继电保护原理基础_第六章
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
三、复合电压起动的过电流保护
负序过电压继电器4 发生各种不对称短 路时，出现负序电 压 三相短路开始瞬间， 一般会短时出现一 个负序电压 负序电压元件按躲 正常运行方式下负 序过滤器最大不平 衡电压来整定，定 值较小
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
第三节 变压器的电流和电压保护
一、变压器的过电流保护
反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流 在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的 后备 保护动作后、应跳开变压器各侧断路器。 起动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷 电流Ifmax来整定。 往往不能满足作为相邻元件的远后备保护
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
不平衡电流产生的原因和消除方法
（1）由变压器两侧电流相位不 同而产生的不平衡电流： （Y/Δ-11）Y.d11 接线方式，两 侧电流的相位差30° 消除方法：相位校正 差动臂中的电流同相位，但 大小增大了，为使正常运行 或区外故障时， Ij=0，则应使：
nl 2 3 1 A1 A1 nB nl1 nl 2 nl1 / 3 1
措施:
采用具有速饱和铁芯的差动继电器; 间断角原理的差动保护; 利用二次谐波制动; 利用波形对称原理的差动保护。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带有速饱和变流器BLH的差动继电器
速饱和变流器BLH的工作原理：
在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器BLH，是防止哲态 1. 周期分量容易通过速饱和变流器变换到二次侧，使继电器动作； 过程中不平衡电流（非周期分量）影响的有效方法。 2. 非周期分量不容易通过速饱和变流器变换到二次侧，继电器不动作；
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
主要组成部分
Wg：工作线圈，I2’－I2’’，磁通 Φg在W2中感应电势相加，使 继电器动作； W2: 二次线圈，磁通Φzh感应的 电势互相撤销，对Φzh 无输 出；仅对Φg有输出 Wzh: 制动线圈, I2’’，磁通Φzh 在两个边柱形成回路，不流 入中间铁心 Wph: 平衡线圈
无制动工作区：PQ
动作电流
带制动差动保护特性： Idz.min>IJ.bp.min 制动工作区： QS 最小动作电流大于正常运行时最 PQS
大不平衡电流 外部短路电流大时, LH进入饱 无制动工作区：PQ 和工作状态： IJ.bp ，Izd , Idz 制动工作区： QS 定义制动系数: Kzd=Idz/ Izd 考虑PQ段特性后， Kzd并非常 数 常用QS斜率表示制动性能： m=PR/NK
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
I2h=0 最小起动电流：IdzJ0 I2h≠0 IzhΦzh铁心饱和动作 电流Idz增大↑ 当Izh很小时，铁芯 还未饱和，Idz变化 不大，制动特性起始 部分比较平缓。 当Izh很大时，铁芯 严重饱和，Idz迅速 增加，特性曲线上翘。 Izh↑Idz↑ Wzh↑Idz↑ 制动系数：tgα
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
IJ.bp很小，无需制动；
制动电流
具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器
比率制动（穿越电流制动）回路 （1）在正常运行及外部故障时，W1中两部分电流（穿越电流） I2’，I2’’方向相同，继电器的起动电流随着制动电流的增大而自 工作回路 动增加，制动作用与穿越电流的大小成正比。 （1）在正常运行及外部故障时，W1中流过不平衡电流。 二次谐波制动（穿越电流制动）回路 （ 2）当变压器保护范围内部故障时， W1中流过短路电流，输 （ 2 ）当变压器保护范围内部故障时，有一侧的电流要改变方向， （ 1 ）在正常运行及外部故障时， W1中流过不平衡电流。 W1出基波电压。 中两部分的电流方向相反，二次侧感应电势减小，制动作用 也就随之减弱，当两部分中的电流相等时，制动作用消失，继 3）对基波分量的电压有最大的输出，对不平衡电流中的非周 （ 2（ ）当变压器保护范围内部故障时， W1中流过短路电流，输 电器动作最灵敏。 期分量和高次谐波分量则起一个滤波的作用。 出二次谐波电压。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（3）双侧供电变压器
假设两侧供给的短路电 流相等，则： Ig=2*Izh 直线5与制动特性曲线交 于c点（Idz.J1） 在c点之上（5高于3）动 作。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
在各种可能的运行方式下变压器发生内部故障时，继电器 的起动电流均在Idzj0，Idzj1, Idzj2之间变化，制动特性 曲线起始部分变化平缓，起动电流数值实际相差不大，但 却比无制动的差动继电器的起动电流小得多。 保护装置的灵敏度比无制动的差动保护的灵敏系数要高。
（3）由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流: (CT变换误差) Ibp.CT = Ktx∙10％∙Id.max/ nl1 其中：Ktx =1 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑 （4）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: 改变分接头→改变nB→破坏nl2/ nl1= nB的关系 产生新的不平衡电流; CT二次侧不允许开路,即nl2, nl1不能改变, Ibp. ΔU=±ΔU∙ Id.max/ nl1 无法消除. 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
二、低电压起动的过电流保护
电流元件和电压元件 同时动作后，才能起 动时间继电器延时动 作跳闸； 低电压元件保证在一 台变压器突然切除或 电动机自起动时保护 不动作 电流元件定值不再考 虑可能出现的Ifmax， 而按大于变压器的额 定电流整定 低电压元件起动值应 小于在正常运行情况 下母线可能出现的最 低工作电压
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
第二节 变压器纵差动保护
构成变压器纵差动保护的基本原则
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
构成变压器纵差动保护的基本原则
各侧电流额定电流不同，需适当选择各侧电流互感器变比 各侧电流相位不同，需适当调整各侧电流相位
LH励磁特性不同产生的不平衡电流
需考虑稳态不平衡电流 变压器差动保护:包含磁路藕合 需考虑暂态不平衡电流
3. 在被保护元件内部故障的暂态过程中，短路电流也包含有非周期分量，需待 非周期分量衰减以后，保护才能功作将故障切除；被保护的机组容量越大， 时间常数很大，非周期性电流衰减很慢，动作时间越长。 4. 广泛用于中、小容量发电机、变压器差动保护
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带加强型速饱和变流器的差动继电器BCH－2 由—个带有短路线圈 (Wd’, Wd’’)的速饱和变 流器和一个作为执行元 件的电流继电器组成；
第六章 电力变压器的继电保护
变压器的故障 （）油箱内部故障:
各相绕组之间的相间短路； 单相绕组部分线匝之间的匝间短路； 单相绕组通过外壳发生的单相接地故障
（2）油箱外部故障：
引出线的相间短路； 引出线通过外壳发生的单相接地短路
变压器不正常工作状态：
外部短路或过负荷（ 过电流） 油箱漏油造成油面降低 外加电压过高或频率降低（过励磁）
短路线圈可使继电器避 越非周期分量的作用得 到加强、 从而更易于躲 暂态过程中的不平衡电 流以及变压器空载合闸 时的励磁涌流。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带制动特性的BCH—1型差动继电器
在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈， 利用外部故障时的短路电流来实现制动； 继电器的起动电流随制动电流的增加而增加， 它能够可靠地躲过外部故障时的不平衡电流，并 提高内部故障时的灵敏性。
即：高压侧电流互感器变比应加大√3倍.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（2）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:
CT的变比是标准化的,如:600/5,800/5,1000/5,1200/5 很难完全满足CT变比选择计算公式 消除方法：利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
应装设的继电保护装置
（1）瓦斯保护：重瓦斯 跳闸; 轻瓦斯 信号 （变压器油箱内各种短路故障和油面降低） （2）纵差动保护和电流速断保护 变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引 出线的单相接地短路及绕组匝间短路 （3）相间短路的后备保护： 作为（1）(2)的后备 过电流保护； 复合电压起动的过电流保护； 负序过电流 （4）零序电流保护： 大接地电流系统中变压器外部接地短路 （5）过负荷保护：变压器对称过负荷 （6）过励磁保护：变压器过励磁
另外，制动线圈的接入方式时，保护灵敏度是有影响的。 制动线圈的接入原则： 在外部故障时，使制动作用最大，保护不误动 在内部故障时，使制动作用最小，保护灵敏度最好。 在双绕组变压器差动保护的接线中，其制动线圈原则 上应该接于无电源或小电源的一侧
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
一般差动保护动作特性： 正常工作或外部短路电流较小 RS 时,LH处于不饱和工作状态，
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
为什么能改善内部故障时保护的灵敏性
(1)单侧供电变压器 B侧无电源，Wzh 接于负荷侧，内部 故障时， Izh=0 继电器动作电流为 Idz.J0，显然灵敏度 提高很多。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（2）单侧供电变压器 B侧无电源，Wzh接于电源 侧
Ig=Id2—直线4（这是最不 利的电流）它与制动电流 特性曲线交于b点， 实际动作电流为Idz.J2， 在b点以上，是继电器的 动作区（直线4高于制动 特性曲线3），可见灵敏 度提高很多
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
暂态情况下的不平衡电流
⑴ 非周期分量的影响:
比稳态Ibp大，且含有很大的非周期分量，持续时间比较长(几十周波)。
最大值出现在短路后几个周波，引入非周期分量系数Kfzq， Ibp.CT=Kfzq∙10％∙Ktx∙Id.max/ nl1 措施:快速饱和中间变流器,抑制非周期分量.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
暂态情况下的不平衡电流
⑵ 由励磁涌流产生的不平衡电流: 励磁涌流：
当变压器空载投入和区外短路切除后电压恢复时，电压突然增加，可 能出现很大的励磁电流，可达(6-8) Ie
励磁涌流特点:
包含有很大成分的非周期分量 有很大的谐波分量，尤以二次谐波为主 波形间出现间断
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
具有制动特性的差动继 电器的整定： 选择Wzh匝数使制动曲 线通过a 点，即： Izh=Id.max时，使: Idz.J=Kk*Ibp.max 起动电流随着制动电流 (即外部短路电流)不同而 改变 在任何大小的外部短路 电流作用下，继电器的 实际起动电流均大于相 应的不平衡电流，继电 器都不会误动作
三、复合电压起动的过电流保护
负序过电压继电器4 发生各种不对称短 路时，出现负序电 压 三相短路开始瞬间， 一般会短时出现一 个负序电压 负序电压元件按躲 正常运行方式下负 序过滤器最大不平 衡电压来整定，定 值较小
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
第三节 变压器的电流和电压保护
一、变压器的过电流保护
反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流 在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的 后备 保护动作后、应跳开变压器各侧断路器。 起动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷 电流Ifmax来整定。 往往不能满足作为相邻元件的远后备保护
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
不平衡电流产生的原因和消除方法
（1）由变压器两侧电流相位不 同而产生的不平衡电流： （Y/Δ-11）Y.d11 接线方式，两 侧电流的相位差30° 消除方法：相位校正 差动臂中的电流同相位，但 大小增大了，为使正常运行 或区外故障时， Ij=0，则应使：
nl 2 3 1 A1 A1 nB nl1 nl 2 nl1 / 3 1
措施:
采用具有速饱和铁芯的差动继电器; 间断角原理的差动保护; 利用二次谐波制动; 利用波形对称原理的差动保护。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带有速饱和变流器BLH的差动继电器
速饱和变流器BLH的工作原理：
在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器BLH，是防止哲态 1. 周期分量容易通过速饱和变流器变换到二次侧，使继电器动作； 过程中不平衡电流（非周期分量）影响的有效方法。 2. 非周期分量不容易通过速饱和变流器变换到二次侧，继电器不动作；
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
主要组成部分
Wg：工作线圈，I2’－I2’’，磁通 Φg在W2中感应电势相加，使 继电器动作； W2: 二次线圈，磁通Φzh感应的 电势互相撤销，对Φzh 无输 出；仅对Φg有输出 Wzh: 制动线圈, I2’’，磁通Φzh 在两个边柱形成回路，不流 入中间铁心 Wph: 平衡线圈
无制动工作区：PQ
动作电流
带制动差动保护特性： Idz.min>IJ.bp.min 制动工作区： QS 最小动作电流大于正常运行时最 PQS
大不平衡电流 外部短路电流大时, LH进入饱 无制动工作区：PQ 和工作状态： IJ.bp ，Izd , Idz 制动工作区： QS 定义制动系数: Kzd=Idz/ Izd 考虑PQ段特性后， Kzd并非常 数 常用QS斜率表示制动性能： m=PR/NK
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
I2h=0 最小起动电流：IdzJ0 I2h≠0 IzhΦzh铁心饱和动作 电流Idz增大↑ 当Izh很小时，铁芯 还未饱和，Idz变化 不大，制动特性起始 部分比较平缓。 当Izh很大时，铁芯 严重饱和，Idz迅速 增加，特性曲线上翘。 Izh↑Idz↑ Wzh↑Idz↑ 制动系数：tgα
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
IJ.bp很小，无需制动；
制动电流
具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器
比率制动（穿越电流制动）回路 （1）在正常运行及外部故障时，W1中两部分电流（穿越电流） I2’，I2’’方向相同，继电器的起动电流随着制动电流的增大而自 工作回路 动增加，制动作用与穿越电流的大小成正比。 （1）在正常运行及外部故障时，W1中流过不平衡电流。 二次谐波制动（穿越电流制动）回路 （ 2）当变压器保护范围内部故障时， W1中流过短路电流，输 （ 2 ）当变压器保护范围内部故障时，有一侧的电流要改变方向， （ 1 ）在正常运行及外部故障时， W1中流过不平衡电流。 W1出基波电压。 中两部分的电流方向相反，二次侧感应电势减小，制动作用 也就随之减弱，当两部分中的电流相等时，制动作用消失，继 3）对基波分量的电压有最大的输出，对不平衡电流中的非周 （ 2（ ）当变压器保护范围内部故障时， W1中流过短路电流，输 电器动作最灵敏。 期分量和高次谐波分量则起一个滤波的作用。 出二次谐波电压。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（3）双侧供电变压器
假设两侧供给的短路电 流相等，则： Ig=2*Izh 直线5与制动特性曲线交 于c点（Idz.J1） 在c点之上（5高于3）动 作。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
在各种可能的运行方式下变压器发生内部故障时，继电器 的起动电流均在Idzj0，Idzj1, Idzj2之间变化，制动特性 曲线起始部分变化平缓，起动电流数值实际相差不大，但 却比无制动的差动继电器的起动电流小得多。 保护装置的灵敏度比无制动的差动保护的灵敏系数要高。
（3）由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流: (CT变换误差) Ibp.CT = Ktx∙10％∙Id.max/ nl1 其中：Ktx =1 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑 （4）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: 改变分接头→改变nB→破坏nl2/ nl1= nB的关系 产生新的不平衡电流; CT二次侧不允许开路,即nl2, nl1不能改变, Ibp. ΔU=±ΔU∙ Id.max/ nl1 无法消除. 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
二、低电压起动的过电流保护
电流元件和电压元件 同时动作后，才能起 动时间继电器延时动 作跳闸； 低电压元件保证在一 台变压器突然切除或 电动机自起动时保护 不动作 电流元件定值不再考 虑可能出现的Ifmax， 而按大于变压器的额 定电流整定 低电压元件起动值应 小于在正常运行情况 下母线可能出现的最 低工作电压
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
第二节 变压器纵差动保护
构成变压器纵差动保护的基本原则
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
构成变压器纵差动保护的基本原则
各侧电流额定电流不同，需适当选择各侧电流互感器变比 各侧电流相位不同，需适当调整各侧电流相位
LH励磁特性不同产生的不平衡电流
需考虑稳态不平衡电流 变压器差动保护:包含磁路藕合 需考虑暂态不平衡电流
3. 在被保护元件内部故障的暂态过程中，短路电流也包含有非周期分量，需待 非周期分量衰减以后，保护才能功作将故障切除；被保护的机组容量越大， 时间常数很大，非周期性电流衰减很慢，动作时间越长。 4. 广泛用于中、小容量发电机、变压器差动保护
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带加强型速饱和变流器的差动继电器BCH－2 由—个带有短路线圈 (Wd’, Wd’’)的速饱和变 流器和一个作为执行元 件的电流继电器组成；
第六章 电力变压器的继电保护
变压器的故障 （）油箱内部故障:
各相绕组之间的相间短路； 单相绕组部分线匝之间的匝间短路； 单相绕组通过外壳发生的单相接地故障
（2）油箱外部故障：
引出线的相间短路； 引出线通过外壳发生的单相接地短路
变压器不正常工作状态：
外部短路或过负荷（ 过电流） 油箱漏油造成油面降低 外加电压过高或频率降低（过励磁）
短路线圈可使继电器避 越非周期分量的作用得 到加强、 从而更易于躲 暂态过程中的不平衡电 流以及变压器空载合闸 时的励磁涌流。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
带制动特性的BCH—1型差动继电器
在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈， 利用外部故障时的短路电流来实现制动； 继电器的起动电流随制动电流的增加而增加， 它能够可靠地躲过外部故障时的不平衡电流，并 提高内部故障时的灵敏性。
即：高压侧电流互感器变比应加大√3倍.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（2）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:
CT的变比是标准化的,如:600/5,800/5,1000/5,1200/5 很难完全满足CT变比选择计算公式 消除方法：利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
应装设的继电保护装置
（1）瓦斯保护：重瓦斯 跳闸; 轻瓦斯 信号 （变压器油箱内各种短路故障和油面降低） （2）纵差动保护和电流速断保护 变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引 出线的单相接地短路及绕组匝间短路 （3）相间短路的后备保护： 作为（1）(2)的后备 过电流保护； 复合电压起动的过电流保护； 负序过电流 （4）零序电流保护： 大接地电流系统中变压器外部接地短路 （5）过负荷保护：变压器对称过负荷 （6）过励磁保护：变压器过励磁
另外，制动线圈的接入方式时，保护灵敏度是有影响的。 制动线圈的接入原则： 在外部故障时，使制动作用最大，保护不误动 在内部故障时，使制动作用最小，保护灵敏度最好。 在双绕组变压器差动保护的接线中，其制动线圈原则 上应该接于无电源或小电源的一侧
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
一般差动保护动作特性： 正常工作或外部短路电流较小 RS 时,LH处于不饱和工作状态，
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
为什么能改善内部故障时保护的灵敏性
(1)单侧供电变压器 B侧无电源，Wzh 接于负荷侧，内部 故障时， Izh=0 继电器动作电流为 Idz.J0，显然灵敏度 提高很多。
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
（2）单侧供电变压器 B侧无电源，Wzh接于电源 侧
Ig=Id2—直线4（这是最不 利的电流）它与制动电流 特性曲线交于b点， 实际动作电流为Idz.J2， 在b点以上，是继电器的 动作区（直线4高于制动 特性曲线3），可见灵敏 度提高很多
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
暂态情况下的不平衡电流
⑴ 非周期分量的影响:
比稳态Ibp大，且含有很大的非周期分量，持续时间比较长(几十周波)。
最大值出现在短路后几个周波，引入非周期分量系数Kfzq， Ibp.CT=Kfzq∙10％∙Ktx∙Id.max/ nl1 措施:快速饱和中间变流器,抑制非周期分量.
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
暂态情况下的不平衡电流
⑵ 由励磁涌流产生的不平衡电流: 励磁涌流：
当变压器空载投入和区外短路切除后电压恢复时，电压突然增加，可 能出现很大的励磁电流，可达(6-8) Ie
励磁涌流特点:
包含有很大成分的非周期分量 有很大的谐波分量，尤以二次谐波为主 波形间出现间断
四川大学电气信息学院 吕飞鹏
具有制动特性的差动继 电器的整定： 选择Wzh匝数使制动曲 线通过a 点，即： Izh=Id.max时，使: Idz.J=Kk*Ibp.max 起动电流随着制动电流 (即外部短路电流)不同而 改变 在任何大小的外部短路 电流作用下，继电器的 实际起动电流均大于相 应的不平衡电流，继电 器都不会误动作