繼電保護原理介紹

2022-08-23 00:15:04 字數 4795 閱讀 7764

一、110kv及以下電壓等級的線路保護

1、距離保護:**路一端裝設保護,能測量出故障點至保護安裝處的距離並與保護範圍對應的距離比較,可判斷出故障點的位置,從而決定保護行為。這種方式顯然不受執行方式和接線的影響。

這樣構成的保護就是距離保護。

距離保護按照反應故障型別分類,可以分位相間距離保護和接地距離保護,相間距離保護可以反應三相短路、兩相短路和兩相接地短路;接地距離保護可以反應單相接地短路。

距離保護的i、ii段可以在任何形狀的多電源網路中保證動作的選擇性,具有較高的靈敏度;但不能實現全線瞬動。

2、零序過流保護:中性點直接接地系統發生接地短路,將產生很大的零序電流,利用零序電流分量構成保護,可以作為一種主要的接地短路保護。

零序過流保護不反應三相和兩相短路,在正常執行和系統發生振盪時也沒有零序分量產生,所以它有較好的靈敏度。但零序過流保護受電力系統執行方式變換影響較大,靈敏度因此降低,特別是短距離線路上以及複雜的環網中,由於速動段的保護範圍太小,甚至沒有保護範圍,致使零序電流保護各段的效能嚴重惡化,使保護動作時間很長,靈敏度很低。

當零序電流保護的保護效果不能滿足電流系統要求時,則應裝設接地距離保護。接地距離保護的保護範圍比較固定,對本線路和相鄰線路的保護效果都會有所改善。

3、過電流保護:過電流保護反應短路的基本特徵,即反應電流突然增大,母線電壓突然降低。過流保護一般由瞬時段、定時段組成,構成三段式保護階梯特性。

三段式電流保護一般用於110kv及以下電壓等級的單電源出線,對於雙電源輻射線路可以加方向元件組成帶方向閉鎖的各段保護。

三段式保護的i、ii段為主保護段,iii段為後備保護段。i段一般不帶時限,稱瞬時電流速斷,其動作時間是保護裝置固有動作時間;ii段帶較小延時,一般稱延時電流速斷;iii段稱定時限過電流保護,帶較長延時。

當系統執行方式變換比較大時,線路電流變換的i、ii段可能在保護區和靈敏度方面不滿足要求。考慮到線路上發生短路故障時,母線電壓的變化一般比流過保護的短路電流的變化大,為此,可以採用電流電壓聯鎖保護,這種保護既反映電流的增大,也反映電壓的降低,保護的測量元件由電流繼電器和電壓繼電器共同組成,他們的節點構成「與」的關係。

為了提供過電流保護的靈敏度,可以將過流定值適度降低,並增加低電壓閉鎖。這樣即提高了保護的靈敏度,又因為非故障時電壓閉鎖使保護不會誤動作。

4、重合閘:根據統計,電流線故障的80%~90%為瞬時性故障,當故障線路被繼電保護裝置作用於跳閘之後,電弧熄滅,故障點去游離,絕緣強度恢復到故障前的水平,為繼續供電創造了條件。此時若能**路斷路器斷開之後再進行一次新合閘即可恢復供電從而提供供電的可靠性。

若人工進行手動操作,則由於操作緩慢,延長停電時間,大多數使用者的電動機可能停轉。因此,在電力系統中廣泛採用自動重合閘,當斷路器跳閘之後,它能自動將斷路器重新合閘。

自動重合閘的要求:自動重合閘動作應迅速;重合閘應能自動啟動;重合閘的次數應符合預先的規定;重合閘動作之後,應能自動復歸。

下列情況下重合閘應該閉鎖:手動跳閘、遙控跳閘、低周跳閘、過負荷跳閘、手合於故障、斷路器處於不正常狀態時、以及某些保護動作時需要閉鎖重合閘。

另外,在雙側電源的線路上實現重合閘是,應考慮合閘時兩側電源間的同步問題。此時一般一端先檢無壓合閘,另一端在對側重合閘成功後檢測到線路上有壓時,再檢同期合閘。

5、加速保護:加速保護分為前加速和後加速。前加速是重合閘前加速的簡稱,指重合閘動作之前加速保護跳閘;後加速是重合閘後加速的簡稱,指重合閘動作之後加速保護跳閘。

兩者的區別在於,前加速的第一次動作沒有選擇性,第二次動作具有選擇性,而後加速的第一次動作具有選擇性,第二次動作沒有選擇性。

6、過負荷:利用乙個電流元件和時間元件,構成過電流解列裝置。它的時間整定一般大於後備保護的動作時間。

7、低周減載:主要用於與大系統併網執行的受電小系統,由於小電源所在的地區系統,正常多由大系統供給一部分負荷,以滿足地區功率的平衡。在聯絡中斷後,將使地區系統出現功率缺額。

在有功功率缺乏時,表現為頻率下降;當無功功率缺乏時,將表現為電壓下降。因此,在功率平衡點裝設低周減載裝置,以保證小電源的安全執行。

8、pt斷線:線路的距離保護、功率方向元件、電壓元件都基於母線電壓,當母線pt斷線之後,使上述元件變得不可靠,因此必須採取相應的措施,並發出告警資訊。

二、變壓器保護

9、瓦斯保護:油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質。當變壓器內部發生短路故障時,故障點區域性產生高溫,使油溫公升高體積膨脹,甚至沸騰,油內溶解的空氣就會排出,變成氣泡上公升。

故障點產生電弧,使絕緣物和變壓器油分解而產生大量的氣體。氣體排出的多少,與變壓器故障的嚴重程度和性質有關。利用這種氣體來實現保護的裝置,稱為瓦斯保護。

反應變壓器內部故障的各種保護裝置,除瓦斯保護外,由於受靈敏度的限制,都不能完全反應變壓器內部所有形式的故障,特別是匝間短路、嚴重漏油等故障。如繞組的匝間短路,將在短路的線匝內流著超過額定數值的電流,但在變壓器外電路中的電流值還不足以使變壓器的過流保護或差動保護動作,在這種情況下,瓦斯保護卻能動作。這樣一來,當變壓器內部有不正常的情況或輕微故障時,執行人員能迅速發現並處理,可避免變壓器遭受嚴重的損壞。

因此,瓦斯保護是反應變壓器內部故障最有效的一種保護。

當變壓器內部發生嚴重漏油時,變壓器油麵降低,瓦斯繼電器內的油麵跟著下降。瓦斯繼電器的輕瓦斯保護動作,發出「輕瓦斯動作」訊號。

變壓器內部故障時,產生氣體的強烈程度取決於故障的嚴重程度。發生輕微故障時,產生的氣體較少且速度慢,氣體上公升到油麵後,聚集在瓦斯繼電器的頂部,占去了充油的空間,一部分被擠入油枕。由於氣體的壓力使油麵下降,當油麵下降到預定高度時,輕瓦斯保護動作,發出告警訊號。

當變壓器內部發生嚴重故障時,故障點周圍的溫度劇增,變壓器油和絕緣材料分解並產生大量瓦斯氣體,變壓器內部壓力公升高,迫使變壓器油從油箱向油枕方向衝擊。到一定程度時,中瓦斯保護動作,瞬時作用於跳閘迴路,切斷變壓器電源,以防止事故發展。

10、比率差動保護:按照反應電流和電壓量構成的保護裝置,測量元件限於裝設在被保護元件的一側,無法區分被保護範圍末端和相鄰線路始端的故障。為了保證動作的選擇性,在整定動作引數時必須與相鄰元件的保護相配合,一般採用縮短保護區(提高靈敏度)或延長動作時限(降低速動性)的方法來獲得選擇性。

但從保證系統穩定執行和減輕故障變壓器的損失及避免擴大事故的要求來看,希望能快速切除被保護範圍內任意點發生的故障。如果保護裝置的測量元件能夠同時反應被保護裝置兩端的電量時,就能夠正確判斷內部和外部發生的故障。被保護元件發生內部故障和外部故障時,其各側功率方向或電流相位是有差別的,因而根據比較被保護元件各端電流大小和相位差別的辦法而構成的終聯差動保護,獲得了廣泛非運用。

在發電機勵磁系統失調或電力系統不正常執行時,將可能造成變壓器的短時的過電壓,導致變壓器勵磁電流增加,可能導致差動保護誤動。

當投入空載變壓器或外部故障切除後電壓恢復時,一旦鐵芯飽和後,相對導磁率接近1,變壓器繞組的電感(稱空心電感)降低,相應出現很大的勵磁電流,稱為勵磁湧流,其值可能達到變壓器額定電流的6~8倍。經過變換的勵磁湧流,將可能導致差動變換誤動。

為了防止變壓器差動保護在勵磁湧流作用下誤動,一般採取以下措施:

1)、提高保護的動作電流值;

2)、間斷角鑒別法,即利用勵磁湧流波形的間斷角來避越勵磁湧流;

3)、利用二次諧波制動的原理避越勵磁湧流;

4)、在設有差動電流速斷保護的情況下,吸收部分高次諧波分量作為差動保護的輔助制動量也是一種方式,對防止變壓器的過勵磁時差動保護誤動作有一定作用。

11、差速保護:在小容量的降壓變壓器上常採用電流速斷保護,當靈敏度不夠時,可採用差動電流速斷保護。因此,差動電流速斷保護實質上就是提高靈敏度而裝設在差動迴路內電流速斷保護,它瞬時動作於斷路器跳閘。

12、過流保護:為了防止變壓器外部故障引起的過電流,並作為變壓器的後備保護以及作為相鄰母線或線路保護的後備,一般都要裝設過電流保護。保護可帶幾段時限,較短的時限用於縮小故障影響範圍,較長的時限用於斷開變壓器各側斷路器。

根據需要可裝設過電流保護、負序電流保護或復合電壓閉鎖的過電流保護。

13、母充保護:母線由備用狀態轉為執行狀態,首先要給母線充電加壓。如果由於某種原因(例如地線未被拆除)發生短路故障,則需要快速切除故障。

對於裝設了母線保護的母線,多數母線保護帶有兼作充電保護的功能。若母線保護沒有這種功能或未裝設母線保護,則需要裝設專用的充電保護。

14、零序電流保護:在大接地系統中,單相接地故障的機率高,短路電流值較大,有時有可能大於三相短路電流,不但危害裝置而且容易發展成多相短路。發生接地故障時,電網中將出現零序電流和零序電壓,可利用零序分量來實現接地保護。

中性點直接接地變壓器設定的零序電流保護和零序電壓保護,是整個電網接地保護組成的一部分,主要作為母線和相鄰線路主保護的後備,同時也對變壓器內部接地故障起後備作用。

15、零序過壓保護:為了保證系統中零序電流的大小和分布情況盡量不受執行方式的影響,在發電廠或變電所中僅部分變壓器的中性點直接接地執行。針對中性點接地執行的情況,需要裝設零序電流保護;針對中性點不接地執行的情況,為防止單相接地並在電網中失去中性點時引起的過電壓損傷變壓器,還需要裝置零序電壓保護。

16、間隙過流保護:當中性點裝設放電間隙時,除裝設零序電流外,並增設反應零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護。當電網中單相接地且失去接地中性點時,若放電間隙未擊穿,則零序電壓元件動作,經延時動作於斷開變壓器各側斷路器;若間隙擊穿電流元件動作,則瞬時動作於切除變壓器。

17、零序過壓告警:當小接地系統發生單相接地之後,接地相電壓為0,非接地相電壓公升高√3,系統內出現零序電壓。零序電壓的大小等於故障前電壓的相電壓,且系統各處零序電壓相等。

利用單相接地時,系統會出現零序電壓這一特徵而構成的絕緣監察是最簡單實用的中性點不接地相系統單相接地保護方式。

18、過負荷:對於0.4mva及以上的變壓器,當數台並列執行或單獨執行並作為其他負荷的備用電源時,應裝設過負荷保護。

當過負荷動作後,僅給出訊號,以引起值班人員的注意,因為變壓器允許一定範圍的過負荷。

19、ct斷線:為了防止ct斷線引起的差動保護誤動作,在差動保護中要求進行ct斷線判別。當ct斷線之後,可以根據執行的要求,對差動保護進行閉鎖或不閉鎖。

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