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电力系统继电保护培训 2015 12 10 继电保护的作用继电保护的基本原理继电保护的四项基本要求漫水湾电厂保护的组成及日常维护 电力系统的构成一次设备Primaryequipment传输能量 连接于互感器一次侧主变压器 电流互感器 电压互感器 开关 刀闸 母线 阻波器 结合电容器 避雷器等 发送分配电能 二次设备Secondarydevice传输信息 连接于互感器二次侧对电力系统中的一次设备的运行工况进行控制测量 保护和监视的设备叫二次设备 包括 继电保护 测量仪表 控制开关 按钮 端子箱 控制电丝 故障录波器 事件信号报警装置 变压器冷控设备等 防误闭锁装置 包括给二次设备供电的蓄电池 充电的整流器等 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统运行状态正常运行状态不正常运行状态故障状态电力系统控制目标通过自动的和人工的控制 使电力系统尽快的摆脱不正常状态和故障状态 能够长时间在正常状态下运行 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统不正常运行状态的危害概念 通常指运行参数超出额定范围 或电能质量不能满足要求但又没有故障的运行状态常见现象 过负荷 过电压 频率过低或过高 系统振荡 主要危害 绝缘老化 降低设备使用寿命电能质量下降 影响用户生产影响系统运行处理措施 通过人工或自动方式消除 但前提是要能够检测出系统处于不正常状态 可发信号 提醒运行人员处理 也可以延时跳闸 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统故障状态的危害概念 在运行设备正常的支路外增加了非绝缘支路 短路 或正常支路开断常见现象 短路 断线故障原因 1 外部原因 雷击 大风 地震造成的倒杆 绝缘子覆冰造成冰闪 绝缘子污秽造成污闪 2 内部原因 设备绝缘损坏 老化 3 系统中运行 检修人员误操作 电力系统运行状态及继电保护的作用 主要危害 对故障设备 故障电流使故障元件损毁对非故障设备 短路电流减少其使用寿命对电力用户 影响用户正常用电 电能质量下降对电力系统 危害系统稳定运行 造成大面积停电 电力系统运行状态及继电保护的作用 故障不可避免 自然因素 设备制造因素 人为因素故障必须快速自动切除 电磁暂态过程短 对设备修复有利 对系统稳定有利继电保护的作用 检测电力系统中各电气设备的故障和不正常工作状态的信息并作相应处理 基本任务 1 自动 快速 有选择性的将故障元件从电力系统中切除 使故障元件免于继续遭到损坏 使无故障部分迅速恢复正常运行 2 反应电力设备的不正常运行状态 并根据运行维护条件动作于信号或跳闸 继电保护的基本原理及其构成 继电保护装置的构成 继电保护的基本原理及其构成 继电保护装置的构成测量比较元件 测量被保护元件相关的物理参量 如电流 电压等 与给定的量 定值 进行比较 给出比较结果的逻辑值逻辑判断元件 根据测量比较元件的输出信号性质 先后顺序 持续时间等 使保护按一定的逻辑关系判断故障的类型和范围 最后确定保护的控制措施 跳闸 报警 或保持不动作 执行输出元件 根据逻辑判断元件的控制指令 发出跳闸指令 发出告警或不动作 继电保护的基本原理及其构成 继电保护的工作回路交流回路 互感器 连接电缆控制回路 断路器跳闸线圈 信号回路直流电源回路 保护及控制回路的工作电源继电保护的正确工作依赖于所有保护回路及其连接电缆的正确工作 继电保护的基本原理及其构成 继电保护的配合及保护范围的划分保护分区的目的 为了尽可能的减小因故障跳闸引起的停电区域 电力系统中每个继电保护都有严格的保护范围 称为保护区 保护范围内的故障 区内故障 保护才动作 保护范围外的故障 保护不动作保护分区原则和方法 保护以断路器位置作为分区的基准 因为断路器是切除和隔离故障的主要设备 遵循全覆盖原则和重叠区原则 保护区的边界取决于电流互感器的位置 继电保护的基本原理及其构成 继电保护的配合及保护范围的划分保护配置原则 取决于被保护元件的重要程度 经济性以及规程的规定主保护 通常指能实现全线快速切除故障的保护设备后备保护 当主保护或断路器拒动时 用来切除故障的保护 后备保护 远后备保护 近后备保护 1 近后备保护 当主保护或断路器拒动时 由本线路其它保护或本电力设备其它保护切除故障 当开关失灵时 由开关失灵保护切除故障 2 远后备保护 当主保护或断路器拒动时 由相邻线路或元件保护切除故障 继电保护的基本原理及其构成 继电保护的基本原理及其构成 继电保护的配合及保护范围的划分 消除CT内部故障的保护死区 正确接线图 错误接线图 继电保护的基本要求 选择性selectivity 继电保护的基本要求 1 选择性selectivity选择性原则要求 保护动作跳开除了隔离故障元件 应最大限度的保证系统中其他无故障元件仍能继续安全运行 即因故障跳闸引起的停电范围最小 如何满足选择性 继电保护通常通过合理的选择定值 合理的配置保护实现选择性 选择性的提高还有赖于一次设备的配置 如负荷开关更换为断路器 某些保护原理本身具有选择性 继电保护的基本要求 2 速动性speed速动性原则 保护应以尽可能快的速度切除故障元件 快速动作的优点 降低设备损坏程度 提高系统稳定水平和输电线传输能力 电能质量 如何确定动作速度 技术经济比较保护动作时间的概念 快速保护 5 10ms常规保护的快速段 20 40ms断路器 常规60ms 150ms 继电保护的基本要求 3 灵敏性sensitivity灵敏性定义 保护对故障和不正常运行状态的反应能力称为灵敏性 灵敏性原则 满足灵敏性的保护在保护区内发生故障时 在任意的系统运行条件下 无论故障位置 故障类型 故障点是否有过渡电阻均能灵敏反应 正确动作 影响灵敏性的因素 保护的定值 保护的原理 故障类型和故障位置灵敏性的衡量标准 灵敏系数概念 过量继电器和欠量继电器 规程 灵敏性校验 选择所有可能运行方式及故障类型中最不灵敏的运行方式和故障类型进行校验 继电保护的基本要求 4 可靠性reliabilityandsecurity可依赖性reliability 不拒动 该动则动安全性security 不误动 不该动则不乱动可靠性是一个综合的指标 与保护原理 定值整定 运行维护等所有与保护正确动作有关的因素有关 继电保护工作可靠性第一 继电保护的基本要求 5 四个基本原则之间的关系保护的四个基本要求 既有联系 又有矛盾 选择性提高 速度 灵敏性可能会降低速动性提高 可靠性可能会降低灵敏度提高 安全性可能会降低可靠性提高 速动性可能会降低实际应用中 应根据工程实际 系统情况及运行规程进行博弈和取舍 而这种博弈正是保护思想的精华所在 漫水湾电厂继电保护组成 发电机保护变压器保护母线保护线路保护 漫水湾电厂继电保护组成 发电机保护 主保护 后备保护 变压器保护 110kV母线保护 厂变保护 主变保护 主保护 后备保护 非电量保护 线路保护 110kV线路保护 10kV线路保护 WMH 800A R母差保护 WFB 822A R1 WFB 821A R1 WCB 822A WBH 817A R1 WXH 822A WXH 811A R WBH 822A R1 WBH 818A R1 发电机保护配置及动作后果 1号主变保护装置其配置及动作后果 1号主变保护装置其配置及动作后果 母线保护及配置 110kV线路保护 10kV线路保护 厂用变保护配置 一 发电机保护 1 主保护 WFB 821A R1发电机比率差动保护发电机比率差动保护是发电机内部相间短路故障主保护 保护考虑TA饱和 TA回路断线等TA异常情况 发电机差动保护 式中 差动电流 为差动最小动作电流整定值 为制动电流 为最小制动电流整定值 S 为比率制系数 各侧电流的方向都以指向发电机为正方向 发电机差动保护 发电机差动保护 发电机比率制动式差动保护的动作特性曲线 比率差动保护动作特性 发电机差动保护 发电机比率制动式差动保护的保护逻辑 发电机差动保护逻辑框图 差动方案选择控制字 保护设有方案选择控制字 控制字设定为 1 时发电机差动保护为 三取一 出口方式 即任一相差流满足动作方程时保护动作 控制字设定为 2 时发电机差动保护为 三取二 出口方式 即任两相差流同时满足动作方程时保护动作 控制字设定为 0 时发电机差动保护为 循环闭锁 出口方式 即某一相差流满足动作方程 同时负序电压满足保护动作条件时保护动作 负序电压值固定设为6V 或两相差流同时满足时动作 发电机差动保护 差流越限保护 当任一相差流电流满足差流越限动作值 差动最小动作电流定值的0 5倍时差流越限保护延时5s动作 发差流越限信号 保护可通过保护投退控制字 单独投退 发电机差动保护 发电机差动保护处理 以1F为例 现象 1 中控室有 1F机组比率差动保护动作 语音报警 2 1F机组出口短路器DL971分闸 3 1F机组停机 灭磁开关跳开 处理 1 立刻派人到现场检查 监视停机过程 并使机组安全停机 2 看是否影响到全厂厂用电和照明 考虑是否倒厂用电或投入事故照明 并打印保护动作报告 3 检查1F发电机差动保护范围内的设备 差动保护范围内有无明显的着火点或明显的烧焦点 是否有短路的现象 比如励磁变高压侧是否有短路 发电机出口或者中性点是否有明显的短路点 发电机差动保护处理 4 未检查出异常 通知检修检查保护回路 并对其进行绝缘测试 若仍未异常 可能是保护误动 向相关领导和调度汇报检查情况 对1F机组进行零起升压实验 并对发电机进行检查 正常后申请并网发电 复压 记忆 过流保护 发电机复压 记忆 过流保护作为发电机的后备保护 当用于自并励发电机的后备保护时 电流带记忆功能 复压 记忆 过流保护由复合电压元件 三相过流元件 与 构成 过流的记忆功能可投退 复压 记忆 过流保护配有两段各一时限 若保护出口跳分段或母联时 应不投入记忆功能 发电机复压 记忆 过流保护 1 复合电压元件满足下列条件之一时 复合电压元件动作 U1U2 opU2 op为负序电压整定值 U2为负序电压 取相电压值 2 过流元件过流元件接于电流互感器二次三相回路中 当任一相电流满足下列条件时 保护动作 I IopIop为动作电流整定值 复压 记忆 过流保护逻辑框图 发电机复压 记忆 过流保护 复压过流保护逻辑框图 发电机复压过流保护 发电机复压 记忆 过流保护 延时整定 保护延时 需要躲过振荡过程所需要的时间 一般为1 0 1 5s 大于相邻元件主变保护的后备保护延时 小于发电机安全的允许时间 保护投入电流记忆功能时 过流元件启动后最大记忆时间为10s 保护最大延时应小于10s 记忆功能整定 投入电流记忆功能时 过流元件启动后会记忆10s时间 防止机端相间故障时随着电压 下降过快 电流下降过快 使保护返回 若保护单独动作跳母联 分段等外部设备时应退出记忆功能 否则保护会扩大跳闸范围 保护分两段记忆功能可单独投退 定子接地保护 基波零序电压定子接地保护 基波零序电压原理一般保护发电机85 95 范围的定子单相接地故障 当发电机定子绕组发生单相接地时 基波零序电压大于定值时保护动作 保护可投退 动作判据为 保护延时动作 其中 3U0为基波零序电压 TV则取机端开口零序电压 带TV异常闭锁 Uop为基波零序电压整定值 发电机定子一点接地保护 发电机定子一点接地保护 基波零序定子接地逻辑框图 转子接地保护 发电机转子接地保护主要反映转子回路一点或两点接地故障 由转子接地高定值保护 转子接地低定值保护及转子两点接地保护构成 发电机转子接地保护 转子一点接地 高 低定值 保护 采用乒乓式开关切换原理 通过求解两个不同的接地回路方程 实时计算转子接地电阻值和接地位置 原理图见图所示 其中 S1 S2为由微机控制的电子开关 Rg为接地电阻 为接地点位置 转子电压负端为0 转子电压正端为100 E为转子电压 R1为测量电阻 发电机转子接地保护 当Rg小于接地电阻高定值时 经延时发转子一点接地信号 当Rg小于接地电阻低定值时 经延时保护动作 转子一点接地高 低定值两段保护可根据需要通过保护投退控制字分别选择投退 转子两点接地保护 当发生转子一点接地故障时 并不会马上对发电机造成严重危害 但若再相继发生第二点接地故障 则将严重威胁发电机的安全 转子两点接地保护由转子一点接地保护启动 发电机转子接地保护 转子接地保护逻辑 发电机转子接地保护动作处理 现象 1 监控上报警 转子一点接地低值 动作2 机组解列停机 跳出口DL 灭磁 停机 处理 1 派人到现场核实保护动作情况 安全停机 并打印保护动作报告 向调度汇报相关情况 2 查看滑环碳刷处碳粉是否很多 再到机坑磁极接头是否有烧毁 若未发现异常 对发电机转子进行绝缘测试 500V摇表 绝缘电阻正常则考虑是否误动 3 若无异常 向调度和领导汇报相关情况 对发电机进行递升加压试验 正常后申请并网发电 4 若绝缘不合格 或磁极接头烧毁 通知检修处理 发电机失磁保护 失磁保护 发电机励磁系统调节异常或故障使励磁电压异常降低或消失 从而导致发电机与系统间失步 对机组本身及电力系统的安全造成重大危害 失磁保护由静稳阻抗 异步阻抗判据 励磁低电压判据 机端低电压判据组成 具体逻辑参看逻辑图 静稳阻抗判据 静稳阻抗判据 阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆 采用0 接线方式 Uab Iab 动作特性见图所示 失磁后 机端测量阻抗轨迹由图中第I象限随时间进入第 象限 达静稳边界附近进入圆内 扇形与R轴的夹角10 15 为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路 以及躲开发电机正常进相运行 静稳边界阻抗判据满足后 经延时 至少1 1 5s以躲开系统振荡 保护动作于信号 稳态异步阻抗判据 发电机发生能导致失步的失磁 总是先到达静稳边界 然后转入异步运行 进而稳态异步运行 该判据的动作圆为下抛圆 它匹配发电机的稳态异步边界圆 特性曲线见图 稳态异步阻抗判据满足后 经延时 躲开系统振荡 可比静稳判据延时短 保护动作跳闸 励磁低电压判据 为了保证在机组空载运行 轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作 或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口 附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据 其动作方程为 Ufd Ufd set式中 Ufd set为励磁低电压动作整定值 一般可取Ufd set 0 8Ufd0机端低电压判据 发电机失磁后 引起机端电压降低 进而可能引发局部电网电压崩溃 因此 在失磁保护配置方案中 设有发电机机端低电压判据 即Ug Ugset Ugset可取 0 8 0 9 Ugn 失磁保护逻辑框图 发电机对称过负荷保护主要保护发电机定子绕组的过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流 接成三相式 取其中的最大相电流判别 发电机过负荷保护 过电压保护 过电压保护主要用于防止电压过高时对发电机定子绕组绝缘状况发生损害 过电压保护取三相线电压 当任一线电压大于整定值 保护短延时动作 过电压保护逻辑框图 发电机过电压保护 电力变压器的故障1 油箱内部故障 匝间短路 单相接地短路 相间短路 500kV变压器为单相式 不存在相间短路 内部故障电流将产生电弧 会烧坏线圈的绝缘和铁芯 引起绝缘油气化使变压器爆炸 2 油箱外部故障 主要是绝缘套管和引出线的故障 包括引线相间短路 单相接地短路等 主变故障类型 主变差动保护 比率差动保护能反映变压器内部相间短路故障 高 中 压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况 同时也要考虑TA断线 TA饱和 TA暂态特性不一致的情况 由于变压器联结组不同和各侧TA变比的不同 变压器各侧电流幅值相位也不同 差动保护首先要消除这些影响 主变差动保护 式中 差动电流 为差动最小动作电流整定值 为制动电流 为最小制动电流整定值 S 为比率制系数 各侧电流的方向都以指向变压器为正方向 比率差动动作特性 比率差动保护逻辑图 励磁涌流判据装置提供两种励磁涌流识别方式 当 识别励磁涌流方式 整定为0时 采用二次谐波原理闭锁 整定为1时 采用波形比较原理闭锁 差流速断保护由于比率差动保护需要识别变压器的励磁涌流和过励磁运行状态 当变压器内部发生严重故障时 不能够快速切除故障 对电力系统的稳定带来严重危害 所以配置差流速断保护 用来快速切除变压器严重的内部故障 当任一相差流电流大于差动速断整定值时差流速断保护瞬时动作 跳开各侧断路器 差流速断保护逻辑图 零序过流保护 零序过流保护 主要作为变压器中性点接地运行时接地故障的后备保护 可通过整定相关定值控制字选择各段零序过流是否投入 是否经零序电压闭锁 是否经方向闭锁 对各侧零序方向过流保护的各时限可以通过相应保护投退控制定值进行投退 间隙零序保护对中性点装设有放电间隙的变压器 一般需要配置反应间隙零序电流和间隙零序电压的间隙零序保护 间隙零序保护包含间隙零序过流元件和间隙零序过压元件 间隙零序过流元件的零序电流取自放电间隙处电流互感器 间隙零序过压元件的零序电压取自母线TV二次开口三角侧 保护装置有以下两种逻辑供选择 a 间隙零序过压过流保护 即间隙零序过流元件 零序过压元件相互独立 b 间隙零序保护 即间隙零序过流元件 零序过压元件或门输出 零序过压保护逻辑框图 变压器非电量保护1 瓦斯保护 主保护 当变压器内部发生绕组的匝间短路 层间短路 绕组断线 调压开关接触不良 铁芯故障 绝缘老化 油位降低 套管内部故障及油箱内部各种接地和相间故障 其中铁芯故障 绝缘老化 油位降低等故障差动保护无法保护 2 压力释放保护 一般仅发信号 我厂主变压力释放则为跳闸 当变压器内部发生严重故障时 故障点的电弧会使绝缘材料分解并产生大量气体 使本体内部压力增大 利用压力释放阀将油排泻 防止变压器爆炸 3 变压器的温度保护 当变压器内部油或绕组的温升超过厂家规定值时 发出告警信号或将变压器停运 非电量保护 本装置 WBH 822A 实现了电气量保护与非电量保护的彻底分离 非电量保护设有 重瓦斯 调压重瓦斯 温度保护 油位高 油位低 压力释放 轻瓦斯 调压轻瓦斯 风冷消失 非电量插件独立完成非电量跳闸重动 在CPU停用或保护电源消失时仍能正确动作 而电厂主变非电量保护配置有 重瓦斯 轻瓦斯 温度升高 温度过高 压力释放 其中 调压轻瓦斯温度升高温度保护温度过高 各按键功能如下 命令菜单选择 显示换行或光标上移 命令菜单选择 显示换行或光标下移 光标左移 光标右移 数字增加选择 数字减小选择 退出 命令退出返回上级菜单或取消操作 正常运行时按此键显示主菜单 再按一次返回显示主信息图 确认 菜单执行及数据确认 复归 复归告警及跳闸信号 面板上共有6个信号指示灯 说明如下 运行 绿灯 装置正常运行时 常亮 装置故障时 熄灭 保护动作时 闪烁 跳闸 红灯 装置正常运行时熄灭 动作于跳闸的保护动作时点亮 保持到有复归命令发出 告警 红灯 正常运行时熄灭 动作于告警的保护动作时或装置发生故障时点亮 保持到有复归命令发出 本体 仅WFB 822A装置使用 红灯 正常运行时熄灭 装置非电量保护动作时点亮 保持到有复归命令发出 备用 备用信号灯为熄灭状态 WFB 821A装置有三个 WFB 822A装置两个 备用信号灯 WFB 821A菜单树形结构 打印菜单 打印 菜单有八个子菜单 报告记录 保护定值 软压板 实时参数 测控数据 出口矩阵 点表 版本信息 用 键选择要打印的项目 按 确认 发出打印命令 打印前应先设置通信参数和连接好打印回路 打印动作记录 按照 打印 报告记录 动作记录 顺序 进入动作记录子菜单 按 确认 键 显示故障记录 通过 键 选择要打印的故障序号 按 确认 键 此时液晶提示按 波形 或 采样值 打印 选择后再次按 确认 键执行打印波形命令 通过按 键可以选中 取消 取消录波打印 建议现场取消录波打印 示例如图 a 所示界面 职责 电气班负责全厂电气设备的继电保护和自动装置的整定值整定试验以及二次回路上的一切工作 按生产技术科下达的整定命令进行设备保护整定值变更 运行值班人员负责全厂运行或备用中电气设备继电保护及自动装置的巡回 检查工作 并按西昌电力公司调度和总工的命令进行运行中设备保护和自动装置的停用 投入等操作 值班人员在交接班检查或巡视检查时必须对继电保护和自动装置进行如下检查 1 交 直流电源正常 监视灯应亮 信号灯是否有指示 2 各保护装置无异常现象 指示灯与运行状态相符 3 保护装置和自动装置的联片压板 切换开关位置应符合当时运行方式的要求 4 各接线头无松动 过热现象以及明显不正常情况 运行人员巡回检查项目 1 微机保护面板指示灯指示正常运行状态 无故障信号灯亮 如有故障跳闸信号灯亮 不能复归 应立即通知电气班处理 2 各联片投入位置 与当前运行方式要求一致 3 液晶显示运行信息正常 如显示为跳闸报告信息或故障报告信息 不能复归 应通知电气班处理 4 装置投运时必须先投电源 后投保护联片 最后投出口联片 退出时相反 谢谢大家