写在开始

这些是我在学习电力系统继电保护的时候记的笔记, 因为是笔记, 所以可能有内容有疏漏, 不会特别全面。

第一章 继电保护的基本知识

1.1 电力系统的故障及运行状态

  1. 运行:带电

    • 正常运行: 期望的状态

      • 允许运行
      • 允许长期运行
      • 继电保护装置不动作
    • 异常运行: 有些状态偏离了额定值, 但是超过的不多

      • 允许运行
      • 不允许长期运行, 长期运行会导致:寿命缩短, 发生故障的概率会提高
      • 发信号
    • 故障运行

      • 不允许运行
      • 跳闸
      • 分类:

        • 断路(纵向故障): 继电保护没法管
        • 短路(横向故障): 认为故障就是短路, 接地故障就是接地短路, 相间故障就是相间短路, 当发生下面这些情况时跳闸。

          符号短路类型故障类型故障类型
          $$K^{(3)}$$三相短路对称故障相间故障
          $$K^{(2)}$$两相短路不对称故障相间故障
          $$K^{(1,1)}$$两相短路接地不对称故障接地故障
          $$K^{(1)}$$单相短路不对称故障接地故障
  2. 热备用

    • 不带电的, 断路器断开, 一经合闸就可以用
  3. 冷备用

    • 把断路器断开, 隔离开关也断开
  4. 检修

    • 断路器断开, 隔离开关断开, 接上地线

继电保护只管带电的, 所以只管运行状态

故障的另一种分类:

  1. 分类一

    • 瞬时性故障:
    • 永久性故障: 在人去修之前一直存在
  2. 分类二

    • 金属性短路: 更危险
    • 经过渡电阻的短路

1.3 继电保护的基本工作原理及分类

发生短路之后:

  1. 电流, 增大
  2. 电压。 下降
  3. 阻抗, 下降

输电线路的损耗不能超过10%

随着短路点越来越接近电源, 短路电流越大, 电压越低

用阻抗作为判据比用电流作为判据灵敏性更高

保护方式:

  1. 电流保护
  2. 电压保护
  3. 阻抗保护
  4. 差动保护

    • 最麻烦的问题在于通道, 需要传输数据
    • 性能更好, 也比阻抗保护更贵
  5. 序分量保护

    • 发生短路之后可能会出现负序分量和零序分量
    • 灵敏性比差动保护更高
    • 不能发现所有的故障, 三相短路没有用, 两相短路没有零序分量
  6. 突变量保护

    • 计算单位时间内电流差
  7. 行波保护
  8. 暂态量保护

    • 前面的都是稳态量保护
    • 最大的好处是快
    • 缺点是现在停留在理论上
    • 难点:

      1. 要求测量系统足够快
      2. 非常飘忽不定
  9. 非电气量保护

    • 前面的都是电气量保护
    • 温度保护
    • 瓦斯保护

学习电流保护, 电压保护, 阻抗保护, 差动保护, 序分量保护, 非电气量保护

任何电气设备不能在没有保护的状态下运行

按照功能不同分类:

  1. 主保护: 必须有
  2. 后备保护: 必须有, 优先采用远后备, 220kV及以上采用近后备

    1. 远后备:

      1. 优先采用远后备
    2. 近后备: 和主保护跳开的断路器相同

      1. 220kV及以上采用近后备
  3. 辅助保护: 可有可无

    • 在可以容忍或者主保护可解决的情况下不需要辅助保护

主保护和后备保护可以互换, 辅助保护不能和主保护和后备保护互换

机电型包括电磁型和感应型

按保护反应参数增大或减小而动作归类:过量保护和欠量保护。

继电保护装置的组成

  1. 测量比较部分

    1. 输入电气量
    2. 输入整定值
  2. 逻辑判断部分
  3. 执行输出部分

1.4 对继电保护的基本要求

四个基本要求:

  1. 选择性

    1. 离故障点最近, 使停电范围最小
    2. 通过保护范围的配合, 动作时间的配合来保证选择性
    3. 通过整定计算来保证选择性
  2. 速动性

    1. 好处

      1. 可以减轻设备的损坏
      2. 可以防止轻微故障发展成严重故障
      3. 可以防止单一的故障发展成复杂的故障
      4. 可以提高暂态稳定性
    2. 发生故障保护发现有故障发出跳闸命令断路器完成跳闸 需要时间

      1. 保护的固有动作时间(ms级): 从发生故障保护发现有故障
      2. 人为延时(s级): 保护发现有故障发出跳闸命令, 可以没有
      3. 断路器的动作时间(ms级):发出跳闸命令断路器完成跳闸
      4. 继电保护的动作时间: 从故障到发出跳闸命令, 等于保护的固有动作时间和人为延时到和
      5. 故障切除时间: 从故障到断路器完成跳闸, 主要由人为延时决定
      6. 保护的动作时间 = 保护的固有动工作时间 + 人为延时
      7. 保护的动作时间 = 人为延时 (忽略固有动作时间)
      8. 人为延时到的时间就是保护动作的时间, 误差10%
      9. 尽快切除故障就是速动性
  3. 灵敏性: 发现轻微故障的能力

    1. 灵敏系数 $$K_{sen}$$
    2. 过量保护: $$\text{灵敏系数} \ K_{sen} = \dfrac{\text{保护范围内发生最轻微故障时的最小值}}{\text{整定值}}$$

      1. $$K_{sen} < 1$$: 无法发现保护范围内发生最轻微故障时的最小值, 不合格
      2. $$K_{sen} = 1$$: 刚好可以反应保护范围内发生最轻微故障时的最小值, 不合格, 刚好可以代表可能不可以
      3. $$K_{sen} > 1$$: 可以反应保护范围内的最轻微的故障, 而且留有裕度, 合格
    3. 欠量保护: $$\text{灵敏系数} \ K_{sen} = \dfrac{\text{整定值}}{\text{保护范围内发生最轻微故障时的最大值}}$$

      1. $$K_{sen} < 1$$: 不可以反应保护范围内的最轻微的故障的最大值, 不合格
      2. $$K_{sen} = 1$$: 刚好可以反应保护范围内发生最轻微故障时的最大值, 不合格, 刚好可以代表可能不可以
      3. $$K_{sen} > 1$$: 可以发现保护范围内发生最轻微故障时的最大值, 合格
  4. 可靠性

    1. 不拒动(可信赖性)
    2. 不误动(安全性)
    3. 联系紧密的系统: 不怕误动, 对安全性要求不高, 怕拒动, 对可信赖性要求高
    4. 联系不紧密的系统: 怕误动, 对安全性要求高, 不怕拒动, 对可信赖性要求不高

要求一个合适的保护

1.5 继电保护发展简史

似乎不重要

一、原理的发展

二、装置的发展

第二章 继电保护的基础元件

没第一章重要

学继电器, 互感器, 测量变换器(在继电保护装置内, 把电流互感器二次测的电流变小, 把电压互感器二次测的电压变小)

自隅变压器第三绕组只是接上了, 但没有输出

2.1 互感器

互感器是一次设备, 继电保护是二次设备

互感器的分类:

  1. 电压互感器(TV(PT))

    1. 相当于降压变压器
  2. 电流互感器(TA(CT))

    1. 相当于升压变压器
电压互感器电流互感器
TV(PT)TA(CT)
imgimg
相当于降压变压器相当于升压变压器
并联接入一次系统串联接入一次系统
$$U_2 = \dfrac{U_1}{n_{TV}}$$$$I_2 = \dfrac{I_1}{n_{TA}}$$
二次测相当于电压源二次测相当于电流源
二次测开路运行二次测短路运行
不允许短路不允许开路
二次测接熔断器或自动开关二次测不允许接熔断器或自动开关
二次侧的额定电压100V(线电压)二次侧的额定电流5A或1A
有且仅有一个接地点(保护接地)有且仅有一个接地点(保护接地)

减极性标注

img

只改变大小, 不改变方向

电流互感器的误差

定义:

  1. 电流误差(变比误差)
  2. 角度误差
  3. 复合误差(综合误差, 全误差)

电流互感器产生误差的原因: 励磁电流的存在

对误差的要求:

测量计用电流互感器, 要求其在正常情况下误差小, 即准确度高。在过电流情况下, 其误差越大越好, 避免二次表计受过电流的冲击。

保护用电流互感器, 要求是在一定的过电流下, 其误差应在一定限值之内。

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  1. 二次测的负载阻抗$$Z_2$$越大, 误差越大
  2. 二次测的额定电流倍数$$m_1$$越大, 误差越大

    • $$m_1 = \dfrac{I_1}{I_{1N}}$$
    • $$m_1 \uparrow \Rightarrow I_1 \uparrow \Rightarrow \text{饱和} \uparrow \Rightarrow \text{磁阻} \uparrow \Rightarrow \text{电抗} \downarrow \Rightarrow I_m \uparrow \Rightarrow \text{误差} \uparrow$$
  3. 电流互感器的10%误差曲线

    img

    img

    电流互感器的误差主要是由励磁电流产生的

    电压互感器的误差主要是由绕组压降产生的

2.2 继电器

定义: 继电器是一种输入量达到某一给定值, 或者加入某一输入量时, 其输出量就产生预定越变的自动器件

分类:

  1. 动作原理不同:

    1. 电磁型
    2. 感应型
    3. 整流型
    4. 晶体管型
    5. 集成电路型
    6. 微机型
  2. 按作用不同分类

    1. 测量型继电器, 根据输入量大小来决定输出

      1. 电流继电器
      2. 电压继电器
      3. 阻抗继电器
    2. 辅助型继电器, 根据输入量有无来决定输出

      1. 时间继电器
      2. 信号继电器
      3. 中间继电器
  3. 按物理量增大或减小动作归类

    1. 过量继电器
    2. 欠量继电器

触点:

  1. 不得电时打开的是常开触点

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  2. 不得电时关闭的是常闭触点

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继电保护中:闭合叫动作, 断开叫返回, 无论常开还是常闭

继电器能够返回的条件是:

$$ M_e \text{(电磁力转矩)} \leq M_{th} \text{(弹簧力转矩)} - M_f \text{(摩擦力转矩)} $$

无论启动或返回, 继电器的动作都是明确干脆的, 它不可能停留在某一个中间位置, 这种特性称之为“继电特性”。

能使继电器动作的最小电流叫做动作电流

能使继电器返回的最大电流叫做返回电流

能使电压继电器动作的最大电压叫做动作电压

能使电压继电器返回的最小电压叫做返回电压

电流继电器电压继电器
imgimg
$$\text{返回系数} = \dfrac{\text{返回值}}{\text{动作值}} < 1$$$$\text{返回系数} = \dfrac{\text{返回值}}{\text{动作值}} > 1$$
能使电流继电器动作的最小电流叫做动作电流能使电压继电器动作的最大电压叫动作电压
能使电流继电器返回的最大电流叫做返回电流能使电压继电器返回的最小电压叫返回电压
  1. 电磁型电流继电器
  2. 电磁型电压继电器: 电压继电器的作用是测量电压的高低, 应用时并接在电压互感器的二次侧, 作为保护的启动元件。
  3. 电磁型时间继电器: 时间继电器的作用是为保护装置建立必要的延时, 以保证动作的选择性和某种逻辑关系。它的操作电源由直流的也有交流的, 一般多为电磁式直流时间继电器。
  4. 电磁型中间继电器: 中间继电器起中间桥梁作用, 与电磁型电流、电压继电器相比, 由如下特点(似乎不重要):

    1. 触点容量大, 可直接作用于断路器跳闸;
    2. 触点数量多, 可控制多个回路;
    3. 可实现重动, 因而有时称之为重动继电器;
    4. 可实现时间继电器难以实现的短延时;
    5. 可实现保护装置电流启动、电压保持或电压启动、电流保持。
  5. 电磁型信号继电器: 信号继电器的触点为自保持, 应由值班人员手动复归或电动复归
  6. 极化继电器: 是电磁型继电器的变形。

2.3 测量变换器

由于晶体管或计算机都属于弱电元件, 因此, 需要引入中间变换器做进一步的变换, 把互感器的二次侧的电压、电流进一步的变小。

作用:

  1. 电压变换
  2. 电路隔离
  3. 定值调整
  4. 电量的综合
  5. 谐波分量的抑制

种类:

  1. 电压变换器: 原理结构与电压互感器相同
  2. 电流变换器: 原理结构与电流互感器相同
  3. 电抗变换器: 铁芯带气隙的电量变换器

电流变换器和电抗变换器的区别:

  1. 由于电抗变换器的铁芯具有气隙, 故励磁阻抗较小且接近于感抗, 磁路不易饱和, 线性变换范围较宽, 因此, 在对变换器线性要求较高的场合, 宜选用电抗变换器。
  2. 为了得到最佳效果, 电流变换器二次侧所接的负载类型可以选择, 但其输出电压与输入电流之间的相位差无法调整, 而电抗变换器的二次等效阻抗为电抗, 不能选择, 但其输出电压与输入电流之间的相位差可以调整
  3. 由于电抗变换器具有电感的特性, 因而对高频分量有放大作用, 又由于其一次系统的时间常数较大, 因而对非周期分量的传变有抑制作用电流变换器则不然, 当其二次负载接电阻时, 只要其铁芯未饱和, 就会对不同频率的电流包括非周期分量几乎都具有相同的变比

三种变换器的原理结构对比:

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第三章 相间短路的阶段式电流电压保护

3.1 输电线路的故障、异常运行状态及保护方式

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故障发生时:

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保护1的一段和二段都在保护1的断路器上

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一段是辅助保护, 二段是主保护, 三段是后备保护

一段的速动性最好, 灵敏性最差, 三段是灵敏性最好, 速动性最差, 二段居于两者之间。

整定计算

  1. 动作值
  2. 动作时间
  3. 灵敏性校验

求短路电流

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$$ \begin{equation}\begin{array}{lr} I_A = \dfrac{E_A}{Z_S + Z_K} \\ I_B = \dfrac{E_B}{Z_S + Z_K} \\ I_C = \dfrac{E_C}{Z_S + Z_K} \\ \end{array}\end{equation} $$

$$ \begin{equation}\begin{array}{lr} I = \dfrac{E}{Z_S + Z_K} & (K^{(3)}) \\ I = \dfrac{\sqrt{3}E}{2(Z_S + Z_K)} & (K^{(2)}) \end{array}\end{equation} $$

将两相短路和三相短路公式合并得:

$$ I = \dfrac{K_k \cdot E}{Z_S + Z_K} $$

故对三相短路取$$K_k = 1$$, 对两相短路取$$K_k = \dfrac{\sqrt{3}}{2}$$。

所以两相短路的短路电流比三相短路的短路电流小。

最大运行方式对应最小运行阻抗($$Z_{S \cdot \min}$$), 最小运行方式对应最大系统阻抗($$Z_{S \cdot \max}$$)。

保护范围受运行方式影响

1566888704978

三段式电流保护

  • Ⅰ段: 无时限电流速段保护

    1566824431132

    • 原则: 躲过本线路末端最大短路电流。
    • 动作值:

      • $$I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1} > I_{K \cdot B \cdot \max}$$
      • $$I^\mathrm{I}_{act \cdot 1} = K_{rel} \cdot I_{K \cdot B \cdot \max}$$
      • $$I_{K \cdot B \cdot \max} = \dfrac{E}{Z_{S \cdot \min} + Z_{AB}}$$
    • 动作时间: $$t^\mathrm{I}_1 = 0s$$
    • 灵敏性校验: $$K_{sen} = \dfrac{\text{保护范围内可能出现的最小值}}{\text{整定值}}$$

      1. $$I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1} = \dfrac{E}{Z_{S \cdot \min} + L_{\max} \cdot Z_1}$$
      2. $$L_\max = \dfrac{1}{Z}(\dfrac{E}{I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1}} -Z_{S \cdot min})$$(最大保护范围不小于全长的50%)
      3. $$I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1} = \dfrac{\dfrac{\sqrt{3}}{2}E}{Z_{S \cdot \max} + L_{\min} \cdot Z_1}$$
      4. $$L_{\min} = \dfrac{1}{Z}(\dfrac{\sqrt{3}}{2} \dfrac{E}{ I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1}} - Z_{S \cdot \max})$$(最小保护范围不小于线路全长的15%~20%)
    • 特点

      • 优点:简单可靠, 动作迅速。 在一些双侧电源的线路上, 也能有选择性地动作。
      • 缺点:不能保护线路的全长, 保护范围受系统运行方式变化的影响。
    • 关键词:

      1. 本线路末端
      2. 最大运行方式
      3. 三相短路
  • Ⅱ段: 限时电流速断保护

    1566824507770

    • 原则:

      1. 可以与下一线路的 Ⅰ 段配合(如果灵敏性能满足要求就可以)
      2. 也可以与下一线路的 Ⅱ 段配合(灵敏性不能满足要求的时候用, 牺牲了速动性来追求灵敏性)
    • 动作值:

      1. $$I^{\mathrm{II}}_{act \cdot 1} = K_{rel} \cdot I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 2}$$
      2. $$I^{\mathrm{II}}_{act \cdot 1} = K_{rel} \cdot I^{\mathrm{II}}_{act \cdot 2}$$
    • 动作时间:

      1. $$t^{\mathrm{II}}_1 = t^{\mathrm{I}}_2 + \Delta t$$
      2. $$t^{\mathrm{II}}_1 = t^{\mathrm{II}}_2 + \Delta t$$
    • 灵敏性校验:

      1. $$K_{sen} = \dfrac{I_{K \cdot B \cdot \min}}{I^{\mathrm{II}}_{act \cdot 1}}$$
      2. $$I_{K \cdot B \cdot \min} = \dfrac{\dfrac{\sqrt{3}}{2} E}{Z_{S \cdot \max} + Z_{AB}}$$
    • 关键词:

      1. 本线路末端
      2. 最小运行方式
      3. 两相短路
  • Ⅲ段: 定时限过电流保护

    • 原则: 躲过最大负荷电流
    • 动作值:

      1. $$I^{\mathrm{III}}_{act \cdot 1} = \dfrac{K_{rel} \cdot K_{MS}}{K_{re}} \cdot I_{L \cdot \max}$$($$K_{MS}$$(自启动系数)是为了保证电机启动时不误动, $$K_{re}$$是为了外部故障切除后保护能可靠返回)
    • 动作时间:阶梯型原则

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    • 灵敏性校验

      1. 近后备: $$K_{sen} = \dfrac{I_{K \cdot B \cdot \min}}{I^{\mathrm{III}}_{act \cdot 1}}$$

        1. 本线路末端
        2. 最小运行方式
        3. 两相短路
      2. 远后备: $$K_{sen} = \dfrac{I_{K \cdot C \cdot \min}}{I^{\mathrm{III}}_{act \cdot 1}}$$

        1. 下一线路末端
        2. 最小运行方式
        3. 两相短路

$$K_{rel}$$:可靠系数

10kV~35kV:电流保护

35kV~110kV:距离保护

220kV及以上:差动保护

运行方式影响短路电流

3.5 电流保护的接线方式

电流保护的接线方式:电流继电器线圈和电流互感器二次绕组之间的连接方式

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(a)三相三继电器:三相完全接线

  1. 中性点直接接地系统
  2. 发电机、 变压器等贵重设备
  3. 最贵

(b)两相两继电器: 必须在AC两相上

  1. 中性点不直接接地的系统

(c)两相三继电器: 也是接在AC两相上

  1. 中性点不直接接地系统中碰到Yd接线变压器时

(d)两相电流差接线

  1. 过负荷能力强, 对灵敏性要求不高时(一般不用)
  2. 最便宜
  3. 灵敏性最差

在串联电路中: 若采用完全星型接线, 则百分之百正确动作; 若采用两相两继电器接线, 则有三分之二的概率正确动作。

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在并联电路中: 若采用完全星型接线, 则百分之百不能正确动作; 若采用两相两继电器接线, 则有三分之二的概率正确动作。三相三继电器下面这种情况下会切掉两条线路, 两相两继电器会切掉C相留下B相

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两相两继电器操作:

$$L_1$$接在AC两相, $$L_2$$接在AC两相

$$L_1$$AABBCC
$$L_2$$BCACAB
切1留2全切切2留1切2留1全切切1留2
正确错误正确正确错误正确

$$L_1$$接在AC两相, $$L_2$$接在AB两相

$$L_1$$AABBCC
$$L_2$$BCACAB
全切切1留2切2留1不切全切全切
错误正确正确错误错误错误

对于小接地电流电网, 当采用以上两种接线方式时各有优缺点。 但为了节省投资, 一般都采用不完全星型接线。

Yd11接线变压器后发生的两相短路

两相三继电器适合中性点不直接接地系统加Yd11接线变压器

加第三个继电器的作用, 为了感受那两倍的电流

两相三继电器接线系数也可以说成1,不严谨。

结论:

  1. Yd11接线的变压器在三角形侧发生两相短路时, 在星形侧与故障相同名的滞后相上会出现其他两相两倍的短路电流。
  2. Yd11接线的变压器在星形侧发生两相短路时, 在三角形侧与故障相同名的超前相上会出现其他两相两倍的短路电流。

P48题:

定时限过电流保护采用两相三组电器式接线, 电流互感器变比为1200/5,动作电流二次额定值为10A, 如线路上发生CA相短路, 流过保护安装处的A相一次电流, C相一次电流均为1500A, 如A相电流互感器极性反接时, 则保护将出现(误动)

图:

1566957158216

接线系数

流入继电器的电流和电压互感器二次绕组的电流的比值

$$ K_c = \dfrac{I_m}{I_2} $$

用处:

$$ I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1} = K_{rel} \dfrac{E}{Z_{S \cdot \min} + Z_{AB}} $$

$$ I^{\mathrm{I}}_{act \cdot 1}(二次侧) = K_{rel} \dfrac{E}{Z_{S \cdot \min} + Z_{AB}} \cdot \dfrac{1}{n_{TA}} $$

两相电流差接线

$$ K_c = \frac{I_m}{I_2} = \frac{I_A - I_C}{I_A} 或 \frac{I_A - I_C}{I_C} $$

正常或三相短路: $$K_C = \sqrt{3}$$

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AC两相短路: $$K_C= 2$$

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AB或BC两相短路: $$K_C = 1$$

两相电流差接线的接线系数随着运行方式的变化而变化, 所以这种接线方式的灵敏性较低,最经济

三相完全星形接线与两相不完全星形接线的比较

三相星形接线广泛应用与发电机、变压器等大型贵重电气设备德保湖中, 也用在中性点直接接地系统中, 作为相间短路和单相接地短路的保护。

中性点直接接地系统和非直接接地系统电网中, 都广泛地用作为相间短路的保护。

两相星形接线较为简单经济, 非直接接地系统中, 比用三相星形接线优越。 应在所有线路上将保护装置安装在相同的两相上(一般都装于A、C相上)

输电线路的故障和异常运行状态

3.7 电流电压连锁速段保护

电压和电流保护的保护范围

电压保护: 运行方式越大, 保护范围越小

电流保护: 运行方式越大, 保护范围越大

单纯的电流保护是按最大的运行方式来整定, 电流电压连锁保护按正常运行方式来整定。 整定值更小, 灵敏性更高。

第四章 相间短路的方向电流保护

4.1 方向电流保护的工作原理

1566962036411

电流保护 + 方向元件 = 方向电流保护

由母线指向线路为正

img

img

总原则: 反方向故障不会动作的保护可以不装

分原则:

  1. 动作值大的可以不装
  2. 动作时间最长的那一个可以不装(主要指的是Ⅲ段)
  3. 若动作时间同时最长, 那么都得装

4.2 功率方向继电器

$$ P = UI \cdot \cos \phi_m $$

当$$\cos \phi_m \geq 0$$时就判定为正方向

当$$\cos \phi_m < 0$$时就判定为反方向

$$\cos \phi_m > 0$$

$$-90° < \phi_m < 90°$$动作区

img

最灵敏角$$\phi_{sen}$$

应该把最灵敏角设置成正方向故障时的$$\phi_m$$,所以公式应设置成$$\cos (\phi_m - \phi_{sen}) > 0$$

存在问题

  1. 电压死区

    解决方法:

    1. 引入非故障相电压(90°接线)(健全相电压)

      • 针对的是两相短路的死区
    2. 记忆回路(记忆电压)

      • 针对的是三相短路
  2. 潜动现象: 只加电压时的潜动称为电压潜动, 只加电流时的潜动, 称为电流潜动。

    1. 为了消除电流潜动, 可以调整电阻$$R_2$$
    2. 为了消除电压潜动, 可以调整电阻$$R_1$$

4.3 功率方向继电器的接线方式

1566975724584

90°接线方式功率方向继电器接入的电流及电压
功率方向继电器$$\dot{I}_m$$$$\dot{U}_m$$
$$KW1$$$$\dot{I}_A$$$$\dot{U}_{BC}$$
$$KW2$$$$\dot{I}_B$$$$\dot{U}_{CA}$$
$$KW3$$$$\dot{I}_C$$$$\dot{U}_{AB}$$

1566976453977

$$ \phi_m = - ( 90° - \phi_K) $$

$$ \phi_{sen} = - (90° - \phi_K) $$

$$ \phi_{sen} \neq \phi_{m} $$

$$\phi_{sen}$$是预测值, $$\phi_m$$是客观存在的。

$$ 30° \leq \alpha \leq 60° $$

就能保证无论线路阻抗角是多大,都能正确动作

老的留口只留了30°和45°

4.4 非故障相电流的影响及按相起动接线

两相短路时非故障相中负荷电流的影响

方向过电流保护的启动方式

KA1: A相电流继电器的触点

KA2: 代表C相电流继电器的触点

KW1: A相功率方向继电器的触点

KW2: C相功率方向继电器的触点

按相启动: 方向电流保护中必须采用按相起动接线。

非按相启动: 不管哪相电流增大了, 一端方向为正就能动作

第五章 接地短路的零序保护

接地故障与中性点接地方式密切相关, 相同的故障条件但不同的中性点接地方式, 接地故障所表现出的故障特征和后果、危害完全不同, 因而保护策略也不相同。

大电流接地方式也称有效接地方式, 小电流接地方式称为非有效接地方式。

  • 中性点直接接地系统(大电流接地系统): 接地保护应迅速动作于QF跳闸

    • 中性点直接接地
  • 中性点不直接接地系统(小电流接地系统?): 接地保护延时动作于发信号。

    • 中性点不接地
    • 中性点经消弧线圈接地

我国规定: 当$$\dfrac{X_{0 \sum}}{X_{1 \sum}} \geq 4 \sim 5$$时, 属于小电阻接地系统, 否则属于大电流接地系统。 有的国家把这个比例定为3。

$$ \begin{equation}\begin{array}{lr} \dfrac{X_0}{X_1} \geq 3 ;& \dfrac{R_0}{X_1} > 1 \text{(小电流接地系统)} \\ \dfrac{X_0}{X_1} \leq 3 ;& \dfrac{R_0}{X_1} \leq 1 \text{(大电流接地系统)} \end{array}\end{equation} $$

110kV及以上电压等级的系统采用中性点直接接地方式, 35kV及以下的系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地。

中性点直接接地系统: 这种接地方式可以不考虑过电压问题, 但是故障必须排除。

经小电阻接地系统(中国几乎没有): 属于中性点有效接地系统

中性点直接接地电网发生接地短路的特点, 然后学保护

中性点不接地电网发生接地短路的特点, 然后是保护

中性点经消弧线圈接地的系统发生接地短路的特点, 然后是保护

特点更重要, 保护不重要

中性点直接接地系统

5.1 大接地地电流接地故障分析

当中性点直接接地或经过小电阻接地的电网发生接地故障时, 将出现数值较大的零序电流, 改电流在正常情况下是不存在的, 这是接地故障的显著特征, 据此可以构成有效的保护。

中性点直接接地系统发生接地故障后零序分量的特点

  1. 系统中任意一点发生接地短路时, 都将出现零序电流和零序电压, 故障点处零序电压最高, 变压器中性点处零序电压为零。 零序电压由故障点到中性点呈线性分布。
  2. 零序电流的大小和分布情况, 主要取决于电网中线路的零序阻抗、中性点接地变压器的零序阻抗以及中性点接地的变压器数量和分布, 二电源数量、分布无直接关系。 当系统运行方式改变时, 若线路和中性点接地的变压器数量及其分布不变, 零序阻抗和零序网络就保持不变。
  3. 零序或负序功率方向与正序功率方向相反, 即对于故障线路, 正序功率方向为由母线指向线路, 而零序功率方向却由线路指向母线。 正序电流滞后正序电压90°, 而零序电流却超前零序电压90°, 均以电压为参考向量, 则正序电流与零序电流相位差180°, 所以其功率方向相反。

5.2 中性点直接接地电网的零序保护

零序电流滤过器: 只保留零序

  • 存在不平衡电流(当三相完全对称的时候, 由于互感器误差导致的)
  • 零序电流互感器不存在不平衡电流
  • 架空线使用

零序电流过滤器: 过滤零序

零序电流互感器:

  • 在电缆中使用

架空线用零序电流滤过器,

电缆用零序电流互感器。

零序电流一段

下一线路出口就是本线路末端

零序电流瞬时速段保护的整定原则:

  1. 躲开下一条线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流。
  2. 躲开断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流$$3I_{0 \cdot ut}$$。
  3. 当线路上采用单相自动重合闸时, 按照能够躲开非全相运行状态下发生系统震荡时所出现的最大零序电流来整定

一个按原则(1)、(2)整定(由于其定值较小, 保护范围较大, 因此称为灵敏一段)

另一个按原则(3)整定(由于它的定值较大, 因此称为不灵敏一段)

灵敏一段保证全相运行时的灵敏性; 不灵敏一段保证非全相运行时的选择性

(1)、(2): 灵敏一段: 在全相运行时工作, 保证全相运行时的灵敏性

(3): 不灵敏一段, 在非全相运行时工作; 保证非全相运行时的选择性(可靠性)

零序电流二段

与下一线路的一段配合: 不灵敏二段, 保证严重故障时的速动性

与下一线路的二段配合: 灵敏二段, 保证轻微故障时的灵敏性。

零序电流三段

躲过在下一线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流

零序过电流保护

5.3 零序电流方向保护

零序电流保护 + 零序功率方向继电器 = 零序电流方向保护

零序电压滤过器接线图

(a): $$3U_0$$

正方向反方向
imgimg
正方向, 反接反方向, 反接
imgimg

上图中最灵敏角是-110°时时正接, 最灵敏角是70°时, 是反接

零序方向元件没有电压死区

零序电流保护与相间电流保护相比, 优点:

  1. 灵敏度高
  2. 延时小
  3. 可靠性高: 因为零序电流不受震荡和过负荷的影响
  4. 在110kV及以上高压和超高压系统中, 单相接地故障约占全部故障的70%~90%

缺点(了解下就行)

5.4 小接地电流系统接地故障的分析

中性点不接地系统发生单相接地故障的特点为:

  1. 接地相电压降为零, 其他两相对地电压上升为线电压, 线电压不变, 依然对称, 全系统都将出现零序电压, 其值等于电网正常运行时的相电压, 且处处相等。
  2. 非故障相线路保护安装处流过的是被线路的零序电容电流, 其值为$$3U_\phi \omega C_{0I}$$, 方向由母线指向线路, 相位超前零序电压90°.
  3. 故障线路保护安装处流过的是所有非故障元件的零序电容电流之和, 其方向由线路指向母线, 相位滞后零序电压90°。

当全系统的电容电流超过一定数值(对3~6kV电网超过30A, 10kV电网超过20A, 22~60kV电网超过10A)时应装设消弧线圈。

根据对电容电流补偿的不同, 消弧线圈可以有完全补偿、欠补偿、及过补偿三种补偿方式(用过补偿)

中性点经消弧线圈接地电网单相接地时的特点

  1. 故障相对地电压为零, 非故障相对地电压升至线电压, 电网出现零序电压, 其大小等于电网正常运行时的相电压。 这一特点与中性点不接地电网相同。
  2. 消弧线圈两端的电压为零序电压, $$I_L$$只经过接地故障点和故障线路的故障相构成回路, 不经过非故障线路。
  3. 当过补偿方式时, 流经故障线路的零序电流等于本线路的对地电容电流和接地点的残余电流之和, 其方向和非故障线路零序电流方向一致均由母线指向线路(母线指向线路的容性, 线路指向母线的感性), 且相位一致, 因此, 无法利用方向的不同来判别故障线路和非故障线路。 再者由于补偿后残余电流较小, 因而也很难利用电流大小的差别来判别故障线路和非故障线路。

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} 3U_0 =& U'_A + U'_B + U'_C \\ =& E_A - E_C + E_B - E_C \\ =& -3E_C \\ \end{array}\end{equation} $$

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} 3U_0 =& U_A + U_B + U_C \\ =& E_A - E_C + E_B - E_C \\ =& -3E_C \\ \end{array}\end{equation} $$

1567047120726

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} I_A =& (E_A - E_C) \cdot j \omega C \\ I_B =& (E_B - E_C) \cdot j \omega C \\ I_C =& 0 \\ 3I_0 =& I_A + I_B + I_C \\ =& (E_A - E_C + E_B - E_C) \cdot j \omega C \\ =& -3E_C \cdot j \omega C \\ =& 3U_0 \cdot j \omega C \end{array}\end{equation} $$

5.5 小接地电流系统的接地保护

无选择性绝缘监视装置

试断法: 在开口三角侧出现零序电压, 过电压继电器动作发出接地信号。 要查寻故障线路, 还需运行人员依次短时断开各条线路。

主要用这个, 因为剩余的两个可靠性不高, 有可能选错。

接地相对地电压为零, 而其他两相对地电压升高为线电压, 可从三只电压表指示出来。

零序电流保护

利用故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点, 可构成有选择性的零序电流保护。

适用于线路比较多的情况下。

零序方向保护

利用故障线路和非故障线路零序功率方向不同的特点, 构成有选择性的零序方向保护。 它适用于母线上出线较少的场合。

用在线路比较少的时候。

第六章 阶段式距离保护

6.1 阶段式距离保护的基本原理

故障点到保护安装处的阻抗是距离保护的判据, 欠量保护。

距离保护不受运行方式的影响。

距离Ⅰ段不受运行方式的影响

距离Ⅱ段和Ⅲ段受运行方式影响, 但是受运行方式影响较小。

Ⅰ段可以保护线路全长的80%~90%

6.2 阻抗继电器

被保护线路的测量阻抗及动作特性

测量阻抗: 故障点到保护安装处的阻抗。

整定阻抗: 保护范围末端到保护安装处的阻抗。

动作阻抗: 能使阻抗继电器动作的最大阻抗(直径所对应的角叫最灵敏角)

全阻抗继电器

没有方向性, 没有死区

img

比幅式

$$ \begin{equation} |Z_m| \leq |Z_{set}| \end{equation} $$

$$ |\frac{U_m}{I_m}| \leq |Z_{set}| $$

$$ |U_m| \leq |I_m \cdot Z_{set}| $$

背第一个公式

比相式

$$ 90^{\circ} \leq \arg{\frac{Z_m + Z_{set}}{Z_m - Z_{set}}} \leq 270^{\circ} $$

方向阻抗继电器

有绝对的方向性, 有死区

img

比幅式

$$ |Z_k - \frac{1}{2}Z_{set}| \leq |\frac{1}{2}Z_{set}| $$

比相式

$$ 90^{\circ} \leq \arg{\frac{Z_k}{Z_k - Z_{set}}} \leq 270^{\circ} $$

偏移特性的阻抗继电器

有一定的方向性, 没有死区

img

比幅式

$$ |Z_k - \frac{1}{2}(1-\alpha)Z_{set}| \leq |\frac{1}{2}(1+\alpha)Z_{set}| $$

比相式

$$ 90^{\circ} \leq \arg{\frac{Z_k + \alpha Z_{set}}{Z_k - Z_{set}}} \leq 270^{\circ} $$

功率方向继电器

功率方向继电器可以判断故障是否发生在正方向上, 但不能确定故障在正方向上的位置, 所以功率方向继电器不能单独构成保护。

方向阻抗继电器可以判断故障是否发生在正方向上, 而且可以判断故障发生在正方向的哪儿, 方向阻抗继电器可以单独构成保护。

极化电压和补偿电压

全阻抗继电器: $$90^{\circ} \leq \arg{\dfrac{U_m + I_m \cdot Z_{set}}{U_m - I_m \cdot Z_{set}}} \leq 270^{\circ}$$

方向阻抗继电器: $$90^{\circ} \leq \arg{\dfrac{U_m}{U_m - I_m \cdot Z_{set}}} \leq 270^{\circ}$$

偏移阻抗继电器: $$90^{\circ} \leq \arg{\dfrac{U_m + \alpha I_m \cdot Z_{set}}{U_m - I_m \cdot Z_{set}}} \leq 270^{\circ}$$

$$\arg$$上面那个叫极化电压, 下面那个叫补偿电压

补偿电压就是补偿到保护范围末端的电压。

方向阻抗继电器的特性分析

为了减小和消除死区:

  1. 记忆回路
  2. 高频质因数Q值的50Hz带通有源滤波器(就是记忆回路)
  3. 引入非故障相电压(0°接线)

能使阻抗继电器精确工作的最小电流(简称最小精工电流), 越小越好。 加入阻抗继电器的电流应该比最小精确工作电流大1.5~2倍,我们才能认为它能精确工作。

距离继电器的接线方式

对接线方式的基本要求

  1. 继电器的测量阻抗应正比于短路点到保护安装地点之间的距离, 对长距离特高压输电线, 应采取相应的措施消除分布电容的影响以满足这一要求。
  2. 继电器的测量阻抗应与故障类型无关, 也就是保护范围不随故障类型而变化。

P122接线方式表: 0°接线和带零序补偿的接线最关键

0°接线$$I_m$$$$U_m$$
$$K_1$$$$I_A - I_B$$$$U_{AB}$$
$$K_2$$$$I_B - I_C$$$$U_{BC}$$
$$K_3$$$$I_C - I_A$$$$U_{CA}$$
带零序补偿的接线$$I_m$$$$U_m$$
$$K_1$$$$I_A + 3I_0 K$$$$U_A$$
$$K_2$$$$I_B + 3I_0 K$$$$U_B$$
$$K_3$$$$I_C + 3I_0 K$$$$U_C$$

K是补偿系数: $$K = \dfrac{Z_0 - Z_1}{3Z_1}$$, $$Z_0$$是零序阻抗, $$Z_1$$是正序阻抗

这三个只要有一个测出来的阻抗等于故障点到保护安装处的阻抗, 那么就可以说明测量正确。

残压公式

残压就是发生故障之后母线上的电压。

残压公式: $$U_A = U_{KA} + Z_1 L (I_A + 3I_0 K)$$

  1. $$U_A$$是母线上A相的电压,
  2. $$U_{KA}$$是故障点A相的电压,
  3. $$Z_1$$是单位长度的正序阻抗,
  4. $$L$$是故障点到母线的长度,
  5. $$I_A$$是A相的电流,
  6. $$I_0$$是零序电流,
  7. $$K$$是补偿系数。

0°接线: 发生三相短路全正确, 发生两相短路对一个。

$$K_1$$:

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} Z_m =& \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{U_{AB}}{I_A - I_B} = \dfrac{U_A - U_B}{I_A - I_B} \\ =& \dfrac{U_{KA} + Z_1 L (I_A + 3I_0 K) - U_{KB} - Z_1 L (I_B + 3I_0 K)}{I_A - I_B} \\ =& \dfrac{Z_1 L I_A - Z_1 L I_B}{I_A - I_B} \\ =& Z_1 L \\ \end{array}\end{equation} $$

$$K_2$$:

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} Z_m =& \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{U_{BC}}{I_B - I_C} = \dfrac{U_B - U_C}{I_B - I_C} \\ =& \dfrac{U_{KB} + Z_1 L (I_B + 3I_0 K) - U_{KC} - Z_1 L (I_C + 3I_0 K)}{I_B - I_C} \\ =& \dfrac{Z_1 L I_B - Z_1 L I_C}{I_B - I_C} \\ =& Z_1 L \\ \end{array}\end{equation} $$

$$K_3$$:

$$ \begin{equation}\begin{array}{rl} Z_m =& \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{U_{CA}}{I_C - I_A} = \dfrac{U_C - U_A}{I_C - I_A} \\ =& \dfrac{U_{KC} + Z_1 L (I_C + 3I_0 K) - U_{KA} - Z_1 L (I_A + 3I_0 K)}{I_C - I_A} \\ =& \dfrac{Z_1 L I_C - Z_1 L I_A}{I_C - I_A} \\ =& Z_1 L \\ \end{array}\end{equation} $$

带零序补偿的接线(A相接地)

$$K_1$$:

$$ Z_m = \dfrac{U_A}{I_A + 3I_0 K} = \dfrac{U_{KA} + Z_1 L (I_A + 3I_0 K) }{I_A + 3I_0 K} = Z_1 L $$

$$K_2$$:

$$ Z_m = \dfrac{U_B}{I_B + 3I_0 K} = \dfrac{U_{KB} + Z_1 L (I_B + 3I_0 K) }{I_B + 3I_0 K} \neq Z_1 L $$

$$K_3$$:

$$ Z_m = \dfrac{U_C}{I_C + 3I_0 K} = \dfrac{U_{KC} + Z_1 L (I_C + 3I_0 K) }{I_C + 3I_0 K} \neq Z_1 L $$

短路类型0°接线带补偿的接线
$$K^{(3)}$$33
$$K^{(2)}$$10
$$K^{(1,1)}$$12
$$K^{(1)}$$01

结论(背会):

  1. 距离保护的零序接线可以正确反应三相短路、两相短路、两相短路接地
  2. 距离保护的带零序补偿的接线可以正确反应单相接地、两相短路接地、三相短路
  3. 用距离保护的零度接线来反应相间故障
  4. 用距离保护的带零序补偿的接线来反应接地故障
  5. 零度接线也叫相间短路的距离保护接线
  6. 带零度补偿的接线也叫接地短路的距离保护接线

6.3 影响距离保护正确动作的因素及防止方法(P131缺一)

影响距离保护正确动作的因素

主要有

  1. 短路点过渡电阻
  2. 保护安装处与短路点之间的分支线
  3. 互感器误差
  4. 保护装置电压回路断线
  5. 电力系统震荡
  6. 短路电流中的暂态分量
  7. 电流互感器的过渡过程
  8. 电容式电压互感器的过渡过程
  9. 非全相运行
  10. 串联补偿电容器

过渡电阻对距离保护的影响

在单侧电源网络中, 过渡电阻总是使测量阻抗增大, 保护范围缩小, 过渡电阻总是呈阻性。img

在双侧电源网络中, 过渡电阻可能使测量阻抗增大, 保护范围减小; 也可能使测量阻抗减小, 保护范围增大。 过渡电阻在送端呈容性, 在受端呈感性

送端:

img

受端:

img

过渡电阻一般会使测量阻抗增大, 保护范围减小。

结论:

  1. 保护装置距短路点越近时, 受过渡电阻的影响越大
  2. 保护装置的整定值(整定阻抗)越小, 相对地受过渡电阻的影响越大
  3. 被保护线路越短受过渡电阻的影响越大
  4. 动作区域在+R轴上的面积(动作特性)越小, 受过渡电阻的影响越大

    img

防止和减小过渡电阻影响的措施:

  1. 采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器
  2. 瞬时测量回路(主要是给距离保护Ⅱ段装设)

电力系统震荡对距离保护的影响及震荡闭锁回路

一个电源不能发生震荡, 两个电源才能发生震荡

震荡越振越大还是越振越小继电保护都不用动作。

震荡中心位于系统综合阻抗的$$\dfrac{1}{2}$$处, 震荡中心电压的振幅最大, 幅值最小。

测量阻抗落在动作区内的长度越短, 受震荡的影响越小。不落在动作区内, 就不受影响。

绝大部分震荡在一秒钟之内会平息。所以可以认为动作时间$$\geq 1.5s$$的保护不受震荡影响, 所以距离保护的Ⅲ段不受震荡影响。

震荡闭锁回路

使用震荡闭锁装置

震荡和短路的区别(P139)(非常重要, 全部背会):

  1. 震荡时, 电流和各点电压的幅值均作周期性变化, 在$$\delta = 180^{\circ}$$时, 出现最严重的现象, 而短路后, 短路电流和各点电压的值, 当不计其衰减时是不变的。 此
  2. 震荡时电流和各点电压幅值的变化速度较慢; 而短路时电流是突然增大, 电压也突然降低, 变化速度很快。
  3. 震荡时, 任一点电流与电压之间的相位都随$$\delta$$的变化而改变; 而短路后, 电流和电压之间的相位是不变的。
  4. 震荡时, 三相完全对称, 电力系统中没有负序分量的出现; 而当短路时, 总要长期(在不对称短路锅城中)或瞬间(三相短路开始时)出现负序分量。

突变量保护不受震荡影响

零序保护和负序保护都不受震荡的影响, 因为三相震荡没有零序也没有负序。

电压二次回路断线, 继电保护不应该动作。

$$Z_m = \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{0}{I_m} = 0$$

电压回路断线对方向元件有影响, 使用电压回路断线闭锁装置

分支电流对距离保护的影响

$$ Z_m = \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{I_K \cdot Z_K + I_m \cdot Z_{AB}}{I_m} = Z_{AB} + Z_K $$

如果有了助增支路:

$$ Z_m = \dfrac{U_m}{I_m} = \dfrac{I_K \cdot Z_K + I_m \cdot Z_{AB}}{I_m} = Z_{AB} + \dfrac{I_K}{I_m} \cdot Z_K $$

助增支路会使测量阻抗增大, 保护范围减小; 外汲支路会使测量阻抗减小, 保护范围增大。

在整定计算中引入分支系数: $$K_b$$

$$K_b = \dfrac{\text{故障点的电流}}{\text{保护安装处的电流}}$$

距离保护的整定计算及对距离保护的评价

Ⅰ段:

  • 原则: 躲过本线路的阻抗
  • 动作值: $$Z^{\mathrm{I}}_{set \cdot 1} = K^{\mathrm{I}}_{rel} \cdot Z_{AB}$$
  • 可靠系数小于一: $$0.8 \leq K_{rel} \leq 0.9$$
  • 动作时间: $$t^{\mathrm{I}}_1 = 0s$$
  • 灵敏性校验: 保护范围和可靠系数相同

Ⅱ段:

  • 原则: 与下一线路的Ⅰ段配合
  • 动作值: $$I^{\mathrm{II}}_{set \cdot 1} = K^{\mathrm{II}}_{rel} \cdot (Z_{AB} + K_{b \cdot min} \cdot Z^{\mathrm{I}}_{set \cdot 2})$$
  • 动作时间: $$t^{\mathrm{I}}_2 + \Delta t$$
  • 灵敏性校验: $$K_{sen} = \dfrac{Z^{\mathrm{II}}_{set \cdot 1}}{Z_{AB}}$$

Ⅲ段:

  • 原则: 躲过最小负荷阻抗
  • 动作值:

    • 全阻抗继电器: $$Z^{\mathrm{III}}_{set \cdot 1} = \dfrac{1}{K_{rel} \cdot K_{MS} \cdot K_{re}} \cdot Z_{L \cdot \min}$$
    • 方向阻抗继电器: $$Z^{\mathrm{III}}_{set \cdot 1} = \dfrac{1}{K_{rel} \cdot K_{MS} \cdot K_{re} \cdot \cos{(\phi_K - \phi_L)}} \cdot Z_{L \cdot \min}$$
    • $$\phi_K$$线路阻抗角, $$\phi_L$$负载阻抗角, $$K_{rel}$$可靠系数, $$K_{MS}$$自启动系数, $$K_{re}$$返回系数
  • 动作时间: 阶梯型原则
  • 灵敏性校验: 校验的时候用最大分支系数, 整定时用最小分支系数

    • 近后备: $$K_{sen} = \dfrac{Z^{\mathrm{III}}_{set \cdot 1}}{Z_{AB}}$$
    • 远后备: $$K_{sen} = \dfrac{Z^{\mathrm{III}}_{set \cdot 1}}{Z_{AB} + K_{b \cdot \max} \cdot Z_{BC}}$$

第七章 全线速动保护

差动保护, 全线速动保护, 高频保护, 光差保护, 高频方向保护, 纵差保护

7.1 线路的纵差动保护

正常或区外故障: $$I_D = I'_1 - I'_2 = 0$$ 保护不动作
区内故障: $$I_D = I'_1 + I'_2 > 0$$ 保护动作
有绝对的选择性

  • 可以全线速动
  • 不能当下一线路的后备

7.2 平行线路的差动保护(似乎没用)

横联差动方向保护, 简称横差方向保护, 是基于同一侧两会线路中电流的大小和方向而构成的一种保护。

7.3 纵联保护的通信通道

  1. 导体线通道: 导引线保护只用于很短的重要输电线路, 一般不超过15~20km。
  2. 输电线路载波保护: 30kHz~500kHz的高频信号

    1. 阻波器: 阻高频, 通工频。
    2. 结合电容器(耦合电容器): 通高频, 阻工频。
    3. 连接滤波器: 结合电容器与连接滤波器共同组成一个四端网络式的带通滤波器, 带通滤波器从线路一侧看入的阻抗与输电线路的波阻抗匹配。
    4. 高频收、发信机
  3. 微波通道: 150MHz~20GHz的电磁波进行无线通信称为微波通信
  4. 光纤通道(优先采用)(OPGW技术: 光纤复合地线)

7.4 高频保护的基本原理

高频通道的工作方式

  1. 正常时无高频信号, 也叫短时发信
  2. 正常时有高频信号, 也叫长时发信
  3. 移频方式(不重要)

高频信号(非常重要)

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高频信号可分为跳闸信号、允许信号和闭锁信号三种。方向是判据。

7.5 方向比较式纵联保护

闭锁式方向纵联保护(高频闭锁方向保护)

正方向: 想跳闸, 不发闭锁信号。

反方向: 不想跳闸, 发闭锁信号。

允许式方向纵联保护(高频允许方向保护)

正方向: 想跳闸, 发允许信号。

反方向: 不想跳闸, 不发允许信号。

内部故障同时伴随着通道被破坏。允许式保护会拒动, 闭锁式保护依然可以正确动作。

7.6 距离纵联保护(高频距离保护)

可以当下一条线路的后备

欠范围直接跳闸式(Ⅰ段那种)

img

在保护范围内: 想跳闸, 发跳闸信号。

不在保护范围内: 不想跳闸, 不发跳闸信号。

欠范围只能发跳闸信号。

高频闭锁距离保护(超范围闭锁式)(Ⅱ段那种)

img

超范围只能发闭锁信号或允许信号, 不能发跳闸信号

在保护范围内: 想跳闸, 不发闭锁信号。

不在保护范围内: 不想跳闸, 发闭锁信号。

7.7 电流相位比较式纵联保护

  1. 这种保护相当于闭锁式(相当于闭锁信号)
  2. 相当于正常时有高频信号

7.8 对输电线路纵联保护的总结和评价

似乎没用

第八章 全线速动保护

8.1 电力变压器的故障类型、异常运行状态和保护配置

变压器的故障(背会)

  • 油箱内故障:

    1. 绕组上的相间短路故障
    2. 接地短路故障
    3. 匝间短路
  • 油箱外故障

    1. 套管和引出线上的相间短路故障
    2. 接地短路故障

变压器的异常(P189抄完了

外部短路引起的过电流、过负荷、油箱漏油造成的油面降低、冷却系统故障引起的油温升高、外部接地短路引起的中性点过电压、系统过电压、频率降低引起的过励磁

变压器的保护

任何一个保护都不能保护变压器的全部

  • 主保护

    • 瓦斯保护 + 差动保护(大变压器)
    • 瓦斯保护 + 电流速断保护(小变压器)
  • 后备保护

    • 相间短路的后备(越往下灵敏性越高)

      1. 过电流保护
      2. 低电压启动的过电流保护
      3. 复合电压启动的过电流保护
      4. 负序电流保护
      5. 阻抗保护
    • 接地短路的后备

      1. 零序电流保护
      2. 零序电压保护

瓦斯保护反应油箱内故障, 差动和电流速断保护反应油箱外故障

瓦斯保护可以反应油箱内的所有故障, 对于油箱外的故障一点都不管。

差动保护可以反应油箱外的所有故障, 可以反应一部分的油箱内的故障, 可以反应油箱内的相间短路、接地短路和严重的匝间短路。 不能反应油箱内的轻微匝间短路。

装设瓦斯保护的条件:

  • 800kVA及以上, 油浸式变压器;
  • 400kVA及以上, 车间内油浸式变压器,

差动保护的条件:

  • 10000kVA及以上, 单独运行的变压器
  • 6300kVA及以上, 并列运行的变压器
  • 2000kVA及以上, 速断不满足要求的变压器

8.2 变压器的气体保护

装载油箱和油枕的连接导管中。

倾斜的角度是1%~1.5%, 连接管道也有2%~4%的升高

瓦斯保护分为两类:

  1. 重瓦斯: 跳闸
  2. 轻瓦斯: 发信号

8.3 变压器的纵差动保护

正常运行或区外故障: $$I_D = I'_1 - I'_2 = 0$$ 保护不动作

$$ I'_1 = \dfrac{I_1}{n_{TA1}} $$

$$ I'_2 = \dfrac{I_2}{n_{TA2}} $$

$$ \dfrac{I_1}{n_{TA1}} = \dfrac{I_2}{n_{TA2}} \Rightarrow \dfrac{n_{TA2}}{n_{TA1}} = \dfrac{I_2}{I_1} = \dfrac{U_1}{U_2} = n_T $$

$$ \dfrac{n_{TA2}}{n_{TA1}} = n_T $$

$$ \begin{equation}\therefore \left\{ \begin{array}{lr} n_{TA1} = \dfrac{I_{1N}}{5} \\ n_{TA2} = \dfrac{I_{2N}}{5} \end{array} \right. \end{equation} $$

产生不平衡电流的原因与措施

  1. 两侧绕组连接方式不同

    1. 两次接线组别不相同造成的不平衡电流
    2. 解决方法: 相位补偿法接线
    3. 采用相位补偿法接线后的变比:$$n_{TA1} = \dfrac{\sqrt{3}I_{1N}}{5}, n_{TA2} = \dfrac{I_{2N}}{5}$$
  2. 变压器的励磁涌流

    1. 励磁电流很小, 约为额定电流的3%~5%; 外部短路时, 因电压降低, 励磁电流更小
    2. 空载合闸或外部短路切除后电压恢复的时候, 出现的额定电流很大, 可能达到变压器额定电流的6~8倍, 称之为励磁涌流。
    3. 靠涌流闭锁装置
    4. 励磁涌流的特点

      1. 含有大量的非周期分量, 致使涌流波形偏于时间轴的一侧
      2. 含有大量高次谐波, 其中以2次谐波成分为主
      3. 波形之间出现间断
    5. 措施

      1. 采用带速饱和变流器的差动继电器
      2. 采用2次谐波制动原理
      3. 利用鉴别波形间断角的大小的原理
  3. 电流互感器的计算变比与实际变比不同

    1. 措施: 补偿

      1. 用自隅变流器进行补偿
      2. 用差动继电器的平衡线圈补偿
      3. 电抗变换器的线圈和铁芯气隙补偿
  4. 两侧电流互感器励磁特性不同(误差不同)

    1. 在整定计算中引入同型
    2. 系数

      1. 同型取0.5
      2. 不同型取1
  5. 运行中变压器调压分接头改变

    1. 在整定计算中躲过

励磁涌流最重要, 别的都不太重要

变压器的差动保护同型系数一定取1

比率制动的差动保护

保证正常运行时的灵敏性和外部故障时的选择性, 当变压器内部发生严重故障时, 保护拒动

特点: 差动速断不需要涌流闭锁装置, 靠整定值躲过涌流。

普通差动靠涌流闭锁装置躲过涌流,

差动速断靠动作值躲过

普通差动差动速断
涌流不动不动
严重故障不动
轻微故障不动

8.4 变压器的电流速断保护

Ⅲ段式电流保护的Ⅰ段

8.5 变压器相间短路的后备保护和过负荷保护

过电流保护

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判据: 电流增大就可以跳闸

整定值:

  • $$I$$: 躲过最大负荷电流

低电压启动的过电流保护

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判据: 电流增大而且电压下降

整定值:

  • $$I$$: 躲过额定电流
  • $$U$$: 躲过正常工作时的最低电压

复合电压启动的过电流保护

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整定值:

  • $$I$$: 躲过额定电流,
  • $$U$$: 躲过正常工作时的最低电压,
  • $$U_2$$: 躲过最大不平衡电压

8.6 变压器接地短路的后备保护

中性点直接接地运行的变压器的接地保护就是零序电流保护

零序电流一般取自变压器变压器中性点引出线上的零序电流互感器

自耦变压器的零序电流保护不能取自中性线上的电流互感器, 因流过中性线上的零序电流与两侧系统的阻抗有关, 其值时不确定的。

自耦变压器的零序电流应该在高压侧和低压侧分别取得。

一般零序电压的整定值取$$3U_{0 \cdot act} = 180V$$(不重要)

8.7 变压器的过励磁保护

过励磁保护的判据: 电压的增加或频率的下降

$$U = 4.44fN\phi \Rightarrow \phi = \dfrac{1}{4.44N} \cdot \dfrac{U}{f}$$, 其中的U和f

第九章 输电线路的自动重合闸

9.1 输电线路的自动重合闸的作用及分类

作用(必须背会):

  1. 提高输电线路供电可靠性, 减少因瞬时性故障停电造成的损失。
  2. 对于双端供电的高压输电线路, 可提高系统并列运行的稳定性(可以提高暂态稳定性), 从而提高线路的输送容量。
  3. 可以纠正由于断路器本身机构不良(断路器的偷跳), 或继电保护误动做而引起的误跳闸。

电缆线路不装重合闸, 因为电缆线路发生永久性故障的概率高; 架空线路装重合闸, 架空线路发生永久性故障的概率低, 发生瞬时性故障的概率高。

对自动重合闸装置的基本要求(全部背会):

  1. 自动重合闸装置宜采用控制开关位置与断路器位置不对应的原理起动。 好处: 手动跳闸不重合, 可以纠正偷跳。
  2. 自动重合闸装置动作应迅速。
  3. 自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定(绝大多数的都是只能重合一次, 除非是非常重要的负荷才会有多次重合, 虽然现实中一般不会存在)。
  4. 自动重合闸装置应能在重合闸动作后或重合闸动作前, 加速继电保护的动作。 重合闸可以与继电保护配合, 加速继电保护的动作。
  5. 自动重合闸动作后, 应能自动复归, 准备好再次动作。
  6. 手动跳闸时不应重合。
  7. 手动合闸与故障线路时, 继电保护动作使断路器跳闸后, 不应重合。因为这是永久性故障。
  8. 自动重合闸装置可自动闭锁。

1、6、7最重要。

9.2 单侧电源线路的三相一次自动重合闸

三重: 当发生故障之后, 不管什么故障都跳三相, 重合三相, 如果成功了, 那就恢复供电, 如果没成功, 那么就跳三相, 不重合。

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  1. 必须考虑故障点有足够的断电时间, 以使故障点绝缘强度恢复(息弧时间)
  2. 必须考虑重合闸动作时, 继电保护装置一定要返回(保护返回时间), 同时断路器的操作机构等已恢复到正常状态(断路器的恢复时间)。

重合闸复归时间: 15~25s

9.3 双侧电源线路三相自动重合闸

时间问题: 两侧断路器不同时跳开的时间,

同期问题: 三要素: 相位幅值频率都相等就叫同期, 才能合

三相快速自动重合闸

不检查同期, 合闸时是同期的。 优先采用这种重合闸

条件:

  1. 线路两侧都装有能瞬时切除全线故障的继电保护装置, 如高频保护等。
  2. 线路两侧必须具有快速动作的断路器, 如空气断路器。

三相非同期自动重合闸

不检查同期, 合闸时是不同期的

检定无压和检定同期的三相自动重合闸

检查同期, 合闸同期, 检查无压就是检查线路无电压。

img

左侧右侧结论
同期同期无法重合
无压同期无法纠正无压侧偷跳
无压+同期同期没有问题, 采用
无压+同期无压+同期可能非同期重合

检定无压和同期的叫无压侧, 检定同期的叫同期侧

9.4 自动重合闸与继电保护的配合

前加速: 自动重合闸动作之前加速继电保护的动作

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  • 最大的缺点: 第一次跳闸没有选择性
  • 前加速的应用受网络结构的限制, 只能用在单电源辐射性网络中

后加速: 自动重合闸动作之后加速继电保护的动作

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既没有前加速也没有后加速

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9.5 综合重合闸简介

单相重合闸(单重):

单相重合闸

三相重合闸(三重):

三相重合闸

综合重合闸(综重):

综合重合闸

综合重合闸完整图:

综合重合闸完整图

潜供电流: 潜供电流使息弧速度减慢。 潜供电流的持续时间不仅与其大小有关, 而且也与故障电流的大小、故障切除时间、弧光的长度以及故障点的风速等因素有关, 具有明显的不确定性。

第十章 母线保护

10.1 母线故障及相应的保护方式

母线保护

  1. 其他元件的保护兼做母线的保护
  2. 专门的母线保护

    1. 单母线

      1. 完全电流差动保护
      2. 不完全电流差动保护
      3. 电流相位比较式母线保护
    2. 双母线

      1. 元件固定连接的双母线差动保护
      2. 元件不固定连接的母联电流相位比较式母线差动保护

母线保护

只给有源元件装设互感器, 取电流和。 母线差动保护用电流互感器一般仅在各有电源的连接元件(发电机、变压器、分段断路器、和联络断路器)上装设

正常运行或区外故障

低阻抗型: 十几欧到几十欧姆

中阻抗型: 几百欧姆

高阻抗型: 几千欧姆

10.5 双母线同时运行时的母线保护

缺P248图

KD3 相当于起动元件, 作用是: 判断故障是否发生在母线上。

KD1和KD2相当于选择元件, 作用是: 判断故障发生在哪条母线上。

元件固定连接被破坏后, 小差动无法正确动作。大差动依然可以正确动作。

母联电流相位比较元件

断路器失灵保护:

  1. 属于近后备保护
  2. 断路器拒动时, 断路器失灵保护动作
  3. 断路器失灵保护通过母差保护去跳闸。
  4. 判据:保护动作不返回。
  5. 辅助判据: 线路有电流。
Last modification:January 30th, 2020 at 08:27 pm