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继电保护、自动装置配置原理及相关管理规定2014年12月 1、什么是主保护、后备保护、辅助保护和异常运行保护?答（1）主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。（2）后备保护是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。后备保护可分为远后备保护和近后备保护两种。1）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。2）近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。第1章继电保护基本概念2 （3）辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。（4）异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。3 2、构成继电保护和安全自动装置的基本原则？⑴可靠性：区内故障和不正常运行状态应该可靠正确动作，不拒动。⑵选择性：故障时只切除故障元件，使故障元件尽量缩短，保证无故障部分安全运行。⑶速动性：快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少故障影响范围以提高自动装置的动作成功率。⑷灵敏性：指对区内故障和不正常运行状态的反应能力，不论故障点位置、类型、是否经过渡电阻及运行方式变化都能正确动作。4 3、继电保护装置的基本组成测量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，并根据比较的结果给出一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。逻辑部分：根据测量部分各输入量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或他们的组合，使保护按一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。执行部分：根据逻辑部分传来的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时动作于跳闸，异常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。5 第2章发电机保护2.1、基本概念1、发电机的作用是将汽轮机或水轮机输出的机械能变换成电能。2、主要构成：发电机主要由定子和转子两部分构成。在定子与转子间留有适当的间隙，通常将该间隙称作为气隙。3、冷却方式：为提高发电机的单机容量及降低铁芯及绕组的温度，各种发电机均设置有冷却系统。小型发电机一般采用空气冷却方式，也有采用氢冷式；对于大型汽轮发电机，通常采用水内冷及氢冷方式。6 2.2发电机故障和不正常运行状态及其保护发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。发电机由于结构复杂，在运行中可能发生故障和不正常工作状态，特别是现代的大中型发电机的单机容量大，对系统影响大，损坏后的修复工作复杂且工期长，所以对继电保护提出了更高的要求。针对发电机的故障和不正常工作状态，应装设性能完善的继电保护装置。7 1发电机的故障（1）定子绕组的故障定子绕组的故障主要有：相间短路（二相短路、三相短路）接地故障：单相接地、两相接地短路故障匝间短路（同分支绕组匝间短路，同相不同分支绕组之间的短路）。（2）转子绕组的故障主要有：转子绕组一点接地及二点接地，部分转子绕组匝间短路。2发电机异常运行方式发电机不正常运行方式主要有：定子绕组过负荷，转子绕组过负荷，发电机过电压；发电机过激磁，发电机误上电、逆功率、频率异常、失磁、发电机断水及非全相运行等。8 发电机可能发生的故障及其相应的保护1）发电机定子绕组相间短路定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电机。应装设纵联差动保护。2）发电机定子绕组匝间短路匝间短路将出现很大的环流，使绝缘老化，甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路，扩大发电机损坏范围。9 3）发电机定子绕组单相接地定子绕组单相接地是易发生的一种故障。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较长时，会使铁芯局部熔化。因此，应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100%定子绕组单相接地保护。10 4）发电机转子绕组一点接地和两点接地转子绕组一点接地，由于没有构成通路，对发电机没有直接危害。再发生另一点接地，则转子绕组一部分被短接，会烧毁转子绕组，由于部分绕组短接，破坏磁路的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。应装设转子绕组一点接地保护和两点接地保护。11 5）发电机失磁造成危害：失磁原因转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等。不仅对发电机造成危害，而且对电力系统安全也会造成严重影响。装设失磁保护。12 发电机的不正常工作状态及其相应的保护不正常工作状态负荷超过发电机额定值、负序电流超过发电机长期允许值外部短路、非周期合闸以及系统振荡等。发电机突然甩负荷主汽门突然关闭而发电机断路器未断开过电流保护过负荷保护过电压保护逆功率保护13 过电流保护过负荷保护作为外部短路和内部短路的后备保护。50MW及以上的发电电机，应装设负序过电流保护。对称过负荷，应装设只接于一相的过负荷保护。不对称过负荷，一般在50MW及以上发电电机应装设负序过负荷保护。14 过电压保护逆功率保护特别是水轮发电机，在突然甩负荷时，转速急剧上升从而引起过电压。在水轮发电机和大型汽轮发电机上应装设。主汽门突然关闭而发电机断路器未断，发电机变为从系统吸收无功，对汽轮发电机叶片特别是尾叶，可能过热而损坏。发电机保护动作跳开发电机断路器的同时，还应断开发电机励磁电流。15 2.2发电机的纵差保护纵差保护作用：发电机纵差保护，是发电机相间故障的主保护。反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主要保护。1、差动保护的基本工作原理16 保护基本原理：比较发电机两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间故障。发电机纵联差动保护的构成的两侧电流互感器同变比、同型号。17 正常运行及外部故障时：18 保护区内故障：19 3）差动保护整定计算按电流互感器二次断线条件：按最大不平衡电流条件：两条件取较大值为整定值（如此整定值较大）。20 灵敏度：：发电机出口短路时，流经保护最小的周期性短路电流。断线监视动作电流一般按20%额定电流整定，为了防止断线监视装置误发信号，KVI动作后应延时发出信号。21 2、比率制动式发电机纵差保护基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的最大不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。其原理是比较制动电流和动作电流的大小，只要动作电流大于制动电流，保护就动作。制动电流：将外部故障的短路电流作为制动电流。差动电流：把流入差动回路的电流作为动作电流。22 保护动作条件：23 制动电流：差动电流：24 1）正常运行时制动电流2）外部短路时制动电流数值大、差动电流数值小，保护不动作。差动电流制动电流25 3）内部故障时制动电流为：两侧短路电流之差，数值小。差动电流为：保护动作。发电机未并列时制动电流为：差动电流为：26 1变压器的故障若以故障点的位置对故障分类，有油箱内的故障和油箱外的故障。（1）油箱内的故障变压器油箱内的故障，主要有各侧的相间短路，大电流系统侧的单相接地短路及同相部分绕组之间的匝间短路。（2）油箱外的故障变压器油箱外的故障，系指变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障。主要有相间短路（两相短路及三相短路）故障，大电流侧的接地故障、低压侧的接地故障。第3章变压器保护1、电力变压器的故障及异常运行方式27 2变压器的异常运行方式大型超高压变压器的不正常运行方式主要有：由于系统故障或其他原因引起的过负荷，由于系统电压的升高或频率的降低引起的过激磁，不接地运行变压器中性点电位升高，变压器油箱油位异常，变压器温度过高及冷却器全停等。28 变压器短路故障时，将产生很大的短路电流，使变压器严重过热，甚至烧坏变压器绕组或铁芯。特别是变压器油箱内的短路故障，伴随电弧的短路电流可能引起变压器着火。另外短路电流产生电动力，可能造成变压器本体变形而损坏。变压器的异常运行也会危及变压器的安全，如果不能及时发现及处理，会造成变压器故障及损坏变压器。为确保变压器的安全经济运行，当变压器发生短路故障时，应尽快切除变压器；而当变压器出现不正常运行方式时，应尽快发出告警信号及进行相应的处理。为此，对变压器配置整套完善的保护装置是必要的。2、变压器保护配置29 1短路故障的主保护变压器短路故障的主保护，主要有纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护。另外，根据变压器的容量、电压等级及结构特点，可配置零差保护及分侧差动保护。2短路故障的后备保护目前，电力变压器上采用较多的短路故障后备保护种类主要有：复合电压闭锁过流保护；零序过电流或零序方向过电流保护；负序过电流或负序方向过电流保护；复合电压闭锁功率方向保护；低阻抗保护等。3异常运行保护变压器异常运行保护主要有：过负荷保护，过激磁保护，变压器中性点间隙保护，轻瓦斯保护，温度、油位保护及冷却器全停保护等。30 ⑴瓦斯保护：0.8MVA及以上油浸式变压器、0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和带负荷调压的油浸式变压器的调压装置。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时应动作于断开变压器各侧断路器。31 ⑵电流速断保护：6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行变压器，当后备时间大于0.5S时。（反应变压器引出线、套管及内部的故障）32 ⑶纵联差动保护：6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行变压器，10MVA以下厂用备用变压器和单独运行变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏度不符合要求的变压器。（反应变压器引出线、套管及内部的故障）纵联差动保护应符合下列要求：①应能躲过变压器励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。②应在变压器过励磁时不误动。③差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。33 ⑸后备保护：对外部相间短路引起的变压器过流，应装设下列保护作为后备保护。保护动作后应带时限动作于跳闸。①过流保护：降压变压器，保护整定时应考虑事故时可能出现的过负荷。②复合电压闭锁过电流保护：升压变压器、联络变压器、过电流保护灵敏度不足的降压变压器。③负序电流和单相式低压起动的过电流保护：63MVA及以上的升压变压器。④阻抗保护：当采用复合电压闭锁过电流保护及负序电流和单相式低压起动的过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时。34 ⑴瞬时电流速断保护⑵限时电流速断保护⑶过流保护第4章线路保护1、35kV线路的保护配置35 目前110kV线路一般的保护配置是①纵联保护；②相间距离保护；③零序电流保护；④接地距离保护。继电保护的发展经历了电磁型、整流型、晶体管型、集成电路和微机保护五个阶段。其使用的保护通道经历了模拟式和数字式两个发展阶段，模拟式又分为由电缆导引线构成的高频通道和高频载波通道两个类型；数字式主要是光纤通道。1、110kV线路36 ⑴、纵联保护差动电流继电器的电流按如下两个条件整定：①按躲过区外短路故障时最大不平衡电流整定；②按躲过电流互感器二次回路断线条件整定；整定值取以上计算定值中的较大值，要求保护装置的灵敏度大于等于2。37 ⑵相间距离保护距离保护的组成部分：①测量部分：用于对短路点的距离测量和判别短路故障的方向；②启动部分：用来判别系统是否出在故障状态；③振荡闭锁部分：用来防止系统振荡时距离保护误动作；④二次电压回路断线失压闭锁部分；用来电压互感器二次回路断线失压时，由于阻抗继电器动作而引起的保护误动作；⑤逻辑部分：用来实现保护装置应具有的性能和建立保护各段的时限。38 距离保护整定原则1、距离I段。在保证可靠性和选择性的前提下，牺牲一点灵敏度，换取速动性。一般是按照躲相邻线路出口短路的方式来整定，即2、距离II段。在保证可靠性和选择性的前提下，牺牲一点速动性，换取灵敏度。⑴按与相邻线路距离I段配合⑵若相邻线路较短按⑴方法整定灵敏度不能满足要求时，可与相邻线路的距离II段配合⑶若线路末端是变压器，可与相邻变压器配合39 3、距离III段。阻抗定值宜按照躲过事故情况下的最小负荷阻抗来整定，避免事故跳闸后引起连锁动作，国外的几次大停电事故都或多或少地说明了这一点。同时，还应满足相邻线路末端短路时有足够灵敏度。距离保护整定原则40 110kV线路零序电流保护一般为四段式或三段式，单侧电源线路不带方向，双侧电源线路带方向。零序电流Ⅰ段。零序电流Ⅰ段电流定值按躲区外故障最大三倍零序电流整定，在无互感的线路上，零序电流I段的区外故障最严重故障点选择在本线路对侧母线或两侧母线上。零序保护整定原则41 1、零序电流II段。零序电流II段电流定值与相邻线路零序电流I段配合，电流的灵敏度不作规定。若本线路零序电流II段无法与相邻线路零序I段配合时，只能与相邻线路零序电流II段配合。2、零序电流III段。如零序电流II段对本线路末端故障有规定的灵敏度，则零序电流III段与零序电流II段配合整定，对相邻线末故障的灵敏度不作规定。对本线路末端的灵敏度规定如下：a.对50km以上的线路不小于1.3；b.对20～50km的线路不小于1.4；c.对20km以下的线路不小于1.5。零序保护整定原则42 3、零序电流IV段。零序电流IV段作为本线路经电阻接地故障和相邻元件故障的后备保护，在躲过本线路末端变压器和三相电路最大不平衡电流的前提下，力争满足相邻线路末端故障时有1.2的灵敏度。零序保护整定原则43 第5章定值通知单管理44 5.1110kV及以下并网电厂投产前将有关继电保护现场运行规程编制完成并报送德宏地调备案。5.2在填写继电保护及安全自动装置定值单时，必须严格执行三级审批制度。通知单上须有通知（计算）、审核及批准人签字并盖通知单下达部门公章后才能下达执行。如不满足以上要求，设备维护部门及现场运行部门应拒绝执行。5.3对于运行设备，地调下达定值通知单原件一式两份，分别送交同级调度和运行维护部门，通知单送交后应有签收记录。45 5.4定值更改执行人将定值置入保护装置后，执行人应用定值通知单与装置面板或打印定值进行校对，并保证执行的正确性。执行中如发现疑点、差错或与现场不符时，应及时通过当值调度员向整定计算人员提出，不得草率执行。5.5现场定值执行后，必须由现场运行人员核对并由通知单执行人和运行人员分别在通知单“执行人”栏和执行回执单签字认可，方为通知单执行完毕，才允许向当值调度员汇报定值通知单执行完毕。定值更改执行人应及时填写回执单将执行情况反馈回方式继保组。46 5.6定值通知单核对、执行完毕后，调度部门应在通知单上填写调度员（下令人）、执行人（现场定值执行人和现场运行人员）、执行时间，填写内容应与现场通知单内容一致，并将执行完定值单复印返回到整定部门。如执行中有遗留问题，应及时反馈整定计算部门，整定计算部门负责协调处理，在24小时内落实解决；如无问题或问题处理后，整定计算部门应及时按厂站整理归档。方式继保组必须有一份完整的、记录定值变更过程的纸质定值通知单存档备查。47 5.7整定计算部门出具的调试通知单仅作新投产设备调试使用，不得在运行设备上使用。建设单位在投产前5个工作日必须将调试通知单在调试中存在问题书面返回整定计算部门，调试中无问题也要按时返回说明，对于微机型保护还须提供装置软件版本号和校验码，否则整定计算部门不出正式的基础定值通知单。5.8调度部门、现场运行部门和保护维护部门应将未执行和已执行的定值通知单分开保管，执行完毕后，保存一份定值通知单原件作为当前运行定值单，并按设备分类存放，以备查阅。48 5.9、非电量管理。根据云南电网公司文件的规定，属于地调管辖水电站非电量定值由电站自己下达。49