继电保护及自动装置

1. 继电保护及自动装置 天津蓝巢

2. 概述： 继电保护与自动装置购任务 　电力系统远行中，由于风、雨、雷电的影响、设备的缺陷和绝缘老化、运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元件(发电机、变压器、母线．输电线路、电动机等)可能发生各种故障和不正常工作状态。电力系统发生的故障主要是各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。以及发电机、变压器同一相绕组的匝间短路。此外，还有输电线路的断线．以及短路与断线组合的复故障等。常见的不正常工作状态主要是过负荷、系统振荡和频率降低等。故障的危害是： (1)故障点的电弧可能烧坏故障设备。 (2)故障回路中的设备。由于短路电流产生的热效应和电动力的作用会遭受破坏或损伤。 (3)电力系统部分地区的电压大幅度下降，影响用户的正常生产。 (4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡。甚至使整个系统瓦解．造成大面积停电。 　　因此、任何电力系统在设计和运行时．必须考虑到系统中可能发生的故障和不正常工作状态，并利用继电保护装置予以消除、以保证电力系统正常运行。

3. 继电保护装置的任务是： (1)当被保护的电气元件发生故障时，保护装置迅速动作，使断路器跳闸、将故障的电气元件从电力系统中切除，使其损坏程度减至最小，并保证无故障部分继续正常运行； (2)当被保护的电气元件出现不正常工作状态时，保护装置发出信号、告诉运行人员予以处理。在无人值班的变电所，保护可作用于减负荷或延时跳闸。 　　电力系统的安全自动装置一方面配合继电保护装置提高供电的可靠性(如自动重合闸、备用电源自动投入装置)；另一方面不断调整系统电压与频率，以保证供电质量及并列运行机组间功率的合理分配。 　　为了使继电保护装置能及时、正确地完成它所担负的任务，对反应短路故障的保护装置有以下四个基本要求；选择性、快速性、灵敏性和可靠性。

4. 目录 • 第一章　发电机保护 • 第二章　变压器保护 • 第三章　线路保护 • 第四章　电动机保护

5. 发电机保护 • 第一节 发电机可能发生的故障和异常运行方式 • 第二节 发电机定子绕组的纵联差动保护 • 第三节 发电机定子绕组的匝间短路保护 • 第四节 发电机定子绕组接地保护 • 第五节 发电机励磁回路的接地保护 • 第六节 发电机的失磁保护

6. 第一节 发电机可能发生的故障和异常运行方式 发电机的内部故障主要是由定子绕组和转子励磁绕组绝缘损坏所引起的，其具体故障形式有以下几种。 • 1．定子绕组的相问短路 　 定子绕组的相问短路是危害发电机安全运行最严重的一种故障，短路点产生的电弧不但会损坏绝缘，而且可能烧坏定干铁芯和绕组，甚至引起火灾，给发电机的修复工作带来巨大的困难。 • 2．定子绕组一相匝间短路 　 大型发电机组的定子绕组多为双分支或多分支并联，同槽同相的线数占相当大比例。在运行中这种故障发生的机会较少，但由于电磁力引起的振动使绝缘损坏，发生一相匝间短路的可能性仍存在。一旦发生一相匝间短路，则由于故障点的电流较大，将导致绝缘近一步损坏，因而伴随产生单相接地故障，并可能发展成相间短路故障，使发电机遭受严重损伤。

7. 3．定子绕组的单相接地故障 接地点的故障电流是发电机及发电机电压网络连接元件的对地电容电流，当其大到一定程度并持续一定时间时，将损坏铁芯和绕组绝缘．甚至进一步引起匝问短路或相问短路。故应采取措施限制接地点的电流，并及时检测出定子绕组的接地障。 4．励成回路一点接地或两点接地故障 大型发电机组的励磁电压较高，水内冷励磁绕组对地绝缘水平较低，则当励磁绕组和外部回路一点接地时，由于一侧轴承对地绝缘，没有电流通过故障点，故可以继续运行。从安全方面虑，带接地点运行的时间应尽量缩短，并尽快转移负荷，积极安排停机。如果冉出现另一点接地时，将造成励磁回路短路，可能挠坏绕组和转子。两点接地时，由于转于的磁通对称性遭到破坏，发电机组将剧烈地振动，其故障性质是严重的，不宜继续运行，故要求励磁回路一点接地时发信号，两点接地时停机。

8. 第二节 发电机定子绕组的纵联差动保护

13. 第三节 发电机定子绕组的匝间短路保护

14. 二 发电机零序电压原理的定子匝间短路保护 1　工作原理

16. 第四节 发电机定子绕组接地保护 • 一 发电机定子绕组接地故障的分祈 下面讲述：100％保护区的发电机定子接地保护

21. 第五节 发电机励磁回路的接地保护

23. 1．电桥式励磁回路一点接地保护装置

25. 2、按电桥原理构成的发电机励磁回路两点接地保护2、按电桥原理构成的发电机励磁回路两点接地保护

27. 第六节 发电机的失磁保护 • 一 发电机失去励磁的原因和影响

28. 发电机失去励磁后，将出现下述的情况和影响。发电机失去励磁后，将出现下述的情况和影响。

31. 　　失磁保护可以根据多种原理来构成，在这里仅介绍一种根据机端测量阻抗的变化，用阻抗继电器构成的失磁保护。上图给出了一种失磁保护的原理接线图。　　失磁保护可以根据多种原理来构成，在这里仅介绍一种根据机端测量阻抗的变化，用阻抗继电器构成的失磁保护。上图给出了一种失磁保护的原理接线图。 　　图中，KZ为失磁保护的阻抗继电器。KBB为电压回路断线闭锁继电器，其作用是防止电压回路断线时阻抗继电器误动作。KBB的动断触点和阻抗继电器的动合触点相串联，当电压回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而起断线闭锁作用。K1为时间继电器，时限为1~2s是为了防止保护在系统振荡或自同步并列时误动作。

33. 第二章　变压器保护 • 第一节　差动保护 • 第二节　瓦斯保护 • 第三节　零序保护

34. 第一节　差动保护 • 　　大型变压器必需装设单独的变压器差动保护。变压器差动保护通常为三侧电流差动，即高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器，而中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器。差动保护范围为三组电流互感器所限定的区域（即变压器本体，高压侧引线和中低压侧的引线），可以反应在这个区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变绕组匝间短路故障。因此，变压器差动保护是最重要的保护之一。 • 一　　变压器差动保护的基本原理 　　　　变压器差动保护的基本原理与发电机纵联差动保护相同。但由于变压器内部结构，陨运行方式，电量特征均各有特点，产生了一系列特有的技术问题，因此，其差动保护在构成上与发电机纵差保护有较大的不同。例如：需要根据变压器各侧绕组的连接组别的不同来确定多侧差动接线方式，又如必须妥善处理大励磁涌流引起差动保护误动的问题等。

35. 理论上，正常运行和区外故障时，Ir=I1+ I2=0 。 实际上，很多因素使Ir= Ibp≠0 。（Ibp为不平衡电流）

36. 二　变压器差动保护在构成上与发电机纵差保护的不同之处：二　变压器差动保护在构成上与发电机纵差保护的不同之处：

40. 第二节　瓦斯保护 • 大型变压器内部发生严重漏由或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，差动保护及其他反映电量的保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作，因此，瓦斯保护式变压器内部故障的重要的保护装置。 • 瓦斯保护有轻，重瓦斯保护之分，装于油箱与油枕之间的连接导管上。当变压器严重漏油或轻微故障时，在所产生的气体压力作用下，引起轻瓦斯保护动作，延时作用与信号；当变压器内部发生严重故障时，变压器油和绝缘材料分解产生大量气体，油箱内气体经导管冲向油枕，冲动重瓦斯保护动作，瞬时作用与跳闸。 • 轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示。整定范围通常为：250－－300立方厘米。 • 重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示。整定范围通常为：0.6－－1.5立方厘米。 • 需要说明的是：瓦斯保护虽然简单　灵敏　经济，但它动作速度较慢，且仅能反映变压器油箱内部的故障，因此，瓦斯保护需要与差动保护共同使用。

42. 第三节　零序保护 • 一、中性点直接接地变压器的零序电流保护 当变压器的中性点采用直接接地的运行方式时，其接地保护一般采用零序电流保护。保护用电流互感器接于中性点引出线上。保护的原理接线图如图4—18所示。零序电流保护的动作电流应大于被保护侧母线引出线零序过电流保护的动作电流，即按灵敏性相配合的条件整定。保护的动作时限应比引出线零序过电流保护的最大动作时限大一个时限级差△t。

43. 二、并列运行变压器部分中性点接地时的零序保护二、并列运行变压器部分中性点接地时的零序保护 • 　　在中性点直接接地电网发生接地短路时，零序电流的大小和分布与变压器中性点接地的数目和位置有关。因此，当变电所中有两台及以上变压器并列运行时，仅将部分变压器的中性点接地，另一部分变压器的中性点不接地，以使零序电流的大小和分布少受系统运行方式的影响。 • 　　正常运行时，系统无零序电流和零序电压，电流继电器KA。和电压继电器Kv。均不起动．保护不动作。 • 　　系统发生接地故障时，中性点接地线中出现3I。KA 。起动，其常开触点接通，起动时间继电器KT1。KTl的瞬动触点接通，立即将操作电源送到中性点不接地变历器的接地保护，中性点不接地变压器的接地保护在KAo不起动和KV0起动的条件下，时间继电器KT2起动，以较短的延时　　　　，将中性点不接地变压器切除。若故障仍存在，则中性点接地变压器的KA。不返回．待KTl到达整定延时，其触点接通．将中性点接地变压器切除。

46. 第三章　线路保护 • 第一节 反应相间短路的电流电压保护 • 第二节 反应相间短路的方向过电流保护 • 第三节 输电线路的接地保护 • 第四节 输电线路的距离保护

47. 第一节 反应相间短路的电流电压保护 • 在电力系统中,输电线路发生相间短路故障时,线路中的电流增大.母线电压降低。利用电流增大这一特征，构成当电流超过某—预定值使电流继电器动作的保护。称为线路的电流保护。根据保护的工作原理，电流保护又分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护及电流电压联锁速断保护等 • 一、定时限过电流保护 工作原理: 对于图2—1所示单侧电源辐射形电网。为切除故障只需在各线WL1、WL2、WL3电源侧装设断路器QFl、QF2、QF3及保护装置1、2、3。为使保护在正常运行时不动作，各保护的动作电流大干被保护线路的最大负荷电流。

48. 当线路WL3上K1点发生短路故障时，短路电流Isc由电源经线路WL1、WL 2及WL3流至短路点；由于短路电流Isc经过保护装置l、2及3，且Isc大于保护装置1、2及3的电流继电器的动作电流．所以上述各保护装置的电流继电器均起动。但根据选择性要求，应由装于故障线路WL3上的保护装置3动作。使断路器QF3跳闸。QF3跳开后，短路电流消失，保护装置1及2的电流继电器都应立即返回。可见，过电流保护的选择性要靠各保护装置具有不同的延时动作时间来保证.

49. 为此必须使各保护的动作时限有如下关系: 式中t1、t2、t3分别为保护装置1、2、3的动作时限。△t称为时限级差．根据断路器及继电器类型不同， △t为o．35一0. 7s一般常取o．5s。为获得一定的动作时限，各保护装置都装设有时间继电器。时间继电器触点延时接通的时间，应根据选择性要求所决定的保护装置动作时间来整定。 图2—1给出了各保护装置的动作时限。从图中可知，各保护装置动作时限是从用户到电源逐级增长的，越靠近电源的线路，过电流保护装置的动作时限越长，似一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。由于各保护装置的动作时限都分别是固定的，与短路电流大小无关．所以称为定时限过电流保护，通常用符号　　表示。

50. 　　每一线路的过电流保护装置除保护本线路外，还应起相邻下一线路的后备保护作用。如图2—1中，保护装置2对保护装置3起后备保护作用，即当线路WL3故随时，若因某种原因保护3拒动或断路器QF3失灵时，保护装置2应动作、使断路器QF2跳闸、切除故障。同理保护装置1起保护装置2的后备保护作用。　　每一线路的过电流保护装置除保护本线路外，还应起相邻下一线路的后备保护作用。如图2—1中，保护装置2对保护装置3起后备保护作用，即当线路WL3故随时，若因某种原因保护3拒动或断路器QF3失灵时，保护装置2应动作、使断路器QF2跳闸、切除故障。同理保护装置1起保护装置2的后备保护作用。