保护原理及整定.ppt

1、保护原理及整定,用户培训,2008年9月,继电保护概念及作用,1.继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。继电保护装置是完成继电保护功能的核心。继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。,2.电力系统的故障和不正常运行状态：(三相交流系统)故障：各种短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1-1)）)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。其后果：I增加 危害故障设备和非故障设备；U降

2、低 影响用户正常工作；破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统震荡，瓦解）I2（I0）旋转电机产生附加发热,继电保护概念及作用,*不正常运行状态：电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统震荡等。,3继电保护的作用：故障和不正常运行状态 事故不可能完全避免且传播很快（光速）要求：几十毫秒内切除故障 人（），继电保护装置（）任务：被形象的比喻为“静静的哨兵”,继电保护的原理、构成及分类,为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态-找差别：特征。I增加 故障点与电源间 过电流保护 U降低 低电压保护arg(U/I)相位变化：方向元件采用90度

3、接线方式 方向保护Z=U/I 阻抗变化 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 等 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。,1.基本原理,继电保护的原理、构成及分类,2.构成以过电流保护为例：,正常运行：Ir=If LJ不动,故障时：Ir=IdIdz LJ动SJ动（延时）XJ动信号 TQ动跳闸,继电保护的原理、构成及分类,一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。,测量元件作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行

4、比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。逻辑元件作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。,继电保护的原理、构成及分类,执行元件：作用；根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障 时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。,3.分类：几种方法如下：a.按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护

5、、电动机保护、母线保护等；b.按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；c.按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；d.按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护 及微机型保护等；,继电保护的原理、构成及分类,e.按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；,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 和线路故障的保护。,后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保

6、护和近后备保护两种。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。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。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。,继电保护的基本要求,对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。即保护四性。,（一）选择性：选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。例：,当d1短路时，保护1、2动跳1DL、2

7、DL，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）,继电保护的基本要求,（二）速动性：快速切除故障。1提高系统稳定性；2减少用户在低电压下的动作时间；3减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。,t故障切除时间；tbh-保护动作时间；tDL-断路器动作时间；一般的快速保护动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s。一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s

8、。,（三）灵敏性：指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。,继电保护的基本要求,通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）,对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）,其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,继电保护的基本要求,（四）可靠性：指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。影响可靠性有内在的和

9、外在的因素：内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。,线路保护,线路保护型号：,a.DMP311b.DMP312c.DMP313d.DMP314e.DMP315f.DMP316g.DMP317h.DMP319,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,1.保护功能,a.三相（或两相）式三段电流保护（速断、限时电流速断、过流），（带后加速、低压闭锁、方向保护

10、）b.三相一次重合闸(不对应启动、保护启动、检无压)c.低频减载(带欠流闭锁，滑差闭锁)d.零序方向保护e.低压减载（带加速功能）f.过负荷告警g.PT、CT断线、线路PT断线报警 h.三段式零序过流保护（零序过流保护）i.三段相间距离保护 j.检同期 k.母线绝缘监视l.线路差动保护,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,2.保护逻辑原理,速断保护,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,DMP315,三段零序过流(DMP312),线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/31

11、9）,Tset：后加速整定时间Tset+200MS：后加速开放时间，从跳位变成合位时计时T：故障发生时间，从跳位变成合位时计时，必须在加速开放时间内。后加速的启动：a.重合于故障；b.手合于故障。,后加速,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,三相一次重合闸,过负荷告警,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,低频减载,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,低压减载,Uqs：低压启动定值，(du/dt)s1：低压滑差闭锁值(du/dt)s2：低压加速滑差值，(du/

12、dt)s3：电压恢复滑差闭锁值Tvs1：低压减载动作时间，Tvs2：低压减载加速动作时间Uset2：恢复电压值，Ubs：低压闭锁值,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,零序功率方向保护,PT断线告警,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,CT断线告警,母线绝缘监视（DMP313）,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,检同期,线路无压，直接开放手合出口；线路有压，在允许检同期延时时间内，满足同期的条件，开放手合或者自动重合闸出口。在检同期合闸时，系统电压与待并网

13、线路电压的相角差与开关固有合闸时间t、导前角定值zd、频差dF、频差滑差ddF、合闸过程中的相差减少量P关系如下：,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,3.整定,一、电流速断保护（第段）：对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。1、短路电流的计算：,图中：1最大运行方式下d(3)2最小运行方式下d(2)3保护1第一段动作电流,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,可见，Id的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。

14、（Zs.min）最小运行方式：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（Zs.max）2、整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定,保护装置的动作电流：能使该保护装置起动的最小电流值，用电力系统一次测参数表示。（IdZ）,在图中为直线3，与曲线1、2分别交于a、b点可见，有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长灵敏性：用保护范围的大小来衡量 lmax、lmin一般用lmin来校验、要求：（1520）,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,二、限时电流速断保护（第段）要求任何情况下能

15、保护线路全长，并具有足够的灵敏性在满足要求的前提下，力求动作时限最小。因动作带有延时，故称限时电流速断保护。2.整定值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。即整定值与相邻线路第段配合。动作电流：,动作时间：,灵敏性：,要求：1.31.5,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,若灵敏性不满足要求，与相邻线路第段配合。此时：动作电流：,动作时间：,三、定时限过电流保护（第段）作用：作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不

16、仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。整定值的计算和灵敏性校验：1）、动作电流：躲最大负荷电流（1）,在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,电动机自起动电流要大于它正常工作电流，因此引入自起动系数KZq,式中：,显然，应按（2）式计算动作电流，且由（2）式可见，Kh越大，IdZ越小，Klm越大。因此，为了提高灵敏系数，要求有较高的返回系数。（过电流继电器的返回系数为0.850.9）,（2）,2）动作时间 在网络中某处发生短路故障时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可能动作。例

17、如：下图中d1短路时，保护14都可能起动。为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合。,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,即,注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合,3）灵敏性近后备：,Id1.min本线路末端短路时的短路电流,Id2min 相邻线路末端短路时的短路电流,远后备：,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,小结：电流速断保护不能保护线路的全长 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长限时电流速断与第段共同构成被保护线路的主保护，兼作第段的全后备保护。第段的IdZ比第、段的

18、IdZ小得多，其灵敏度比第、段更高；第段的 保护范围是本线路和相邻下一线路全长；电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，t越长，应设三段式保护。,四.距离保护原理（略）,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,五、零序功率方向保护（小电流接地选线）零序电压，零序电流同名端接入装置,变电站总电容电流的大小与变电站线路的结构有关。发生单相接地故障时，故障总电流最好有实测值，如果实测有困难，可根据下列参数来计算电缆及架空线故障总电流。,10KV电缆线路：S=10

19、 mm2 0.46A/Km（一次电流）S=25 mm2 0.62A/Km（一次电流）S=50 mm2 0.77A/Km（一次电流）S=120 mm2 1.1A/Km（一次电流）10KV架空线路 0.025A/Km（一次电流）,在小电流接地选线时，各线路整定值为本线路电容电流的2倍，总电流大于各线整定值越多越能可靠选出故障相；出线小于三条线时，可能不能正确选出故障相；若总电流小于各线整定值，此保护暂时不能有效工作，所以要实测各相电容电流值。,六、低压减载低压减载的起动必须具备以下条件：低压减载投入；电压滑差（du/dt）不大于低压减载滑差闭锁定值，一般不能大于0.9Un/S；运行电压小于低压起动

20、值（一般0.9Un）；运行电压不小于低压闭锁值。,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,在输入电压满足以下条件之一时，低压减载被闭锁。低电压闭锁：软件低压闭锁值Ubs由用户通过定值设定。电压下降速率过快，其速率du/dt(du/dt)s1时。此时视为系统短路。当系统短路切除后，电压回升到UUset2时，且变化率du/dt(du/dt)s3时，装置重新开放低压减载。(du/dt)s1：低压滑差闭锁值，(du/dt)s2：低压加速滑差值，(du/dt)s3：电压恢复滑差闭锁值。低压减载装置所有推荐定值清单如下：低压起动值Uqs：80%Un低压滑差闭锁值(

21、du/dt)s1：80%Un/s低压加速滑差闭锁值(du/dt)s2：20%Un/s电压恢复滑差值(du/dt)s3：70%Un/s故障切除后电压恢复后判据Uset2：75%Un母线电压消失判据Ubs：20%Un低压减载动作时间Tvs1：用户根据系统情况整定低压减载加速动作时间Tvs2：一般按提前一到两轮整定,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,4.常见问题处理方法,（1）农网10kV线路送电时发生后加速动作,10kV线路农网由于线路长，配电变压器多，在线路手合送电时由于励磁涌流的作用会发生后加速动作的情况。不属于误动，可考虑将后加速时间延长躲过励

22、磁涌流的影响。,（2）变电站空母线投运后报母线绝缘监视告警，实际并未接地情况。,变压器投运后，空载投运母线并且带着PT。这样由于母线对地电容与PT的电感之间构成串联谐振回路，使得PT产生铁磁谐振，打破了三相电压的平衡，产生大的零序电压，所以告警母线绝缘监视。随后投上所带线路，负载增大，打破了原串联谐振回路，三相电压恢复平衡，母线绝缘监视告警消失。这是操作人员未按规程操作以及PT本身质量问题导致。,（3）线路送电后负荷显示不正确,首先查看装置采集的电压是否准确，然后看一下保护电流是多少后乘以CT变比再看一下测量电流显示是否准确，若准确再到运行监视里查看电压及电流的相位关系是否正确。,线路保护（D

23、MP311/312/313/314/315/316/317/319）,（4）关于防跳问题,微机保护装置和断路器都有防跳功能时表现出来两种状况：断路器防跳功能被启动，不能进行连续两次分合闸操作断路器在跳位状态时，微机保护跳位指示灯亮，合位指示灯灭，现象正常；开关在合位状态时，微机保护合位指示灯亮，跳位指示灯有微弱的亮光，现象不正常。解决措施：1.合闸线圈在接入微机保护装置时串接断路器常闭辅助结点2.拆除断路器本身防跳功能3.短接微机保护串于合闸回路中的防跳继电器常闭结点（对于500E或3000型装置拆除防跳功能1）短接防跳结点KLT.V 2）割断操作板上JP10连接线 3）将断路器常闭结点一端接

24、-KM，一端接到B10端子采集跳位。同时解决了位置指示灯错误的问题）方案一为最佳方案，即保留了微机保护防跳功能，也保留了在开关柜上进行电气操作时断路器的防跳功能，简单有效。,（5）后台开关位置不变,我们的装置开关位置是通过跳合闸线圈采集的，采用的是双位置判断，所以只要将开关跳合闸线圈接到装置上不需再外接开关位置状态。若装置处于控制回路断线，则保护装置上送控制回路断线前的开关状态。所以若后台开关位置不变可能是控制回路断线了。,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,（6）后台误报信号,首先检查误报的信息是通过哪个保护装置报上来的，然后到对应的装置事件记录

25、里查看有无记录，若有则可肯定是外部接的信号线确实产生了此信号，若无查看设置的信息点号是否重号及查看前置程序事件记录里是否确实有误发的信息。这样就可判断出是哪里出了问题。,（7）重合闸试验做不出来,查看重合闸是否充电，若不充电则软压板没投，充电完毕后又马上放电则根据造成重合放电的几个因素挨个排查，同时充电完毕后再做试验时在重合闸时间内让开关跳闸后一定要把所加故障电流退掉，否则装置在判到有流后不启动重合闸。,（8）CPU主板可能会发的几种信号,自检出错：装置上电时报此信号，这是因为CPU板上的电池坏了，正常情况下是用装置电源给RAM供电的，失电后就可以用主板上电池供电，如果电池没有电不能给RAM供

26、电它上报的动作代码就是乱码了，影响了事件记录，会在装置上电瞬间报自检出错，但是对于保护和其它不会有影响，只要换一个电池就好了！RAM出错：如果报RAM出错就可能是CPU板有问题了。A/D出错：A/D芯片可能出了问题，也可能是电源板提供A/D芯片工作的电源出了问题，可到运行监视里查看电源是否正常。,线路保护（DMP311/312/313/314/315/316/317/319）,（9）工频交流干扰超温跳闸线（现象解释）,如图：超温跳闸信号开入分为2支，一支开入装置做为信号量开入，另一支则接在压板上最终接到外接保护跳上。当受到交流工频干扰时，信号线中会有60-80伏感应电压，这时候装置会报超温信号

27、，但由于电压不够，不足以驱动控制回路使控制开关跳闸。同时，查看事件记录会发现，超温跳闸启动和超温跳闸复归两条记录之间的时间一般相差20毫秒左右，也就是1/50秒，而这个时间刚好就是交流工频的周期。,变压器保护,变压器保护型号：,a.DMP320（四侧）b.DMP321（三侧）c.DMP322（两侧）d.DMP323e.DMP324f.DMP325,变压器保护概述,电力变压器的故障类型、不正常运行状态1）变压器故障分为内部故障和外部故障。内部故障指的是变压器油箱内绕组之间发生的相间短路、一相绕组间发生的闸间 短路、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单相接地短路。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的

28、各种相间短路、引出线因绝缘闪落或 破碎而通过油箱外壳发生的单相接地短路。变压器发生内部故障时，短 路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变 压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引 起爆炸。,2）变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低和外部短路引起的过电流、对于大容量变压器因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，当系统电压过高或系统频率降低时，容易引起的过励磁。,变压器保护概述,变压器保护的配置反应内部故障和油面降低的瓦斯保护反应变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组闸间短路

29、的纵联比率差动保护或电流速断保护作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护）中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序过流保护（一般为110KV及以上电压等级）大型变压器的过励磁保护及过电压保护相间短路的阻抗保护（对于升压变压器和系统联络变压器在复合电压启动的过流保护或负序电流保护不能满足灵敏度和选择性时采用）变压器过负荷保护（反应容量在0.4MVA及以上变压器的对称过负荷）,变压器保护概述,变压器的励磁涌流分析 正常运行时，励磁电流仅为变压器额定电流的35，对保护无影响；而当变压器空载投入或外部故障切除电压恢复时，励磁电流可达额定电

30、流的68倍，对差动保护带来极为不利的影响。励磁涌流并非正弦波，而是成尖顶状波形，且波形不连续，相邻两个波形间出现间断;励磁涌流过程中产生很多高次谐波，谐波分量中以二次为主。,变压器励磁涌流和内部短路故障时短路电流的谐波分析结果,变压器保护概述,差动回路中不平衡电流的产生,由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 由于变压器常常采用Y,D11的接线方式，因此，其两侧电流的相位差30度。此时如果两侧的电流互感器仍然采用Y/Y接线方式，则二次电流由于相位不同，会形成一个差流。,由于计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一定的

31、，因此，三者的关系很难满足Nl/Nh=NB的要求，此时差动回路中将有电流流过。在我们的微机保护中通过整定的不平衡系数来调整计算变比与实际变比的不同。,由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流,变压器保护概述,差动回路的接线 要求各侧CT靠近母线侧为同名端；高、低压侧保护CT“反极性”接入差动保护单元在正常运行和外部故障时同相相角差180。,变压器保护概述,纵联差动保护的整定躲变压器空投及故障切除后电压恢复时的励磁涌流躲变压器外部故障时在差动保护中引起的最大不平衡电流躲差动保护二次电流回路断线时，在差动回路中引起的差电流（带CT断线闭锁 的比率差动整定

32、时不用考虑该项）,变压器差动保护,原理和整定分析,一、变压器主保护：变压器的主保护包括：变压器差动速断保护、二次谐波制动的比率差动保护、非电量保 护（本体轻重瓦斯、有载轻重瓦斯、超温告警、超温跳闸、压力 释放、风扇故障、油位异常）。变压器差动速断保护：在变压器内部发生严重故障时快速切除故障变压器。二次谐波制动的比率差动保护（带CT断线闭锁）：采用分相式，即A、B、C任一相保护动 作出口。,二、比率差动保护动作方程和动作示意图：,动作方程 Icd=KIzd+K（Icdqd/K Igd）即Icd=KIzd+Icdqd-KIgd,变压器差动保护,1）当Igd=Icdqd/K时，斜线通过原点（如图1）

33、。,变压器差动保护,2）当Igd Icdqd/K 时 斜线向 负Icd轴移动，提高了灵敏度，防误动能力下降（如图2）。,变压器差动保护,3）当Igd Icdqd/K 时 斜线向 正Icd轴移动，防误动能力增强，灵敏度下降（如图3）。,注：门槛电流Icdqd确定后，改变拐点电流Igd的大小，其实是对防误动能力、灵敏度两个性能指标的选择。,变压器差动保护,三、二次谐波制动方法：1）判断有无二次谐波的先决条件：看有谐波相差流是否大于该相比率差动动作值，如小于即使有二次谐波分量，也等同于该相无二次谐波。2）实际采到的二次谐波值与该相差流的比值是否大于二次谐波系数（I2cd/Icd K2），如果大于就制动比率差动；当I2cd/Icd K2时不制动比率差动。3）二次谐波制动判据 二次谐波制动采用单相二次谐波制动三相比率差动保护的原理，但是如果只有一相有二次谐波，且三相差动电流均越过定值，则差动保护动作