第1章 继电保护绪论

1、电力系统继电保护电力系统继电保护n电气工程专业的核心课程电气工程专业的核心课程n总学时：总学时：3232学分：学分：2.02.0n教材：教材：电力系统继电保护原理及新技术电力系统继电保护原理及新技术n参考书目：参考书目：n电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理贺家李贺家李 宋丛矩宋丛矩n电力系统继电保护电力系统继电保护 张保会张保会 尹项根尹项根1.1 1.1 电力系统的各种运行状态电力系统的各种运行状态1.2 1.2 继电保护的基本原理、构成和分类继电保护的基本原理、构成和分类1.3 1.3 对电力系统继电保护的基本要求对电力系统继电保护的基本要求1.4 1.4 继电保护发展简史继电保护发

2、展简史1.1 1.1 电力系统的各种运行状态电力系统的各种运行状态电力系统概况电力系统电力系统是指由进行电能生产、变换、输送、是指由进行电能生产、变换、输送、分配、消费的各种设备按照一定的技术和经济要求分配、消费的各种设备按照一定的技术和经济要求有机组成统一系统的总称。有机组成统一系统的总称。 它由发电厂、变电所、输配电线路及各种用电它由发电厂、变电所、输配电线路及各种用电设备组成。设备组成。 为了确保电力系统的安全、可靠的运行，电力为了确保电力系统的安全、可靠的运行，电力系统还包括继电保护、自动装置、通信、调度自动系统还包括继电保护、自动装置、通信、调度自动化及自动监测和控制系统等设备。化及

3、自动监测和控制系统等设备。电力系统概况特点：（1）电能不能大量存贮；（2）电磁过程快速； （3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。发电输变电配电用电电力系统概况设备分类：一次设备、二次设备。发电输变电配电用电一次设备，二次设备的概念一次设备，二次设备的概念n一次设备：完成电力发、一次设备：完成电力发、输、配、用等设备称为输、配、用等设备称为一次设备。如发电机、一次设备。如发电机、变压器、断路器、母线、变压器、断路器、母线、线路、电动机等。线路、电动机等。n二次设备：对一次设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设测量、控制和保护的设备。如继电保护装

4、置、备。如继电保护装置、测量表计等。测量表计等。1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态0SLjGiPPP0SLjGiQQQ发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率0SLjGiPPP0SLjGiQQQ负荷使用的有功功率和无功功率负荷使用的有功功率和无功功率1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态0SLjGiPPP0SLjGiQQQ电力系统中各种有功功率和无功功率损耗电力系统中各种有功功率和无功功率损耗1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态max.kkSSmax.min.iiiUUU

5、maxminfffmax.ijijII1.1.1 1.1.1 正常工作状态正常工作状态1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为 造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。1 1）影响产品质量；）影响产品质量； 2 2）降到）降到47Hz47Hz48Hz48Hz以下会引起频率崩溃；以下会引起频率崩溃； 3 3）使电压下降可能引发电压崩溃。）使电压下降可能引发电压崩溃。 所有的等式约束条件均满足，部

6、分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害危害：危害：造成绝缘击穿导致短路。造成绝缘击穿导致短路。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为 1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为

7、束条件不满足但又不是故障的工作状态称为1.1.2 1.1.2 不正常工作状态及其危害不正常工作状态及其危害1.1.3 故障状态及其危害常见的十种短路类型常见的十种短路类型纵向不对称故障纵向不对称故障最常见且最危险的是各种类型的短路最常见且最危险的是各种类型的短路 复杂故障：在电力系复杂故障：在电力系统的不同地点（两处统的不同地点（两处或两处以上）同时发或两处以上）同时发生不对称故障的情况生不对称故障的情况 短路的后果短路的后果n数值很大的短路电流通过短路点将燃起数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧电弧，使，使故障设备烧坏甚至烧毁；故障设备烧坏甚至烧毁；n短路电流通过故障设备和非故障设备时，产

8、生热短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命；缩短使用寿命；n电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品；用户的正常工作遭到破坏或产生废品；n破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩大，破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瓦解。甚至造成整个电力系统瓦解。事事 故故 系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并造系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，成对

9、用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。除故障设备。运行人员运行人员继电保护装置继电保护装置国家 发生时间 事故后果 俄罗斯部分地区2006.2006.10.2810.28圣彼得堡部分地区交通和电力供应中断，近百万居民遭受断水之苦，核电站被迫停止运转。 美国东北地区 2006.2006.10.2810.28肆虐的狂风将很多社区的树木和电线杆连根拔起，造成美国东北部成千上万的居民生活断电。 加拿大部分省 2006.2006.

10、10.2810.28每小时100千米的狂风过后，两省出现大面积停电，波及多伦多、蒙特利尔和魁北克城等大中城市，共有约8万人受灾。 欧洲电网 2006.2006.11.411.4法国和德国人口最密集的地区以及比利时、意大利、西班牙、奥地利的部分地区发生停电，其中包括法国首都巴黎部分地区。大多数地区在半小时内恢复供电，最严重的地区停电达1个半小时。 美国纽约2006.2006.7.177.17天气过热，造成地下输电线路损伤。纽约市在赖克斯岛的监狱群不得不启用自备发电机 ，受此次停电事故影响的用户人数可能高达10万人。 某些地区停电时间长达一周。国外国外0303年发生的大停电事故特大停电事故是现代社

11、会的灾难年发生的大停电事故特大停电事故是现代社会的灾难国家 发生时间 事故名称 事故后果 美国 2003.8.2003.8.1414北 美 东北 美 东部网部网损失负荷61.8GW，停电8州1省5000万人，停电面积24000平方公里，最长停电29小时，损失300亿美元。瑞典丹麦 2003.9.2003.9.2323瑞 典 瑞 典 丹麦丹麦停电1800MW，影响500万人用电，停6.5小时意大利 2003.9.2003.9.2828意大利意大利6,400MW的功率缺额，最后导致频率崩溃，停电19小时。英国2003.8.2003.8.2828伦 敦 地伦 敦 地铁铁停电724MW，影响41万用户

12、，50万乘客被困，停电37分钟1小时马来西亚 2003.9.2003.9.1 1马 来 西马 来 西亚亚马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and CanadaAn Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用n继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术。n继电保

13、护装置 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用n自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。( (故障故障) )n反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。（不正常运行）（不正常运行）1.1.4 1.1.4 继电保护的概念及作用继电保护的概念及作用1.2.1 1.2.1 基本原理基本原理 电流增大 I = 0； I = Id 非电气

14、量：瓦斯保护，过热保护等。非电气量：瓦斯保护，过热保护等。 原则上说：只要找出正常运原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越且差别越明显，保护性能越好。好。 20argIU正常运行时： -负荷功率因数角线路正方向发生三相短路：8560argIU-线路阻抗角反方向发生三相短路：)8560(180argIU1.2.2 1.2.2 继电保护装置的构成继电保护装置的构成测量测量比较比较元件元件逻辑逻辑判断判断元件元件执行执行输出输出元件元件相应输入量相应输

15、入量跳闸或信号跳闸或信号测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出行比较，根据比较结果给出“是是”、“非非”、“大大于于”、“不大于不大于”等具有等具有“0 0”或或“1 1”性质的一组逻性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。辑信号，从而判断保护是否应该启动。 根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按

16、一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。或发信号，并将有关命令传给执行元件。常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。回、记忆等。 根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时负的任务。如：故障时, ,动作于跳闸并发出信号；不动作于跳闸并发出信号；不正常运行时正常运行时, ,发出信号；正常运行时发出信号；正常运行时, ,不动作等。不动作等。 继电保护系统的构成继电保护系统的构成1.2.3

17、 1.2.3 继电保护的工作回路继电保护的工作回路KAKTKS信号IQFTAYRt1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类n按被保护的对象分类 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、母线保护等 n按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等 n按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、失步保护、失磁保护等n按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等 1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类n按继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保

18、护（测量值整定值时动作） 欠量保护（测量值整定值时动作）主保护：反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护。n按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等n按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护。 n按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作。远后备保护：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。 1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类n按保护所起的作用分类 主

19、保护、后备保护、辅助保护等辅助保护：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1.2.4 1.2.4 继电保护的分类继电保护的分类1.2.5 1.2.5 电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。1.2.5 1.2.5 电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合低压母线保护区变压器保护区高压母线I保护区线路保护区发电机保护区高压母线II保护区高压母线保护区对动作于跳闸的继电保护，在技术上对动作于跳

20、闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：一般应满足四个基本要求：即保护的即保护的“四性四性”。 可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）即不发生错误动作（简称误动）。 影响可靠性的因素影响可靠性的因素 内在的：内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平制造工艺水平内外接线简明内外接线简明触点多少等触点多少等 外

21、在的：外在的：运行维护水平运行维护水平调试是否正确调试是否正确正确安装等正确安装等提高可靠性的办法提高可靠性的办法 1.1.选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。2.2.提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。并有必要的抗干扰措施。3.3.提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。和管理。4.4.采取保护装置多重化。采取保护装置多重化。 选择性选择性是指电力系统发生故

22、障时，保护装置仅将故是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。缩小停电范围。 例例： 当当d1点短路时，保护点短路时，保护1、2动动跳跳1DL、2DL 有选择性有选择性12345678ABCD 选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。缩小停电范围。 例例： 当当d2点短路时，保护点短路时，保护5、6动动跳跳5DL、6DL 有选择性有选择性12

23、345678ABCD 选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。缩小停电范围。 例例： 当当d3点短路时，保护点短路时，保护7、8动动跳跳7DL、8DL 有选择性有选择性12345678ABCD 选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。缩小停电范围。 例例： 当当d3点短路时，若保护点短路时，

24、若保护7拒动或拒动或7DL拒动，保护拒动，保护5动（远后备）动（远后备）跳跳5DL 有选择性有选择性 1.3.2 1.3.2 选择性选择性12345678ABCD 选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。缩小停电范围。 当当d3点短路时，若保护点短路时，若保护7正确动作和正确动作和7DL跳闸，跳闸，保护保护5动动跳跳5DL，则越级跳闸（非选择性），则越级跳闸（非选择性） 例例： 停电停电小结：小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外就选择性就

25、是故障点在区内就动作，区外就不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置、比较完善（对保护装置、DLDL、二次回路和直、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。且实现简单、经济，应优先采用。 1.3.2 1.3.2 选择性选择性作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速。其主要原因如下：其主要原因如下： 可以提高系统稳定性；可以提高系统稳定性；

26、减少用户在低电压下工作的时间；减少用户在低电压下工作的时间； 减少故障元件的损坏程度；减少故障元件的损坏程度； 避免故障进一步扩大。避免故障进一步扩大。 QFprttt故障切除时间：故障切除时间：tpr-保护动作时间 tQF-断路器动作时间 最快1.3.3 1.3.3 速动性速动性快速保护：spr12. 006. 0tspr04. 001. 0tsQF15. 006. 0t断路器：最快sQF06. 002. 0t1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不能力。

27、满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。反应出来。 通常，灵敏性用通常，灵敏性用灵敏系数灵敏系数来衡量，并表示为来衡量，并表示为K Ksensen。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护） setksenIIKmin.保护的动作参数故障参数的最小计算值保护区内金属性短路时其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。方式、故障类型和短路点

28、来计算的。 1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。反应出来。 通常，灵敏性用通常，灵敏性用灵敏系数灵敏系数来衡量，并表示为来衡量，并表示为K Ksensen。 对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。方式、故障类型和短路点来计算的。 max. ksetsenUUK故障参数的最大计算值保护区内金属性短路时保护的动作参数1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性在在GB14285-1993GB14285-1993继电保护和安全继电保护和安全自动装置技术规程自动装置技术规程中，对各类保护的灵敏中，对各类保护的灵敏系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系数在敏系数在1.21.22 2之间。之间。 上述四个基本要求是分析研究继电保护性上述四