电力工程基础：14 第六章 电力系统继电保护（5-9）

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1、1 1第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7 电力变压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护2 26.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 一、概述一、概述n大接地电流系统大接地电流系统中的单相接地短路保护：中的单相接地短路保护：采用完全星形接线的相间电流电压保护采用完全星形接线的相间电流电压保护灵敏度常常

2、灵敏度常常不能满足要求；不能满足要求；装设专门的接地短路保护装设专门的接地短路保护反映零序电流、零序电压反映零序电流、零序电压和零序功率和零序功率的保护。的保护。n小接地电流系统小接地电流系统中的单相接地故障：不构成直接短路，但中的单相接地故障：不构成直接短路，但非故障相对地电压升高容易引起两相接地短路故障。非故障相对地电压升高容易引起两相接地短路故障。保护：保护：当单相接地电流较大时，应装设单相接地保护，当单相接地电流较大时，应装设单相接地保护，使之使之动作于信号动作于信号，以便让运行人员及时采取措施消除故障。，以便让运行人员及时采取措施消除故障。3 3二、大接地电流系统中的接地保护二、大接

3、地电流系统中的接地保护1.零序电流、零序电压和零序功率的分布零序电流、零序电压和零序功率的分布图图6-32 接地短路时的零序等效网络接地短路时的零序等效网络6.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 故障点的零序电压故障点的零序电压最高最高，变压器中性点，变压器中性点接地处的零序电压为接地处的零序电压为0。4 42.零序分量的获取方法零序分量的获取方法n零序电流的获取零序电流的获取架空线路架空线路：用零序：用零序电流滤过器电流滤过器电缆线路电缆线路：用零序：用零序电流互感器电流互感器 图图6-33 零序电流的获取零序电流的获取a）零序电流滤过器）零序电流滤过器 b）零序电流互感器）零序电流互

4、感器6.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 5 5n零序电压的获取：零序电压的获取：通过电压互感器获得通过电压互感器获得。将三个单相电压互感器的副边绕组接成开口三角形绕组来将三个单相电压互感器的副边绕组接成开口三角形绕组来获取（图获取（图6-34a）从三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组来获取从三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组来获取（图（图6-34b）图图6-34 零序电压互感器零序电压互感器 a）三单相式）三单相式 b）三相五柱式）三相五柱式6.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 6 6 3.大接地电流系统的零序电流保护大接地电流系统的零序电流保护 通常采用通常采

5、用三段式零序电流三段式零序电流保护。第保护。第段为段为瞬时瞬时零序电流零序电流速断保护，第速断保护，第段为段为带时限带时限零序电流速断保护，第零序电流速断保护，第段为段为定定时限时限零序过电流保护。零序过电流保护。图图6-35 三段式零序电流保护原理接线图三段式零序电流保护原理接线图6.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 7 7第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7 电力变

6、压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护8 86.6 距离保护简介距离保护简介一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念瞬时（无时限）电流速断护瞬时（无时限）电流速断护最大运行方式最大运行方式最小运行方式最小运行方式灵敏度受系统运行方式影响较大灵敏度受系统运行方式影响较大9 96.6 距离保护简介距离保护简介一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 距离保护是反应保护安装处至故障点的距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。并根据距离的远近而确定是否

7、动作的一种保护装置。正常工作正常工作时，保护安装处测量到的电压为时，保护安装处测量到的电压为 ，电流为负，电流为负荷电流荷电流 ，比值，比值 基本上是基本上是负荷阻抗，其值较大负荷阻抗，其值较大。当当系统短路系统短路时，保护安装处测量到的电压为残余电压时，保护安装处测量到的电压为残余电压 ，电，电流为短路电流流为短路电流 ，比值，比值 为为短路阻抗，其值较小短路阻抗，其值较小。wULILLwZIUkUkIkkkZIUn距离保护的工作原理距离保护的工作原理距离保护的距离保护的优点优点：由于：由于 只与短路点到保护安装处的距离有关，因此，用只与短路点到保护安装处的距离有关，因此，用 构成的距离保护

8、构成的距离保护，其保护范围基本上其保护范围基本上不受运行方式变化的影响不受运行方式变化的影响。ZIUkZ1010n距离保护的保护范围距离保护的保护范围 距离保护的保护范围用整定阻抗距离保护的保护范围用整定阻抗Zset值的大小来表示。值的大小来表示。当线路发生短路时，若距离保护的测量阻抗当线路发生短路时，若距离保护的测量阻抗Zm小于整定小于整定阻抗，即阻抗，即ZmZset，保护动作；若，保护动作；若Zm Zset，则保护不动作。，则保护不动作。因此，距离保护实质上是一种因此，距离保护实质上是一种低量动作低量动作保护。保护。二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性采用三段式阶梯延时特性，如图采

9、用三段式阶梯延时特性，如图6-40所示。所示。v第第I段：段：保护范围为本线路全长的保护范围为本线路全长的80%85%，动作时限为，动作时限为继电器本身的固有时间。继电器本身的固有时间。tv第第II段：段：保护范围为本线路全长的保护范围为本线路全长的125%，其动作时限应比，其动作时限应比下一线的第下一线的第I段保护动作时限大段保护动作时限大 。6.6 距离保护简介距离保护简介1111v第第III段：段：保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至更远，其动作时限应比下一线路第更远，其动作时限应比下一线路第III段的动作时限大段的动作时限大 。t图图6-

10、40 距离保护的时限特性距离保护的时限特性6.6 距离保护简介距离保护简介1212三、距离保护的主要组成元件三、距离保护的主要组成元件 三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图6-41所示。所示。起动元件：起动元件：采用过电流继电器或采用过电流继电器或阻抗继电器。阻抗继电器。三段式距离保护的组成元件框图三段式距离保护的组成元件框图6.6 距离保护简介距离保护简介方向元件：方向元件：可采用单独的功率方向继可采用单独的功率方向继电器，但更多的是采用方向阻抗继电电器，但更多的是采用方向阻抗继电器，既作为方向元件，又作为阻抗元器，既作为方向元件，又作为阻抗元件。件。测量

11、元件：测量元件：采用带方向性的阻抗继电器。采用带方向性的阻抗继电器。时间元件：时间元件：采用时间继电器或延时电路。采用时间继电器或延时电路。13136.6 距离保护简介距离保护简介四、阻抗继电器的基本构成原理与动作特性四、阻抗继电器的基本构成原理与动作特性 设设BC线路距离线路距离段的整定阻抗段的整定阻抗Zset=0.85ZBC，并，并设设 ，则阻抗继电器的动作特性应是在，则阻抗继电器的动作特性应是在Zset范围内的一范围内的一条线段，由于受短路点过渡电阻和互感器角误差的影响条线段，由于受短路点过渡电阻和互感器角误差的影响，通通常用包含该线段在内的常用包含该线段在内的一个圆一个圆来表示。来表示

12、。lset图图6-42 阻抗继电器的动作特性阻抗继电器的动作特性1全阻抗继电器全阻抗继电器特性圆特性圆 2方向阻抗继电器方向阻抗继电器特性圆特性圆1414全阻抗继电器：全阻抗继电器：以以B点为圆心，以点为圆心，以Zset为半径得到的为半径得到的圆圆1，称，称为全阻抗继电器的特性圆。为全阻抗继电器的特性圆。方向阻抗继电器：方向阻抗继电器：以以Zset为直径，圆周通过为直径，圆周通过B点得到的点得到的圆圆2，称为方向抗继电器的特性圆。称为方向抗继电器的特性圆。lset 由由特性圆特性圆2可以看出，当方向阻抗继电器的整定阻抗角与可以看出，当方向阻抗继电器的整定阻抗角与线路的阻抗角相等，即线路的阻抗角

13、相等，即 时，继电器的动作阻抗时，继电器的动作阻抗Zop最最大（等于圆的直径），保护范围最长，继电器最灵敏。此时大（等于圆的直径），保护范围最长，继电器最灵敏。此时的整定阻抗角称为阻抗继电器的的整定阻抗角称为阻抗继电器的最大灵敏角最大灵敏角，用，用 表示。表示。s注意：注意：全阻抗继电器在线路反方向短路时也动作，即继电器没有方向全阻抗继电器在线路反方向短路时也动作，即继电器没有方向性，因此，必须和方向元件配合使用使以其反方向短路时不动作。性，因此，必须和方向元件配合使用使以其反方向短路时不动作。6.6 距离保护简介距离保护简介1515整流型全阻抗继电器：整流型全阻抗继电器：“全阻抗全阻抗”无方

14、向性无方向性电抗变压器电抗变压器中间变压器中间变压器0kukiUKIKkukiUKIKuikkKKIUsetkZZ6.6 距离保护简介距离保护简介1616整流型全阻抗继电器：整流型全阻抗继电器：“全阻抗全阻抗”无方向性无方向性电抗变压器电抗变压器中间变压器中间变压器学习这种比学习这种比较的思路较的思路6.6 距离保护简介距离保护简介1717第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7

15、电力变压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护18186.7 电力变压器的保护电力变压器的保护一、电力变压器的故障类型和应装设的保护一、电力变压器的故障类型和应装设的保护1、故障类型：、故障类型：内部故障内部故障绕组的匝间短路绕组的匝间短路绕组的相间短路绕组的相间短路单相接地短路单相接地短路外部故障外部故障相间短路相间短路单相接地短路单相接地短路异常运行状态异常运行状态变压器过负荷变压器过负荷外部短路引起的过电流外部短路引起的过电流油箱漏油引起的油面过低油箱漏油引起的油面过低外部接地故障引起的中性点过电压外部接地故障引起的中

16、性点过电压变压器油温升高变压器油温升高“变压器油箱内部故障变压器油箱内部故障”“变压器油箱外部故障变压器油箱外部故障”19192、应装设的保护、应装设的保护:主保护主保护瓦斯保护瓦斯保护轻瓦斯轻瓦斯动作于信号动作于信号重瓦斯重瓦斯动作于跳闸动作于跳闸纵联差动保护或电流速断保护纵联差动保护或电流速断保护后备保护后备保护（相间短路）（相间短路）过电流保护过电流保护复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护负序过电流、低电压起动的过电流保护负序过电流、低电压起动的过电流保护低阻抗保护低阻抗保护辅助保护辅助保护接地保护接地保护过负荷保护过负荷保护过励磁保护过励磁保护温度保护温度保护6.7 电力变

17、压器的保护电力变压器的保护2020二、瓦斯保护二、瓦斯保护n油浸式变压器内部故障的一种保护装置。油浸式变压器内部故障的一种保护装置。n故障点电流和电弧作用，变压器油和其他绝故障点电流和电弧作用，变压器油和其他绝缘材料受热分解，产生气体。缘材料受热分解，产生气体。n气体继电器，实现瓦斯保护。气体继电器，实现瓦斯保护。6.7 电力变压器的保护电力变压器的保护图图6-43 瓦斯继电器安装示意图瓦斯继电器安装示意图1变压器油箱变压器油箱 2连接管连接管3气体继电器气体继电器 4油枕油枕2121三、电流速断保护三、电流速断保护对于容量较小的变压器，应在对于容量较小的变压器，应在电源侧电源侧装设电流速断保

18、护。装设电流速断保护。说明：说明：当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相三继电器式接线。三继电器式接线。6.7 电力变压器的保护电力变压器的保护2222四、变压器的纵联差动保护四、变压器的纵联差动保护6.7 电力变压器的保护电力变压器的保护v内部短路时（内部短路时（k2点）点）21IIIK1IIK或或 继电器动作。继电器动作。图图6-46 变压器差动保护原理接线图变压器差动保护原理接线图双侧电源双侧电源单侧电源单侧电源v正常运行或

19、外部短路正常运行或外部短路时（时（k1点）点）：021IIIK继电器不动作。继电器不动作。保保护护范范围围2323第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7 电力变压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护24246.9 电力电容器的保护电力电容器的保护 一、电容器组的故障类型和应装设的保护一、电容器组的故障类型和应

20、装设的保护n故障类型：故障类型：电容器组和断路器之间连线上的短路；电容器组和断路器之间连线上的短路；电容器组内部故障及其引出线上的短路；电容器组内部故障及其引出线上的短路；电容器组回路内的单相接地短路；电容器组回路内的单相接地短路；个别电容器的切除而引起的过电压等。个别电容器的切除而引起的过电压等。n应装设的保护：应装设的保护：每台电容器应装设熔断器进行保护；每台电容器应装设熔断器进行保护；对于多台电容器连接而成的电容器组，应根据连接方式的对于多台电容器连接而成的电容器组，应根据连接方式的不同装设不同装设过电流过电流保护、保护、过电压过电压保护、保护、横差横差保护等。保护等。2525二、电容器

21、组的过电流保护二、电容器组的过电流保护n动作电流：动作电流：躲过电容器投运时的冲击电流，即躲过电容器投运时的冲击电流，即 NCiwrelKopIKKKI.式中，式中，Krel取取22.5。n灵敏度校验灵敏度校验：KopkSIIK.)2(min.1.5 式中，式中，为最小运行方式下，电容器组首端两相短路时，为最小运行方式下，电容器组首端两相短路时，流过保护安装处的短路电流。流过保护安装处的短路电流。）（2min.kIn动作时限动作时限：保护装置可不带时限或带保护装置可不带时限或带0.10.2s的短时限。的短时限。6.9 电力电容器的保护电力电容器的保护 2626三、电容器组的横差保护三、电容器组

22、的横差保护n横差保护的接线横差保护的接线图图6-61 电容器中性线电流平衡保护原理接线图电容器中性线电流平衡保护原理接线图中性线电流平衡保护中性线电流平衡保护：主要用于保护双星形接线电容器：主要用于保护双星形接线电容器组的内部故障，其原理接线图如图组的内部故障，其原理接线图如图6-61所示。所示。6.9 电力电容器的保护电力电容器的保护 2727横联差动保护横联差动保护：用于保护双三角形接线电容器组的内部用于保护双三角形接线电容器组的内部故障，其原理接线图如图故障，其原理接线图如图6-62所示。所示。图图6-62 电容器组横联差动保护原理接线图电容器组横联差动保护原理接线图6.9 电力电容器的保护电力电容器的保护 2828四、电容器组的过电压保护四、电容器组的过电压保护 当电容器组所接母线电压升高时，为保护电容器组不致当电容器组所接母线电压升高时，为保护电容器组不致损坏，应装设过电压保护，损坏，应装设过电压保护，延时动作于信号或跳闸延时动作于信号或跳闸。过电压继电器的动作电压按母线电压不超过过电压继电器的动作电压按母线电压不超过110%额定电额定电压压整定，即整定，即 uNCKopKUU1.1.式中，式中，Ku为为电压互感器的变比；为为电压互感器的变比；UNC为电容器的额定电压。为电容器的额定电压。6.9 电力电容器的保护电力电容器的保护