电力系统继电保护教案

电⼒系统继电保护教案

继电保护教案

⽬录

前⾔2页1----------电⼒系统典型故障分析2页1.1--------单相接地短路故障分析7页1.2--------两相短路故障分析8页1.3--------两相接地短路故障分析10页1.4--------三相短路故障分析12页⼩结13页2----------继电保护原理14页2.1--------距离保护原理14页2.2--------⽅向保护原理19页2.3--------纵联保护原理23页3----------继电保护检验27页3.1--------新投验收检验的项⽬及要求27页3.1.1------检验前准备⼯作27页3.1.2------⼆次回路检验28页3.1.3------保护装置检验31页3.1.4------装置与通道设备的联调检验33页3.1.5------装置间的联调检验33页3.1.6------保护整组试验34页3.1.7------带负荷向量检查34页3.2--------保护检验的根据及⽅法35页

3.2.1------电压、电流保护的检验35页3.2.2------保护启动元件的检验36页3.2.3------距离保护的检验37页3.2.4------零序⽅向保护的检验38页3.2.5------复合电压闭锁⽅向过电保护的检验40页3.2.6------差动保护的检验41页4----------录波图分析45页4.1--------单相接地短路录波图分析45页4.2--------两相短路录波图分析46页4.3--------两相接地短路录波图分析48页4.4--------三相短路录波图故障分析49页4.5--------变压器低压侧两相短路故障录波图分析50页4.6--------故障实例分析52页

前⾔

⾸先我谈⼀下我从事继电保护的⼏点体会：

第⼀点：我们的继电保护专业在电⼒系统中是⼀个很重要的专业，直接关系到电⼒设备的安全和电⼒系统的稳定运⾏；同时继电保护的采集量来⾃⼀次系统、最终服务于⼀次系统。所以说我们⾸先应该站在系统的⾼度来考虑我们的专业⼯作；从⼀次系统的⾓度出发来考虑我们的继电保护装置、安全⾃动装置、⼆次回路接线等等。例如下图所⽰系统接线；

变电站⼆次接线：PT开⼝三⾓电压极性端接N600，⾮极性端接L630；线路CT 以母线为正极性；变压器零序CT以变压器为极性。那么，如果进⾏变压器零序⽅向保护试验该如何进⾏呢？该通⼊什么⾓度的测试量？⼤家都知道现在的微机变压器零序⽅向保护都有两项定值：“⽅向指向母线”和“⽅向指向变压器”。到底该如何设置这两项定值呢？

⼤家看上⾯系统图，当线路上发⽣单相接地短路故障时，故障电流由母线流向⼤地，再从变压器中性点返回，同时线路阻抗⾓⼀般为75度左右，那么由向量图可看出对于母线⼀次电⽓量来说3I0超前3U0约110度左右，到了⼆次回路，由于线路保护CT以母线为正极性抽取，所以线路保护的零序⽅向也是3I0超前3U0约110度左右；再看变压器中性点零序CT，故障电流由⼤地从CT⾮极性端流⼊，使中性点零序⼆次电流反了180度，也就是说变压器保护的零序⽅向是3U0超前3I0约75度左右。（如向量图⽰）通过上述事例，⼤家可以看出我的着眼点⾸先从⼀次系统出发，结合变电站⼆次回路实际接线，再去测试保护装置的动作⾏为。象上⾯这个事例，我通⼊装置的测试量电压超前电流75度，保护应该动作，否则就不对。如果我把变压器中性点零序CT以⼤地为极性抽取，那么我通⼊装置的测试量电流超前电压110度，此时保护应该动作。

第⼆点：在我们的⼯作中，有的同志重装置轻回路，有的同志重回路轻装置，这两点都是不对的。继电保护专业，装置和回路是⼀个相互关联、密不可分的整体，像上⾯的事例，变压器的中性点零序CT的极性端的抽取⽅式不同，将会得出截然相反的两种结果，如果我只测试装置的动作⾏为，⽽不管实际⼆次回路接线，那免不了会发⽣继电保护误动、拒动事故；反过来说如果装置要求只能采取该种接线，⽽你⼜轻装置，认为都由⼚家保证了，不了解该套装置的原理，那免不了也会发⽣继电保护误动、拒动事故，影响系统稳定运⾏。所以说⼀定要树⽴⼀个整体观念。

第三点：安全与专业技术⽔平的关系。⾸先树⽴安全意识是必须的，但继电保护是⼀个技术性较强专业，光有安全意识是不够的，还必须不断提⾼⾃⾝的专业技术⽔平，只有这样才能全⾯把握现场⼯作中的各个环节，充分考虑各种危险因素，才能彻底杜绝事故的发⽣，保证安全供电。像我们继电保护专业曾经发⽣过的许多⼈为事故，⼤多数属于此类，认为这样做没事，结果却发⽣了事故。这就是因为受专业技术⽔平的限制没有考虑到它的危险性。所以说不断提⾼⾃⾝的专业技术⽔平是继电保护专业保证安全的先决条件。

第⼀章电⼒系统典型故障分析

学习典型故障分析的⽬的：

继电保护按采集量划分，⼤致分为两类：⼀类是电量保护，如电流保护、电压保护、距离保护、纵联保护等；另⼀类是⾮电量保护，如⾮全相保护、变压器⽡斯保护等。对于电量保护直接反映⼀次电⽓量的变化，并最终作⽤于⼀次设备，以实现对电⼒系统⼀次设备的控制与保护。所以说必须掌握典型故障的分析⽅法以及各种故障情况下电⽓量的变化规律；这对我们今后⼯作中分析故障、分析继电保护动作⾏为（是正确动作、拒动还是误动）都是⾮常重要的。

电⼒系统典型故障的类型：1）单相接地短路故障⽤K（1）表⽰

2）两相短路故障⽤K（2）表⽰

3）三相短路故障⽤K（3）表⽰

4）两相接地短路故障⽤K（1.1）表⽰

5）单相断线故障（两相运⾏）⽤F（1.1）表⽰

6）两相断线故障（单相运⾏）⽤F（1）表⽰其中短路故障称之为横向故障，断线故障称之为纵向故障。

电⼒系统典型故障分析的⼀般⽅法：1）选取特殊相进⾏分析。也就是说选取三相中与其他两相特征不⼀样的相别进⾏分析。例如：A相接地短路故障，A相有故障电流，B、C两相没有，则A相

为特殊相，所以⽤A相进⾏分析；AB两相短路故障及AB两相接地短路故障，A、B两相有故障电流，C相没有，则C相为特殊相，所以⽤C相进⾏分析；

A相断线故障，A相有没电流，B、C两相有负荷，则A相为特殊相，所以⽤

A相进⾏分析；AB两相断线故障，A、B两相没有电流，C相有负荷电流，则

C相为特殊相，所以⽤C相进⾏分析。其他相别同理。

2）由故障特征确定故障边界条件。例如：A相接地短路故障，A相有故障电流，

A 相电压为零，B、C两相没有故障电流，则边界条件为：IKB=IKC=0；UKA=0。

3）由故障边界条件，通过对称分量法求取特殊相各序分量。

⾸先介绍⼀下对称分量法的基本公式：

如下图所⽰：

当系统发⽣不对称故障时，通过对称分量都可以将不对称的故障量转换为三个对称分量的叠加。这样做的⽬的是便于我们分析、计算。其互换公式如下：F A1=1/3(F A+a F B+a2F C)

F A2=1/3(F A+a2F B+a F C)

F A0=1/3(F A+F B+F C)

F A=F A1+F A2+F A0

F B=F B1+F B2+F B0=a2F A1+a F A2+F A0)

F C=F C1+F C2+F C0=a F A1+a2F A2+F A0)

式中a表⽰逆时针旋转120o也即向超前⽅向旋转120o, a2表⽰逆时针旋转240o也即向超前⽅向旋转240o

这六个公式在我们的短路故障分析中经常⽤到的，⾸先需要通过它将全电压、全电流分解成三个对称的相序分量进⾏分析、计算；然后需要通过它将计算结果还原为全电压、全电流。因此必须熟练掌握。

下⾯以A相接地短路故障为例，介绍序分量的求取⽅法

边界条件为：IKB=IKC=0；UKA=0。

则：IKA1=1/3（IKA+aIKB+a2IKC）IKA2=1/3（IKA+a2IKB+aIKC）

IKAo=1/3（IKA+IKB+IKC）

⼜因IKB=IKC=0

所以IKA1=IKA2=IKAo=1/3IKAUKA= UKA1+UKA2+UKAo=0

4）由各序分量关系，绘制特殊相序⽹图。

⾸先介绍⼀下序⽹图的绘制⽅法：A在序⽹图中，只有正序⽹络图包含电源电势，负、零序⽹络图中没有电源电势。这是因为系统正常运⾏时只有正序分量，当发⽣不对称故障时才产⽣负、零序电压电流，也就是说负、零序电压电流是由故障点产⽣的。B 在序⽹图中，正、负序阻抗画到短路点结束，负荷侧阻抗不画；这是因为正、负序的短路通路由短路点到电源构成闭合回路；⽽零序阻抗要画到变压器接地点结束，这是因为零序的短路通路由短路接地点到变压器接地点构成闭合回路；

变压器三⾓侧以后零序阻抗不画，因为三⾓形接线⽅式将零序分量滤去了使它不能往下级传变，F A- F B =（F A1+F A2+FA0）-（F B1+F B2+F B0）= （F A1+F A2）-（F B1+F B2）；变压器星型侧中性点不接地，其以后零序阻抗不画，因为星型侧中性点不接地对零序来说相当于⽆群⼤阻抗。（如下图⽰）

接下来以A相接地短路故障为例，介绍序分量的求取⽅法由第三步各序分量关系可看出，A相各序电流相等，各序电压相加为零；由于各序分量由故障量中分解所得，所以⽹络最终要合成⼀个闭和回路，通过上述条件可得只有各序⽹络头尾串联可实现。如下图⽰：

5）由序⽹图计算短路点各序分量向量值及保护安装处各序分量向量值。例如A相接地短路故障，短路点各序分量计算：

IKA1= IKA2=IKAo=E/（X∑1+ X∑2+X∑0）

UKA1= IKA1*（X∑2+X∑0）

UKA2=—IKA2* X∑2=—IKA1* X∑2

UKA0=—IKA0* X∑0=—IKA1* X∑2

保护安装处各序分量计算：

对于单端电源⽹络保护安装处各序分量电流与故障点各序分量电流相等IKA1M= IKA1IKA2 M = IKA2

IKAo M = IKA0

对于双端电源⽹络保护安装处各序分量电流等于故障点各序分量电流乘以M、N两侧的阻抗分配系数IKA1M = IKA1* X1N /（X1M +X1N）

IKA2M = IKA2* X2N /（X2M +X2N）

IKAo M = IKA0* X0N /（X0M +X0N）

IKA1N = IKA1-IKA1M

IKA2N = IKA2-IKA2M

IKAo N = IKA0-IKA0M

保护安装处各序分量电压等于故障点各序分量电压加上各序保护安装处⾄故障点的电压降。UKA1M = UKA1+ IKA1M *X LM1

UKA2M = UKA2+IKA1M *X LM 2

UKA0M = UKA0+IKA0M *X LM 0

UKA1N = UKA1+ IKA1N *X LN1