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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,電力系統(tǒng)繼電保護,緒 論,第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的作用,一、電力系統(tǒng)繼電保護及自動裝置的作用與任務,一）一次設備與二次設備的基本概念,一次設備：,是指直接參與生產、輸送和分配電能的生產過程的高壓電氣設備。,它包括發(fā)電機,（發(fā)電）,、變壓器,（變換）,、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線,（匯集、重新分配電能）,、輸電線路,（輸送電）,、電力電纜、電抗器、電動機,（用電）,等。,一次設備的特點,：所施加的電壓等級很高、通過的電流很大，所以其體積一般較大。,二次設備,：是指對一次設備的工作進行,

2、監(jiān)測、控制、調節(jié)、保護,以及為,運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號,所需的低壓電氣設備,是為一次設備服務的,它包括熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜、各種儀表等。,二次設備的特點,：所施加的電壓低、通過的電流小，因此體積也較小。,二）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài),1,、定義：,電力系統(tǒng)在不同運行條件（如負荷水平、出力配置、系統(tǒng)接線、故障等）下的系統(tǒng)與設備的工作狀況。,2,、類型,：有,正常運行狀態(tài)、不正常運行狀態(tài)、故障狀態(tài),三種。,正常運行狀態(tài),在此狀態(tài)下，電力系統(tǒng)的有功功率和無功功率處于平衡，各發(fā)電、輸電和用電設備均在規(guī)定的長期安全工作限額內運行，電壓、頻率均在規(guī)定的范圍內變化，電能質量合格。,

3、不正常運行狀態(tài),在此狀態(tài)下，電力系統(tǒng)中的電氣元件的正常工作遭到了破壞，但還沒有發(fā)生故障的情況，其電氣參數(shù),偏離,了額定值。,如負荷上升超過了規(guī)定值，形成了,過負荷,表現(xiàn)為電流上升。,中性點不直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，非故障相對地電壓上升形成了,過電壓,大小為原來相電壓的 倍；,系統(tǒng)發(fā)生,振蕩,表現(xiàn)為電流、電壓幅值作周期性變化，全盤波動等。,故障狀態(tài),電力系統(tǒng)的所有一次設備在運行過程中由于外力、絕緣老化、誤操作、設計制造缺陷等原因而形成的。包括各種形式的短路和斷線。,最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生了各種類型的短路。,帶負荷拉隔離開關引起電弧,單相接地,人工短路實驗,人工短路實驗（線路）,變壓

4、器短路,(6),短路,是指電力系統(tǒng)中一切相與相或相與地之間的短接,類型有,：,三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路,四種。,大量的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明：在高壓電網中，單相接地短路次數(shù)占所有短路次數(shù)的,85%,以上。,表格,1 2002,年我國,220KV,電網輸電線路故障統(tǒng)計表,三相短路,兩相短路,兩相接地短路,單相接地短路,其它故障,故障次數(shù),17,28,91,1319,32,故障概率,1.14%,1.88%,6.12%,88.7%,2.16%,短路的后果,:,短路點流過很大的短路電流，可以達到額定電流的幾十倍（幾十甚至上百,KA,），產生熱量，使故障設備發(fā)熱損壞；,在短路點處還會產生

5、強烈的電?。?開關電器在斷開的瞬間，觸頭處由于強電場導致空氣被擊穿，形成電子發(fā)射，在電子運動過程中和氣體分子相碰撞，形成高溫，溫度可達上千到上萬攝氏度），,使故障元件發(fā)熱損壞；,短路電流流過導體，產生很大的電動力,，,使非故障元件受到機械性損壞；,短路時電壓還會下降，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或導致產品質量下降；,短路時還會破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，甚至使系統(tǒng)瓦解。,事故,：指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。,引發(fā)事故的可能原因如下：,故障狀態(tài),不正常狀態(tài),切除遲緩或錯誤切除設備,自然因素（如雷擊

6、、架空線倒桿等）,設備制造缺陷,設計和安裝錯誤,檢修質量不良,運行維護不當,事故,二）繼電保護的作用,電力系統(tǒng)繼電保護,技術,裝置,原理設計,整定,配置,調試,獲取電量信息的電流電壓互感器的二次回路,經過繼電保護裝置直到開關跳閘的一整套具體設備,通信設備,主變保護屏,三,),電力系統(tǒng)繼電保護裝置的基本任務是：,自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。,反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求迅速動作,而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時,以免短暫的運

7、行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。,四,),電力系統(tǒng)自動裝置的基本任務是：,配合繼電保護提高供電的可靠性（如備用電源自動投入裝置、自動重合閘等）。,保證電能質量、提高系統(tǒng)經濟運行水平、減輕運行人員的勞動強度（如自動勵磁調節(jié)裝置、按頻率自動減負荷裝置、自動并列等）。,自動記錄故障過程，以便于分析處理事故（如故障錄波裝置等）,第二節(jié) 繼電保護的基本原理和保護,裝置的組成,一、繼電保護的基本原理,利用,正常運行與區(qū)內外短路故障電氣參數(shù)變化的特征,構成保護的判據(jù)，根據(jù)不同的判據(jù)就構成不同原理的繼電保護。,如圖,0-1(a),所示的網絡接線,電力系統(tǒng),正常運行,時的特點：,每條線路上的電流,負荷電

8、流,各母線上電壓,在額定電壓的,5%,10%,范圍內變化,線路始端電壓與電流之間的相位角,決定于由它供電的負荷的功率因數(shù)角和線路的參數(shù)。,當,系統(tǒng)發(fā)生故障,時，如圖,0-1(b),所示。假定在線路,L(B,C,）上發(fā)生了三相短路，其特點：,電流,短路電流（從電源出發(fā)，流向短路點）,各母線上電壓,降低，短路點處降低到零,短路點到變電站,B,母線之間的阻抗,Z,K,下降。,構成各種不同原理的繼電保護，例如：,反應于電流增大而動作的,過電流保護,；,反應于電壓降低而動作的,低電壓保護,；,反應于短路點到保護安裝地點之間的距離,(,或測量阻抗的減小,),而動作的,距離保護,(,或,低阻抗保護,),等。

9、,在按照上述原理構成各種繼電保護裝置時，可以使它們的,參數(shù)反應于每相中的電流和電壓,，也可以僅,反應其中的某一個對稱分量,的電流和電壓。,還有根據(jù)電氣設備的特點實現(xiàn)反應非電量的保護。如,瓦斯保護、過熱保護,等。,二、,繼電保護裝置的組成,三、繼電保護裝置的類型,1,、按被保護的對象分，有,輸電線路的保護、發(fā)電機的保護、變壓器的保護、母線保護、電動機的保護等；,2,、按保護原理分，有,電流保護、電壓保護、距離保護、高頻保護、差動保護、方向保護等；,3,、按保護所反應的故障類型分，有,相間短路保護、接地保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護等；,4,、按繼電保護裝置實現(xiàn)的技術分，有,機電型保護（電

10、磁型和感應型）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護和微機保護等；,2,、按保護所起的作用分，有,主保護、后備保護、輔助保護等；,主保護,滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇性地切除被保護設備和線路故障的保護。,后備保護,當被保護元件的主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護叫后備保護。,后備保護分近后備和遠后備。,近后備,當主保護拒動時，由,本設備或線路的另一套保護,來實現(xiàn)的后備保護。當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后備保護。,遠后備,當主保護或斷路器拒動時，由,相鄰設備或線路的保護,來實現(xiàn)的后備保護。,輔助保護,為補充主保護某種性能的不足（如方向元件的電壓死區(qū)）或加速切

11、除某部分故障而裝設的簡單保護。,四、對繼電保護裝置的基本要求,對動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求，即,可靠性、迅速性、選擇性、靈敏性,。,一,),可靠性,1,、定義,：是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它能可靠動作,即它不應該拒絕動作,(,簡稱拒動,),，而不在該保護范圍內故障或在其保護范圍內發(fā)生的故障類型不屬于它所保護的職責時,它不應該動作,(,簡稱為誤動,),。,2,、動作不可靠的主要原因：,繼電器及元件質量差；,安裝調試質量不高；,運行維護不當以及設計和整定計算的錯誤等。,3,、提高可靠性的措施：,選用最簡單的保護方式、質量高、動作可靠的繼電器

12、或元件和簡單的回路來構成，并采取必要的檢測閉鎖和雙重化等措施；,保護裝置要便于整定、調試和運行維護；,要正確地進行設計和整定計算，保證安裝、調試質量，提高運行維護水平。,二）迅速性,指繼電保護裝置動作盡可能快,凡是作用于斷路器跳閘的保護均要求動作要迅速。,要求快速動作的主要理由和必要性：,可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。,例：,K,點發(fā)生了三相短路故障時，,A,母線電壓將大大下降到接近于零，使,A,廠送不出負荷，發(fā)電機轉速迅速升高。而,B,廠母線,B,母線，則由于遠離短路點，還有較高殘壓。如果保護動作時間較長，,A,、,B,兩廠的發(fā)電機轉差增大，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至解列。,可以加速系統(tǒng)電壓的恢

13、復，改善用戶電動機的自起動條件，使用戶的工作盡可能少受故障影響。,電力部要求,：在發(fā)電廠母線的引出線上發(fā)生短路故障，機端母線電壓下降到額定電壓的,60,以下時，必須無時限地切除故障。,可以減輕電弧對故障設備的破壞，以及電流對故障支路元件的損壞程度。,可以防止故障進一步的擴大和發(fā)展，提高自動重合閘的成功率。,切除故障的時間,=,繼保動作時間,+QF,跳閘時間,因此要減少故障切除時間，就必須采用快速動作的保護和斷路器。,一般的快速保護的動作時間為,0.04,0.08s,，最快的可達,0.01,0.02s,，,一般的斷路器的動作時間為,0.06,0.15s,，最快的可達,0.02,0.06s,。,必

14、須指出：不是在任何情況下都要求這樣快速地切除故障。保護的速動性要求是相對的。,比如,作用于信號的保護裝置，其動作可以帶一定的延時。,須快速切除的故障：,根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，必須快速切除的高壓輸電線路上發(fā)生的故障；,使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值,(,一般為,0.7,倍額定電壓,),的故障；,大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內部發(fā)生的故障；,1,10kV,線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障等；,可能危及人身安全、對通訊系統(tǒng)或鐵道號志系統(tǒng)有強烈干擾的故障等。,三）選擇性,定義：,電力系統(tǒng)故障時，繼電保護裝置動作，,切除故障部分,，,使停電范圍盡可能最小,，保證非故障的部分

15、能繼續(xù)運行。,保護裝置的起動,:,指該保護裝置的輸入量,(,如電流,),超過了其整定值時,該保護的測量元件動作了,。但此保護不一定會動作于出口（例如后備保護一般都有計時過程），如保護區(qū)的主保護動作了，則起動了的后備保護會返回。,保護裝置的動作,：指保護裝置的測量部分動作了，并且還作用于出口了，即執(zhí)行部分也動作了。,四,),靈敏性,定義,：是指對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。,要求：,滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內故障時,不論短路點的位置與短路的類型如何,都能靈敏地正確地反應出來。,靈敏性的表示,：通常用靈敏系數(shù)來衡量。,反應故障時參數(shù)上升的靈敏度（即過量保護）,1.2,2

16、.0,反應故障時參數(shù)下降時的靈敏度：,反應故障時參數(shù)下降的靈敏度（即欠量保護）：,其中故障時的最小、最大計算值取決于,被保護元件和電力系統(tǒng)的參數(shù)和運行方式,。靈敏系數(shù)應根據(jù)常見的不利方式和不利的短路類型來計算。,而電力系統(tǒng)的運行方式分為：,最大運行方式、最小運行方式、正常運行方式,三種。,最大運行方式,：指投入運行的機組的容量最大（三臺發(fā)電機全投入），系統(tǒng)的等值阻抗最?。ň€路,L1,、,L2,均投入,），當在,K,點短路時，短路電流最大的運行方式。,最小運行方式,：投入運行的機組的容量最小（只投入一臺發(fā)電機），系統(tǒng)的等值阻抗最大（線路,L1,、,L2,只運行一條），當在,K,點短路時，短路電流最小的運行方式。,介于最大運行方式與最小運行方式之間的一切常見的運行方式，如,發(fā)電機投入了兩臺，線路,L1,、,L2,均投入；,發(fā)電機投入了兩臺，線路,L1,或,L2,只投入一條,發(fā)電機投入了一臺，線路,L1,、,L2,均投入等；,它們均為,正常運行方式,。,但應指出：最小運行方式的確定較為復雜，受所帶負荷等因素影響，必須由調度統(tǒng)一給定。,從以上的介紹可以看出：這四個基本要求是分析研究繼電保護性能