讲课稿补充内容保护.docx

1、讲课稿补充内容保护继电保护应关注的问题1.概述随着国民经济的发展，我国电网的规模和容量也在不断扩大和增加。目前我国已经形成了多个大电网，甚至有的电网已经进入世界“特大电网”的行列，如：华北、华中、华东等电网，而且，这三个电网已经联网运行。此外，在电压等级上，我国除220kV、500kV、750kV超高压电网外，已经建成并运行的还有1000kV特高压线路。电网容量的增大，电压等级的提高，使电网的稳定问题就显得异常重要。而继电保护就是保证电网稳定的一个重要环节。如系统故障快速切除，就需要继电保护装置能够在尽可能短的时间内切除电网中的短路故障，如果切除故障的时间过长，在超高压电网中就有可能引起系统波

2、动或振荡（快速性）。另外，当电力系统确实发生振荡时，又要求继电保护装置不能误动（可靠性）。须知，电网稳定的破坏，如果处理不当，则可能会引起大的波动，甚至造成电网的瓦解或崩溃，这是绝对不允许的，也是任何一个国家都不愿意看到的。因此，为了维护电网的稳定运行，对于继电保护提出了更高的要求。我国的继电保护从上世纪50年代至今，经过几代人的努力，继电保护装置从感应型原理、电磁式保护时代，已经发展到今天的微机保护时代。新建的发电厂、变电站全部都是微机保护，老的厂、站也已经进行了改造，微机保护已覆盖电网的90%以上的电厂和变电站。我国的继电保护技术已达到很高的水平，并且在国际上也是领先的。国产保护装置从原理

3、技术到工艺、质量都达到了我们国家前所未有的最高水平。不仅如此，中国人自己总结了几十年的电网运行经验，有一套适合我国电网运行的管理办法，使得我国的电网运行几十年相对稳定，未发生特大电网事故。为保证继电保护能够安全可靠运行，作为一个继电保护专业人员，应该熟悉继电保护及二次回路的特点，不断积累经验，特别是现场运行维护方面的特点，应给予充分关注，以丰富自己的实践经验和知识，熟练处理现场的各种问题。以下根据现场的实际情况，介绍一些重点问题。2.变压器差动保护（1）能够反应变压器内部及引出线上的相间短路故障和匝间短路故障，但是不能反应星形接线绕组中尾部的相间短路、也不能反应匝数很少的匝间短路，保护也存在死

4、区。要依靠瓦斯保护动作跳开相应的断路器，所以，变压器纵差保护和瓦斯保护是变压器的主保护。发电机定子每相只有一个绕组，当发生匝间短路时，定子绕组两侧电流互感器二次电流=0，没有差流，纵差保护不会动作。而变压器当某侧绕组匝间短路时，该绕组的匝间短路部分可视为出现了一个新的短路绕组，由于变压器有磁耦合关系且有每相不少于两个绕组，匝间短路时0，使差流变大，当达到整定值时差动就会动作。所以变压器纵差保护能够反应匝间短路。（2）差动保护中的差动速断的作用当变压器内部故障电流过大时，变压器差动保护用的电流互感器将要饱和，电流互感器饱和时将产生各种高次谐波，其中包含二次谐波分量。而变压器差动保护的涌流闭锁功能

5、，目前大部分采用二次谐波闭锁，当电流互感器饱和时，电流中的二次谐波分量将会使差动保护闭锁，不能动作出口。这时，只能靠差动速断保护动作出口，因为涌流闭锁不闭锁速断。因此，变压器差动保护中要设置速断保护。根据差动速断保护的特点，要求差动速断保护满足以下两点要求：a.动作电流应能躲过最大励磁涌流电流。b.区内发生最大短路电流故障时，应有足够的灵敏度（一般这种故障都是发生在高压套管引线上）。（3）变压器过激磁对差动保护的影响变压器差动保护的特点，在变压器过激磁时差动保护会误动，如何防止差动误动。因变压器过激磁时铁心趋向饱和，变压器的传变作用下降，高、低压侧电流比例失衡，引起差动保护误动。解决的办法是：

6、利用变压器过激磁时产生5次谐波的特点，保护中利用5次谐波闭锁。（4）关于“电差动”变压器单侧充电时，有励磁涌流。励磁涌流是如何产生的？与哪些因素有关？变压器励磁涌流产生的原因是由于变压器铁芯中剩磁的存在，影响涌流的大小与合闸角有关，还与充电侧系统电源的容量有关。既然如此，如果没有铁芯也就不存在励磁涌流的问题，因此也就没有涌流闭锁的问题。如：发电机、电抗器、自耦变压器等，都是直接电的联系，不是磁耦合的关系。差动保护可以不用采取涌流闭锁措施。但如果有第三绕组，通常这个第三绕组与其它两绕组是磁耦合的关系，因此，仍需要涌流闭锁措施。 （a）三相接线图自耦变压器示意图 （b）单相示意图非电量保护不起动失

7、灵保护，主要是因为非电量保护动作后返回时间不确定，容易误起动失灵保护。主要是瓦斯保护。在华北地区，其它非电量保护包括变压器温度、压力释放等只投信号，不投跳闸，主要是不精确、不可靠，而且由于其它原因可能引起误动。3.发电机失磁保护低励限制与失磁保护的配合计算： 失磁保护定值按异步阻抗圆整定，动作方程采用R-X平面坐标描述，且为二次值，而在励磁调节器中的低励限制环节，采用P-Q平面坐标描述，且为一次值。由于失磁保护和低励限制采用了不同的坐标系，要验证失磁保护和低励限制的定值整定配合是否合理，就要把两者转换在一个坐标平面下分析。下面是把失磁保护异步圆映射到P-Q平面后，失磁保护和低励限制定值的比较：

8、 失磁保护异步圆映射的P-Q平面的理论计算： 失磁保护异步阻抗圆如下图所示：设失磁保护异步圆的圆心为（0，X0）,半径为R0，圆内为动作动作区，其动作方程为： （1）这是二次阻抗值的方程，式中X0为圆心，R0为半径，将R=Ucos/I,X= Usin/I（U、I为机端线电压和相间电流的二次值）带入（1）式中化简得：（2）将sin=Q/(UI)代入上式得： （3）将I=(P+Q)/U 代入上式中得：（4）由上图异步阻抗圆的特点可知，R0X0,即R0-X0 0，上式变换如下： （5）式（5）即为失磁保护异步圆在P-Q平面的表达式，式中：X0为失磁保护异步圆的圆心，R0为失磁保护异步圆的半径；P、Q

9、为发电机有、无功率的二次值，U为机端线电压二次值，由式（5）知失磁保护异步圆映射到P-Q二次值平面仍是一个圆的特性，动作圆与Q轴（0,-U/(X0+R0)和（0，-U/(X0-R0）两个点，动作区域在圆内，。如图所示： 失磁保护（异步圆）的映射 发电机的技术参数：发电机直轴同步电抗Xd：2.186，发电机直轴暂态电抗Xd（不饱和值）：0.229，发电机额定容量Sg：176.5MVA,机端电压15.75KV。发变组保护厂家技术说明书上关于失磁保护的整定计算说明如下：式中：Xd、Xd为发电机暂态电抗和同步电抗标幺值，取不饱和值；Ugn、Sgn为发电机额定电压和额定视在功率；Nn、Nv为电流互感器和

10、电压互感器变比。 按照上述计算式，发电机失磁保护的整定值为：Xa=-0.5*0.229*=-1.635,即上述失磁保护异步阻抗圆的Z1Xb=-(2.186+0.229/2)*=-32.85，即上述失磁保护异步阻抗圆的Z2。则对应失磁保护异步圆的：圆心：X0=（-32.85+1.63）/2+1.63=-17.24半径：R0=(-32.85+1.63)/2=-15.61由前述理论计算可知，失磁保护异步阻抗圆映射到P-Q二次值平面的动作方程为：按照发电机进相要求机端电压最低为0.95倍的额定电压，当机端电压为0.95倍的额定电压时，映射到P-Q平面的动作圆： 圆心：Q0=-17.24*95V/（17

11、.24-15.61）=2905.8（Var） 半径：r0=95V*15.61/(17.24-15.61)=2631(Var)即P-Q二次值平面图中： Q1=-2905.8+2631=-274.8Var Q2=-（2905.8+2631）=-5536.8Var折算到P-Q一次值平面图中， Q1=-69.048MVar，Q2=-1395.3 MVar4.线路保护线路主保护为光纤纵差保护光纤电流差动保护超高压输电线路的光纤电流差动保护是220kV、500kV线路的主保护。与普通的电流差动保护在原理上区别不大。就电流差动保护本身而言，具有原理简单，不受运行方式变化的影响、动作灵敏度高、快速、可靠，而且

12、能适应电力系统振荡、非全相运行等优点。是其他保护形式所无法比拟的。光纤电流差动保护在继承了电流差动保护的这些优点的同时，以其可靠稳定的光纤传输通道，保证了传输电流幅值和相位的正确可靠。进一步提高了继电保护运行的安全性和可靠性。光纤电流差动保护通过光纤电缆传输继电保护需要的模拟量信号和开关量信号。正常运行时，通过光缆将线路对侧的电流幅值和相位传送到本侧，与本侧的电流幅值和相位进行比较。线路正常输送负荷的情况下，两侧的电流幅值相等，相位互差1800 。保护中的差电流为0，保护装置不动作。当被保护线路发生区内故障时，两侧的电流相位相差00，两侧保护瞬时跳开本侧开关。区外故障时，两侧电流的相位与正常运

13、行时相同，相差1800。两侧电流的幅值则因为故障电流的大小不同而不等。特别是当区外故障电流较大时，由于两侧CT的特性差异，会造成电流差动保护中的不平衡电流增加，差流增大，导致保护误动。为此，光纤电流差动保护具有比率制动特性，可有效的保证区外故障时保护不会误动。在复用通道的光纤电流差动保护中，保护与复用装置时间同步的问题对于光纤电流差动保护的正确运行起到关键的作用，因此，目前光纤差动电流保护都采用主从方式，以保证时钟的同步；同时，在线监视误码率，当通道异常时自动闭锁差动保护。线路的光纤电流差动保护中还设置了后备保护。后备保护通常是三段式距离和零序电流保护。当光线通道异常、电流差动保护退出运行时，

14、起到后备保护的作用。光纤差动保护还具有“直跳”和“远传”的功能，当本侧失灵、过电压等保护动作时，可通过远传或直跳功能使对侧开关跳闸。注意尾纤正确放置，防止因防止不当引起尾纤折断。线路的后备保护距离保护作为主保护，都受到极大关注，这是不容置疑的。但是后备保护也应引起我们的重视。须知，后备保护在正常情况下，也是投入运行的，如果出现问题，也是可以误跳断路器的，特别是距离保护一段。虽然不能保护线路全长，但动作无延时，属于瞬动段，后备保护也必须给予关注。线路发生短路时,距离保护测量阻抗ZK=UKIKZd等于保护安装点到故障点的(正序)阻抗。显然该阻抗和故障点的距离是成比例的。因此习惯地将距离保护继电器称

15、为阻抗继电器。三段式距离保护的原理，与电流保护的差别在于距离保护反应的是电力系统故障时测量阻抗的下降，而电流保护反映是电流的升高。且距离保护不受运行方式的影响，而电流保护受运行方式的影响较大。距离保护的动作特性是复平面第二象限上一个带方向的圆特性或多边形特性。（1）躲弧光电阻和过渡电阻的能力，电力系统中短路一般都不是纯金属性的，而是在短路点存在过渡电阻，包括弧光电阻和接地点的过渡电阻。它的存在，使得距离保护的测量阻抗发生变化。造成保护装置不能正确动作。在短线路或超短线路上，短路时弧光电阻相对于整定阻抗的比例将增大，弧光电阻与线路阻抗相加的结果，超出保护的整定范围，造成保护拒动。为了提高保护装置

16、容许弧光电阻的能力，在南瑞的保护装置中设置了调整阻抗圆偏移角度的定值。可以使阻抗特性圆偏移，以防止短线路故障时，因弧光电阻造成的保护拒动。如下图当在距离保护范围外一点发生警过渡电阻接地时，根据距离保护的特点，保护将会超范围误动，为了防止在这种情况下保护误动，在四方保护中将保护特性的多边形进行调整，防止在阵中情况下保护“超越”。如下图（2）负荷限制特性用于长线路、重负荷的情况。因这时保护测量阻抗值接近于动作阻抗值，但负荷阻抗的相位不同于故障时的测量阻抗，所以，用两条直线，保证在正常运行时，负荷阻抗即使再小，由于不会进入到限制线以内，保护不会误动。（3）振荡闭锁功能，根据阻抗元件的原理特点，当电压

17、降低、电流增大时，测量阻抗就会减小，当测量阻抗减小到进入阻抗动作范围时，阻抗继电器就会动作。线路短路时，就是这种情况，保护动作是正确的。然而，当发生系统振荡、振荡中心处于保护安装处时，也会出现这种情况，如果这时保护动作就不正确了。因此阻抗元件须能够正确判断短路故障和系统振荡。为此，在阻抗元件中设置了振荡闭锁功能，当电力系统发生振荡时，瞬时闭锁距离保护。由于系统振荡周期最长一般在1.5S左右，这对于距离保护的一、二段则无法躲过，距离三段由于动作时间较长，靠时间能躲过振荡周期。因此，振荡闭锁只闭锁一、二段。距离保护定值中，有一个“振荡闭锁开放160ms”，是什么意思？参考王梅义著电网继电保护应用P

18、115117。（4）PT断线闭锁功能，距离保护在PT断线时将会发生误动，因此，保护设置了判断PT断线闭锁的功能，当发生PT断线时立即闭锁保护，防止误动。（5）综合重合闸5.断路器失灵保护失灵保护的功能和基本原理当被保护线路或元件发生故障,继电保护动作跳闸,脉冲已经发出，而断路器却因本身原因没有跳开，失灵保护则以较短的延时，跳开故障开关的相邻开关，或故障开关所在母线上所有其它开关。以尽快将故障线路或元件从电力系统切除。根据失灵保护的上述功能，要求继电保护在动作跳闸的同时起动失灵保护。失灵保护的设置形式与一次系统的接线形式有关。在双母线接线形式的厂、站，只设置一套失灵保护，母线上连接的任何一个元件

19、（线路或变压器）的保护装置动作跳闸的同时，均起动失灵保护。失灵保护根据故障开关所在的位置，动作后切除相应母线上的其它开关。在3/2接线的厂、站中，失灵保护是按断路器设置的，当保护动作跳闸，断路器跳不开时，故障开关本身的失灵保护起动，如果故障开关是中间开关，则跳开相邻的两个边开关。如果是边开关故障，则一方面跳开中间开关，另一方面，起动所在母线的母差保护动作，跳开所在母线上的其他开关。按反措要求，双母线的失灵保护与母差保护相同，为防止正常运行时保护误动，应设置复合电压闭锁。在发电厂或变电站，无论一次系统是哪种接线形式，均只设置一套失灵保护。关于非全相起动失灵保护问题对失灵保护的技术要求（1）对双母

20、线接线的失灵保护，当发变组保护起动失灵保护时，应有解除电压闭锁的输入回路。这是因为，当发变组内部故障时，若故障点在发电机内部，失灵保护中的低电压和负序电压的灵敏度可能不够，造成不能开放跳闸回路，跳不开母线上的其它断路器。因此，反措中明确要求，发变组起动失灵保护要解除复合电压闭锁。（2）失灵保护跳闸时，应同时起动断路器的两组跳闸线圈。（3）对用于3/2接线的失灵保护，在保护动作之后，以较短的延时，再次给故障开关一次跳闸脉冲，以较长的延时跳相邻开关。（4）失灵保护动作后，应给线路纵联保护发出允许或闭锁信号，以便使对侧开关跳闸。电流互感器二次不允许“开路”电流互感器在二次回路中是一个电流源，其内阻抗

21、接近无穷大，而一次阻抗则非常小。正常运行时，二次电流产生的磁通对一次电流产生的磁通起去磁作用。励磁电流很小。当二次负载阻抗很小时，一次电流与二次电流的误差就小。这是因电流互感器励磁阻抗很大，励磁电流很小，二次电流基本反应了一次电流的幅值和相位。但是，有两种情况是不允许的：a.如果二次负载阻抗过大，将导致励磁电流增加，二次电流减小，一、二次电流之间的误差就会增大，特别是当一次系统发生短路时，短路电流很大，这个误差也就更大，从而影响保护的正确动作。这是我们不希望的。因此要限制电流互感器的二次负载阻抗，要保证在最大短路电流的情况下，误差不超过10%。b.如果二次开路，二次电流的去磁作用消失，一次电流全部变为励磁电流，使铁芯内的磁通急剧增大，铁芯高度饱和，因二次绕组匝数很多，将会在二次绕组两端产生高电压，危及设备和人身安全。而且还会烧毁电流互感器，所以，电流互感器二次不能开路。 电流互感器二次开路时的电压和铁芯磁通波形图