继电保护 学习感悟

时间:2024.3.19

 继电保护

继电保护包含:  继电保护技术,继电保护装置。

为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施,继电保护装置是完成继电保护的核心。

继电保护装置就是能反映电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路跳闸或发出信号的一种自动装置。

继电保护的基本任务:

1·当电力系统中某电器元件发生故障时,能制动、迅速、有选着的将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。

2·当系统中电器元件出现不正常运行状态时,能及时的反映并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。

继电保护整定计算的基本任务,就是要对各种继电保护给出整定值。

继电保护的四个特性

特性:选择性  速动性  灵敏性  可靠性。

继电保护的流程

被测物理量 → 测量元件 → 逻辑元件分析 → 执行元件 → 跳闸或信号

认识电力学中的常用字母

继电保护分为:线路的保护,变压器的保护,电容器的保护,发电机的保护等。

线路保护

电抗:电力线路电抗是由于导线中通过交流电流时在导线周围产生交变磁场而形成的对电流的阻抗。

电纳:电力线路的电容反映了导线带电时,在其周围介质中建立的电厂效应,由正常运行的三相电力线路中导线之间的电容及导线与地之间的电容便组成了一相工作电容。

灵敏系数一般分为主保护灵敏系数和后背保护灵敏系数两种,保护范围末端的灵敏系数等于

标么制计算中,基准条件一般选基准容量Sj=100MVA基准电压Uj=Up(Up为电网线电压平均值)。

标么值:进行电力系统计算时,采用没有单位的阻抗,导纳,电压,电流,功率等的相对值进行计算称标么值。标么值等于实际有名值除以基准值。

线电压与相电压的标么值相等,三相功率与单相功率的标么值相等。

线路标么值X*j=Xd*Sj/Uj²   X*d额定容量下的次暂态标么值。

变压器X*j=Uk﹪*Sj/100*Se  Uk﹪短路电压百分比。

变压器的短路电压标么值等于短路电抗标么值。

相应的一些换算公式:

Ij = Sj /(1.732*Uj)    Zj = Uj²/ Sj

无限时电流速断,无限时电流速断保护不能保护线路全长且保护范围受运行方式的影响。

无限时电流速断保护范围求发:

Idz=0.866Em/Xm.max+XL.min

Lmin=1/X(0.866*Em/Idz-Xm.max)

XL被保护线路单位长度的正序电抗。

Xm.max是M侧系统等值的最大系统电抗。

限时电流速断,由于无限时电流速断保护一般不能保护线路的全长,无法切除本线路无限时电流速断的保护范围以外的短路故障,因此增设了限时电流速断保护,它的动作范围包括被保护线路的全长。

灵敏度德校验:是验证限时电流速断是否在任何情况下都能保护线路的全长。

Kk=Idmin/Idz

Id.min是在系统最小方式下被保护线路末端发生两相金属性短路故障时流经保护的短路电流。

定时限过电流保护,限时电流速断虽能保护线路的全长,但不能作为下一线路保护的后背,而定时限过电流保护不仅能保护本线路全长,还能保护相邻线路的全长,可以起到后备的作用。这是因为过电流保护不是按躲过某一短路电流,而是按躲过最大负荷电流来整定的,故它的动作电流值较低,灵敏度较高,保护范围大。

同限时电流速断保护一样,定时限过电流保护也是靠适当选取动作电流和动作时限来获得选着性的。

过流保护灵敏度的校验

1·当过流保护作为本线路的近后备保护时,器校验点应选在本线路的末端,Klm大于等于1.3~1.5.

2·当过流保护作为相邻元件的远后备时,其校验点应选在相邻线路(元件)末端,要求Klm大于等于1.2.

瞬时电流速断保护整定计算原则

*1·按躲本线路末端母线故障整定

当本线路末端有多条出线或多台变压器时,按躲本线路末端母线故障的最大电流整定,

Idz=Kk*Idmax=Kk*Ij/(Zxtmax+Zxl)

2·按与变压器速动保护配合整定

(1)       当线路无其他出线,仅有变压器时,如果变压器速动保护有跳闸自保持,线路保护有自动重合闸装置。

(2)       当线路末端有一台变压器,器主保护为瞬时电流速断时,与瞬时电流速断配合整定。Idz=Kk*I`dz

(3)       变压器速断保护区L得计算

Id1=I`dz=Id(2-L)/Z        Id1变压器的三相短路电流   Id线路中的短路电流。

Kk是由于计算,测量,调试及继电器等各项误差的影响,使保护的整定值偏离预定数值可能引起动作。为此,整定计算公式中引入了可靠系数。

瞬时电流闭锁电压速断保护整定原则:

保护区很小或为零时瞬时电流速断不能满足保护性能则选取瞬时电流闭锁电压速断。

1·按躲本线路末端母线故障整定

对于瞬时电流闭锁电压速断保护中的电流元件(一般起闭锁作用),按保证本线路末端故障有足够灵敏度整定,对于电压元件(控制保护区,保证选着性),按躲本线路末端母线故障整定。

电流元件定值:Idz=Idmin(2)/Klm=0.866Ij/Klm*(Zxt min+Zxl)

电压元件定值Udz=Ucy min/Kk=Zxl/Kk*(Zxtmin+Zxl)

Ucy min线路末端故障保护安装处母线最小残压标么值。

2·按电流电压元件保护区相等整定

3·按断流电压元件灵敏度相等整定

4·按保证母线残压整定

5·按与本线路末端变压器速动保护配合整定     变压器保护区的计算与瞬时电流速断一样

延时电流速断整定计算:

Kfz多电源的电力系统中,相邻上,下两级保护间的整定配合,还受到中间分支电源的影响,将使上一级保护缩短或伸长,整定公式中需要引入分支系数。

延时电流速断保护属2段,应保护全线,并与相邻下一级线路保护1段相配合。

1·与相邻线瞬时电流速断保护配合整定。

Idz=Kk*Kfz max*Id1

Kfz max=本线最大分支电流/被配合线路故障电流

Kfz=I1/I2=Zxt(2)min/(Zxt1max+Zxl+Zxt2min)

2·与相邻线瞬时电流闭锁电压速断保护配合

3·与相邻线距离保护1段配合整定

4·与相邻全线速动保护配合整定

5·与线路末端变压器或“T”接变压器速动保护配合整定

*6·按保证本线路末端故障灵敏度整定

Idz=Idmin/Klm=0.866Ij/Klm*(Zxtmin+Zxl)

7·按躲震荡影响整定

过流保护整定计算:

过流保护是阶段式保护的后备段,除对本线故障有足够灵敏度外,对相邻线也应有一定远后备灵敏度,保护动作电流应大于本线路最大负荷电流。

一·不带低电压闭锁的定时限过电流保护整定

   1·按躲开本线路最大负荷电流整定

馈线是配电网中的一个术语,它可以指与任意配网节点相连接的支路,可以是馈入支路,也可以是馈出支路。但因为配电网的典型拓扑是辐射型,所以大多馈线中的能量流动是单向的。但为提高供电可靠性,配网结构变化很复杂,功率的传输也并非绝对是一个方向。所以粗略地说,配电网中的支路都可称之为馈线。

对电网中非直馈线   Idz=Kk*Ifh.max/Kf

对电网中直馈线     Idz=Kk*Kk*Ifh.max/Kf

   2·与相邻单回线定时限过电流保护配合整定

Idz=Kk*Kfz.max*Idz3

   3·与相邻环网线定时限过电流保护配合整定

   4·与相邻单回线相间距离3段配合整定

   5·与相邻换网线的相间距离3段配合整定

   6·对于单电源线路或双电源有“T”接变压器的线路

   7·保护灵敏度计算

Klm=Id2min/Idz

二·带低电压闭锁的定时限过电流保护整定

不考虑电动机自启动问题,可躲开本线路正常情况下的最大负荷电流。

电压元件整定:按躲母线最低运行电压整定

            Udz=Ufh.min/Kk*Kf       Ufh.min=0.9~0.95额定电压

三·带复合电压闭锁的定时限过电流保护整定

            Udz=Kk*U2bp.max/Kf  

     负序电压元件按躲正常运行中最大不平衡电压整定。

U2bp.max电压互感器二次负序最大不平衡电压。

保护范围受运行方式的影响大以及灵敏性差是电流电压保护的主要缺点。

一、最方式:

是指电网所有设备投入运行,总有功达到最大,发生故障后,短路点的短路电流达到最大。

二、最小方式:

是指电网尽可能少的设备运行,总有功达到最小,发生故障后,短路点的短路电流最小。一个厂站的母线无论接几台变压器,一般应考虑其中容量最大的一台停运,一个厂站的母线上接有多条线路,一般应考虑一条线路检修,另一条线路又遇故障的方式

Dm—几何均距,D1、D2、D3—线间距离;

为使用方便,对各种几何均距的导线电抗值已预先算出并制成表格,在计算时,只需查找。

几何均距为:Dm= 

短路电流的计算:

大方式下   Idmax=Ij/Xxt max+Xxl

小方式下   Idmin=0.866Ij/Xxt min+Xxl                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

接地保护,零序保护,距离保护。

电力系统的中性点是指三相电力系统中绕组或线圈采用星形连接的电力设备(如发电机、变压器等)各相的连接对称点和电压平衡点,其对地电位在电力系统正常运行时为零或接近于零。电力系统中性点接地是一种工作接地,保证电力设备和整个电力系统在正常及故障状态下具有适当的运行条件。

只有接地才有零序电流

零序电流的分段:

零序电流一段:

1·躲过下一段线路出口处单相或者两相接地短路时出现的最大零序电流。

2·躲开断路器三相触头不同时期合闸时候所出现的最大零序电流。

两者比较取最大

零序电流二段:

与下一段线路的一段配合,即是躲过下一段的第一段保护范围末端接地短路时,通过本保护装置的最大零序电流。

当零序电流的保护的效果不能满足电力系统要求时,则应装设接地距离保护。

距离保护

在线路正常运行时的测量阻抗称为负荷阻抗其值较大。当系统发生短路时,测量阻抗等于保护安装处到短路点之间的线路阻抗,其值较小,因为在短路时的测量阻抗反映了短路点到保护安装点之间距离的长短,所以称这种原理的保护为距离保护。

阻抗继电器是距离保护的核心元件其作用是测量短路点到保护安装点之间的阻抗,并与整定阻抗值进行比较,以确定保护装置是否动作。

距离保护定值计算中所用助增系数或分支系数的选着及计算。

电流分支系数是指在相邻线路短路时,流过本线路的短路电流占流过相邻线路短路电流的份数,对过电流保护来说,在整定配合上应选取可能出现的最大分支系数。

Kzz-助增系数

助增系数等于电流分支系数的倒数,助增系数将使距离保护测量到的阻抗增大,保护范围缩短在整定配合上应选取可能出现的最小助增系数。当Kzz小于1时又称为及出系数。

分支系数计算选用的短路点一般应选着不利于的运行方式下在相邻线路保护配合段保护范围的末端。

分支负荷电流产生的分支系数与短路电流的作用相反单较小一般不考虑。

距离保护的整定计算:

距离保护一段整定计算

  1·当被保护线路无中间分支线路(或无分支变压器)时,定值计算按躲过本线路末端故障整定,一般可按被保护线路正序阻抗的百分之八十到百分之八十五计算。

  2·当线路末端仅为一台变压器时(即线路变压器组),定值计算按不伸出线路末端变压器内部整定,即按躲过变压器其他各侧的母线故障整定。

  3·当线路末端变电所为两台及以上变压器并列运行且变压器均装设有差动保护时。如果本线路上装设有高频保护时,距离1段仍可按(1)项的方式计算。当本线路上未装设高频保护时,则可以按躲开本线路末端故障或按躲开终端变电所其他母线故障整定。

  4·当线路终端变电所为两台及以上变压器并列运行(变压器未装设差动保护)时,如果本线路未装设高频保护,根据情况可以按躲开本线路末端故障,或者按躲变压器的电流速断保护范围末端故障整定。

  5·当被保护线路中间接有分支线路或分支变压器时,其计算按同时躲开本线路末端和躲开分支线路(分支变压器)末端故障整定。

距离保护二段整定计算

  1·按与相邻线路距离保护一段配合整定。

  2·按躲过相邻变压器其他侧母线故障整定。

  3·按与相邻距离保护2段配合整定。

4·按保证被保护线路末端故障保护有足够灵敏度整定。

5·当相邻线路末端装设有其他类型的保护情况。

在电力系统中,距离保护上,下级保护段之间必须自定值及时间上相互配合,由于各种类型距离保护装置的特点不同,为了防止保护不当所带来的保护误动作,因此必须考虑由此而引起的在定值配合上出现的一些问题。

输电线路线路的接地保护

中性点接地方式:中性点直接接地,中性点经消弧线圈接地,中性点经高电阻接地,中性点不接地四种。

系统中全部或部分变压器中性点直接接地,是大接地电流系统的标志。其主要目的是降低对整个系统绝缘水平的要求。

中性点直接接地系统中,当线路上发生接地短路时,故障相电压与电流之比将大于其线路正序相阻抗值,换句话说,母线上故障相电压值等于故障相电流与其正序相相抗的乘积。为使接地距离保护正确的反映正序相阻抗值,接地距离保护需引入零序电流补偿系数进行修正。零序电流补偿系数值与线路的正序阻抗值和零序阻抗及零序互感阻抗有关。

Kf按正常运行条件量整定的保护,在受到故障量的作用动作时,当故障消失后保护部能返回到正常位置将发生误动作。因此,整定计算公式中引入了返回系数。

Klm在继电保护的范围内发生故障,保护装置反映的灵敏程度成为灵敏度。

Kzqd按负荷电流整定的保护,必须考虑电动机自启动状态的影响。

二、变压器保护整定计算:

变压器的后备保护:电流速断,延时速断,过流,过负荷,间隙过流过压,反时限过流等。

1、变压器的过电流保护

按躲过负荷电流,考虑到电机的起动或自起动所产生最大负荷电流整定,即

Idz =KK*Kzq*Ie /Kf

KK一可靠系数取1.2~1.3       Kzq一综合负荷1.5~2.5;工业用户用实际自起动系数

Kf一继电器返回系数,一般取0.8~0.85

灵敏性效验,当系统在最小运行方式下,变压器二次侧母线两相短路时,保护装置的障灵敏度系数应≥1.25~1.5。可按下式计算:

Klm = Idmin/ Idz

Idmin一本台变压器低压母线故障最小短路电流 

Idz一本台过流保护装置次动作电流

时间的配合:

如上一级过流时限为1.5S,T1=0.6s跳分段;(设10KV出线过流时间)

2·变压器的复合电压闭锁过电流保护

按变压器额定电流保护

Idz=kk*Ie/kf

Ie—额定电流

Kk-可靠系数 1.15-1.2

Kf—返回系数0.85

与变压器其他侧配合整定

Idz1=kp*Idz2

Idz1=kp*Idz3

Idz2=Kp*Idz3 

Kp---配合系数  1.15-1.2

灵敏性效验,当系统在最小运行方式下,变压器另侧母线两相短路时,保护装置的障灵敏度系数应≥1.25~1.5。可按下式计算:

Klm = Idmin/ Idz

Idmin一本台变压器低压母线故障最小短路电流 

Idz一本台过流保护装置次动作电流

3·过负荷保护:

一般过负荷可近似综合取1.25倍额定电流,它的动作时限一般取7S,如电动机起动系数大可取9S(但看上一级时间是否允许)。

Idz=KK *Ie / Kf

KK一可靠系数取1.05~1.1        Kf一继电器返回系数,一般取0.8~0.85

4、变压器的差动保护

一般应考虑以下几方面

(1)变压器的励磁涌流

(2) 最大不平衡电流

(3) 二次回路断线

定值计算

 (1 )计算二次侧电流 确定基本侧

     Ie=kjx*Ie/Nlh

         kjx  ---接线系数  Ie 额定电流  Nlh 电流互感器变比

(2)计算各侧外部短路时短路电流

计算差动保护的动作电流

 (1) 躲变压器的励磁涌流

          Idz=kk*Ieb    Ieb 基本侧额定电流.

 (2)躲最大不平衡电流

      Idz=kk*Ibp     Ibp不平衡电流

      电流互感器传变误差      Ibp'=0.1Id.max

      变压器各侧分接头变动   Ibp''=Du*Id.max

      变压器二次电流不完全相等  

      idz=kk*(kfzq*ktx*fi+du+dfmax)*Idmax=1.3*(0.1+du+0.05)*Idmax

      dfmax=0.05      ktx:同形系数   kfzq :非周期分量系数

      du 变压器分接头的百分比.

  (3)躲二次回路断线

       Idz=kk*Ifhmax

    I fhmax  最大负荷电流

电容器的保护:

电容器保护的一般原则

1·限时电流速断保护

(1)               速断保护电流定值按电容器端部引线故障时有足够的灵敏系数,一般整定按3~5倍额定电流。

(2)               考虑电容器投入过渡过程的影响,速断保护动作时间一般为0.1~0.2秒

(3)               在电容器端部引出线发生故障时灵敏系数不小于2.

   2·过电流保护

(1)       过电流保护应为三段式。

(2)       过电流保护定值应可靠躲电容器组额定电流,一般整定为1.5~2倍额定电流。

(3)       保护动作时间一般整定为0.3~1S。

   3·过电压保护

(1)       过电压保护定值应按电容器端电压不长时间超过1.1倍电容额定电压的原则整定

(2)       过电压保护动作时间应在1min以内。

(3)       过电压保护可根据实际情况选着跳闸或发出信号。

(4)       过电压继电器宜有较高的返回系数

(5)       过电压继电器宜优先选用带有反时限特性的电压继电器。

  4·低电压保护

     低电压定值应能在电容器所接母线失压后可靠动作,而在母线电压恢复正常后可靠返回,一般整定为0.3~0.6倍额定电压。保护动作时间应与本侧出线后被保护动作时间配合。

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