流方向和大小不相同 因此中性点不直接接地系统中 线路单相故障可以反应零序电压的出现构成零序电压保护 可以反应零序 电流的大小构成零序电流保护 可以反应零序功率的方向构成零序功率方向保护 2 中性点直接接地系统 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 5 接地时零序分量的特点 故障点的零序电压最高 离故障点越远处的零序电压越低 中性点接地变压器处零序电压为零 零序电流的分布 主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗 而与电源的数目和位置 无关 在电力系统运行方式变化时 如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变 则零序阻抗和零序等效网络就 是不变的 但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化 将间接影响零序分量的大小 对于发生故障的线路 两端零序功率方向与正序功率方向相反 零序功率方向实际上都是由线路流向母线的 二 保护的配置二 保护的配置 小电流接地系统 35KV 及以下 输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障 由于小电流接地系统没 有接地点 故单相接地短路仅视为异常运行状态 一般利用母线上的绝缘监察装置发信号 由运行人员 分区 停电寻找接地设备 对于变电站来讲 母线上出线回路数较多 也涉及供电的连续性问题 故一般采用零序电 流或零序方向保护反应接地故障 对于短线路 运行方式变化较大时 可不考虑 段保护 仅用 段 段保护分别作为主保护和后备保护使用 110KV 输电线路一般采用三段式相间距离保护作为相间短路故障的保护方式 采用阶段式零序电流保护作为接 地短路的保护方式 对极个别非常短的线路 如有必要也可以考虑采用纵差保护作为主保护 注意 1 在双侧电源的输电线路上 当反方向短路时 如果保护可能失去选择性的话 就应该增设方向元件 构成 方向电流保护 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 6 2 变压器 线路组接线时 将线路视为变压器绕组的引出线 不再单独设置保护 3 保护的配置没有定则 只要能反应对象上可能出现的所有故障且满足保护的四个基本要求的方案都可以 最经济的方案就是最好的 无论那种保护 其灵敏度都应满足规程要求 否则应改换其它保护方式 三 三段式电流保护的整定计算三 三段式电流保护的整定计算 1 瞬时电流速断保护 整定计算原则 躲开本条线路末端最大短路电流 整定计算公式 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 7 式中 Iact 继电器动作电流 Kc 保护的接线系数 IkBmax 最大运行方式下 保护区末端 B 母线处三相相间短路时 流经保护的短路电流 K1rel 可靠系数 一般取 1 2 1 3 I1op1 保护动作电流的一次侧数值 nTA 保护安装处电流互感器的变比 灵敏系数校验 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 8 式中 X1 线路的单位阻抗 一般 0 4 KM Xsmax 系统最大短路阻抗 要求最小保护范围不得低于 15 20 线路全长 才允许使用 2 限时电流速断保护 整定计算原则 不超出相邻下一元件的瞬时速断保护范围 所以保护 1 的限时电流速断保护的动作电流大于保护 2 的瞬时速断 保护动作电流 且为保证在下一元件首端短路时保护动作的选择性 保护 1 的动作时限应该比保护 2 大 故 式中 K rel 限时速断保护可靠系数 一般取 1 1 1 2 t 时限级差 一般取 0 5S 灵敏度校验 规程要求 3 定时限过电流保护 定时限过电流保护一般是作为后备保护使用 要求作为本线路主保护的后备 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 9 以及相邻线路或元件的远后备 动作电流按躲过最大负荷电流整定 式中 K rel 可靠系数 一般取 1 15 1 25 Krel 电流继电器返回系数 一般取 0 85 0 95 Kss 电动机自起动系数 一般取 1 5 3 0 动作时间按阶梯原则递推 灵敏度分别按近后备和远后备进行计算 式中 Ikmin 保护区末端短路时 流经保护的最小短路电流 即 最小运行方式下 两相相间短路电流 要求 作近后备使用时 Ksen 1 3 1 5 作远后备使用时 Ksen 1 2 注意 作近后备使用时 灵敏系数校验点取本条线路最末端 作远后备使用时 灵敏系数校验点取相邻元件或 线路的最末端 4 三段式电流保护整定计算实例 如图所示单侧电源放射状网络 AB 和 BC 均设有三段式电流保护 已知 1 线路 AB 长 20km 线路 BC 长 30km 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 10 线路电抗每公里 0 4 欧姆 2 变电所 B C 中变压器连接组别为 Y d11 且在变压器上装设差动保护 3 线路 AB 的最大传输功率为 9 5MW 功率因数 0 9 自起动系数取 1 3 4 T1 变压器归算至被保护线路电压等级的阻 抗为 28 欧 5 系统最大电抗 7 9 欧 系统最小电抗 4 5 欧 试对 AB 线路的保护进行整定计算并校验其灵敏 度 解 1 短路电流计算 注意 短路电流计算值要注意归算至保护安装处电压等级 否则会出现错误 双侧甚至多侧电源网络中 应取 流经保护的短路电流值 在有限系统中 短路电流数值会随时间 衰减 整定计算及灵敏度校验时 精确计算应取相应时间处的短路 电流数值 B 母线短路三相 两相最大和最小短路电流为 1590 A 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 11 1160 A C 母线短路电流为 E 母线短路电流为 整定计算 保护 1 的 段定值计算 工程实践中 还应根据保护安装处 TA 变比 折算出电流继电器的动作值 以便于设定 最小保护范围的校验 3 49KM 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 12 满足要求 保护 1 限时电流速断保护 按躲过变压器低压侧母线短路电流整定 与相邻线路瞬时电流速断保护配合 1 15 1 25 840 1210A 选上述计算较大值为动作电流计算值 动作时间 0 5S 灵敏系数校验 可见 如与相邻线路配合 将不满足要求 改为与变压器配合 保护 1 定限时过电流保护 按躲过 AB 线路最大负荷电流整定 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 13 501 8A 动作时限按阶梯原则推 此处假定 BC 段保护最大时限为 1 5S T1 上保护动作最大时限为 0 5S 则该保护的动 作时限为 1 5 0 5 2 0S 灵敏度校验 近后备时 远后备时 注意 不能作 T1 的远后备 四 距离保护的整定计算四 距离保护的整定计算 相间距离保护多采用阶段式保护 三段式距离保护整定计算原则与三段式电流保护基本相同 1 相间距离 段保护的整定 相间距离保护第 段动作阻抗为 善老师善老师淘淘宝宝店店铺铺 14 可靠系数取 0 8 0 85 若被保护对象为线路变压器组 则动作阻抗为 如果整定阻抗角与线路阻抗角相等 则保护区为被保护线路全长的 80 85 2 相间距离 段保护的整定 相间距离 段应与相邻线路相间距离第 段或与相邻元件速动保护配合 与相邻线路第 段配合 动作阻抗为 式中 Kbmin 最小分支系数 K r