电力系统继电保护ppt.ppt

3电网的距离保护 电力系统继电保护 主要内容 3 1距离保护的基本原理与构成3 2阻抗继电器及其动作特性3 3阻抗继电器的实现方法3 4距离保护的整定计算与对距离保护的评价3 5距离保护的振荡闭锁3 6故障类型判别和故障选相3 7距离保护特殊问题的分析3 8工频故障分量距离保护 3 1距离保护的基本原理与构成 电力系统继电保护 3 1 1距离保护的概念 距离保护是利用短路时电压 电流同时变化的特征 测量电压与电流的比值 反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护 电力系统继电保护 3 1 2测量阻抗及其与故障距离的关系 电力系统正常运行时 Zm为负荷阻抗ZL电力系统发生金属性短路时 Zm变为短路点与保护安装处之间的线路阻抗Zk 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相位的差异 保护能够区分出系统出现故障 故障发生在区内还是区外 电力系统继电保护 3 1 3三相系统中测量电压和测量电流的选取 电力系统继电保护 3 1 3三相系统中测量电压和测量电流的选取 为保护接地短路 采用接地距离保护接线方式 取测量电压为保护安装处故障相对地电压测量电流为带零序电流补偿的故障相电流可正确反应 单相接地短路 两相接地短路 三相短路为保护相间距离保护 采用相间距离保护接线方式 取测量电压为两故障相的电压差测量电流为两故障相的电流差可正确反应 两相短路 两相接地短路 三相短路 电力系统继电保护 3 1 3三相系统中测量电压和测量电流的选取 电力系统继电保护 3 1 4距离保护的时限特性 三段式距离保护阶梯时限特性I段 无延时速动段II段 带固定时限速动段 0 3 0 6sIII段 与相邻下级线路的II段或III段保护配合 电力系统继电保护 3 1 5距离保护的构成 启动部分 判别系统是否发生故障测量部分 在系统故障的情况下 快速 准确的测定出故障的方向和距离 并与预先设定的保护范围相比较振荡闭锁部分 防止振荡时保护误动作电压回路断线部分 电压回路断线时 闭锁保护配合逻辑部分出口部分 跳闸出口和信号出口 3 2阻抗继电器及其动作特性 电力系统继电保护 3 2 1阻抗继电器动作区域的概念 Zm Rm jXm阻抗复平面上 Zm在动作区域内 区内故障在动作区域外 区外故障区域边界 临界动作 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 动作区域的形状 称为动作特性 动作区域为圆形 称为圆特性动作区域为四边形 称为四边形特性动作特性用复数的数学方程描述 称为动作方程 圆特性阻抗继电器偏移圆特性方向圆特性全阻抗圆特性上抛圆特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 偏移圆特性 两个整定阻抗Zset1 Zset2圆心半径动作区 圆内非动作区 圆外临界动作 圆周上 绝对值比较动作方程 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 相位比较动作方程 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 动作阻抗ZopZm阻抗角不同 对应的Zop也不同当Zm与Zset1阻抗角相等时 Zop Zset1 此时继电器最灵敏当Zm与Zset2阻抗角相等时 Zop Zset2若Zset2 Zset1 偏移率常用于距离保护的后备段 偏移圆特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 方向圆特性 一般用于主保护段 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 全阻抗圆特性 可用于单侧电源系统中用于多侧电源系统时 应与方向元件相配合 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 上抛圆特性 Zset2和Zset1都在第一象限 通常用于发电机的失磁保护 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 特性圆的偏移 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 90 苹果形 90 橄榄形 苹果形和橄榄形特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 直线特性 电抗特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 直线特性 电抗特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 直线特性 电阻特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 直线特性 方向特性 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 四边形特性 1 准电抗特性2 准电阻特性折线azb 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 准四边形特性 IV象限II象限I象限 综合可得 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 电力系统继电保护 3 2 2阻抗继电器的动作特性和动作方程 电力系统继电保护 3 2 3绝对值比较与相位比较之间的相互转换 3 3阻抗继电器的实现方法 电力系统继电保护 3 3阻抗继电器的实现方法 3 3 1绝对值比较原理的实现3 3 2相位比较原理的实现3 3 3比较工作电压相位法以正序电压作为参考电压以记忆电压作为参考电压3 3 4精确工作电流与精确工作电压 电力系统继电保护 3 3阻抗继电器的实现方法 继电保护装置的作用 判断故障处于区内还是区外阻抗继电器的实现 精确测量Zm 与事先确定的动作特性进行比较无需精确测量Zm 只需间接地判断是处在动作边界之内还是动作边界之外 电力系统继电保护 3 3 1绝对值比较原理的实现 绝对值比较动作表达式 3 37 两侧同乘测量电流 并令 绝对值比较动作条件可表示为 3 43 称为电压形式的绝对值比较方程 电力系统继电保护 3 3 1绝对值比较原理的实现 T 电压变换器一个输出绕组 接电压形成回路变换系数 KUUR 电抗互感器三个输出绕组 一个接调节电阻 另外两个接电压形成回路复数变换系数 KI 模拟式距离保护绝对值比较电压的形成 思考题 请设计一个绝对值比较原理实现的全阻抗圆特性的阻抗继电器 电力系统继电保护 3 3 1绝对值比较原理的实现 软件计算出 电压比较算法 直接根据动作特性要求用软件形成两个比较电压 比较其大小 判断是否动作阻抗比较算法 先算出Zm 动作特性要求用软件形成两个比较阻抗 比较其大小 判断是否动作 数字式距离保护绝对值比较的实现 电力系统继电保护 3 3 1绝对值比较原理的实现 3 47 3 48 3 49 3 50 电力系统继电保护 3 3 2相位比较原理的实现 相位比较动作表达式 3 38 分子分母同乘测量电流 并令 相位比较动作条件可表示为 称为电压形式相位比较方程 3 51 电力系统继电保护 3 3 2相位比较原理的实现 模拟式距离保护相位比较电压的形成 T 电压变换器两个输出绕组 接电压形成回路变换系数都是KUUR 电抗互感器两个输出绕组 一个接调节电阻 另一个接电压形成回路复数变换系数 KI 电力系统继电保护 3 3 2相位比较原理的实现 阻抗比较方式求出测量阻抗Zm与已知阻抗组合出ZC ZD代入动作条件表达式 判断是否动作电压比较方式相量比较瞬时采样值比较 数字式距离保护相位比较的实现 电力系统继电保护 3 3 2相位比较原理的实现 相量比较方式 动作范围 90 90 则 3 56 3 57 展开并乘 得 瞬时采样比较方式 两点积算法 用相隔1 4周期的两个采样值完成比相 3 58 3 68 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 区外K1点短路 Uop与Um同相位反向K3点短路 Uop与Um同相位区内K2点短路 Uop与Um反相位结论 Uop与Um同相位 区外Uop与Um反相位 区内 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 单相接地故障 出口短路 故障相正序电压相位与该相故障前电压的相同幅值等于该相故障前电压的2 3 以正序电压为参考电压 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 两相接地短路 出口短路 两故障相正序电压相位与该相故障前电压的相同幅值等于该相故障前电压的1 3两故障相间正序电压相位与故障前相间电压相同幅值等于故障前相间电压的1 3 以正序电压为参考电压 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 两相不接地短路 出口短路 两故障相正序电压相位与该相故障前电压相同幅值等于该相故障前电压的1 2两故障相间正序电压相位与故障前相间电压相同幅值等于故障前相间电压的1 2 以正序电压为参考电压 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 三相短路 出口短路 三相电压均为0各正序电压也都为0三相短路 非出口短路 正序电压变为残余电压 以正序电压为参考电压 电力系统继电保护 3 3 3比较工作电压相位法 电力系统继电保护 3 3 4精确工作电流与精确工作电压 Iop min 最小动作电流Iac min 最小精确工作电流Iac max 最大精确工作电流Uac min 最小精确工作电压 电力系统继电保护 习题 请分析如图所示的阻抗继电器的动作特性 3 4距离保护的整定计算与对距离保护的评价 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 三段式配置方式 I II段 方向性测量元件III段 带有偏移特性的测量元件如图 1 AB线路A处保护的I段2 AB线路A处保护的II段3 AB线路A处保护的III段4 BC线路B处保护的I段 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 I段保护的整定 无延时速动段 只反应本线路的故障原则 下级线路出口短路 可靠不动作按躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 II段保护的整定 分支电路对测量阻抗的影响 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 II段保护的整定 整定阻抗 与相邻线路I段配合 3 108 与相邻变压器的快速保护配合 3 109 取其中的较小者作为整定阻抗 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 II段保护的整定 灵敏度校验 3 110 若不满足要求 与相邻II段配合 动作时间 3 111 X取I或II段 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 III段保护的整定阻抗 与相邻线路II段或III段配合 3 112 与相邻变压器的电流 电压保护配合 3 113 躲过正常运行时的最小负荷阻抗取其中的较小者作为整定阻抗 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 III段保护的灵敏度校验 做本线路I II段的近后备 3 117 做相邻线路的远后备 3 118 动作时间 比与之配合的相邻设备保护动作时间大 t 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 例3 1 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 例3 1 电力系统继电保护 3 4 1距离保护的整定计算 例3 1 电力系统继电保护 3 4 2110kV线路保护配置 相间距离保护I II III段接地距离保护接地距离保护I II III段方向零序电流保护 简单 常用 电力系统继电保护 3 4 3对距离保护的评价 对距离保护的评价 受电网运行方式变化的影响小220kV及以上电压等级 不能满足快速性的要求主要用于输电线路的保护 还可用于发电机 变压器的后备保护构成 接线 算法较复杂 可靠性稍差 3 5距离保护的振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 1振荡闭锁的概念 电力系统振荡时电动势间夹角 可能在0 360 变化电压 电流 功率大小和方向 距离保护的测量阻抗都作周期性变化 保护可能误动振荡 不正常运行状态 不是故障通过调节自行恢复 或由振荡解列装置解开失步的系统若保护装置误动 扩大事故范围防止系统振荡时保护误动的措施 振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 电压 电流的变化规律 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 电压 电流的变化规律 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 测量阻抗的变化规律 当 由0 变化到360 测量阻抗Zm的末端沿着OO 自右向左移动 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 振荡时 测量阻抗可能进入动作区 造成阻抗元件的误动作 电力系统继电保护 3 5 2电力系统振荡对距离保护元件的影响 电力系统振荡与短路时电气量的差异振荡时 三相对称 没有负序和零序分量短路时 出现负序分量或零序分量振荡时 电气量呈周期性变化 变化速度慢短路时 电气量突然变化 速度很快振荡时 阻抗元件一个周期内动作和返回各一次短路时 阻抗元件可能动作 可能不动作 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 距离保护的振荡闭锁措施 应满足以下基本要求 系统全相或非全相振荡时 保护装置不应误动作跳闸全相或非全相振荡过程中 发生各种类型的不对称故障 保护装置应有选择性地动作跳闸全相振荡过程中再发生三相故障 保护装置应可靠动作跳闸 并允许带有延时 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 一 利用负序 零序分量或电流突然变化 短时开放保护 实现振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 TDW称为振荡闭锁的开放时间 或称允许动作时间 它的选择要兼顾两个原则 区内故障时 要保证保护I段有足够的时间可靠跳闸 保护II段能够可靠启动并实现自保持 因而时间不能太短 一般不小于0 1s区外故障时 测量阻抗不会在此时间内进入动作区 因而时间不能太长 一般不大于0 3s通常取0 15s 一 利用负序 零序分量或电流突然变化 短时开放保护 实现振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 故障判断元件 又可称为启动元件 用来完成系统是否发生短路的判断 仅需判断系统是否发生了短路不需要判出短路的远近及方向要求 灵敏度高 动作速度快 系统振荡时不误动作常用的方法 反映电压 电流中负序分量或零序分量反映电流突变量 一 利用负序 零序分量或电流突然变化 短时开放保护 实现振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 二 利用阻抗变化率的不同构成振荡闭锁 根据测量阻抗的变化速度不同 可构成振荡闭锁原理短路故障时 测量阻抗变化快系统振荡时 测量阻抗变化慢设置两个阻抗元件KZ1整定值较高KZ2整定值较低大圆套小圆 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 二 利用阻抗变化率的不同构成振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 3距离保护的振荡闭锁措施 在0 360 变化 距离保护测量阻抗作周期性变化测量阻抗进入动作区 保护动作测量阻抗移出动作区 保护返回测量阻抗落入动作区的时间小于一个振荡周期 1 1 5s 距离保护III段动作延时大于1 1 5s 系统振荡时保护III段不动作 三 利用动作的延时实现振荡闭锁 电力系统继电保护 3 5 4振荡过程中再故障的判断 振荡中又发生不对称短路 可用下列判据作为重新开放保护的条件 3 132 三相对称性故障的动作判据 3 133 3 6故障类型判别和故障选相 电力系统继电保护 3 6故障类型判别和故障选相 220kV及以上电压等级的超高压线路中 实现分相跳闸 即单相故障只跳故障相多相故障跳三相要求保护装置除能测量故障距离外 还应能选出故障相别电流突变量选相相电流差突变量选相相电流突变量选相 电力系统继电保护 3 6故障类型判别和故障选相 相电流差突变量定义 3 134 其中 相电流差突变量 相电流突变量 故障后相电流 故障前相电流 电力系统继电保护 3 6故障类型判别和故障选相 先根据测量电流中有无零序分量 判定是接地短路还是不接地短路 若是接地短路 则 A相单相接地短路 B相单相接地短路 C相单相接地短路m为整定系数 一般取4 8 以上都不满足 判定为两相接地故障求三个相电流差突变量的最大值 与之对应的两相为故障相 电力系统继电保护 3 6故障类型判别和故障选相 若无零序分量 判定为非接地故障 AB两相短路 BC两相短路 CA两相短路以上都不满足 判定为三相短路故障 还可根据负序分量判断 确定是两相短路还是三相短路 电力系统继电保护 3 6故障类型判别和故障选相 根据负序分量判断当负序电流大于定值时 判定为两相故障求三相电流差突变量的最大值 与之对应的两相就是故障相 否则判为三相故障 故障选项的算法还有很多 如用序分量的选相原理等 电力系统继电保护 设计题4 请设计一个距离保护中故障类型判别和选相的流程图 3电网距离保护 习题 总结 电力系统继电保护 课后习题 3 3 3 3什么是故障环路 相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么 答 故障电流流通的通路成为故障环路 相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是 接地短路的故障环路为 相 地 故障环路 即短路电流在故障相与大地之间流通 如 单相接地短路 两相接地短路 三相短路 相间短路的故障环路为 相 相 故障环路 即短路电流在故障相之间流通 如 两相短路 两相接地短路 三相短路 电力系统继电保护 课后习题 3 11 1 3 11导出具有偏移圆特性的阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程 两个整定阻抗Zset1 Zset2圆心半径动作区 圆内非动作区 圆外临界动作 圆周上 绝对值比较动作方程 电力系统继电保护 课后习题 3 11 2 相位比较动作方程为 当测量阻抗落在圆周右下部分时 当测量阻抗落在圆周左上部分时 当测量阻抗落在圆周内时 电力系统继电保护 课后习题 3 21 3 21什么是电力系统振荡 振荡时电压 电流 测量阻抗有什么特点 答 电力系统中发电机失去同步的现象 称为电力系统的振荡 电力系统振荡时 系统两侧等效电动势间的夹角 在0 360 范围内作周期性变化 从而使系统中各点的电压 线路电流 距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化 电力系统继电保护 设计题1 请设计一个电路 实现绝对值比较原理的方向圆特性 电力系统继电保护 设计题1 请设计一个电路 实现绝对值比较原理的方向圆特性 构造电路 如左图所示 即绝对值比较原理的方向圆特性 电力系统继电保护 设计题2 请设计一个电路 实现绝对值比较原理的偏移圆特性 电力系统继电保护 设计题2 请设计一个电路 实现绝对值比较原理的偏移圆特性 构造电路 如图所示 即绝对值比较原理的偏移圆特性 电力系统继电保护 设计题3 请设计一个电路 实现相位比较原理的偏移圆特性 电力系统继电保护 设计题4 请设计一个距离保护中故障类型判别和选相的流程图 电力系统继电保护 第三章小结 1 3 1距离保护的基本原理与构成接地距离保护接线方式 相间距离保护接线方式3 2阻抗继电器及其动作特性圆特性准四边形特性3 3阻抗继电器的实现方法模拟式阻抗继电器的实现 绝对值比较原理 相位比较原理 余弦型相位比较判据 比相的两点积算法 电力系统继电保护 第三章小结 2 3 4距离保护的整定计算与对距离保护的评价整定计算的原则对距离保护的评价3 5距离保护的振荡闭锁电力系统振荡与短路时电气量的差异3 6故障类型判别和故障选相 电力系统继电保护 3电网距离保护 END