基本保护及原理概述资料Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:17040712
- 上传时间:2022-11-28
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:1.03MB
基本保护及原理概述资料Word文档下载推荐.docx
《基本保护及原理概述资料Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基本保护及原理概述资料Word文档下载推荐.docx(44页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
当保护安装处与故障点之间有分支电源时,如图所示,分支电源将向故障点K送短路电流ICB,使流过故障线路的电流IBK=IAB+ICB,大于实际流过保护1的电流IAB,所以ICB称作助增电流。
由于助增电流的存在,使保护1的距离II段测量到的电流偏小,测量阻抗增大,保护范围缩小。
这就降低了保护灵敏性,但并不影响与下一线路距离I段配合的选择性。
为了减小助增电流对保护1距离II段的影响,在整定计算是,可以在II段引入一个大于1的分值系数,适当增大距离II段的动作阻抗,抵消助增电流带来的影响。
若保护安装处与短路点间链接的不是分支电压,而是负荷,那么在图中电网中,当K点发生短路,由A侧电压供给的短路电流IAB,在母线B处分为两路,其中IBK2直接送至短路点,IBK1经非故障线路送至短路点。
这样,流过故障线路的电流IBK2=IAB-IBK1,小于流过保护1的电流IAB,故IBK1称作汲出电流。
与助增电流正相反,汲出电流使保护1的距离II段测量到的电流偏大,测量阻抗减小,保护范围扩大。
这可能导致保护无选择性动作。
为了减小助增电流对保护1距离II段的影响,在整定计算是,可以在II段引入一个小于1的分支系数,抵消汲出电流带来的影响。
4、振荡的影响
并联运行的电力系统或发电厂之间因短路切除太慢或遭受较大冲击时出现功率角大范围周期变化的现象,称为电力系统振荡。
电力系统振荡时,在一段时间内,振荡电流很大,而保护安装处母线电压却很小,这样会造成测量阻抗落在动作范围内(持续大约半个振荡周期)。
因此,通常对动作时限较短的距离I、II段装设振荡闭锁回路,以防止距离保护在系统振荡时误动作。
而对距离III段因动作时限较长,可以不考虑振荡影响。
首先来看看电力系统振荡和短路的主要区别:
(1)振荡时,电流和各点电压幅值均呈现周期性变化;
而短路后,短路电流和各点电压幅值不变。
(2)振荡时,电流和电压的变化速度较慢;
而短路时,电流是突然增大,电压也是突然降低,变化速度很快;
(3)振荡时,三相完全对称,系统中无负序分量;
而短路时,会长时间或瞬时出现负序分量。
(4)振荡时,电压、电流的相位关系是变化的;
而短路后,电流和电压间的相位关系不变。
根据以上区别,振荡闭锁可以分为两种,一种是利用负序分量的出现与否来实现,另一种是利用电流、电压的变化速度不同来实现。
例如,当系统发生振荡时,由于测量阻抗逐渐减小,因此III段先启动,II段再启动,最后I段启动。
而当保护范围内部故障时,测量阻抗突然减小,因此III、II、I段将同时启动。
根据以上区别,可构成振荡闭锁回路,基本原理是:
当I、II和III段同时启动时,允许I、II段动作与跳闸;
而当III段先启动,经延时后,II、I段才启动时,则把I、II段闭锁,不允许它们动作于跳闸。
5、过渡电阻的影响
之前分析的,各种短路都是按金属性短路考虑的。
实际上,在短路点往往存在着过渡电阻Rcro。
对于相见故障,过渡电阻是故障电流从一相至另一相的各部分电阻总和,其中主要是电弧电阻;
对于接地短路,过渡电阻主要是杆塔接地电阻。
过渡电阻的存在通常使得测量阻抗增大,保护范围缩小,使保护灵敏性降低。
6、电压回路断线的影响
二次电压回路断线,将使阻抗继电器是去测量电压,造成测量阻抗Zk=0的假象,使阻抗继电器误动作。
为避免这种误动作,需考虑二次电压回路断线闭锁的问题。
当电压回路发生断线失压时,将距离保护闭锁不动作。
最后为阶段式距离保护的简易逻辑框图,便于大家理解。
零序保护原理概述
110kV及以上电压等级的电网均为中性点直接接地电网。
统计表明,在中性点直接接地电网中,接地故障占总故障次数的90%左右。
中性点直接接地电网发生接地短路时,将出现零序电流和零序电压。
利用这些特征电气量可构成保护接地短路故障的零序电流保护。
带方向和不带方向的零序电流保护是简单而有效的接地保护方式。
它主要由零序电流滤过器、电流继电器、零序方向继电器及与收发信机、重合闸配合的逻辑电路组成。
1、3I0和3U0的取得
对于传统的模拟式保护,3I0、3U0一般都是外接的,发展到了数字式保护时,变为可以由接入保护装置的三相电流和三相电压自产。
(1)3I0的取得
外接3I0是通过零序电流滤过器获得的。
如图,将三相电流互感器极性相同的二次端子连接在一起,就组成了零序电流滤过器。
流入继电器的电流为:
3I0=Ia+Ib+Ic。
自产3I0是在软件中得到的,微机保护将输入的三相电流在软件中相加就可以得到3I0。
现在很多微机保护上述两种方法都采用,且利用两种方法得到的3I0进行自检。
但是无论使用哪种方法取得3I0,当电流回路断线,都有可能造成保护误动作。
(2)3U0的取得
自产3U0也是在软件中将输入的三相电压相加,即:
3U0=Ua+Ub+Uc。
外接3U0是从PT开口三角处取得。
如图,三角形开口输出电压就是三相电压之和,也即3U0。
由于平时没有零序电压,取外接零序电压时,回路接线错误与断线不易发现。
所以微机保护均采用了自产3U0方式,尽量避免接入PT开口三角电压。
2、中性点直接接地系统的零序保护
(1)零序电流与零序电压
由故障分析可知(详见历史记录13),在零序网络中,只在故障点存在零序分量电源。
故障点零序电压最高,离故障点越远零序电压越低,零序电流由故障点流向中性点。
正方向发生接地故障,保护安装在M侧,K点为接地故障点。
序网图如下图所示,可得:
U0=-I0ZM0
可见,零序电压与零序电流间的角度只和保护安装处“背后”一侧的零序阻抗角(一般取70°
)有关。
所以零序电压滞后零序电流110°
。
反方向发生接地故障,根据零序序网图,同理可得:
U0=I0(ZMN0+ZMN0)
可见,反方向故障时,零序电压超前零序电流70°
,超前的角度是保护安装处正方向等值零序阻抗角。
由此可见,正、反方向接地故障时,零序电压与零序电流间的角度关系正好相反,相差180°
可以用以区分正反方向接地故障。
零序功率方向继电器也就是基于这个原理,构成了零序方向电流保护。
如相量图所示,将I0固定在0°
,那么当U0为-110°
时,零序功率方向继电器将工作在最灵敏的区域,这个角度也称之为最大灵敏角。
在最大灵敏角两边扩展不大于90°
的范围内,都为反应正反向接地故障的零序功率继电器的动作区。
(2)零序电流保护
零序电流保护通常采用三段式或四段式。
三段式零序电流保护由零序电流速断(I段)、限时零序速断(II段)、零序过电流(III段)组成。
I.零序电流速断
零序I段的整定遵循如下原则:
(a)I段的动作电流应躲过被保护线路末端发生单相或两相短路接地时,可能出现的最大零序电流。
(b)躲过由于断路器三相触头不同时合闸所出现的最大零序电流。
(c)对于220kV以上电压等级的线路,当采用单重和综重是,会出现非全相运行状态,可能产生较大零序电流。
如果I段定值设的较低,单重时容易误动作,如果设的较高,则缩小了保护范围。
为此,通常设置两个零序I段保护定值。
其中较大的称为“不灵敏I段”,用于全相运行下的接地故障,按(a)(b)整定;
较小的称为“灵敏I段”,用于全相运行下的接地故障。
正常运行时,投入“灵敏I段”定值,在线路第一次故障瞬时动作后,如果单相重合闸,则将其自动闭锁,并自动投入“不灵敏I段”定值,按躲开非全相震荡的零序电流运行,用来保护非全相运行状态下的接地故障。
II.限时零序电流速断
零序II段能保护本线路全长,以较短实现切除接地故障。
其动作电流与下一段线路的零序I段配合,比其打一个时限级差0.5s。
III.零序过电流
零序III段保护可作为相邻元件故障的后备保护,其一次电流定值不超过300A,应按照躲过最大不平衡电流来整定。
3、中性点不接地系统的零序保护
在中性点不接地电网中,用集中电容表示电网三相对地电容,并设负荷电流为零,个相对低等值集中电容相等。
正常运行时,电源和负载都是对称的,故无零序电压和零序电流。
当电网中发生了单相接地故障时,三相电压不对称,出现零序电压。
当A相接地时,根据故障分析的知识,可知BC两相对地电压升高了√3倍,零序电压3U0是正常A相电压的3倍,方向相反。
下面分析零序电流,由于Ua=0,那么各条线路A相对地电容电流Ia(c)=0,B、C相的电容电流Ib(c)、Ic(c)则经大地、故障点、故障线路、电源构成回路,所以出现了零序电流。
由图可见,各线路的电容电流从A相流入后,又分别从B相C相流出。
由此可得出一下结论,并以此为依据构成中性点不接地电网的零序保护:
非故障线路零序电容电流,数值等于本身的对地电容电流,方向由母线流向线路,零序电流超前零序电压90°
故障线路始端的零序电流,数值等于整个电网非故障元件的零序电流之和,方向由线路流向母线,零序电流之后零序电压90°
(2)中性点不接地电网的单相接地保护
中性点不接地电网发生单相接地,由于故障点电流很小,三相电压任然对称,对符合供电影响小,因此一般情况下允许继续运行1~2小时。
要求保护装置发信号,而不必跳闸。
A、绝缘监测装置
利用单相接地时出现零序电压的特点来构成的,过电压继电器接在开口处,来反映系统的零序电压,并接通信号回路。
正常运行时无零序电压,发生单相接地时,开口三角有零序电压输出,使继电器动作并发信号。
绝缘检测装置接与发电厂或变电所母线上,可以知道系统发生了接地故障和故障相别,但无法知道接地故障发生在哪条线路上,因此是无选择性的。
B、零序方向电流保护
发生单相接地时,故障线路的零序电流是所有非故障元件的零序电流之和,所以故障线路零序电流比非故障线路大,利用这个特点可以构成零序电流保护。
利用故障线路与非故障线路零序功率方向不同的特点,可以构成有选择性的零序方向电流保护。
发生接地故障时,故障线路的零序电流滞后于零序电压90°
若使零序方向继电器最大灵敏角为90°
,则此时保护装置灵敏动作。
非故障线路的零序电流超前零序电压90°
,落在非动作区,保护不会动作。
线路自动重合闸
(一)
在电力系统线路故障中,大多数都是“瞬时性”故障,如雷击、碰线、鸟害等引起的故障,在线路被保护迅速断开后,电弧即行熄灭。
对这类瞬时性故障,待去游离结束后,如果把断开的断路器再合上,就能恢复正常的供电。
此外,还有少量的“永久性故障”,如倒杆、断线、击穿等。
这时即使再合上断路器,由于故障依然存在,线路还会再次被保护断开。
由于线路故障的以上性质,电力系统中广泛采用了自动重合闸装置,当断路器跳闸以后,能自动将断路器重新合闸。
本期我们讨论一下线路自动重合闸的相关问题。
1、重合闸的利弊
显然,对于瞬时性故障,重合闸以后可能成功;
而对于永久性故障,重合闸会失败。
统计结果,重合闸的成功率在70%~90%。
重合闸的设置对于电力系统来说有利有弊。
(利)当重合于瞬时性故障时:
(1)可以提高供电的可靠性,减少线路停电次数及停电时间。
特别是对单侧电源线路;
(2)可以提高电力系统并列运行的稳定性,提高输电线路传输容量;
(3)可以纠正断路器本身机构不良或保护误动等原因引起的误跳闸;
(弊)当重合于永久性故障时:
(1)使电力系统再一次受到冲击,影响系统稳定性;
(2)使断路器在很短时间内,连续两次切断短路电流,工作条件恶劣;
由于线路故障绝大多数都是瞬时性故障,同时重合闸装置本身投资低,工作可靠,因此在电力系统中得到了广泛的应用。
2、重合闸的分类
理论上来讲,除了线路重合闸,还有母线重合闸和变压器重合闸,但权衡利弊,后两者用的很少。
因此我们只讨论线路重合闸。
按重合闸动作次数可分为:
一次重合闸、二次(多次)重合闸;
重合闸如果多次重合于永久性故障,将使系统遭受多次冲击,后果严重。
所以在高压电网中基本上均采用一次重合闸。
只有110kV及以下单侧电源线路,当断路器断流容量允许时,才有可能采用二次重合闸。
按重合闸方式可分为:
三相重合闸、单相重合闸、综合重合闸;
通常,保护装置设有四种重合闸方式:
三重、单重、综重、重合闸停用。
这四种方式可以由屏上的转换把手或定值单中的控制字来选择。
下面我们简单了解三重、单重和综重的区别。
三相一次重合闸:
线路上发生任何故障,保护三跳三重。
如果重合成功,线路继续运行,如果重合于永久性故障,保护再次三跳不重合。
单相一次重合闸:
线路发生单向接地故障,保护跳开故障相,重合。
如果重合成功,线路继续运行,如果重合于永久性故障,保护三跳不重合。
如果线路上发生相间故障,保护三跳不重合。
综合重合闸:
顾名思义,综合重合闸就是综合了三重和单重两种方式。
对线路单相接地故障,按单重方式处理;
对线路相间故障,按三重方式处理。
按重合闸使用条件可分为:
单侧电源重合闸:
通常为顺序重合闸;
双侧电源重合闸:
包括检无压/检同期重合闸、解列重合闸、自同步重合闸;
下面我们主要介绍一下比较常用的检无压和检同期重合闸。
3、检无压和检同期重合闸
在双侧电源线路三相跳闸后,重合闸是必须考虑双侧系统是否同期的问题。
非同期重合闸将会产生很大的冲击电流,甚至引起系统震荡。
对于两侧系统是否同期的认定,目前应用最多的是检查线路无压和检查同期重合闸。
也就是说,在线路的一侧采用检查线路无电压,而在另一侧采用检查同期的重合闸。
如图,MN线路的M侧采用检查线路无压重合闸(用V<
表示),N侧采用检查同期重合闸(用V-V表示)。
检无压:
当MN线路上发生短路,两侧三相跳闸后,线路上三相电压为零。
所以M侧检查到线路无压满足条件。
经延时发重合闸命令。
检同期:
M侧重合闸后,N侧检查到母线和线路均有电压,且母线与线路的同名相电压相交叉在定值允许范围内。
这事N侧合闸满足同期条件,经延时发令重合闸。
使用检同期需要同时向装置提供母线电压和线路电压。
从上述动作过程可以看出,检无压的一侧总是先重合闸。
因此该侧有可能重合闸于永久性故障再次跳闸。
断路器可能在短时间内两次切除短路电流,工作条件恶劣。
而检同期侧则肯定是重合于完好线路,工作条件好一些。
为了平衡负担,通常在线路两侧都装设检同期和检无压的继电器,定期倒换使用,使两侧断路器工作条件接近。
但对于发电厂的送出线路,电厂侧通常固定为检同期或停用重合闸。
这是为了避免发电机受到再次冲击。
断路器在正常运行情况下,由于误碰跳闸机构、出口继电器意外闭合等情况,可能造成断路器误跳闸,也就是所谓的“偷跳”。
对于使用检无压的M侧的断路器,如果发生了偷跳,对侧断路器仍闭合,线路上仍有电压。
因此检无压的M侧就不能实现重合。
为了使其能对“偷跳”用重合闸来纠正,通常都是在检无压的一侧也同时投入检同期功能。
这样,如果发生了“偷跳”,则检同期继电器就能够起作用,将“偷跳”的断路器重合。
所以M侧同时标示了V<
和V-V。
需要尤其注意的是,在使用检同期的另一侧(N侧),其检无压功能是绝对不允许同时投入的!
否则的话,可能两侧检无压功能同时作用,造成非同期合闸,对系统产生严重影响。
除了检无压和检同期的方法,在双回线上还可以使用“检相邻线有电流方式”实现同期重合闸。
当双回线中一回线发生故障并两侧三相跳闸时,当检查到一回线上有电流时,即表示两侧电源仍保持联系,可以重合本线路。
4、重合闸方式的选定
在110kV及以下电压等级的输电线路都采用的三项重合闸方式。
在220kV及以上电压等级的输电线路除了三相重合闸方式外,还有单相重合闸、综合重合闸方式。
使用单相重合闸、综合重合闸要满足一下条件:
(1)断路器必须是分箱操作的;
(2)继电保护要能选项出口,且必须考虑非全相运行问题。
这将是保护设计接线等工作复杂化,但单重、综重在超高压线路电网中,对提高供电可靠性和系统稳定性都有好处。
对于双侧电源线路,检无压侧重合闸时间整定为10s左右,另一侧检同期重合闸时间整定一般为0.5~0.8s。
当一组断路器设置有两套重合闸装置(例如线路的两套保护都配置有重合闸功能),且同时投运时,应有措施保证线路故障后仅实现一次重合闸。
线路自动重合闸
(二)
接着上一期我们继续讨论线路自动重合闸的相关问题。
本期一起了解一下装置是如何实现重合闸的。
1、重合闸装置的组成元件
通常高压输电线路自动重合闸装置主要是由起动元件、延时元件、一次合闸脉冲和执行元件等组成。
(1)重合闸起动元件:
当断路器由保护动作跳闸或其他非手动原因跳闸后,起动重合闸,使延时元件动作。
一般使用断路器控制状态与断路器位置不对应起动、保护起动两种方式。
(2)延时元件:
起动元件发令后,延时元件开始计时。
这个延时就是重合闸时间,可以在装置中整定。
(3)合闸脉冲:
当延时时间到,马上发出一次可以合闸脉冲命令,并开始计时,准备重合闸的整组复归。
在复归时间里,即使再有重合闸延时元件发出的命令,也不可以发出第二个合闸脉冲。
这样就保证了在一次跳闸后,有足够的时间合上(对瞬时故障)和再次跳开(对永久故障)断路器,而不会出现多次重合。
(4)执行元件:
将重合闸动作信号送至合闸回路和信号回路,使断路器重新合闸并发出信号。
2、重合闸的起动方式
自动重合闸装置有两种起动方式:
断路器状态与断路器位置不对应起动方式、保护起动方式。
(1)断路器状态与断路器位置不对应起动方式
如果自动重合闸装置中,控制开关在合闸状态,KKJ=1,说明原先断路器是处于合闸状态。
若此时跳闸位置继电器TWJ=1,由于手动分闸会使KKJ=0,所以一定是保护跳闸或者是断路器“偷跳”。
此时应该起动重合闸,所以KKJ和TWJ位置不对应起动重合闸的方式称为“位置不对应起动方式”。
发生“偷跳”时保护没有发出跳闸命令,所以如果不用位置不对应起动方式,就没法用重合闸进行补救。
所以位置不对应起动方式是所有重合闸都必须具备的基本起动方式。
其缺点是TWJ异常或发生粘连等情况下,该方式将失效。
所以通常会增加检查线路对应相无流的条件进一步确认,在提高可靠性。
上图为重合闸回路的示意图。
位置不对应起动方式重合闸动作过程如下:
a.当控制把手处于合后位置(KKJ=1),且断路器处于合位(HWJ=1)时,自动重合装置充电,充电完成后充电灯点亮,重合闸准备就绪。
b.此时若断路器跳闸,HWJ=0,TWJ=1,KKJ=1,时间继电器SJ动作,经一定延时后,SJ接点闭合,中间继电器ZJV电压起动。
c.ZJV接点闭合,ZJI电流自保持,合闸回路导通,合圈HQ得电,重合断路器。
(2)保护起动方式
现场运行的自动重合闸大多数是由保护动作发出跳闸命令后,才需要重合闸。
因此自动重合闸也应支持保护跳令起动方式:
本保护装置发出单相/三相跳令且对应单相/三相线路无电流,此时起动重合闸。
此外还提供保护双重化配置情况下,另一套保护装置动作后来启动本保护装置的重合闸功能:
另一套保护装置三相/单相跳闸动作触点引入本保护重合闸装置,作为本保护的“外部三跳起动重合闸”或“外部单跳起动重合闸”的开入量,再经本装置检查线路无流后,起动本装置的重合闸。
当然,在已使用位置不对应起动方式的情况下,也可以不使用该功能。
保护起动方式可以有效纠正保护误动作引起的误跳闸,但是不能纠正断路器本身的“偷跳”。
所以保护起动方式作为断路器位置不对应方式的补充。
位置不对应起动方式和保护启动方式在自动化重合闸装置一般都具备,可以同时投入,相互补充。
3、自动重合闸的充电条件
做过保护校验的朋友都知道,只有等装置重合闸充电灯亮后,重合闸才可以使用。
那么重合闸为什么要充电呢?
其实重合闸充电的主要目的是为了实现一次重合闸以及闭锁重合闸的需要。
当手动合闸或者自动重合闸后,如果一切正常,重合闸开始“充电”。
只有充电时间大于10~15s后,才“充满电”。
当重合闸装置发合闸脉冲前,先要检查一下是否“充满电”,只有“充满电”才发合闸脉冲。
重合闸装置发出合闸脉冲后,马上把“电放掉”。
如果断路器重合成功,又重新开始充电。
如果重合于永久性故障线路,保护马上再次将断路器跳开。
此时如果要再次重合闸,检查发现充电时间远远小于10~15s,没有“充满电”,所以也就不允许二次重合闸。
而为了在手动跳闸以及闭锁重合闸时,也会把“电放掉”,使装置不重合。
在模拟型保护中,充电、放电的过程确实是通过电阻、电容实现的。
重合闸发合闸命令时利用电容器上的电压对中间继电器ZJV放电。
只有电容器充电时间大于15s后,其电压才足够使ZJV动作。
而微机保护中,充电、放电的过程则通过重合闸程序中的一个计数器不断计数、清零来实现。
显然要方便了许多。
自动重合闸充电条件如下:
(1)重合闸处于正常投入状态;
(2)三相断路器都在合闸状态,断路器的TWJ都未动作;
(3)断路器液压或气压正常;
(4)没有外部闭锁重合闸的输入。
如:
没有手动跳闸、手动合闸、没有母线保护动作输入、没有其他保护闭锁重合闸输入等;
(5)没有PT断线或失压信号。
因为当采用综重或三重方式时,在三相跳闸后使用检无压或检同期重合闸,需要用到线路和母线电压。
如果PT断线或失压,将影响重合闸正常动作。
所以此时应闭锁重合闸。
4、重合闸的闭锁条件
(1)由保护装置定值控制字控制包含闭锁重合闸的条件。
距离III段、零序III段永跳等;
(2)手动合闸于故障线路上时,闭锁重合闸。
因为此时故障为瞬时性故障的概率极小;
(3)线路保护单跳或三跳失败后,直接永跳闭锁重合闸。
因为此时可能是断路器本身有故障,需要停电检修;
(4)采用单重方式时,如果保护三跳则闭锁重合闸;
(5)当双重化的两套保护都投
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基本 保护 原理 概述 资料