电力系统继电保护 教学课件 韩笑 第五章

2021-5-30第 5章 元 件 保 护 1在 线 教 务 辅 导 网 ： http:/ 教 材 其 余 课 件 及 动 画 素 材 请 查 阅 在 线 教 务 辅 导 网QQ:349134187 或 者 直 接 输 入 下 面 地 址 ：http:/ 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 2 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 3 5.1.1变 压 器 的 故 障 与 保 护 配 置 变 压 器 的 故 障 类 型油 箱 内 部 故 障 ：绕 组 匝 间 ， 绕 组 相 间 ， 中 性 点 接 地 侧 的 接 地 短 路 。油 箱 外 部 故 障 ：套 管 和 引 出 线 上 发 生 的 相 间 短 路 和 接 地 短 路 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 4 变 压 器 的 不 正 常 工 作 情 况外 部 短 路 引 起 的 过 电 流 ；外 部 短 路 引 起 的 中 性 点 过 压 ；过 负 荷 ；油 面 降 低 ；油 温 升 高 ；过 励 磁 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 5 变 压 器 应 装 设 的 继 电 保 护 装 置一 般 装 设 以 下 保 护 ：1.瓦 斯 保 护 2.纵 差 动 保 护 或 电 流 速 断 保 护3.相 间 后 备 保 护4.接 地 后 备 保 护5.过 负 荷 保 护6.过 励 磁 保 护7.其 他 保 护 ， 如 冷 却 器 故 障 、 压 力 释 放 等 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 6 瓦 斯 保 护 是 变 压 器 的 主 保 护 之 一 。瓦 斯 保 护 的 主 要 元 件 是 瓦 斯 （ 气 体 ） 继 电 器 ，安 装 位 置 在 油 箱 与 油 枕 的 连 接 导 管 中 。5.1.2 变 压 器 的 瓦 斯 保 护 瓦 斯继 电 器 油 枕 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 7下 开 口 杯 上 开 口 杯 干 簧 触 点 干 簧 触 点 平 衡 锤 放 气 阀 探 针 支 架 挡 板 进 油 挡 板 永 久 磁 铁 永 久 磁 铁 FJ3-80型 气 体 继 电 器 的 结 构 图 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 8QJ1-80型 气 体 继 电 器 结 构 图 罩 顶 针 气 塞 磁 铁 开 口 杯 重 锤 探 针 开 口 销 弹 簧 挡 板 磁 铁 螺 杆 干 簧 触 点 调 节 杆 干 簧 触 点 套 管 排 气 口 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 9 轻 瓦 斯 动 作 于 信 号轻 瓦 斯 动 作 后 应 检 查 变 压 器 油 样 ，判 别 故 障 类 型 、 程 度重 瓦 斯 动 作 于 跳 闸 ， 同 时 发 出 信 号通 常 气 体 容 积 的 整 定 范 围 为 250 300CM3 一 般 油 流 流 速 整 定 范 围 为 0.6 1.5m/s 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 10 瓦 斯 保 护 的 主 要 优 点 是 结 构 简 单 ， 灵 敏 性 高 ，能 反 应 变 压 器 油 箱 内 的 各 种 故 障 。 特 别 是 能 反 应轻 微 匝 间 短 路 。 它 也 是 油 箱 漏 油 或 绕 组 、 铁 芯 烧损 的 唯 一 保 护 。 瓦 斯 保 护 不 能 反 应 变 压 器 套 管 和 引 出 线 的 故障 ， 需 与 纵 差 动 保 护 一 起 作 为 变 压 器 的 主 保 护 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 11 5.1.3 变 压 器 的 差 动 保 护 KD 变 压 器 纵 差 动保 护 与 输 电 线 路纵 联 差 动 保 护 的基 本 原 理 相 同 。 TA2TA1一 、 变 压 器 纵 差 动 保 护 的 原 理 核 心 问 题 仍 是不 平 衡 电 流 问 题 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 12 5.1.4变 压 器 纵 差 动 保 护 不 平 衡 电 流 产 生 的 原 因分 析 不 平 衡 电 流 形 成 原 因计 算 不 平 衡 电 流 大 小整 定 差 动 保 护 动 作 值躲 过 不 平 衡 电 流 影 响 减 小 不 平 衡 电 流采 取 技 术 措 施降 低 动 作 值 ， 提 高 灵 敏 度 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 13 变 压 器 差 动 保 护 不 平 衡 电 流 产 生 的 原 因 有 ：TA励 磁 特 性 不 一 致变 压 器 各 侧 电 流 不 同 相TA变 比 标 准 化调 整 分 接 头励 磁 电 流 及 励 磁 涌 流 差 动 保 护 共 同 问 题变 压 器 差 动 保 护特 殊 问 题 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 14 TA励 磁 特 性 不 一 致TA励 磁 电 流 TA误 差TA励 磁 电 流 差 异 差 动 保 护 不 平 衡 电 流不 平 衡 电 流 经 验 公 式 unb st er 1 TA/I K K I K同 型系 数 TA误 差10 一 次电 流 TA变 比取 1 变 压 器 差 动 保 护 特 点 为 ：TA同 型 系 数 取 1 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 15 变 压 器 各 侧 电 流 不 同 相 对 于 Y， d11型 变 压 器 ， 正 常 运 行 时 d侧 电 流 超前 Y侧 电 流 300， 形 成 不 平 衡 电 流 。方 法 1.“ 外 转 角 ”变 压 器 Y侧 电 流 互 感 器 的 二 次 绕 组 接 成 三 角 形 ，d侧 的 三 个 电 流 互 感 器 接 成 星 形 。对 策 ： 相 位 补 偿 在 保 护 外 将 相 位 补 偿 过 来将 变 压 器 各 侧 二 次 电 流 调 整 为 同 相 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 16cba CBA KD1 KD2 KD3一 次 电 流 Y Y YA1 B1 C1I I I 、 、Y Y YA2 B2 C2I I I 、 、二 次 电 流 一 次 电 流 A1 B1 C1I I I 、 、A2 B2 C2I I I 、 、二 次 电 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 17 一 次 电 流纵 差 动 保 护 电 流 相 量 图二 次 电 流 YC1I YB1IYA1I YA2I YB2IYC2I Y YA2 B2I I Y YB2 C2I I Y YC2 A2I I A1I B1I C1I A2I B2IC2I 同 相 Y侧 侧 不 同 相 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 18 采 用 相 位 补 偿 接 线 后 ， 对 于 TA接 成 三 角 形 的一 侧 ， 流 入 差 动 臂 的 电 流 增 加 了 ， 应 对 该 侧的 TA变 比 进 行 修 正 。 ( ) ( ) 35TN YTA Y IK 5 )()( TNTA IK变 压 器 星 形 侧 电 流 互 感 器 变 比 变 压 器 三 角 形 侧 电 流 互 感 器 变 比 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 19 方 法 2.“ 内 转 角 ”在 保 护 内 部 采 用 软 件 算 法 进 行 相 位 补 偿变 压 器 各 侧 电 流 互 感 器 均 接 成 星 形 。 A A 0B B 0C C 0( )( )( )I I II I II I I PST1200采 用 RCS978采 用A A CB B AC C B( )/ 3( )/ 3( )/ 3I I II I II I I 主 变 Y侧 主 变 侧A A BB B CC C A( )/ 3( )/ 3( )/ 3I I II I II I I 主 变 Y侧主 变 侧 不 变 换 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 20 ！ 无 论 哪 种 相 位 补 偿 方 式 应 保 证 差 动 电 流 中 不 含 零 序 成 分外 部 发 生 接 地 故 障 时 ， 零 序 电 流 仅 流 过 变 压 器 高 压 侧 ，不 去 除 零 序 电 流 则 会 产 生 差 动 电 流 ， 导 致 保 护 误 动变 压 器 高 压 侧 发 生 接 地 故 障 时 ， 尽 管 差 动 电 流 中 不 含 零序 电 流 ， 但 由 于 有 正 序 、 负 序 故 障 电 流 ， 差 动 保 护 可 以动 作 ， 灵 敏 度 有 所 降 低 。为 提 高 接 地 故 障 灵 敏 度 ， 联 络 变 可 设 专 门 的 零 序 电 流 差动 保 护 （ 简 称 零 差 ） 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 21 TA变 比 标 准 化 3 120/5 207.8/5 观 察 算 例 ： 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 22 TA变 比 标 准 化 问 题 解 决 方 法 ：老 式 电 磁 型 差 动 继 电 器 （ 如 BCH、 DCD系 列 ） ：使 用 平 衡 绕 组 Wbal,同 时 在 整 定 时 考 虑 fI1，f为 平 衡 线 圈 选 取 误 差 ， 取 0.05微 机 型 变 压 器 保 护 ：软 件 算 法 中 引 入 补 偿 系 数 平 衡 二 次 电 流 采 样 值电 流 二 次 回 路 串 入 自 耦 变 流 器 ， 微 调 二 次 电 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 23 调 整 分 接 头变 压 器 调 整 分 接 头 时 一 侧 额 定 电 流 改 变 ，而 另 一 侧 电 流 不 变 ， 产 生 不 平 衡 电 流解 决 方 法 ： 计 算 变 压 器 额 定 电 流 以 中 间 的 分 接 头 为 准 ，整 定 动 作 电 流 时 考 虑 调 压 范 围 的 一 半 。 k.maxunb.max TAU II n 调 压 范 围 的 一 半 最 大 外 部 故 障 电 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 24 励 磁 电 流 及 励 磁 涌 流励 磁 电 流 属 于 不 平 衡 电 流 。励 磁 电 流 较 小 ， 2 10 额 定 电 流 ， 整 定 时 很 容 易 躲 过 。变 压 器 空 载 合 闸 或 外 部 故 障 切 除 时 ， 电 压 突 变 ，变 压 器 产 生 励 磁 涌 流 ， 对 差 动 保 护 影 响 很 大 。如 何 躲 避 励 磁 涌 流 影 响 ，是 研 究 变 压 器 差 动 保 护 面 临 的 主 要 难 点 之 一 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 25 励 磁 涌 流 产 生 的 原 因根 据 能 量 守 恒 定 律 ， 铁 芯 中 的 磁 通 不 能 突 变 。+ m- m suruperaper T/2 T t,u 变 压 器 .m =2 m+ sur per+aper+ surper周 期 分 量稳 态 磁 通aper非 周 期 分 量暂 态 磁 通 sur剩 磁当 电 压 突 变 时 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 26 t .m im iim t.m半 周 波 后 磁 通达 到 最 大 由 于 铁 芯 饱 和电 流 激 增 im 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 27 励 磁 涌 流 录 波 （ 空 载 合 闸 ） 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 28必 须 研 究 励 磁 涌 流 与 短 路 电 流 的 波 形 区 别 ，利 用 电 流 波 形 识 别 励 磁 涌 流 ，当 发 生 励 磁 涌 流 时 闭 锁 差 动 保 护 ， 防 止 误 动 。 励 磁 涌 流 幅 值 可 达 5-10倍 额 定 电 流 ， 与 短 路 电 流 相 当 。励 磁 涌 流 随 着 磁 通 中 非 周 期 分 量 一 起 衰 减 ， 最 后 消 失 ，励 磁 电 流 回 到 正 常 值 ， 涌 流 衰 减 时 间 为 秒 级 。差 动 保 护 以 动 作 电 流 躲 过 ， 会 导 致 内 部 故 障 拒动差 动 保 护 以 动 作 时 间 躲 过 ， 故 障 切 除 时 间 过 长 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 29 励 磁 涌 流 的 波 形 特 点3.波 形 存 在 间 断 角 。2.含 有 大 量 高 次 谐 波 ， 其 中 以 二 次 谐 波 成 分 为 主 。1.含 有 较 大 的 非 周 期 分 量 ； 波 形 偏 于 时 间 轴 一 侧 ，严 重 不 对 称 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 30 防 止 励 磁 涌 流 引 起 纵 差 保 护 误 动 的 措 施2. 波 形 不 对 称 识 别1.采 用 带 速 饱 和 变 流 器 的 差 动 继 电 器BCH、 DCD系 列 老 式 电 磁 型 继 电 器 ， 当 差 动 电 流 中 直 流 分 量 含 量 较 高时 自 动 提 高 动 作 电 流 （ 即 具 有 “ 直 流 助 磁 ” 特 性 ） ， 防 止 保 护 误 动 。4.波 形 间 断 角 鉴 别微 机 保 护 可 以 识 别 差 动 电 流 的 正 负 半 周 是 否 对 称 ， 当 电 流 波 形 严 重不 对 称 时 判 为 励 磁 涌 流 情 况 ， 闭 锁 差 动 保 护 。3. 二 次 谐 波 闭 锁 （ 制 动 ）差 动 电 流 中 二 次 谐 波 含 量 较 高 时 闭 锁 差 动 保 护 ； 或 自 动 提 高 动 作 电流 ， 二 次 谐 波 越 大 ， 动 作 电 流 提 高 越 多 。 差 动 电 流 波 形 中 间 断 角 达 到 一 定 值 （ 如 600） 以 上 时 ， 闭 锁 差 动 保 护 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 31 励 磁 涌 流 产 生 原 因励 磁 涌 流 波 形 特 点防 止 励 磁 涌 流 影 响 方 法 电 压 突 变 ， 磁 通 不 能 突 变 ，产 生 暂 态 磁 通 ， 铁 芯 严 重 饱 和 ，励 磁 电 流 激 增含 有 很 大 非 周 期 分 量 ， 波 形 严 重 不 对 称含 有 较 大 二 次 谐 波 分 量波 形 具 有 间 断 角直 流 助 磁 ， 识 别 波 形 不 对 称二 次 谐 波 闭 锁 （ 制 动 ） 间 断 角 鉴 别识 别 波 形 不 对 称 空 载 合 闸 或 外 部 故 障 切 除 时 ， 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 32 不 平 衡 电 流 产 生 原 因TA励 磁 特 性 不 一 致变 压 器 各 侧 电 流 不 同 相TA变 比 标 准 化调 整 分 接 头励 磁 电 流 及 励 磁 涌 流 技 术 措 施 整 定 计 算 考 虑.max k.maxunb fI I比 率 制 动 00.max ST L.max( 10 )unbI K U f I 00S k.maxT 10 IK 00S L.maxT 10 IK 相 位 补 偿 .max k.maxunb UI I系 数 补 偿（ 平 衡 线 圈 ） 0.051 调 压 范 围 一 半波 形 不 对 称 识 别二 次 谐 波间 断 角综 上 所 述 ， 整 定 用 平 衡 线 圈 匝 数 必 须 为 整 数 引 起的 误 差 ， 微 机 保 护 可 不 考 虑 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 33 电 磁 型 差 动 继 电 器以 前 苏 联 BCH系 列 （ 国 产 对 应 型 号 为 DCD） 为 代 表笨 重 、 灵 敏 度 低 、 内 部 故 障 时 延 时 较 多 、 调 试 复 杂共 同 特 点 ： 带 有 速 饱 和 铁 芯 的 变 流 器变 流 器 ： 差 动 电 流 不 直 接 流 入 继 电 器 线 圈 ， 经 过 变 流 器 可 以 滤 除 差 动 电 流 中 非 周 期 分量 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 34 速 饱 和 铁 芯 ： 变 流 器 铁 芯 容 易 饱 和 。 差 动 电 流 中 非周 期 分 量 不 能 变 换 至 二 次 侧 ， 全 部 用 于 铁 芯 励 磁 ，使 铁 芯 迅 速 饱 和 。 减 小 电 流 变 送 比 ， 相 当 于 提 高 动作 电 流 。直 流 助 磁 特 性 ：差 动 电 流 中 直 流 分 量 较 大 时 自 动 提 高 动 作 电 流 K.dcK.actIK IK.actK.act.0 II 1o动 作 电 流 倍 数 直 流 分 量 含 量 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 35 直 流 助 磁 特 性 作 用 ： 躲 避 励 磁 涌 流发 生 励 磁 涌 流 时 ， 由 于 差 动 电 流 中 直 流 分 量 较 大 ，动 作 电 流 提 高 很 多 ， 躲 过 了 励 磁 涌 流 。直 流 助 磁 特 性 缺 点 ：发 生 内 部 故 障 时 ， 由 于 短 路 初 瞬 直 流 分 量 可 能 较 大 ，动 作 电 流 提 高 很 多 ， 差 动 保 护 无 法 动 作 ，要 等 到 非 周 期 分 量 衰 减 后 、 动 作 电 流 回 落 ， 保 护 才 动 作 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 36 BCH-2型 继 电 器 特 点 ： 带 有 短 路 线 圈 Wk短 路 线 圈 Wk使 直 流 助 磁 曲 线 更 陡 ， 加 强 了 躲 避 励 磁涌 流 的 能 力 。 同 时 改 变 短 路 线 圈 Wk抽 头 位 置 ， 可 以调 节 直 流 助 磁 特 性 。 K.dcK.actIK IK.actK.act.0 II 1o 无 短 路 线 圈Wk为 A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2WK WK 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 37 BCH系 列 继 电 器 均 带 有 2个 平 衡 线 圈 Wbal平 衡 线 圈 Wbal串 入 二 次 电 流 较 小 的 一 侧 ，可 以 减 小 TA变 比 标 准 化 形 成 的 不 平 衡 电 流平 衡 线 圈 Wbal还 可 以 与 差 动 线 圈 串 联 、 构 成 工 作 线 圈 ，调 整 差 动 保 护 动 作 电 流 。BCH-1型 继 电 器 均 带 有 1组 制 动 线 圈 Wbrk， 动 作 电 流 具有 制 动 特 性 ， 躲 避 外 部 故 障 穿 越 电 流 形 成 的 不 平 衡电 流 能 力 较 强 。 制 动 特 性 作 用 同 线 路 纵 联 差 动 保 护 。BCH-4型 继 电 器 均 带 有 4组 制 动 线 圈 W brk， 可 用 于 三卷 变 压 器 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 38 部 件 作 用 BCH-1 BCH-2 BCH-4速 饱 和 铁 芯变 流 器 直 流 助 磁 特 性 ，躲 避 励 磁 涌 流 差 动 线 圈 产 生 动 作 磁 势 （ 安 匝 ） 二 次 线 圈 驱 动 执 行 元 件 平 衡 线 圈 减 小 TA变 比 标 准 化 形 成 的 不 平 衡 电 流 ，改 变 动 作 电 流 2个 2个 2个短 路 线 圈 加 强 直 流 助 磁 特 性 ，躲 避 励 磁 涌 流 无 无制 动 线 圈 躲 避 外 部 故 障 穿 越 电 流 形 成 的 不 平 衡 电 流 1个 无 4个 BCH系 列 继 电 器 小 结 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 39 差 动 保 护 整 定 方 法 与 差 动 继 电 器 （ 元 件 ） 类 型有 很 大 关 系 ， 各 有 特 点 。BCH-2型 继 电 器 构 成 差 动 保 护 整 定 步 骤确 定 TA接 线 形 式 ， 变 比 ，计 算 各 侧 二 次 额 定 电 流 确 定 差 动 保 护 动 作 电 流 （ 一 次 ） 计 算 值确 定 差 动 保 护 动 作 电 流 （ 二 次 ） 计 算 值确 定 差 动 继 电 器 工 作 线 圈 匝 数 ， 二 次 动 作 电 流确 定 差 动 继 电 器 平 衡 线 圈 匝 数 ， 校 验 误 差 确 定 短 路 线 圈 匝 数校 验 灵 敏 度 按 变 压 器 容 量 选 ： 容 量 大 ， 直 流 助 磁 曲 线应 平 缓 些 ， 选 A1-A2或 B1-B2； 反 之 选 C1-C2或 D1-D2 躲 过 TA二 次 断 线 、 励 磁 涌 流 、外 部 故 障 电 流 影 响 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 40 5.1.5 主 变 差 动 保 护 实 现关 键 点 ：采 用 比 例 制 动 技 术 提 高 躲 避 外 部 故 障 穿 越 性短 路 电 流 形 成 的 不 平 衡 电 流利 用 二 次 谐 波 、 波 形 不 对 称 等 判 据 防 止 励 磁 涌 流导 致 变 压 器 差 动 保 护 误 动 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 41 比 率 制 动 问 题比 率 制 动 为 差 动 保 护 通 常 采 用 的 技 术 措 施 ，目 的 是 克 服 外 部 故 障 穿 越 性 电 流 形 成 的 不 平衡 电 流 。第 4章 纵 联 保 护 中 已 经 介 绍 了 线 路 差 动 保 护 采用 的 比 率 制 动 特 性 。 线 路 差 动 、 变 压 器 差 动 、发 电 机 纵 差 （ 本 章 第 2节 ） 、 母 线 差 动 （ 本 章第 3节 ） 中 采 用 的 比 率 制 动 原 理 是 一 样 的 。目 前 几 乎 所 有 的 线 路 、 变 压 器 、 发 电 机 、 母 线差 动 保 护 均 具 有 比 率 制 动 特 性 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 42 d M NI I I 差 动 电 流d M N unb F.maxI I I I KI 正 常 运 行 及 外 部 故 障 时 ， d M N FI I I I 内 部 故 障 时 ，动 作 条 件 ： 外 部 故 障 时 不 误 动 d act unb.maxI I I 线 路 纵 差 0.5 10% 0.05st erK K K 变 压 器 纵 差 ( )(1 10% 0.05 ) (0.15 )st erK K K U fU U 共 同 的 差 动 原 理 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 43 讨 论 外 部 故 障 情 况 d unb F.maxI I KI 无 比 率 制 动 时 整 定 过 程 有 比 率 制 动 时 整 定 过 程动 作 区 动 作 区 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 44 制 动 特 性 ： 动 作 电 流 不 是 常 数 ， 与 制 动 电 流 有 关思 路 ： 取 短 路 电 流 为 制 动 量 ， 当 短 路 电 流 增 加 时 ，不 平 衡 电 流 增 大 ， 但 因 为 制 动 电 流 增 加 、 动 作 电 流提 高 ， 可 以 使 动 作 电 流 始 终 高 于 不 平 衡 电 流 ， 防 止差 动 保 护 误 动 。各 种 比 率 制 动 方 法 区 别 在 于 制 动 电 流 的 选 取 及 制 动特 性 曲 线 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 45 以 一 个 实 例 进 行 讨 论 ， 取 某 一 侧 电 流 为 制 动 电 流 ，特 性 为 IactKbrk且 IactIact.0。注 意 外 部 故 障 与 内 部 故 障 情 况 下d brk/I I 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 46 外 部 故 障 时 ，d unbk brkI IKI KI d brk/I IK 内 部 故 障 时 ，d F Fbrk(1 )(1 )I I II d brk/1I I 折 线 段动 作 特 性act brk brkI K I act brkbrk/I IK 灵 敏 度 较 低 ， 很 难 满 足 要 求 ， 实 际 应 用 较 少 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 56 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 57 保 护 原 理 relset N.T reKI IK U .0.7set N TU U加 设 了 电 压 元 件 ， 电 流 保 护 部 分 动 作 值 较 过 电 流 保 护 低 ，灵 敏 度 有 所 提 高 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 58 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 59 保 护 原 理 电 流 保 护 部 分 与 低 电 压 起 动 过 电 流 保 护 相 同 。电 压 部 分 由 2部 分 组 成 ：负 序 过 电 压 ， 反 应 不 对 称 故障 2. N.T0.06setU U单 相 式 低 电 压 ， 反 应 对 称 故障 .0.7set N TU U与 低 电 压 起 动 过 电 流 保 护 相 比 ， 电 流 部 分 动 作 值 、灵 敏 度 一 样 ； 电 压 部 分 灵 敏 度 提 高 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 60 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 61 对 于 大 容 量 变 压 器 ， 采 用 复 合 电 压 起 动 过 电 流保 护 ， 保 护 的 灵 敏 系 数 可 能 不 满 足 要 求 。 可 采用 负 序 电 流 保 护 。该 保 护 由 两 部 分 组 成 ：负 序 电 流 部 分 ： 反 应 不 对 称 故 障 ；低 电 压 起 动 过 电 流 部 分 ： 反 应 对 称 故 障 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 62 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 63 更 大 型 的 升 压 变 压 器 和 系 统 联 络 变 压 器还 可 采 用 低 阻 抗 保 护 ， 类 似 Z过 负 荷 时 三 相 对 称 ， 过 负 荷 保 护 只 需 反 应 某一 相 电 流 。过 负 荷 保 护 经 延 时 5-10s动 作 于 信 号 。 .relset N TreKI IK 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 64 外 部 接 地 故 障 对 变 压 器 的 危 害 ： 中 性 点 接 地 变 压 器 ： 过 流中 性 点 及 高 压 侧 绕 组 流 过 故 障 电 流 中 性 点 不 接 地 变 压 器 ： 中 性 点 过 压中 性 点 对 地 电 压 为 高 压 母 线 处 零 序 电 压 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 65 除 500kV、 自 耦 变 ， 变 压 器 中 性 点 可 接 地 运 行也 可 不 接 地 运 行 。 变 压 器 中 性 点 是 否 接 地 （ 运 行 方 式 ） 取 决 于 ： 变 压 器 中 性 点 的 绝 缘 水 平 绝 缘 水 平 较 低 的 变 压 器 中 性 点 必 须 接 地 运 行 如 500kV主 变 变 压 器 结 构 如 自 耦 变 中 性 点 必 须 接 地 运 行 电 网 结 构 变 压 器 中 性 点 接 地 设 置 应 保 证 接 地 故 障 时 健 全相 电 压 不 过 压 、 零 序 电 流 水 平 适 当 及 相 对 稳 定 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 66 变 压 器 接 地 后 备 保 护 判 据中 性 点 接 地 运 行 变 压 器 零 序 过 电 流 3I0中 性 点 不 接 地 运 行 变 压 器 零 序 过 电 压 3U0 放 电 间 隙 过 流为 保 护 变 压 器 中 性 点 ，一 般 在 中 性 点 装 设 放 电间 隙中 性 点 必 须 接 地 运 行 的 变 压 器 配 置 零 序 过 电 流 3I0中 性 点 可 接 地 或 不 接 地 运 行 的 变 压 器 配 置 零 序 过 电 流 ， 零 序 过 电 压 ， 放 电 间 隙 过 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 67 注 意 缩 小 故 障 范 围 变 压 器 后 备 保 护 动 作 首 先 切 除 母 联 、 分 段 。 注 意 选 跳 顺 序 全 级 绝 缘 变 压 器 、 中 性 点 带 放 电 间 隙 的 分 级 绝 缘 变 压 器中 性 点 耐 压 能 力 较 好先 切 除 中 性 点 接 地 运 行 主 变 ， 再 切 除 中 性 点 不 接 地 运 行 主变 中 性 点 不 带 放 电 间 隙 的 分 级 绝 缘 变 压 器中 性 点 耐 压 能 力 较 差先 切 除 中 性 点 不 接 地 运 行 主 变 ， 再 切 除 中 性 点 接 地 运 行 主变 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 68 中 性 点 直 接 接 地 运 行 变 压 器 的 接 地 保 护配 置 两 段 零 序 电 流 保 护 ， 分 别 与 线 路 零 序 、 段 配 合每 段 设 置 两 个 延 时 ， 短 延 时 t1、 t3切 除 母 联 、 分 段 ，长 延 时 t2、 t4跳 主 变st 15.0 1 ttt 12 ttt max3 ttt 34 相 邻 线 路 零 序 段 最 长 动 作 时 间 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 693I0 II 3I0 I t1 0t3 0t4 0 T1T3T4 QF1母 联 解 列（ 跳 QF）跳 主 变（ 跳 QF1、 2）QFQF1 TA QE T2t2 0QF2 防 止 主 变 未 并 列 时 因 高 压侧 接 地 误 跳 母 联 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 70 0. 0. .I Iset met bra set LI K K I零 序 段 起 动 电 流 按 与 相 邻 元 件 零 序 电 流 段 配 合 整 定 ， 即 配 合 系 数 ， 取 1.1 1.2； 零 序 电 流 分 支 系 数 相 邻 元 件 零 序 电 流 I段 起 动 电 流零 序 电 流 分 支 系 数 等 于 最 大 运 行 方 式 下在 相 邻 元 件 I段 保 护 范 围 末 端 发 生 单 相 接 地 短 路 时 ，流 过 本 线 路 的 零 序 电 流 与 流 过 相 邻 元 件 的 零 序 电 流 之 比 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 71 0. 0. .set met bra set LI K K I 零 序 段 起 动 电 流 按 与 相 邻 元 件 零 序 电 流 段 配 合 整 定 ， 即 配 合 系 数 ， 取 1.1 1.2； 零 序 电 流 分 支 系 数 相 邻 元 件 零 序 电 流 段 起 动 电 流零 序 电 流 分 支 系 数 等 于 最 大 运 行 方 式 下在 相 邻 元 件 段 保 护 范 围 末 端 发 生 单 相 接 地 短 路 时 ，流 过 本 线 路 的 零 序 电 流 与 流 过 相 邻 元 件 的 零 序 电 流 之 比 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 72 中 性 点 可 接 地 或 不 接 地 运 行 时 变 压 器 接 地 保 护1.全 级 绝 缘 变 压 器 零 序 电 流 保 护 ， 配 置 与 中 性 点 直 接 接 地 变 压 器 相 同 零 序 电 压 保 护 ， 动 作 电 压 较 高 ， 180-200V仅 当 中 性 点 接 地 变 压 器 切 除 后 ， 零 序 电 压 升 高 ， 才 能 动 作 。可 见 ： 先 切 除 中 性 点 接 地 运 行 变 压 器 ，再 切 除 中 性 点 不 接 地 变 压 器 03U 03U 升 高 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 73 0.3-0.5s抗 干 扰 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 74 中 性 点 装 设 放 电 间 隙 的 分 级 绝 缘 变 压 器保 护 配 置 ：在 全 级 绝 缘 变 压 器 接 地 保 护 上 增 加 了 一 个 放 电 间 隙 保 护当 放 电 间 隙 击 穿 ， 放 电 电 流 超 过 100A时 ，则 不 需 要 等 中 性 点 接 地 运 行 主 变 跳 闸 ，直 接 跳 开 中 性 点 不 接 地 变 压 器 。除 放 电 间 隙 保 护 ， 零 序 电 流 、 电 压 保 护 与 全 级 绝 缘 的变 压 器 接 地 保 护 相 同 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 75 跳 主 变放 电 间 隙保 护 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 76 5.1.8数 字 式 变 压 器 保 护 测 控 装 置 主 要 配 置 ： 差 动 保 护相 间 后 备 保 护接 地 后 备 保 护非 电 量 保 护 瓦 斯 、 油 温 异 常 、 冷 却 故 障 等*220kV断 路 器 三 相 不 一 致 保 护差 动 速 断 保 护*220kV断 路 器 失 灵 保 护*自 耦 变 公 共 绕 组 过 负 荷根 据 具 体情 况 还 有 *过 激 磁 保 护 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 77 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 78PST1200 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 79 测 控 装 置 功 能 ： 遥 测 ： 将 主 变 各 侧 电 流 、 电 压 量 转 化 为 数 字 信号 上 传 至 后 台 及 调 度 中 心 遥 信 ： 将 主 变 各 侧 断 路 器 、 刀 闸 、 主 变 冷 却 系统 、 主 变 本 体 、 调 压 机 构 、 变 压 器 保 护 等 发 出的 开 关 量 信 号 上 传 至 后 台 及 调 度 中 心 遥 调 ： 有 载 调 压 变 压 器 可 以 由 测 控 装 置 将 网 络传 来 的 调 压 命 令 转 为 接 点 形 式 送 调 压 机 构 执 行 遥 控 ： 由 测 控 装 置 将 网 络 传 来 的 断 路 器 及 刀 闸的 分 、 合 闸 命 令 转 为 接 点 形 式 送 保 护 操 作 箱 或刀 闸 操 作 回 路 执 行 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 80 第 一 层 ： PST-1210三 侧 操 作 箱 及 本 体 保 护第 二 层 ： PST-1203A二 次 谐 波 差 动 保 护第 三 层 ： PST-1204C三 侧 后 备 保 护 保 护第 四 层 ： PSR-651变 压 器 综 合 测 控 单 元110kV主 变 保 护一 般 配 1面 柜配 置 实 例 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 81 220kV主 变 保 护一 般 配 2面 柜主 保 护 双 重 化配 置 实 例 A柜 B柜PST-1202A二 次 谐 波 原 理主 保 护 、 后 备 保 护 一 体PST-1222高 压 侧 操 作 箱打 印 机 PST-1202B波 形对 称 原 理 的 差 动打 印 机PST-1210中 低 操作 箱 及 非 电 气 量 保护 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 82 差 动 保 护 二 次 谐 波 差 动 保 护波 形 对 称 差 动 保 护稳 态 差 动 保 护工 频 变 化 量 差 动 保 护零 序 电 流 差 动 保 护 间 断 角 鉴 别 差 动 保 护差 动 速 断 保 护 灵 敏 度 高 ，能 反 应 轻 微 匝 间 短 路用 于 联 络 变 ，提 高 接 地 故 障 灵 敏 度动 作 电 流 大 ， 不 带 励 磁 涌 流 闭 锁 ， 防 止 内 部 故 障电 流 过 大 使 TA严 重 饱 和 ， 电 流 畸 变 导 致 差 动 保 护误 闭 锁 而 拒 动 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 83五 次 谐 波 与 二 次 谐 波 一 样也 用 于 励 磁 涌 流 鉴 别 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 84五 次 谐 波 与 二 次 谐 波 一 样也 用 于 励 磁 涌 流 鉴 别 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 85 变 压 器 后 备 保 护 应 当 注 意 出 口 方 式 ， 并 不 是 所有 的 后 备 保 护 均 动 作 于 跳 变 压 器 各 侧 。例 如 三 卷 变 低 压 侧 后 备 保 护 动 作 应 先 跳 开 低 压侧 母 联 或 分 段 开 关 ， 再 跳 开 变 压 器 低 压 侧 断 路器 ， 变 压 器 高 压 侧 、 中 压 侧 继 续 运 行 。变 压 器 后 备 保 护 配 置 方 案 、 出 口 跳 闸 逻 辑 均 需 要针 对 变 压 器 、 一 次 主 接 线 具 体 情 况 进 行 设 计 。详 细 设 计 内 容 十 分 复 杂 ， 可 在 课 程 设 计 、 毕 业 设计 环 节 深 入 地 学 习 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 86配 置 例 1 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 87配 置 例 2 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 88配 置 例 3 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 89 110kV变 压器 保 护 测 控柜 实 例 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 90 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 91 5.2.1 发 电 机 的 故 障 类 型 、 异 常 工 作 情 况 和 继 电 保 护 方 式 相 间 短 路匝 间 短 路 接 地 短 路一 点 接 地二 点 接 地 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 92 相 间 短 路匝 间 短 路单 相 接 地 短 路定 子 绕 组 纵 差 动 保 护匝 间 短 路 保 护定 子 接 地 保 护转 子 一 点 接 地 保 护转 子 两 点 接 地 保 护一 点 接 地两 点 接 地转 子 绕 组故 障 类 型 及 保 护 配 置 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 93 失 磁 失 磁 保 护异 常 工 作 情 况 及 保 护 配 置定 子 绕 组 过 电 流 及过 负 荷 相 间 短 路 后 备 保 护 、 过 负荷 保 护定 子 绕 组 过 电 压 定 子 绕 组 过 电 压 保 护发 电 机 逆 功 率 、 频 率降 低 、 失 步 逆 功 率 保 护低 频 保 护 失 步 保 护转 子 过 负 荷 转 子 过 负 荷 保 护 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 94 定 子正 序旋 转磁 场 定 子负 序旋 转磁 场转 子 二 次 谐 波 定 子 负 序 转 子 二 次谐 波 电 流 转 子 表 层过 热 100Hz的振 动 定 子 负 序 过 负 荷、 过 电 流 保 护 定 子 负 序电 流 危 害 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 95 5.2.2 同 步 发 电 机 的 纵 差 保 护完 全 差 动 保 护不 完 全 差 动 保 护 相 间 短 路相 间 短 路匝 间 短 路差 动 保 护 接 线 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 96 完 全 差 动 保 护 接 线无 故 障 时相 间 故 障 时 D N T 0I I I D N T 0I I I 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 97假 设 每 相 有 n个 分 支无 故 障 时相 间 故 障 或 匝 间 短 路 时 不 完 全 差 动 保 护 接 线 D N T 0I nI I D N T 0I nI I 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 98 要 点 ： 基 本 原 理 同 线 路 差 动 保 护 和 变 压 器 差 动 保 护接 线 简 单 、 不 平 衡 电 流 较 小中 性 点 附 近 有 死 区关 键 问 题 是 如 何 降 低 动 作 电 流 、 提高 灵 敏 度 、 减 小 死 区 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 99 完 全 差 动 保 护 动 作 值 整 定（ 1） 保 护 起 动 电 流 整 定1） 躲 过 外 部 故 障 产 生 的 最 大 不 平 衡 电 流 k.set rel unb.maxI K I rel aper ss k.max TA0.1 /K K K I nTA10%误 差可 靠 系 数 1.3 非 周 期 分 量 系 数11.3； 如 采 取 了措 施 去 掉 非 周 期分 量 影 响 时 取 1。同 型 系 数 0.5外 部 短 路 时 的 最大 短 路 电 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 100 若 汽 轮 发 电 机 F.max N.G8I IK.set N.G TA0.50.6 /I I n 发 电 机 额 定 电 流则发 电 机 正 常 运 行 时 若 TA二 次 回 路 断 线 会 误 动 。2） 防 止 TA二 次 回 路 断 线 导 致 误 动a.设 TA二 次 回 路 断 线 监 视 装 置 . . /K set N G TAI I nb. 若 水 轮 发 电 机 F.max N.G5I IK.set N.G TA0.30.4 /I I n则 . 3 cosee N TAPI I G Uen 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 101 （ 2） 发 电 机 差 动 保 护 灵 敏 度 校验sen F.min set 2K I I 发 电 机 内 部 故 障 时 流 过 保 护 装 置 的 最 小 短 路 电 流 。 实 际 上 应 考 虑 下面 两 种 情 况 ： 发 电 机 与 系 统 并 列 运 行 以 前 ,在 其 出 线 端 发 生 两 相 短 路 ,此 时 ,差 动回 路 串 只 有 由 发 电 机 供 给 的 短 路 电 流 。 发 电 机 采 用 自 同 期 并 列 时 (此 时 发 电 机 先 不 加 励 磁 ,因 此 ,发 电 机 的电 势 E0),在 系 统 最 小 运 行 方 下 ,发 电 机 出 线 端 发 生 两 相 短 路 ,此 时 ,差动 回 路 中 只 有 由 系 统 供 给 的 短 路 电 流 。为 提 高 灵 敏 度 ， 一 般 采 用 具 有 制 动 特 性 的 差 动 继 电 器 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 102 发 电 机 比 率 制 动 式 差 动 保 护原 理 同 变 压 器 差 动 保 护 ， 不 平 衡 电 流 较 小 。d act0 brk brk0d brk brk brk0 act0 brk brk0 d s .( ) .I I I II K I I I I II I 动 作 方 程 actI brkIact0I brk0I brkK速 断 动 作 区动 作 区 制 动 区T Nbrk 2I II 制 动 电 流 d T NI I I 差 动 电 流不 完 全 差 动 接 线 时 T NFbrk 2I KII 制 动 电 流 K为 分 支 系 数 动 作 特 性 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 103 保 护 动 作 逻 辑 框 图两 种 出 口 方 式 ： 单 相 出 口 方 式 及 循 环 闭 锁 出 口 方 式特 点 ： 需 设 置 专 门 的 TA断 线 闭 锁 ， 当 差 电 流 较 大 时 解 除 TA断 线 闭 锁 ， 适 于 不 完 全 纵 差 接 线 。单 相 出 口 方 式 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 104特 点 ： 三 取 二 ， 适 于 完 全 纵 差 接 线 。 循 环 闭 锁 出 口 方 式 内 外 部 不 同 相同 时 接 地 故 障 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 105 比 率 制 动 式 发 电 机 纵 差 保 护 定 值 整 定1.比 率 制 动 系 数 Kbrk： 躲 过 出 口 三 相 短 路 时 最 大 不 平 衡 电 流完 全 差 动 ： 0.3 0.5 不 完 全 差 动 ： 0.52.启 动 电 流 Iact0： 躲 过 正 常 工 况 最 大 不 平 衡 电 流 ， 0.3 0.4IN.G3.拐 点 电 流 I brk0： 建 议 按 躲 过 外 部 故 障 切 除 后 的 暂 态 过 程 中 产 生 的最 大 不 平 衡 电 流 整 定 ； 不 完 全 纵 差 取 值 要 大 一 点 。 0.50.8IN.G 其 余 参 数 请 参 照 具 体 的 保 护 说 明 书 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 106 比 率 制 动 式 发 电 机 纵 差 保 护 定 值 整 定校 验 灵 敏 度 ：机 端 两 相 短 路 brk1I act1IdI actI brkIact0I brk0I brkKbrk1I act1I d sen act1 2IK I 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 107 变 数 据 窗 式 标 积 制 动 纵 差 保 护 原 理完 全 差 动 制 动 量 0brk N TI cos(180 )I I TI NI外 部 故 障 o180 制 动 量 最 大内 部 故 障 o0 制 动 量 转 为 动 作 量 ， 灵 敏 度 高不 完 全 差 动 0brk NF TI cos(180 )KI I 变 数 据 窗 ： 故 障 初 期 适 当 提 高 S， 即 增 加 制 动 量 ； 故 障 数据 充 分 时 再 降 低 S， 从 而 提 高 灵 敏 度 。动 作 方 程 2 cos(180 )T N N TI I I IS 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 108与 循 环 闭 锁 的 比 率 制 动 式 差 动 保 护 逻 辑 一 样 。 动 作 框 图 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 109 5.2.3 同 步 发 电 机 定 子 绕 组 匝 间 短 路 保 护横 差 保 护 纵 向 零 序 电 压 式 匝 间 保 护 反 应 转 子 回 路 二 次 谐 波 电 流 的 匝 间 短 路 保 护 完 全 纵 差 动 保 护 不 能 反 应 匝 间 短 路 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 110 匝 间 短 路 分 析 1 20I 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 111 设 A相 短 路 匝 数 占 总 匝 数 的 比 例 为 A0 EI Z 两 中 性 点 间 电 流 I0Z为 电 流 流 经 回 路 的 绕 组 阻 抗 0 A B C A3 (1 )U E E E E 纵 向 零 序 电 压 相 对 于 中 性 点 的 零 序 电 压三 相 电 势不 相 等 定 子 负 序电 流 转 子 二 次谐 波电 气 量 特 点 ：（ 1） 纵 向 零 序 电 压 （ 机 端 对 中 性 点 ） ， 零 序 电 流（ 2） 纵 向 负 序 电 压 ， 负 序 电 流 ， 转 子 倍 频 电 流 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 112 横 联 差 动 保 护单 元 件 横 差 保 护裂 相 横 差 保 护适 于 每 相 两 分 支 两 中 性 点 引 出 线适 于 每 相 两 分 支 ， 且 每 分 支 都 有 线 引 出 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 113 单 元 件 横 差 保 护保 护 测 量 两 个 中 性 点 之 间 连 线 上 的 电 流保 护 反 应 匝 间 短 路 及 定 子 绕 组 开 焊 故 障 ， 保 护 在 较 小 时有 死 区 。 2021-5-30第 5章 元 件 保 护 114 保 护 动 作 电 流 应 大 于 正 常 或 外 部 故 障 时 不 平 衡 电 流一 般 Iset=(0.30.4)IN.G（ 1） 滤 除 三 次 谐 波 以 提 高 保 护 的 灵 敏 性 。（ 2） 为 防 止 转 子 两 点 接 地 时 磁 场 空 间 不 对称 造 成 保 护 误 动 ， 在 转 子 一 点 接 地 后 横 差保 护 带 0.51S延 时 动 作 。注 ： 2021-5-30第 5章