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總結繼電保護相關知識點

2022.06.15

 一、電力系統中常見的故障類型和不正常運行狀態

 

  故障:短路(最常見也最危險);斷線;兩者同時發生

 

  不正常:過負荷;功率缺額而引起的頻率降低;發電機突然甩負荷而產生的過電壓;振蕩

 

  繼電保護在電力系統發生故障或不正常運行時的基本任務和作用。

 

  迅速切除故障,減小停電時間和停電范圍指示不正常狀態,并予以控制

 

  二、繼電保護的基本原理

 

  利用電力系統正常運行與發生故障或不正常運行狀態時,各種物理量的差別來判斷故障或異常,并通過斷路器將故障切除或者發出告警信號

 

  三、繼電保護裝置的三個組成部分

 

  測量部分:給出“是”、“非”、“大于”等邏輯信號判斷保護是否啟動

 

  邏輯部分:常用邏輯回路有“或”、“與”、“否”、“延時起動”等,確定斷路器跳閘或發出信號執行部分

 

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  四、保護的四性

 

  選擇性:保護裝置動作時僅將故障元件從電力系統中切除,使停電范圍盡量減少

 

  速動性:繼電保護裝置應盡可能快的斷開故障元件。

 

  靈敏性:繼電保護裝置應盡可能快的斷開故障元件。故障的切除時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和

 

  可靠性:在保護裝置規定的保護范圍內發生了它應該反映的故障時,保護裝置應可靠地動作(即不拒動,稱信賴性)而在不屬于該保護裝置動作的其他情況下,則不應該動作(即不誤動,稱安全性)。

 

  五、主保護、后備保護

 

  保護:被保護元件發生故障故障,快速動作的保護裝置

 

  后備保護:在主保護系統失效時,起備用作用的保護裝置。

 

  遠后備:后備保護與主保護處于不同變電站

 

  近后備:主保護與后備保護在同一個變電站,但不共用同一個一次電路。

 

  六、繼電器的相關概念:

 

  繼電器是測量和起動元件

 

  動作電流:使繼電器動作的最小電流值

 

  返回電流:使繼電器返回原位的最大電流值

 

  返回系數:返回值/動作值

 

  過量繼電器:返回系數Kre1

 

  欠量繼電器:返回系數Kre1

 

  績電特性:啟動和返回都是明確的,不可能停留在某個中間位置

 

  階梯時限特性:

 

  最大(?。┻\行方式:

 

  在被保護線路末端發生短路時,系統等值阻抗最?。ù螅?,而通過保護裝置的電流最大(?。┑倪\行方式

 

  三段式電流保護:由電流速斷保護、限時電流速斷保護及定時限過電流保護相配合構成的一整套保護

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  七、工作原理

 

  電流速斷保護:當所在線路保護范圍內發生短路時,反應電流增大而瞬時動作切除故障的電流保護,為了保證保護的選擇性,一般情況下只保護被保護線路的一部分

 

  限時電流速斷保護:切除本線路上電流速斷保護范圍之外的故障,作為電流速斷保護的后備保護

 

  定時限過電流保護:反應電流增大而動作,保護本線路全長和下一條線路全長,作為本條線路主保護拒動的近后備保護,也作為下一條線路保護和斷路器拒動的遠后備保護。

 

  八、整定計算

 

  串聯線路:三相星形接線可100%只切除后面的一條線路,兩相星形接線2/3機會

 

  放射線路:三相星形接線兩套保護均將啟動,兩相星形接線2/3機會只切一條

 

  采用兩相星形接線時,由于B相沒有裝設繼電器,因此靈敏度系數只能由A、C相電流決定,靈敏度比三相接線降低一半,措施:中線上再接入一個繼電器

 

  應用:三相接線:大型貴重電氣設備保護,中性點直接接地電網作為相間保護及單相接地保護(專門的零序電流保護)

 

  兩相接線:中性點直接和非直接接地電網中都廣泛采用作為相間短路保護

 

  九、方向電流保護的基本原理

 

  由母線到線路(正方向故障),動作;由線路到母線(反方向故障),不動作。只有方向元件和電流元件同時動作,保護裝置才能動作于跳閘

 

  十、功率方向繼電器

 

  應具有明確的方向性,故障時繼電器的動作有足夠的靈敏度

 

  正方向出口附近短路,存在死區,不能動作

 

  90°接線,只有正方向出口三相短路短路的很小死區外,基本無死區,且靈敏度高

 

  

 

  十一、方向性電流保護的評價

 

  在具有兩個以上電源的網絡接線中,采用方向性保護能保證各保護之間的選擇性。

 

  方向性過電流保護常用于35kV以下的兩側電源輻射型電網和單電源環網中作為主要保護

 

  35kV110kV輻射型電網,方向性過電流保護常與電流速斷保護配合使用,構成三段式方向電流保護,作為相間短路的整套保護。

 

  十二、中心點直接接地系統

 

  接地短路時零序分量的特點

 

 ?。?/span>1)故障點的零序電壓最高,系統中距離故障點越遠處的零序電壓越低

 

 ?。?/span>2)零序電流的分布,主要決定于送電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗,而與電源的數目和位置無關。

 

 ?。?/span>3)對于發生故障的線路,兩端零序功率的方向與正序功率的方向相反

 

 ?。?/span>4)零序電流與零序電壓之間的相位差也將由背側零序阻抗的阻抗角決定,而與被保護線路的零序阻抗及故障點的位置無關

 

 ?。?/span>5)電力系統運行方式變化時,系統的正序阻抗和負序阻抗隨著運行方式和變化,因而間接影響零序分量的大小。

 

  方向性零序電流保護:零序功率由線路到母線時動作

 

  零序電流保護優點:靈敏度高、受系統運行方式變化影響較小、減少誤動、速動性好、零序方向元件無死區

 

  十三、中性點非直接接地系統

 

  接地短路時零序分量的特點

 

  在發生單相接地時全系統都將出現零序電壓

 

  在非故障的元件上的零序電流數值等于本身的對地電容電流,電容性無功功率的實際方向為由母線流向線路。

 

  在故障線路上,零序電流為全系統非故障元件對地電容電流之和,電容性無功功率的實際方向為由線路流向母線。

 

  中性點經消弧線圈接地系統中單相接地故障的特點

 

  流經故障線路的零序電流將大于本身的電容電流,但大的不多。

 

  流經故障線路的容性無功功率實際方向為由母線到線路,同非故障線路。

 

  

 

  十四、中性點不接地電網中單相接地的保護

 

 ?。?/span>1)絕緣監視:三個電壓表度數不同時動作,依次斷開某線路時,0序電壓信號消失,判別故障線路

 

 ?。?/span>2)零序電流保護:利用故障線路零序電流較非故障線路大

 

 ?。?/span>3)零序功率方向保護

 

  十五、距離保護的基本原理

 

  電壓、電流保護作為主保護一般只適應于35kV及以下電壓等級電網;對于110kV及以上電壓等級的復雜電網,線路保護常采用距離保護。

 

  距離保護的實質是用測量阻抗Zm與被保護線路的整定阻抗Zset比較,當|Zm||Zset|時,繼電器動作

 

  阻抗繼電器是距離保護裝置的核心元件

 

  全阻抗繼電器:動作無方向性,無電壓死區,動作阻抗固定為Zset,一般用作無需判斷方向的啟動元件等。

 

  方向阻抗繼電器:動作具有方向性,有電壓死區,動作阻抗隨測量阻抗角變化而變化,最大動作阻抗為Zset,廣泛作為距離保護的測量元件

 

  偏移特性阻抗繼電器:正向保護范圍長,反向短路范圍短,具有一定的方向性;消除了方向阻抗繼電器出口短路時的電壓死區;動作阻抗隨測量阻抗角的變化而變化;用于手合或重合于故障時采用。

 

  四邊形阻抗繼電器:電抗特性下傾a4,防止相鄰線路出口經過渡電阻短路時的穩態超越;電阻特性傾斜a3,提高躲長線路負荷阻抗的能力;二象限邊界線傾斜a2,金屬性短路時,動作特性有一定的裕度;四象限下傾a1,保證本線路出口經過度電阻短路時,保護能夠可靠動作

 

  測量阻抗:加入阻抗繼電器的電壓電流比值

 

  整定阻抗:編制整定方案時,根據保護范圍給出的阻抗

 

  動作阻抗:使距離保護裝置剛能動作的測量阻抗

 

  

 

  十六、阻抗繼電器接線方式

 

  常用接線方式:0o接線,+30o接線,-30o接線、相電壓和具有K3I0補償的相電流接線。

 

  設負荷的功率因數(cosΦ)為1時,若UmIm同相位,稱0o接線

 

  若Um超前Im30o時,稱30o接線以此類推

 

  對相間距離保護——阻抗繼電器采用0 °接線

 

  對接地距離保護——阻抗繼電器采用零序電流補償接線要接三個

 

  最小精確工作電流:阻抗繼電器的動作阻抗與整定阻抗的差距在10&時,加入阻抗繼電器的最小電流?;?/span>Iac.min

 

  短路點過渡電阻對距離保護的影響:

 

  單側電源:使測量阻抗值增大,縮小保護范圍;保護裝置距離短路點越近時,受影響越大,保護裝置整定值越小,受影響越大

 

  雙側電源:阻抗繼電器動作特性在+R軸方向所占面積越大,受過渡電阻的影響就越小。

 

  在相同定值下,全阻抗繼電器所受影響大;當保護安裝點越靠近震蕩中心,受影響越大

 

  震蕩閉鎖回路:

 

  當系統只發生震蕩而無故障時,區外故障引起的系統振蕩時,應可靠閉鎖;區內故障,無論是否振蕩,都不應閉鎖

 

 ?。?/span>1)利用負序或零序分量是否出現

 

 ?。?/span>2)利用電流、電壓或測量阻抗的變化速度的不同來實現

 

  縱聯保護:用通信信道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯接起來,將各端電氣量相互傳到對端進行比較,判斷故障在本線路范圍內還是在本線路外

 

  縱聯差動保護:兩側電流方向不一致時繼電器中有電流,繼電器動作,跳兩側斷路器

 

  十七、載波通道的組成部分、工作原理

 

  高頻阻波器:使高頻信號被限制在被保護輸電線路范圍內,不能穿越到相鄰線路

 

  結合電容器:通高頻,阻工頻

 

  連接濾波器:帶通濾波器,使所需頻帶的高頻電容能夠通過

 

  

 

  十八、高頻收發信機

 

  閉鎖式方向縱聯保護的基本原理、構成

 

  自動重合閘的作用及對它的基本要求

 

  自動重合閘(ZCH)裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置

 

  作用:(1)對暫時性故障,可迅速恢復供電,從而能提高供電的可靠性

 

 ?。?/span>2)對兩側電源線路,可提高系統并列運行的穩定性,從而提高線路的輸送容量

 

 ?。?/span>3) 可以糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘

 

 ?。?/span>4) 在電網的設計與建設過程中,有些情況下由于考慮重合閘的作用,即可以暫

 

  緩架設雙回路線路以節約投資

 

  基本要求:動作迅速;可靠動作;

 

  單側電源線路的三相一次自動重合閘的原理

 

  當線路上發生故障,繼電保護斷開故障線路的三相斷路器后,重合閘啟動,并經過預訂延時后發出重合命令,使三相斷路器重新合閘,若瞬時性故障,重合成功,永久性,不再重合

 

  雙側電源送電線路上具有同步檢定和無電壓檢定的重合閘的工作原理

 

  當線路短路時,兩側QF斷開,線路失去電壓,M側低電壓繼電器動作,經ZCH重合。

 

  a、重合成功,N側同步檢定繼電器在兩側電源符合同步條件后再進行重合,恢復正常供電;

 

  b、重合不成功,保護再次動作,跳開MDL不再重合,N側不重合。

 

  重合閘前加速保護

 

  任一線路故障,第一次都由最里面的斷路器切除,第二次選擇性切除

 

  重合閘前加速保護

 

  第一次故障,有選擇性動作,第二次瞬時切除故障,適用于35KV以上網絡

 

  變壓器可能產生的故障的類型和異常運行狀態及其保護措施

 

  油箱內部故障:繞組相間短路,匝間短路,單相接地,鐵心燒損

 

  油箱外部故障:引出線及套管上發生各種相間短路和接地故障

 

  不正常運行狀態:外部故障或過負荷引起的過電流

 

  外部接地短路引起的過電流

 

  外部接地短路引起的中性點過電壓

 

  變壓器油面降低過勵磁等

 

  

 

  十九、保護措施:

 

  主保護:瓦斯保護;縱聯差動保護;電流速斷保護

 

  后備保護:

 

  外部相間短路時:過電流保護;復合電壓啟動的過電流保護;負序電流及單相式低壓起動的過電流保護;阻抗保護

 

  外部接地短路時:過負荷保護;過勵磁保護;其他保護

 

  變壓器縱差動保護的基本原理

 

  與線路保護有所區別,變壓器保護要考慮變比的影響

 

  二十、不平衡電流產生原因:

 

 ?。?/span>1)由變壓器兩側相位不同而產生的不平衡電流

 

 ?。?/span>2)由于兩側電流互感器的誤差引起的不平衡電流

 

 ?。?/span>3)計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流

 

 ?。?/span>4)帶負荷調變壓器的分接頭產生的不平衡電流

 

 ?。?/span>5)由變壓器勵磁電流Iu所產生的不平衡電流

 

  二十一、變壓器縱聯差動保護的整定計算的原則

 

  1、在正常運行情況下為防止電流互感器二次回路斷線時引起差動保護誤動作,保護裝置的起動電流應大于變壓器的最大負荷電流IL.max。當負荷電流不能確定時,可采用額定電流IN,并引入可靠系數K rel,Krel=1.3。

 

  2、躲開保護范圍外部短路時最大不平衡電流

 

  3、躲過變壓器最大的勵磁涌流

 

  二十二、變壓器瓦斯保護

 

  在變壓器油箱內部發生故障(包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經電弧電阻的接地短路),由于故障點電流和電弧的作用,使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體,流向油枕。故障嚴重時,油會迅速膨脹產生大量的氣體,沖向油枕利用這一特點構成反應于上述氣體而動作的保護裝置—瓦斯保護。

 

  二十三、變壓器勵磁涌流

 

  產生原因:空載合閘時,鐵心中會產生很大的磁通,使變壓器鐵芯嚴重飽和,勵磁電流急劇增大,稱為勵磁涌流

 

  影響因素:勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓的相位,鐵芯中剩磁的大小和方向,電源容量的大小,回路阻抗以及變壓器容量的大小等都有關

 

  特點:含有很大成分的非周期分量,使勵磁涌流偏于時間軸的一側;

 

  含有大量的高次諧波,而以二次諧波為主;

 

  波形之間出現間斷;

 

  識別方法:二次諧波制動

 

  

  二十四、變壓器相間短路的后備保護的工作原理、特點

 

  過電流保護:起動電流按躲開變壓器可能出現的最大負荷電流IL.max來整定,起動電流其值一般較大,往往不能滿足作為相鄰元件后備保護的要求

 

  低壓起動過電流保護:只有當電流元件和電壓元件同時動作后,才能起動時間繼電器,經延時后,通過出口繼電器動作于跳閘

 

  復合電壓起動的過電流保護:將三個低電壓繼電器改由一個負序電壓繼電器和一個接于線電壓上的低電壓繼電器組成。

 

  負序過電流保護:對于大型發電機變壓器組其額定電流大,電流元件往往不能滿足作為后備保護靈敏度的要求,此時宜采用負序電流保護。


上一條:電氣安裝工程的前期準備工作和技術要點都有哪些

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