微机保护高压输电线路保.ppt

,电,力,系,统,保,护,微,机,目 录,第一章 继电保护知识,第二章 高压输电线路保护,第三章 变压器保护,第四章 母线保护,第五章 电容器保护,第六章 电力系统稳定控制,第七章 备用电源自投装置,第一章 继电保护知识,第一节 继电保护的任务,能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，我们称之为继电保护装置。,一、继电保护装置,二、继电保护的任务,1.有选择性地通过断路器将故障元件从系统中快速地、自动地切除，保证无故障设备继续运行，使电网损失减至最轻。,2.反应电力系统的不正常工作状态，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。,第二节 继电保护的基本原理,电力系统各元件在正常运行时都有它的额定参数，当发生短路或不正常工作状态时，各元件的运行参数就有偏离其额定值，构成对电力系统安全运行和电气设备的威胁。,利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量,突变量达 到一定值,起动逻辑 控制环节,发出相应的跳闸脉冲或信号,一、继电保护装置的组成,测量被保护元件工作状态的物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该动作。,根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号,执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。,发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护。,电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。,（按设备分类）继电保护的分类,二、继电保护装置的分类,主保护：能以最快的速度有选择性地切除故障的保护,后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护，又分为近后备保护和远后备保护。,（按作用分类）继电保护的分类,辅助保护：为补充主保护与后备保护的性能，或当主保护与后备保护退出时用以切除故障的保护。,电气量保护,（按动作量分类）继电保护的分类,非电气量保护,三、继电保护的基本要求,基本要求,可靠性,选择性,快速性,灵敏性,第三节 电力系统继电保护的配置,主保护双重化阶段式后备距离双重化反时限方向零序电流双重化短线保护过电压保护，远方跳闸，开关保护,保护范围内任何故障保护均能正确动作全线速动出口故障，正确动作振荡时保护不能误动既能躲过最大负荷，又能在大电阻接地故障时正确动作,对线路保护的总体要求,保护具体配置,目 录,一、概述,（一）,第二章 高压输电线路保护,二、线路保护装置,一）三段过流保护装置,电流速断保护（段）,定时限电流速断保护（段）,定时限过流 保护（段）,三段过流保护装置,包 括,1、定时限过流保护,图1 定时限过流保护,为获得过流保护的选择性，各套保护装置应有不同的动作时间。若其时限用tl、t2、t3表示，则整定值应为 tlt2t3由此可得tl=t2+At t2=t3+At其中At称为时间级差，通常取0.5s。,2、电流速断保护,为减小电气设备的损坏程度,为提高系统稳定性,希望故障切除 时间越短越好,电流速断保护,近后备：线路X-l本身的主保护为速断保护和带时限速断保护，而第三段过流保护对本线路的主保护起后备作用，故称近后备。,3、三段电流保护装置的动作过程,远后备：当线路X-2的保护或开关拒动时，线路X-1的过流保护均可起后备作用，由于X-1的过流保护是对相邻的下一级线路X-2的保护起后备作用，故称远远后备。,图2 三段过流保护装置及其动作时限的配合,二）电流电压联锁速断保护,图2 低压起动电流闭锁保护装置,电压速断保护的原理,图中2为低压起动元件,图中1为电流闭锁元件,采用的原因：如果Di点发 生短路或TV的二次侧熔断 器熔断，电压继电器都会 动作。如果只利用电压降 低作为保护的动作条件，保护装置将会误动。采用电流闭锁元件后，电流继电器的动作电流按 躲过最大负荷电流整定。这样，可防止上述误动。,三）电流方向保护,电流方向保护在双侧电源和环网供电中的作用,1,图1 双侧电源供电线路图,图1 中：当Dl点发生短路时，流过保护2的电流是由线路指向母线，保护2不应动作；而流过保护D2的电流是由母线指向线路，保护3应该动作。这种功率的方向在图中用实箭头标出。当D2点发生短路时，流过保护2的电流是母线指向线路，保护2应动；而流过保护3的电流是由线路指向母线，保护3不应动。,电流方向保护原理图,2,图2 方向保护接线图,图2中，电流方向是通过功率方向继电器KP测定的，如果正向短路电流流过保护，则功率方向继电器接点接通，如果是区内故障，则电流继电器起动，在功率方向继电器和电流继电器二者都动作的情况下保护发动作信号，使断路器跳闸。如果是反向短路，则即使电流继电器因流过反向电流而动作，但功率方向 继电器不动作，保护被闭锁。,四）距离保护,反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。,距离保护,（一）概念,相间距离保护的功能是切除线路的相间短路。,接地距离保护和零序电流保护用来切除占总故障90%以上的单相接地和两相接地短路。,距离保护分为,相间距离保护,接地距离保护,优点,能正确地测量故障距离，而基本上不受系统运行方式的影响。,缺点,受过渡电阻的影响较大。,接地距离保护的优缺点,各种距离保护在系统振荡和电压互感器断线时都会误动，必须采取闭锁措施。,注意,由于距离保护是反应保护安装处电压与线路电流的比值，即测量阻抗而工作的，在正常运行情况下，距离保护感受的是工作电压和负荷电流之比即负荷阻抗。当被保护线路发生短路时，保护感受的电压是残余电压，电流是短路电流，它们的比值为短路阻抗，即从保护安装点至线路短路处之间的线路阻抗，其值远小于负荷阻抗，于是保护动作。,距离保护的基本原理,（二）原理,距离保护的组成,1,图1 距离保护原理的组成元件框图,距离保护的时限特性,2,阻抗继电器,3,阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是：测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作.,对距离保护接线方式的要求,4,影响距离保护正确工作的因素,5,电压回路断线对距离保护的影响,6,主要优点,能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求,阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度,对距离保护的评价,7,五）输电线路纵联保护,输电线路的纵联保护，就是用某种通信通道(简称通道)将输电线两端或各端(对于多端线路)的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。,纵联保护,（一）概念,（二）,纵联保护的基本原理,保护原理的本质是识别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。当线路发生区内故障或区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。,两侧电流量特征,1,两侧功率方向特征,2,当线路上发生区内故障和区外故障时，输电线两端的功率方向也有很大差别。令功率正方向由母线指向线路，则线路发生区内故障时，两端功率方向都由母线流向线路，两端功率方向同，同为正方向；而发生区外故障时，远故障点端功率由母线流向线路，功率方向为正，近故障点端功率由线路流向母线，功率方向为负两端功率方向相反。,根据保护动作原理的不同划分：1、方向比较式纵联保护2、纵联电流差动保护,根据利用信息通道的不同划分：1、导引线纵联保护；2、电力线载波纵联保护；3、微波纵联保护；4、光纤纵联保护。,（三）,纵联保护的分类,导引线通道；电力线载波通信（高频）通道；微波通道；光纤通道。,（四）,纵联保护的通信通道的构成和特点,是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。,高频保护,（一）概念,六）高频保护,高频保护信号逻辑图,1,阻止保护动作于跳闸的信号,保护动作于跳闸的必要条件,收到跳闸信号是跳闸的充要条件,高频闭锁方向保护的基本原理,2,是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。,概念,被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。,区外故障,线路两端的短路功率方向为正，发信机不向线路发送高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。,区内故障,在d1点短路，被保护线路AB两侧的起动发信机电流继电器1动作，接通发信机的功放级电源，向高频通道发信，并将方向高频保护闭锁。对AB线路来说，近短路点B侧的短路功率是负的，功率方向继电器不动作，不去停信。输电线路AB两侧方向高频保护的收信机收到高频信号，将各自的保护闭锁，不发出跳闸脉冲。,区外故障,被保护线路AB区内故障如在d2点短路，两侧起动发信机继电器1及起动跳闸继电器2动作，继电器1起动，向高频通道发信，两侧收信机收到高频信号后，立刻将保护闭锁，但两侧方向继电器3承受正方向短路功率而起动。首先停信，解除闭锁，与此同时闭锁继电器起动，发出跳闸脉冲。,区内故障,高频闭锁距离保护的作用,3,内部故障时能够瞬时动作，而在外部故障时具有不同的时限特性，起到后备保护的作用。,如图：假设线路两侧均采用三段式距离元件，I段能保护线路全长的85，II 段能保护线路的全长并具有足够的灵敏度，III段作为起动元件并可作为后备保护。,距离部分和高频部分的配合关系,4,III段起动元件ZIII动作时，起动发信机发出高频闭锁信号，II段距离元件ZII动作时则停止高频发信机。距离II段动作后一方面起动时间元件tic，可经一定延时后跳闸，同时还可经过一收信闭锁触点瞬时跳闸。,高频闭锁距离保护的动作过程,5,靠近故障点的B端距离II段不动作，不停止发信；A端II段动作停止发信（正方向），但A端收信机收到B端送来的高频闭锁信号，闭锁了II段的瞬时跳闸回路，使它只能经过II段时间元件去跳闸，从而保证了动作的选择性。,1）外部故障时,注：外部故障点为d2点；,2）内部故障时,两端的起动元件动作，起动发信机，但两端的距离II段也动作，又停止了发信机。当收信机收不到对侧高频闭锁信号时，距离II段瞬时动作于跳闸。,注：外部故障点为d1点；,利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。,纵联差动保护,（一）概念,七）线路纵联差动保护,线路纵联差动保护原理及结论,（二）,电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。纵联差动保护原理接线如左图所示。,流入差回路的电流为I2I2，即为电流互感器二次电流的差，约为零。时差动保护不会动作。,正常运行及外部发生短路,1,内部发生短路,3,。,被保护线路内部故障时，流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。,结论,4,不能作为相邻元件的后备保护,灵敏度很高,保护范围 稳定,可以实现全线速动,高频保护,（二）,横差方向保护,保护范围,是用于平行线路的保护装置，它装设于平行线路的两侧。,为双回线的全长,动作原理,是反应双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路.,正常运行及外部发生短路,1,内部故障时,2,注：横联差动方向保护主要用于平行线路.,故障线路两侧的功率方向继电器正方向功率动作，保护装置动作，跳开故障线路两侧开关。,注：横联差动方向保护主要用于平行线路.,目 录,第三章 变压器保护,一、主变常见故障及不正常运行状态,=,+,+,主变压器本体保护,主变压器后备保护,主变压器主保护,主变保护的配置,差动保护双重化,二、保护配置,保护的的基本原理：利用差动原理，将流入变压器的电流和流出变压器的电流进行比较（比较被保护变压器两侧的电流和相位），而决定是否动作的一种保护。,保护范围：变压器油箱内部的故障、变压器外部绝缘套管及引出线上的故障（差动用电流互感器以内的设备均受到保护）。,三、差动保护,差动保护原理图与相量图,动作电流（差动电流）：制动电流 当动作电流与制动电流对应的工作点位于比率制动特性曲线上方时继电器动作。变压器内部短路时，且 故继电器动作。变压器外部短路时，且制动电流等于外部短路电流，继电器不动作。,四、差动保护原理,主变瓦斯保护的基本原理：反应油箱内部产生的气体或油流而动作。,主变瓦斯保护的作用：反应油箱内的各种故障以及油面降低。,五、主变瓦斯保护,励磁电流的产生：空投变压器时；区外故障切除时。,过励磁保护的原理：过励磁保护是利用测量电压和频率的关系来监视变压器是否过励磁，即通过测量U/f之比实现。,过励磁保护的作用：动作于跳闸。,六、主变过励磁保护,阻抗保护的基本原理：等同于线路的距离保护,阻抗保护范围：高、中压侧相对地，相间接地故障时起后备保护作用，也可作为母线保护的后备。保护方向指向变压器。,阻抗保护的作用：作为变压器的后备保护并对母线故障起后备保护作用，由本侧阻抗保护的偏移部分来实现。,七、阻抗保护,中性点零序过流保护的作用：作为变压器接地故障的近后备和外部接地故障的远后备保护对高、中压侧中性点接地的三卷变压器和自耦变压器，高、中压侧各装零序电流方向保护作为接地短路的后备保护。在大接地电流系统中：中性点直接接地的变压器装设零序电流保护作为接地短路的后备保护；中性点可能不接地的分级绝缘变压器需装设间隙零序电流保护和零序过电压保护作为接地短路的后备保护；中性点可能不接地的全绝缘变压器需装设零序过电压保护作为接地短路的后备保护。,八、中性点零序过流保护,温度、压力释放保护,后备保护,冷却器全停保护,复压过流保护,过负荷保护,目 录,第四章 母线保护,主要内容,1.母线保护的配置原则,2.母线保护的原理,3.断路器失灵保护,4.微机母线保护,重 点,1.母线保护的原理,2.断路器失灵保护,难点,母线保护的原理,装设母线保护的基本原则,一般小容量的单母线不采用专门的母线保护。在下列情况下应装设专门的母线保护：(1)在110kV及以上的双母和分段单母上(2)重要发电厂、变电站单母线。,实现母线保护的基本原理,正常运行：母线外部故障时，母线流入的电流和流出的电流相等，即：I=0当母线上发生短路故障时，所有与电源点都向故障点供给短路电流，I=Id利用电流流入的元件和流出的元件这两者的相位相反原理就可以实现母线保护。,完全电流差动母线保护,图1 完全电流差动母线保护的原理接线图,故障点,对完全电流差动母线保护整定值的影响：1、躲开外部故障的时产生的最大不平衡电流Idz.J。2、由于母线差动保护电流回路的启动电流大于任一连接元件中最大的负荷电流If.max。完全电流差动母线保护的实用范围：这种保护方式适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况,电流比相式母线保护,根据电流相位的变化来实现的。正常运行I1和I2大小相等相位相差180。当母线内部故障时(d2点)，I1和I2都流向母线，相位相同。,网络接线示意图,电流比相母线保护的方框结构图,相位比较回路原理图,图 2,电流比相式母线保护的特点,保护装置的工作原理是基于相位的比较，而与幅值无关。因此，无需考虑不平衡电流的问题，这就提高了保护的灵敏性。当母线连接元件的电流互感器型号不同或变比不一致时，仍然可以使用，这就放宽了母线保护的使用条件。,双母运行母线保护的实现方法,图3 双母运行，固定连接的电流差动保护原理接线图(a)交流回路接线图；(b)直流回路展开图,双母运行母线保护的实现方法,按正常连接方式运行时，母线上故障的电流分布,按正常连接方式运行时，第1组保护范围外部故障的电流分布,当固定连接方式破坏时，任一母线上的故障都将导致切除两组母线。必然限制了电力系统运行调度的灵活性.,双母运行母线保护的实现方法,缺 点,双母线同时运行的母联相位差动保护,在具有固定连接元件的母线电流差动保护的基础上，改进的成果。它利用比较母联中电流与总差电流相位作为故障母线选择元件。利用两个电流的相位比较，就可以选择出故障母线。只要母联中有电流流过，则选择元件就能够正确动作，因此，对母线上的元件就无需提出固定连接的要求。,优点,双母运行母线保护的实现方法,母联相位差动保护的原理接线图,断路器失灵保护,当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电范围限制为最小的一种后备保护。,断路路失灵保护,故障点,断路器失灵保护原理,断路器失灵保护,断路器失灵保护动作的逻辑：对于投单重的断路器来说：第一时限跳本拒动相断路器，第二时限跳本断路器三相，第三时限启动母差保护；断路器失灵保护 动作启动母差保护。对于35kV、110kV、220kV母差保护，为了防止误动作，加装电压闭锁元件；500kV断路器失灵保护动作启动母差保护，直接出口跳该组母线上的所有断路器。,微机母线保护,母线差动保护由分相式比率差动元件构成。差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所 构成的差动回路。小差是指该段母线上所连接的所有支路(包括母联和分段开关)电流所构成的差动回路。母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。元件的连接方式通过母线侧隔离开关线的合闸变位来识别。,母线差动保护,微机母线保护,当任一组母线检修后再投入之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当试验母线存在故障时利用充电保护切除故障。母联充电保护有专门的起动元件。在母联充电保护投入时，当母联电流任一相大于母联充电保护整定值时，母联充电保护起动元件动作去控制母联充电保护根据控制字决定在此期间是否闭锁母差保护。在充电保护开放期间，若母联电流大于充电保护整定电流，则将母联开关切除。,母联充电保护,微机母线保护,当利用母联断路器作为线路的临时保护时可投入母联过流保护。母联过流保护有专门的起动元件。在母联过流保护投入时，当母联电流任一相大于母联过流整定值，或母联零序电流大于零序过流整定值时，母联过流起动元件动作去控制母联过流保护部分，经整定延时跳母联开关。,母联过流保护,微机母线保护,当保护向母联发跳令后，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经两母线电压闭锁后切除两母线上所有连接元件。只有母差保护和母联充电保护才 起动母联失灵保护。,母联失灵,微机母线保护,母线的各种主接线方式中以双母线运行最为复杂。母线上各连接元件在系统运行中需要经常在两条母线上切换，因此正确识别母线运行方式直接影响到母线保护动作的正确性。该装置引入隔离刀闸辅助触点判别母线运行方式同时对刀闸辅助触点进行自检,母线方式识别,目 录,第五章 电容器保护,非直接接地系统或小电阻接地系统中所装设的并联电容器有单Y（星形），双（星形），（三角形）接线电容器组。,电容器,1、定时限过流,2、过电压保护,4、低电压保护,6、不平衡电压保护,5、运行异常告警,3、接地保护,电容器保护配置,一、接线与保护的关系,星型接线：,一相电容器击穿，不会引起相间短路，,三角型接线：,双星型满足零序电流平衡保护,双三角型满足相电流横差保护的需要,二、电容器保护的种类,1电容器组相间短路保护,2电容器内部层间短路或全部击穿的保护,(1)中性点电流平衡保护,(2)三角接线采用的零序保护,(3)双三角接线采用相横差保护,三、保护装置的运行,(1)相间短路保护使用的电流互感器，应将电流互感器的两套二次绕组串联使用。,(2)电容器组的投入，应根据系统电压和功率情况决定电容器组的投入与否。,(3)电容器的新装或更换，应检测其电容值，三相电容器之间的误差不应大于一相总电容的5。,(4)电容器开关运行中掉闸应查明原因，按照信号继电器表示的相别进行检 查，严禁未查明原因擅自合闸送电。,(5)对电容器的巡视和检查每日不少于一次。,目 录,1、按电网运行状态稳定控制分为,预防性控制,失步控制,紧急控制,解列后控制及恢复性控制,第一节 电力系统稳定控制装置,第六章 电力系统稳定控制,2、按控制范围划分,局部稳定控制,大区互联电网稳定控制,区域电网稳定控制,解列后控制及恢复性控制,3、按稳定类型分为,暂态稳定控制,频率紧急控制,动态稳定控制,解列后控制及恢复性控制,失步控制（解列）,设备过负荷控制（热稳定）,安稳控制系统由控制主站、子站、执行站及站间通道组成；一般在调度中心还设有稳控管理系统，对安稳控制系统进行监视。,安稳控制系统构成,第二节 安稳控制系统,一般安装在枢纽变电站，与各子站进行信息交换，收集全网信息，识别电网运行方式，综合判断多重事故和控制决策，转发有关命令。,安装在重要的变电站及电厂（500kV），监视本站出线及主变等设备运行状态，将信息上送主站，接收主站下发的运行方式及控制命令，进行本站当地控制及向有关执行站发送控制命令。,控制主站,控制子站,检同期重合闸,检无压重合闸,主要有两种方式,一、重合闸的主要检定方式,第三节 自动重合闸装置,投检无压一侧的微机保护重合闸装置在有压时能够实现自动转检同期功能。而对于投检无压一侧的常规保护重合闸装置同时投入检同期，防止同期侧开关偷跳。,1、双侧电源线路重合闸检定方式的投入原则,一侧投检无压，则另一侧必须投检同期,当线路发生故障时，投检无压一侧的断路器先重合，若重合成功，则投检同期一侧的断路器才重合；若重合不成功，则投检同期一侧的断路器不重合。,2、双侧电源线路重合闸的动作顺序,重合闸前加速,第一次故障时，保护按有选择性的动作跳闸，然后进行重合，若重合于永久性故障，则加速保护动作，瞬时切除故障。,第一次故障时，首先由装有重合闸的保护无选择性的瞬时动作跳闸，然后进行重合，若重合于永久性故障，再由相应线路保护有选择性动作切除故障。,重合闸后加速,二、重合闸与保护的配合方式,保护启动,断路器不对应启动,当断路器因线路故障而跳闸时，由保护跳闸接点启动重合闸装置。,当断路器发生偷跳时，利用跳闸位置继电器的动合触点启动重合闸。,三、重合闸的配启动方式,2、三重方式,1、单重方式,4、停用方式,3、综重方式,特点：单项接地故障跳开故障相，然后进行单相重合，若重合不成功，则跳开三相；相间故障跳开三相，不重合。,特点：任何故障均跳开三相，然后进行三相重合，若重合不成功，则跳开三相。,特点：单项接地故障跳开故障相，然后进行单相重合，若重合不成功，则跳开三相；相间故障跳开三相，然后进行三相重合。若重合不成功，则跳开三相。,四、重合闸的选择方式,目 录,当工作电源因故障断开后，能自动而迅速地将备用电源投入工作，或将用户切换到备用电源上去。,一、备用电源自投装置的作用,第七章 备用电源自投装置,1、工作母线上不论任何原因失去电压时，备用自投装置都应动作；,2、只有当工作电源确已断开以后，备用电源才能投入；,3、备用电源只允许投入一次；,4、当母线PT二次侧一相熔断器熔断时，备用自投装置不应动作；,5、当备用电源无电压时，自投装置不应动作；,6、备用电源可以同时向两段母线提供电源；,7、备用自投装置应动作迅速，以保证电动机自启动成功。,一、备用电源自投装置的基本要求,1、工作电源回路必须断开,2、并且备用电源必须有电压,一、备用电源自投装置的动作条件,先投交流电源，后投直流电源,1、投入操作,先停直流电源，后停交流电源,2、退出操作,一、备用电源自投装置的存在,谢谢！,