电力系统继电保护原理课件.ppt

第一章绪论第一节 电力系统继电保护的作用 反映故障或者非正常运行状态，并且动作于断路器（将故障元件从电力系统切除）或者发出信号（通知工作人员）的一种自动装置。第二节 继电保护的基本原理1电气量的变化规律：故障类型；电流，电压，测量阻抗2非电气量的变化规律：变压器的瓦斯保护,第三节对继电保护的基本要求选择性：仅切除故障元件，缩小停电范围速动性:灵敏性：只要时本保护范围发生故障，都应该灵敏反映。可靠性：不拒动，不误动,第二章 电网电流保护和方向性电流保护第一节 单侧电源网络相间短路的电流保护1电磁型电流继电器 结构图 返回系数：Kf=If.j/Idz.j=0.80.852电流保护的基本原理 正常运行时通过电流为负荷电流，发生短路时候短路电流往往比较大，所以可以采用电流保护 图形分析 选择性的实现：(1)通过整定不同的动作值实现(2)通过整定不同的动作延时来实现,3无时限电流速断保护(1)一次侧电流整定值 Idz=Krel*Idmax(3)；Krel 取1.21.3(2)继电器动作电流 Ij.dz=Idz*Kjx/na(3)灵敏度：用保护范围的大小衡量。(4)动作时间 t=0秒(5)电流速断保护的单相原理接线图 4延时电流速断保护(1)定值：不超过相邻元件无时限速断保护的保护范围，Idz.1=Kk*Idz.2如果相邻元件不止一个，则分别与两个相邻元件配合，分别计算，取较大的数值(2)灵敏度：最小运方下，被保护线路末端两相短路时电流和动作电流的比值Klm=Id/I.dz 规程要求1.31.5,(3)动作时间：比相邻元件无时限速断保护时间多 t(4)当灵敏度不满足要求时，定值可以与相邻元件的II段配合(5)单相原理接线图 5定时限过电流保护(1)动作值：1.Idz=Kk*Kzq*If.max/Kf Kk:可靠系数 1.151.25 Kzq:自启动系数 Kf:返回系数，一般取0.85(2)动作时间：采用阶梯性时间原则(3)近后备灵敏度校验：要求不小于1.31.5(4)远后备灵敏度校验：要求不小于1.2,6电流保护的接线方式：(1)三相三继电器完全星形接线,缺点是设备投入大图形分析(2)两相两继电器的不完全星形接线图形分析 7特殊问题：过电流保护用作变压器后备保护，可采用两相三继电器提高灵敏度。图形 分析8三阶段电流保护的接线图,9三段式电流保护的评价(1)I段按照本线路某点短路的电流值来整定。不能够保护本线路全长(2)II段不超过相邻元件的I段,可以保护本线路全长(3)III段按照躲过最大负荷电流整定，但是III段由于阶梯性时间，所以越接近电源处，动作时间越长，以避免扩大停电范围，这也是个缺点在实际应用中，可以I和 III，或者II和 III或者I和 II和 III。,在下图所示的电网中，已知线路L1的I段电流速断的动作电流为700A,III段的动作时限为1.6秒。变压器B装有差动保护，其III段的动作时限为1.1秒，线路L2的最大的输送功率Pmax=9MW，功率因数0.9，最低工作电压Umin=0.95Ue(Ue为电网的额定电压)。自启动系数Kzq=1.3，CT的变比300/5=60，电网的等值电路如图，试整定线路L2的I,II,III段电流保护。其中L2长度20KM,正序阻抗8欧姆，线路L1正序阻抗12欧姆，变压器为30欧姆，故障计算电压按照平均电压计算，即37KV，最小系统阻抗7欧姆，最大9欧姆。,B,A,B,L1,L2,35KV,20KM,10反时限过电流保护 反时限电流保护故障越严重，动作时间越短。动作特性见图11电网相间短路的电流电压联锁保护 电压速断保护：动作特性图 电流电压联锁保护：,t,第二节 电网相间短路的方向电流保护1 方向性电流保护的工作原理(1)正方向的定义：双侧电源的误动问题：图形分析(2)解决方法：方向元件的引入,2 功率方向继电器(1)内角lm=-lm+90度arglm-90度 图形分析(2)最小动作电流和最小动作电压(3)继电器的潜动：,3 相间功率方向继电器接线方式(1)接线方式：90度接线(2)90度接线方向继电器动作特性分析1.正方向三相短路 特性分析2.正方向两相短路（保护安装处附近短路）特性分析3.正方向两相短路（短路点远离保护安装处）,4双侧电源网络中电流保护的整定的特点(1)电流速断保护 图形 两种防止误动措施(2)限时电流速断保护1.II段与下一级保护的I段配合2.助增电流 图形与外汲电流图形Kfz=M点短路时流经保护1的电流/M点短路时流经保护2的电流,5对方向电流保护的评价(1)在保护安装出发生三相短路时U=0,会出现死区，且加装方向元件时的投资增加，接线复杂(2)对于速断保护，若反方向短路的电流值大于整定值则需要安装方向元件。(3)对于过电流保护，若动作时间比背侧的保护大t以上，可以不用装设方向元件。,第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流和方向保护1中性点直接接地电网接地短路的特点(1)很大的零序电流零序分量分析图(2)零序电流和方向保护2 零序滤过器(1)零序电压滤过器 电压互感器二次绕组开口三角形 误差:基波三次谐波不平衡电压Ubp(2)零序电流滤过器 误差：,3零序电流保护整定(1)零序I段整定定值1.躲开下一条线路出口处单相或者两相短路时可能出现的最大零序电流3I0。2.需要考虑躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流3I0.bt。取以上两种较大者。(2)零序II段1.定值：与相邻元件的零序I段配合。图形 其中：2.时限：3.灵敏度校验,(3)零序过电流保护（零序III段）1.动作值：躲过下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流2.动作时限按照阶梯性原则。图形分析。4方向性零序电流保护(1)必要性分析(2)功率方向继电器的接线方式取-3U0，3I0，最灵敏角为70度85度,5 对零序电流的评价(1)优点1.零序III段按照躲不平衡电流而不是负荷电流整定，灵敏度高。2.动作延时短3.所以受运方影响较小4.零序短路电流变化比相电流显著，所以保护范围较大5.零序电流不受电力系统振荡等影响(2)缺点：非全相运行状态，出现零序电流，为防止误动，可以考虑在单重时将零序电流保护暂时推出。,第四节 中性点非直接接地电网中单相接地故障保护1中性点不接地系统单相接地故障的特点(1)电压变化图形(2)A相发生单相接地时，故障点的零序电压U0=-EA(3)单相接地时的零序等效网络图。结论：,2 中性点经过消弧线圈接地电网中单相接地保护 消弧线圈的作用：,(1)补偿度1.完全补偿 即IC=I L 在正常运行时若对地电容不对称或者断路器不同时合闸图形分析，一般不采用2.欠补偿：IC I L 一般不采用3.过补偿：IC I L 补偿度p=(I L-IC)/IC一般为5%10%,3中性点不接地电网中单相接地的保护(1)绝缘监视装置原理：图形分析缺点：不能够指出究竟是那条线路出现接地故障(2)零序电流保护原理：故障线路零序电流为全网络中非故障线路电容电流的总和，较大。整定：躲本线路的电容电流灵敏度:按照本线路发生单相接地的最小零序电流(3)零序功率方向对于故障线路，零序功率从线路到母线。,第三章 电网距离保护第一节 距离保护的作用原理 1距离保护的基本概念(1)距离保护的引入：(2)主要元件为 1.起动元件 2.阻抗继电器：3.时间元件,(3)评价：在复杂网络中可以保证选择性I段动作范围8085%,对于双侧电源系统，有3040%范围不能同时将两侧电源切除灵敏度高，I段保护范围不受运方影响，其他两段由于分支系数，有影响，但是相对较小。接线复杂，可靠性低。,2距离保护整定计算(1)距离I段(2)距离II段与相邻I段配合(3)距离III段(4)系统一次侧阻抗和继电器阻抗 二次侧继电器阻抗ZJ=UJ/IJ=Zd*Na/Nv。,第二节 阻抗继电器1阻抗继电器的动作特性：(1)全阻抗继电器;方向阻抗继电器;偏移特性的阻抗继电器(2)全阻抗继电器比幅原理：比相原理,(3)方向阻抗继电器当反方向发生短路时，测量阻抗位于第三象限，继电器不能动作。所以具有方向性。即不需要另加方向元件，就可以判断正方向故障。比幅原理：比相原理：,(4)四边形特性阻抗继电器 角度a：lm：=lm+30：,(5)比幅原理和比相原理的转换假设 比幅特性为比相特性为则,第三节 阻抗继电器的接线方式 1对接线方式的基本要求(1)测量阻抗正比例于短路点到保护安装处之间的距离(2)测量阻抗与故障类型无关，保护范围具有稳定性2相间短路保护阻抗继电器的接线(1)0度接线：(2)特性分析1.三相短路,2.两相短路3.中性点直接接地电网两相接地短路,3接地短路阻抗继电器的零序电流补偿接线JA：采用UJ=UA；IJ=IA+k*3I0；JB：采用UJ=UB；IJ=IB+k*3I0；JC：采用UJ=UC；IJ=IC+k*3I0；,第四节 集成电路型方向阻抗继电器的特性分析1方向阻抗继电器的死区和消除办法消除方法：(1)记忆回路：记忆电压 震荡频率 参数选择：,（1）工频下LC串联谐振1/LC=Wc f为50HZ（2）故障后的震荡频率为（1）工频角频率Wc=（2）工频角频率Wc=对于快速动作的继电器，考虑满足第一个要求对于动作较慢的继电器，考虑满足第二个要求。,2引入非故障相电压 如，JAB：引入UJ为UAB，在保护安装处AB相短路时候，UAB=0，引入UC,2记忆回路对继电器动作特性的影响 稳态特性不变，但是记忆回路的暂态过程消失前，阻抗继电器的初态特性不同于暂态特性，需单独讨论。(1)正方向短路时候的初态特性。UJ=IJ*ZJ IJ=E/(Zs+ZJ)90度 270度90度 270度,(2)反方向短路时候的初态特性。UJ=IJ*ZJ ZJ=-Zd IJ=E/(ZJ Zs)90度 270度,第五节 距离保护的整定计算举例,已知各线路装有距离保护，对保护1的相间短路保护I，II，III段进行整定计算。已知:系统E1：E1=115/3;Xx1.max=25欧姆；Xx1.min=20欧姆；系统E2：E2=115/3;Xx1.max=30欧姆；Xx1.min=25欧姆；变压器容量SB=31.5MVA，Ud%=10.5%；线路AB 30公里，线路BC 60公里，各线路每公里阻抗Z1=0.4欧姆/公里。阻抗角70 度。线路AB的最大负荷电流 I fh.max=350A。功率因数0.9，电动机的自起动系数 Kzq=1,正常运行时母线最低工作电压等于0.9Ue(Ue=110KV)。保护8的III段动作时限 0.5秒保护10的III段动作时限 1.5秒,解：一：AB线路的正序阻抗：0.4*30=12欧姆BC线路的正序阻抗：0.4*60=24欧姆变压器等值阻抗：10.5%*115*115/31.5=44.1欧姆二：距离I段的整定一般按照躲开下条线路出口的原则正定动作阻抗：Kk*Z1=0.85*12=10.2欧姆 Kk一般取0.80.85动作时间：0秒,第六节 影响距离保护的因素1过渡电阻的影响 电弧电阻 物体对地短路(1)单侧电源线路上过渡电阻的影响测量阻抗=保护安装处到故障点的线路阻抗+过渡电阻对距离保护的影响：,(2)双侧电源过渡电阻的影响(3)防止过渡电阻影响的方法1.阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占面积越大，受过渡电阻的影响越小。2.利用瞬时侧测量装置来固定继电器的动作。其依据为,2电力系统振荡的影响(1)电流变化规律令Em=E0度 En=E-度 I=(Em-En)/Z=,(2)振荡时的U变化=E*k=Zm/Zk=1/2时，E*，为振荡中心。,(3)阻抗的变化 Em=En情况下其运动轨迹为1/2 Z的直线当EmEn时，为位于第一象限的圆弧当EmEn时，为位于第三象限的圆弧(4)系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响(5)防止系统振荡时距离保护误动的措施1.减小阻抗定值2.增大保护的动作时限3.增设振荡闭锁装置,(6)振荡闭锁装置介绍1.振荡和短路的区别 电流和电压的变化电流和电压之间的相位关系序分量2.振荡闭锁装置的基本要求,（3）振荡闭锁装置的构成 1.利用有无负序分量的原理构成的振荡闭锁装置 短时开放 I II 段保护 距离III段不需要闭锁 2.利用测量阻抗变化速度不同构成闭锁装置,第四章 输电线纵联保护第一节输电线路纵联差动保护1基本原理(1)具有100%保护范围(2)原理接线：IJ=I2m+I2n=(I1M+I1N)/na 内部故障情况：流入继电器电流为总的故障电流 正常运行以及外部故障时，所以I1M=I1N 所以IJ=0,2影响输电线路纵联差动保护的因素(1)CT有幅值误差和相位误差(2)外部短路电流很大时，不平衡电流增大(3)两侧的CT的型号，容量相同时，可适当低估计不平衡电流。(4)暂态过程中会出现非周期分量，非周期分两会造成CT的饱和，增大误差。,第二节输电线路的高频保护1高频保护的基本概念(1)基本原理(2)基本分类分为方向高频以及相差高频保护两种。2高频通道的构成原理(1)阻波器(2)结合电容器和连接滤过器,3高频通道的工作原理(1)“故障时发信”和“长期发信”两种方式。(2)闭锁信号：允许信号：跳闸信号：,4 高频方向保护1基本原理2动作特性分析（1）外部故障分析：（2）两端供电线路内部故障分析（3）单端电源供电线路内部故障分析,（4）系统振荡功率方向元件采用全电流和全电压 功率方向元件反应负序或者零序（5）问题1：双电流元件 分别用于发信和跳闸的电流元件（6）问题2：对于远离故障点的II端，需要设置一定的延时，降低了整套保护的动作时间,5高频闭锁负序方向保护的原理(1)原理 利用负序功率的高频闭锁方向保护(2)动作特性分析：内部故障 外部故障,6高频闭锁距离保护(1)现有保护的缺点：(2)高频闭锁距离保护原理：(3)高频闭锁距离保护的缺点：主保护（高频方向）和后备保护（距离）结合使用，接线复杂，不利于运行和维修。7高频闭锁零序方向保护 三段零序电流方向元件代替上述三段距离保护。,8 相差高保护(1)基本原理：(2)动作电流：I1+kI2。负序电流I2在滤过器输出中占主要地位，一般取68倍(3)动作原理：(4)误差分析：,1.最严重情况：内部三相短路：参见图形：IM和IN的一次电流相差100度 CT角误差，不超过7度 保护装置本身误差，可到达15度 线路总延时度数为T=L公里*6度/100公里 对送电侧，两侧信号的总角差为122+T度 对于受电侧，为122-T度,2.外部发生短路 信号相差180（22+T）度3.闭锁角的整定 闭锁角度取22+T+Yd度 裕度角Yd可取15度 校验：内部最不利短路下，相位差位于动作区域。,4.保护的相继动作 必须一端的保护先动作跳闸，另外一端的保护才能够动作跳闸，称之为“相继动作”。,第五章 自动重合闸 第一节 自动重合闸在电力系统中的作用1安装自动重合闸的意义：“瞬时性”故障 供电的可靠性 成功率一般在60%90%,2 自动重合闸的优点(1)投资低，工作可靠(2)提高了供电可靠性，减小停电次数(3)在高压输电系统使用重合闸提高并联运行稳定性(4)重合闸能提高供电可靠性，可暂缓架设双回线路(5)对于断路器本身或者继电保护误动作引起的误跳闸，起到纠正的作用3自动重合闸的缺点(1)重合于永久性故障时电力系统再次受到故障冲击(2)使得断路器的工作条件变得更加严重。,第二节 对自动重合闸装置的基本要求（1）下列情况不应启动重合闸：由值班人员控制断断路器时；手动和闸，由于线路上有故障，而由继电保护装置断开断路器时（2）由继电保护或者其他原因跳闸后，重合闸应动作（3）自动重合闸的动作次数应该符合预先规定。在任何情况下，例如继电器触点粘住等，重合闸均不应该多次的重合到永久性故障上。（4）自动重合闸动作后，一般应能够自动复归。（5）自动重合闸装置应该能在重合闸之前或者重合闸之后加速继电保护的动作，以便更好的与继电保护相配合，加速故障的切除。（6）在双测电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同步问题。（7）当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时，应将重合闸装置闭锁,第三节双侧电源送电线路重合闸的方式和选择原则1 双测电源送电线路重合闸的特点（1）两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸了之后再进行重合。（2）当线路上发生故障跳闸后，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。2双侧电源送电线路重合闸的主要方式(1)并列运行的发电厂或者电力系统之间，在电气上有紧密联系时,2并联运行的发电厂或者电力系统之间，在电气联系较弱时（例如只有两个联系线路或者三个弱联系的线路）。(1)当非同步合闸的最大冲击电流超过允许数值时，不允许非同步合闸。见图(2)非同步合闸的最大冲击电流符合要求，但从系统安全角度看不适合采用非同期合闸时，可以在仅有一回线路运行时，停用重合闸，以避免非同步重合。(3)在没有其他旁路联系的双回线上，当不能够采用非同步合闸时，可以通过检定另一回路上有无电流来判断两侧电源是否同步。见图,3双侧电源的单回线路，不能采用非同步重合闸时(1)图 正常时由系统向小电源侧输送功率。(2)图对水电厂许可时采用水轮发电机自同步重合闸(3)当两侧电源与两侧所带得负荷各自接近平衡，线路断开时，两侧电源可以采用无压检定和同步检定进行重合闸。,第四节 具有同步检定和无压检定的重合闸1基本工作原理：（1）检查线路无电压一侧的重合闸首先动作（2）不成功，本侧断路器再次跳开（3）成功，另外一侧检定同步后，恢复供电。2 问题：（1）同时设计同步检定和无压检定，轮流使用,（2）检无压一侧同时投入检定同步继电器3无压检定继电器 一般为0.5倍的额定电压,第五节 重合闸动作时限的选择1 单侧电源线路的三相重合闸动作时限影响因素：（1）介质恢复绝缘强度 电动机向故障点反馈电流产生的影响（2）断路器跳闸后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油（油断路器）操作机构恢复原状（3）如果重合闸继电器利用继电保护来启动，则其动作时限还应该加上断路器的跳闸时间。2 双侧电源线路的三相重合闸 两侧保护动作时限可能不同。图形,第六节 重合闸和继电保护的配合1 重合闸前加速(1)应用范围：主要用于35KV以下有发电厂或者重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。这些线路一般只装设简单的过电流保护。(2)原理：第一次快速无选择性切除故障。如果重合闸于故障线路，再有选择性跳闸。(3)优点：能够快速切除瞬时性故障;可能使得瞬时故障来不及发展为永久性故障，提高重合闸的成功率;保证发电机和重要变电所母线电压在0.60.7倍的额定电压以上，保证供电质量;使用设备少，只要一套重合闸装置（保护3）(4)缺点 断路器工作条件恶劣，动作次数多;重合于永久性故障时，故障切除的时间可能较长 如果重合闸装置或者近电源断路器拒绝合闸，将扩大停电范围,2 重合闸后加速(1)应用范围：主要用于35KV以上的网络以及对重要负荷供电的线路上，这些线路上一般装设性能比较完善的保护装置，如三段式电流、距离保护。(2)原理:后加速就是线路第一次故障时有选择性动作，如果永久性故障，则加速保护动作，瞬时切除故障.(3)优点：第一次有选择性的切除故障 重合闸后，保证永久性故障能瞬时切除不受网络结构和负荷条件的限制（前加速方式(4)缺点：每个断路器上都需要一套重合闸，与前加速比复杂 第一次切除故障可能带延时,第七节 单相自动重合闸1 定义：220500KV的架空线路上，由于线之间的距离大，绝大多数为单相接地故障，在这种情况下，只要把故障的一相断开，然后再进行单相重合，而没有故障的两相仍然继续运行，可以提高供电的可靠性和稳定性。称为单相重合闸。如果为永久性故障，单相重合不成功，,2 故障相选择元件(1)对故障相选择元件（选相元件）的基本要求 1保证选择性 2足够的灵敏度(2)常用的选相元件 1电流选相元件 2低电压选相元件 3阻抗选相元件 4相电流差突变量选相元件,3 动作时限选择（1）考虑两侧的选相元件和保护依不同的实限切除故障（2）潜供电流对灭弧的影响 图：4保护装置、选相元件和重合闸的配合 全相运行阶段，所有保护投入非全相运行阶段，会误动的保护被闭锁对于单相接地故障，单跳，单重对于相间故障，跳三相，重合三相或者不进行重合闸。,5 对单相重合闸的评价优点：（1）在绝大多数情况下保证对用户的连续供电。（2）提高系统并联运行的稳定性。缺点：（1）需要专门的按相操作的断路器（2）需要专门的选相元件和继电器配合（3）为了防止非全相运行时某些保护误动作，需采取额外的措施,第八节综合重合闸简介(1)单相接地单跳单重，如不成功，跳三相(2)相间故障三跳三重，如不成功，跳开三相(3)选相元件拒绝动作时能跳开三相并进行三相重合(4)非全相中可能误动保护应可靠闭锁。(5)当一相跳开后，重合闸拒绝动作时，应该将其他两相自动断开(6)任何两相的分相断路器动作后，应该联跳第三相(7)在重合不成功后，均应考虑加速切除三相(8)在非全相运行过程中，如果又发生另外一相或者两相故障，保护应有选择性,第六章 发电机保护概述 重要性：内部故障：1常见的内部故障:（1）定子绕组相间短路；（2）定子绕组单相匝间短路；（3）定子绕组单相接地；（4）励磁回路一点接地或两点接地。,2发电机的主要异常运行状态有:（1）外部短路或系统振荡引起的发电机定子绕组过电流；（2）定子电流超过额定值的定子绕组过负荷；（3）励磁回路过负荷；（4）励磁电流异常下降或消失；（5）定子绕组过电压；（6）发电机逆功率运行；（7）220kV及以上高压电网非全相运行或非全相重合闸时网络中出现负序电流，从而引起发电机转子表层过热及振动等。,第一节 发电机内部故障主保护1 比率制动式纵差保护(1)基本原理 参见图 差动电流 id；制动电流 ires,判据(2)外部短路不平衡电流以及动作特性 图,(3)整定1.最小动作电流Iop0=Krel*2*0.03*Ign/na或者Iop0=Krel*Iunb02.拐点Ires0=(0.81.0)Ign/na3.最大制动系数,2标积制动式纵差保护(1)原理判据：外部短路时夹角0度，判据右侧表现为很大的制动作用。当发电机内部短路时，可能呈现90度270度，右侧呈现负值，即不再是制动量而是助动量，保护灵敏动作。,3故障分量比率制动式纵差保护(1)原理：全电流保护故障分量保护(2)判据,(3)制动系数K的选取 1.原则：不拒动,不误动2.内部短路分析：图形上式右方的最小值为2.0(阻抗角相同),只要K0.056,不误动4.可见,K在0.0562之间取值,都能够满足不误动,不拒动的要求,一般选取K=1.0,参见图形.,4不完全纵差保护(1)原理:本保护反映相间和匝间短路,兼顾分支开焊故障.只能用在分支数大于等于2的多分支大型发电机上。原理图形(2)整定计算 互感器变比的选择互感器的同型系数取1.0,5高灵敏单元件横差保护(1)原理：本保护反应匝间短路和分支开焊以及机内绕组相间短路.适用于分支数大于等于2的多分支大型发电机上.原理图形,(2)整定计算步骤：1.常规短路试验时，实测中性点连线电流的基波和三次谐波分量大小(Iunb.1和Iunb.3)。2.根据实测数据，利用线形外推法推算发电机机端三相短路时，最大基波和三次谐波分量不平衡电流。3.计算和整定动作电流,4.存在的问题：当励磁回路两点接地时的误动作问题,6故障分量负序方向保护(1)原理：一切发电机内部的不对称故障,负序功率输出发电机正常运行时,绝无负序功率输出当外部系统存在不对称，序功率由外部系统流入图形,(2)判据：灵敏角取90度，内部故障，P为正数，为3倍的负序电压电流模的乘积。外部故障，正好相反。(3)问题：1.发电机并网前发生内部短路，保护失效。2.外部不对称较严重时，有可能使得负序方向保护拒动，可采用发电机负序功率故障分量，即,7纵向零序过电压保护(1)原理：内部相间短路，匝间短路：对中性点纵向零序电压单相接地短路时：对地横向零序电压，对中性点无零序电压。(2)问题：必须装设专门的电压互感器，其一次侧中性点直接与发电机中性点连接，且不允许接地。,8转子二次谐波电流保护(1)原理：发电机内部不对称故障 转子感应较大二次谐波电流(2)问题：1.外部系统的任何不对称的误动增设判别发电机内外故障的选择性测量元件。2.误动次数多，整定困难3.专用的转子回路电抗变压器来测量转子二次谐波电流,第二节发电机相间短路后备保护1过电流保护 1000KW以及以下的发电机用作后备保护2复合电压启动的过电流保护1000KW以上的发电机宜装设此后备保护(1)动作电流按照发电机额定负荷下可靠返回的条件整定(2)低电压元件：电动机自启动和发电机失磁时不误动(3)负序电压元件：躲正常运行最大负序不平衡电压整定,3复合过电流保护 负序过流 单相低压启动过流保护 4阻抗保护：适用于后备保护的灵敏度要求比较严格时 全阻抗继电器 容易受到系统震荡和发电机失磁等的影响,第三节 发电机定子单相接地保护1重要性定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏容易发展成危害更大的定子绕组相间或者匝间短路,2基波零序电压定子接地保护(1)原理：定子绕阻中性点不接地的发电机，当定子绕组内a处发生A相接地的情况，故障点的各相对大地电压:故障点的零序电压为:取自发电机中性点单相PT或者消弧线圈的二次电压或者机端三相PT的开口三角,(2)整定：1.按照躲过最大不平衡电压整定。可以增设三次谐波阻波环节 2.检验高压侧接地短路时，通过升压变压器高低压绕阻间的耦合电容传递到发电机侧的零序电压大小。从整定值以及延时两方面与系统接地保护配合。3.优点和缺点简单，可靠。在中性点附近有死区，但是一般小于15%。100MW及以上发电机应装设100%的定子接地保护。,3三次谐波电压定子接地保护(1)原理：定子绕阻中的感应电动势除基波外，还含有三，五，七次等高次谐波。当在距离发电机中性点a处发生定子绕阻金属性单相接地时，中性点N和机端S处的三次谐波电压比值如图(2)判据：当Us3Un3时保护动作，则在发电机正常运行时保护不会误动作，而在中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。(3)结论：与基波零序电压保护构成100%定子接地保护。,4外加电源式100%定子接地保护(1)原理：在电机定子回路和大地之间外加一个信号电源，其一为外加20HZ电源，另一为外加12.5HZ电源。(2)优缺点：灵敏度比较高，没有死区。需要附加低频电源，投资大，接线较复杂，可靠性也受低频电源的影响。,第四节发电机励磁回路接地保护 1两点接地故障的危害表现为：1.转子绕组的一部分被短路，另一部分绕组的电流增加，这破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起剧烈震动。2.转子电流通过转子本体，可能烧损转子 3.转子本体局部通过转子电流，引起局部发热，使得转子发生缓慢变形形成偏心，进一步加剧震动。,2励磁回路一点接地保护(1)电桥式一点接地保护 图形 1.灵敏度分析：(2)叠加直流电压式一点接地保护 图形 1.整定：躲过正常运行时流过继电器的电流整定 正常运行等值电路图形 2.负端经过过渡电阻接地，灵敏度分析 3.正端经过过渡电阻接地，灵敏度分析 4.结论：在励磁绕组负端接地时.灵敏度最低，正端或者 负端接地时，保护装置的灵敏度相差很大，要求当负端接地时，最小灵敏度应该能够满足要求。(3)叠加交流电压式一点接地保护 采用的是50Hz交流电压经过一普通电流继电器K和一个隔直耦合电容C叠加到励磁绕组的一端与地之间。,1.优点：接线简单，没有死区 整个励磁绕组上任意一点接地灵敏度基本上相似。2.缺点：需要考虑励磁回路对地之间 对地电容的影响。对于空冷或者氢冷机组，对地容抗要远小于对地绝缘电阻，应用这种原理，灵敏度很低。,3励磁回路两点接地保护(1)电桥两点接地保护装置,第五节 低励失磁保护 低励：发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流。失磁，表示发电机完全失去励磁。1失磁的危害：(1)将从系统中吸收无功，造成系统电压降低。(2)可能造成系统中其他发电机的过电流。(3)转子和定子磁场间出现速度差，则在转子回路中感应转差频率的电流，引起转子局部过热。(4)发电机受到交变的异步电磁力矩的冲击发生振动，转差率越大，振动越厉害,1发电机失磁后的基本物理过程 系统接线图功角公式：转子运动方程,(1)失步前（功角180度)：同步功率随着功角的变化呈现周期性振荡状态。若发电机完全失磁，则同步功率为零。,2失磁发电机机端阻抗的变化轨迹(1)失步前，功率P基本保持不变，发电机端的测量阻抗为 图中圆1为P=0.7Pn等有功阻抗圆(2)静稳极限圆 无功功率均为一常数:机端阻抗为图中圆2为静稳极限阻抗圆,(3)失步后的异步运行阶段 1.失步之后，机端测量阻抗变化的轨迹在下述阻抗圆内,圆心，半径为 异步边界阻抗圆位于静稳边界阻抗圆的内部，失步之后，最终测量阻抗将进入异步边界圆内，表明发电机已经进入异步运行状态。图中圆3为稳态异步边界阻抗圆,3判据(1)发电机侧主判据两者取一:1.机端测量阻抗超越静稳边界阻抗圆的边界 2.机端测量阻抗进入异步边界阻抗圆(2)系统侧主判据:高压母线三相同时低电压继电器动作作为判据(3)辅助判据：1.负序电压元件2.负序电流元件3.励磁低电压元件，也可采用变励磁电压判据,第六节 发电机失步保护和失步预测保护 1失步的危害(1)发电机机端电压周期性的严重下降，使得厂用辅机工作稳定性破坏,甚至导致全厂停机。(2)振荡电流的幅值接近机端三相短路(3)振荡过程中产生的对轴系的周期性扭力，可能造成大轴严重机械损坏(4)振荡过程由于周期性转差变化在转子绕组中产生感应电流，引起转子绕组发热(5)大型机组于系统失步，可能导致系统解列甚至崩溃事件,2双阻抗元件失步保护(1)整定双透镜参见图形(2)判据：3三阻抗元件失步保护(1)整定三元件参见图形(2)透镜特性:系统振荡的最短振荡周期为0.2秒,从进入透镜开始(135度)到到达阻挡器直线(180度)需25ms，则失步穿越整个透镜时间大于50ms。,(3)阻挡器特性:功角180度的临界线(4)电抗线特性：电抗线以下为I段，以上为II段。,4失步预测保护(1)两机系统示意图；Ug Uh采样波形(2)算法：,第七节转子表层负序过负荷保护（负序电流保护）1必要性：2发电机短期承受负序电流的能力:对于特定的发电机，它的承受转子温升的能力是一定的，用发热常数A来表示。对间接冷却汽轮发电机,A=30对间接冷却水轮发电机,A=40而直接冷却发电机A小得多,3保护的整定：(1)定时限保护，一般用于A很大的空冷机组,特别是水轮发电机参见图形(2)反时限负序电流保护 参见图形(3)判据的运行实践和修正 1.但是发电机转子已经烧损:2.但是发电机转子没有损坏,第八节主设备异常运行的其他保护1过励磁保护 必要性分析2过负荷保护 大型发电机都要装设反映定子和转子绕组平均发热状况的过负荷保护装置。,3过电压保护 大型汽轮发电机：对定子绕组的绝缘带来威胁变压器：励磁电流剧增，引起过励磁和过磁通。过励磁：绝缘因发热而降级过磁通：变压器铁芯饱和并在铁芯相邻的导磁体中产生巨大涡流损失，严重时可因涡流发热使绝缘材料永久性破坏。对200MW以及以上的汽轮发电机则都装设电压保护。,4逆功率保护 定义：汽轮机：残留在汽轮机尾部蒸汽与长叶片摩擦使过热。燃气轮机：齿轮损坏的问题柴油发电机：未燃尽燃油可引发爆炸或者着火的危险。因以上的发电机组都应该装设逆功率保护。,5发电机频率异常保护(1)必要性：对水轮发电机：一般来说没有限制汽轮机：若运行频率接近或者等于叶片自然频率时，将导致共振，使材料疲劳，达到不允许的程度时，叶片就有可能断裂。(2)保护措施：1.频率升高，说明系统中有功功率过剩，将降低原动机的出力，必要时将从系统中切除部分机组。2.频率下降：投入备用机组，根据频率自动减载。,6非全相运行保护(1)成因:(2)必要性：对于大型发电机-变压器组，在220KV以及以上的电压侧为分相操作的断路器时，要求装设非全相运行保护。(3)判据：非全相运行保护，一般由灵敏的负序电流元件和非全相判别回路组成。,7发电机启动和停机保护 对于在低转速启动过程中可能加励磁电压的发电机，如果原有保护在这种方式下不能正确工作时，需加装发电机起停机保护，该保护应能在低频情况下正确工作。8发电机意外加电压保护(1)必要性：发电机在盘车过程中，由于出口断路器误合闸，突然加电压，使得发电机异步启动，在国外多次出现过，它能够给机组造成损伤。因此需要有相应的保护，迅速切除电源。(2)判据：延时返回的低频元件和过电流保护共同存在为判据。,9断路器断口闪络保护(1)起因：(2)判据：断路器三相断开位置时有负序电流出现。(3)措施：断路器三相断开位置时有负序电流出现。断口闪络保护首先动作于灭磁，以降低断口电压,失效时再启动断路器失灵保护。,10电流互感器二次断线保护(1)严重性：1.二次侧要产生很高的电压。2.大机组均系封闭母线，发电机电压回路内的电流互感器均装在封闭母线中，一旦遭受破坏，更换困难，要招致很大的停电损失。(2)保护配置：1.二次侧并联放电间隙2.二次侧并接非线性电阻,第七章 变压器保护第一节概述内部故障：相间短路；匝间短路；单相接地短路等。外部故障：变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上故障绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地(通过外壳)短路,引出线之间的相间故障等变压器的不正常工况：由外部短路或过负荷引起的过电流；油箱漏油造成的油面降低变压器中性点电压升高由于外加电压过高或频率降低而引起的过励磁等。,第二节 变压器差动保护 1励磁涌流分析(1)理论分析：空载单相变压器突然投入无穷大电源时,若忽略变压器漏抗,并考虑一次绕组匝数为1,则励磁涌流的波形图(2)波形特点：1.包含很大成分的非周期分量,往往使得涌流偏于时间轴的一侧2.含有大量的高次谐波分量,并且以二次谐波为主3.励磁涌流波形出现间断,2纵差保护的技术要求：(1)励磁涌流时,纵差保护不应该误动作(2)过励磁时，纵差保护不应误动作(3)具有比率制动或标积制动特性(4)在最小运行方式下，纵差保护区内各侧引出线上两相金属性短路时，灵敏系数不应小于2(5)装设差电流速断辅助保护,3整定计算(1)比率制动特性同发电机保护(2)差电流速断：躲变压器初始励磁涌流或外部短路最大不平衡电流整定K:倍数,视变压器容量和系统电抗大小,推荐如下:6300KVA 及以下 712;630031500KVA 4.57.040000120000KVA 3.06.0120000KVA 及以上 2.05.0(3)二次谐波制动比辅助判据：可整定为15一20(4)涌流间断角辅助判据：闭锁角可取为60度70度,4误差分析(1)稳态不平衡电流 1.电流互感器型号不同引起的不平衡电流 2.实际的CT变比和计算变比不同引起的3.变压器调压分接头改变引起的(2)暂态情况下的不平衡电流 1.短路电流的非周期分量引起铁芯饱和,误差增大2.出现的励磁涌流,5减小误差的方法(1)减小稳态情况下的不平衡电流 1.通过软件实现电流相位和幅值补偿(2)减小暂态情况下的不平衡电流1.采用以下措施防止励磁涌流间断角为60度65度；利用二次谐波制动,制动比为15%20%；利用波形对称原理的差动继电器；采用变压器分侧差动保护,第三节变压器分侧差动保护 1基本原理 2优点：(1)原理简单，装置可靠，整定调试方便(2)保护动作电流小，灵敏度高(3)CT二次侧三相可以结成星形,对于单相接地故障(大接地电流系统)有较高的灵敏度,3缺点：(1)只能够用于每一绕组有两个引出端子的单相变压器,保护继电器数目几乎增加一倍.(2)不能保护变压器常见的匝间短路,4整定原则完全与发电机纵差保护相同 第四节变压器零序差动保护 1必要性：2构成：零序差动回路由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路组成。,第五节考虑励磁特性的变压器内部短路微机保护 1原理：对一台两绕组单相变压器,原副方电路瞬时值电压电流必然有如下的关系,无论变压器铁芯是否饱和,也不管电压电流波形是否畸变:令仅当 判为无故障2问题:公共磁通，绕组漏感，三角绕组相电流不易获得；