电力系统继电保护概述课件

1、电力系统继电保护概述前言电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分；在电力系统中起着重要的作用，他保证着电力系统在非正常运行状态下的安全稳定运行。随着电力系统的飞速发展，对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。继电保护的发展趋势是向计算机化，网络化及保护、控制、测量、数据通信一体化智能化发展。随着计算机硬件技术的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。从初期的8 位单CPU结构问世，不到5年时间就发展到多CPU 结构，后又发展到总线不出模块的大规模结构。除了具备保护的基本功能外，还具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处

2、理功能。目录 第一部分：电力系统故障及异常 第二部分：电力系统继电保护 第三部分：电力系统继电保护的配置 第四部分：电力系统继电保护的发展方向第一部分：电力系统故障及异常1.1 电力系统故障的危害 电力系统在运行中可能发生各种故障和出现各种不正常运行状态，最常见、同时也是最危险的故障是各种类型的短路。发生短路时将会产生以下后果： (1) 数值较大的短路电流通过故障点时，产生电弧，使故障设备损坏或烧毁。 (2) 短路电流通过非故障元件时，使电气设备的载流部分和绝缘材料的温度超过散热条件的允许值而不断升高，造成载流导体熔断或加速绝缘老化和损坏，从而可能发展成为故障； (3) 故障时电力系统中，部分

3、地区的电压大大下降，破坏用户工作的稳定性或影响产品的质量。 (4) 破坏电力系统中各发电厂并列运行的稳定性，引起系统振荡，从而使事故扩大，甚至导致整个系统瓦解。第一部分：电力系统故障及异常1.2 电力系统故障类型及几率 电力系统中的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。 不同类型短路发生的概率是不同的，不同类型短路电流的大小也不同，一般为额定电流的几倍到几十倍。 下表为2006年我国220kV电网输电线路各种类型故障发生的次数和百分比 故障类型 三相短路 两相短路 两相短路接地 单相接地短路 其他 故障次数 17 28 91 1319 32 故障百分比 1.14% 1.88%

4、 6.12% 88.7% 2.16%第一部分：电力系统故障及异常1.3 电力系统异常状态 电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏时，但没有发生故障，这种情况属于不正常工作状态。 如：因负荷超过供电设备的额定值引起的电流升高，称过负荷，就是一种常见的不正常工作状态。在过负荷时，电气设备的载流部分和绝缘材料过度发热，从而使绝缘加速老化，甚至损坏，引起故障。此外。系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于电力系统的不正常运行状态。第二部分：电力系统继电保护2.1 电力系统继电保护的任务和作用2.2 继电保护的基本原理2.3 继电保护的组成及分类

5、2.3.1：模拟型继电保护 2.3.2：数字型的计算机继电器保护2.4：对继电保护装置的要求 2.4.1 可靠性 2.4.2 选择性 2.4.3 速动性 2.4.4 灵敏性2.5 继电保护的发展简史第二部分：电力系统继电保护2.1 电力系统继电保护的任务和作用继电保护装置就是指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。继电保护装置基本任务是：(1) 自动、迅速、有选择性地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，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。(2) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而

6、动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。这种情况一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必要的动作跳闸和干扰而引起的误动。(3) 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。第二部分：电力系统继电保护由此可见，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性、安全稳定性，最大限度地保证向用户安全连续供电。因此，继电保护是电力系统的重

7、要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的必不可少的技术措施之一。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。第二部分：电力系统继电保护2.2 继电保护的基本原理为了完成上述的任务，继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：（1）：电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流；这电流称为故障电流 。电网正常运

8、行时，输电线路上流过正常的负荷电流，母线电压约为额定电压。当输电线路发生短路时，故障相电流增大。根据这一特征，构成反应故障时电流增大而动作的电流保护。（2）：电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。第二部分：电力系统继电保护（3）：电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60 85 ，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180+( 6085)。（4）：测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压

9、与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗(即保护安装处至故障点间的阻抗) ，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。第二部分：电力系统继电保护（5）：不对称短路时，出现相序分量。如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。因此利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。例如： a：据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护； b：据短路故障时电压的降低，可构成电压保护； c：据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护； d：据电压与电流比值的变化，可

10、构成距离保护；第二部分：电力系统继电保护 e：据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构成差动保护； f：据不对称短路故障时出现的电流电压的相序分量，可构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护； g：高频保护则是利用高频通道来传递线路两端电流相位大小和短路功率方向信号的一种保护。 h：此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。 如：超高压输电线路的行波保护电力变压器的瓦斯保护及反应电动机绕组温度升高的过负荷或过热保护等第二部分：电力系统继电保护2.3 继电保护的组成及分类继电保护实际上是一种自动控制装置。以控制过程信号的不同，可分为模拟型和数字型两大类。2

11、.3.1：模拟型继电保护 是由若干个不同功能的继电器组成或晶体管、集成电路等电子元件来实现的。模拟型继电保护装置的种类很多，一般而言，它们都由测量回路逻辑回路和执行回路三个主要部分组成，其原理框图如下图所示。第二部分：电力系统继电保护测量回路的作用：是测量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化， 如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出 现不正常运行情况；逻辑回路的作用：是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号；执行回路的作用：是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信

12、号。第二部分：电力系统继电保护2.3.2数字型的计算机继电器保护是把被保护设备和线路输入的模拟电气量经模数（A/D）转换器变换为数字量，利用计算机进行处理和判断。计算机由硬件部分和软件部分组成，硬件部分主要采用微型计算机或微处理器来实现。微机保护的特点A. 易于获得附加功能。B. 微机保护具有灵活性。C. 微机保护具有高可靠性。D. 维护调试方便。E. 保护性能得到很好改善。F. 良好的经济性（）：硬件部分如图：所示微机继电保护硬件部分原理框图。(见下页)人机接口部分的作用：是建立起微机保护与使用者之间的信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和信息反馈。外部通信接口的作用是提供计算机局域通信网

13、络以及远程通信网络的信息通道。第二部分：电力系统继电保护微机继电保护硬件部分原理框图第二部分：电力系统继电保护数据采集系统电压形成回路在微机保护中通常要求输入信号为5V或10V的电压信号，取决于所用的模数转换器的型号。电压变换常采用小型中间变换器来实现。电流变换器、电压变换器和电抗变换器的原理图分别如图（a）、（b）和（C）所示，（d）是电抗变换器的原理结构图。第二部分：电力系统继电保护模拟低通滤波器（ALF）滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率信号的电路。对微机保护系统来说，在故障初瞬间，电压、电流中可能含有相当高的频率分量（例如2kHz以上），为防止频率混叠，采样频率不得不取

14、值很高，从而对硬件速度提出过高的要求。但实际上，在这种情况下可以在采样前用一个低通模拟滤波器(ALF)将高频分量滤掉，这样就可以降低采样频率，降低对硬件速度的要求。模拟低通滤波器通常分为两大类。一类是无源滤波器，由RLC元件构成；另一类是有源滤波器，主要有RC元件与运算放大器构成。目前，微机保护中，采样频率常采用600Hz（即每工频周波采样12个点）、800Hz等。第二部分：电力系统继电保护采样保持电路采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化。其过程如图 (a)(b)(c)所示。模拟量连续加于采样器的输入端，由采样控制脉冲控制采样器，使之周期性的短时开放输出离散脉冲。采样脉冲宽度为TC，

15、采样脉冲周期为TS。采样器的输出是离散化了的模拟量。继电保护算法是多输入而且要求同时采样，再依次顺序送到公用的A/D转换器中去的，微机保护中通常需要采样保持电路第二部分：电力系统继电保护采样保持过程示意图第二部分：电力系统继电保护模拟多路转换开关(MUX)在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关MUX 轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。在微机保护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息（忽略保持期间的极小衰减），这样按保护算法由微机

16、计算得出正确结果。 第二部分：电力系统继电保护模数转换器(A/D) 模数转换器A/D是数据采集系统的核心，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机进行处理、存储、控制和显示。A/D转换器主要有以下各种类型。逐位比较（逐位逼近）型、积分型以及计数型、并行比较型、电压频率（即V/F）型等。第二部分：电力系统继电保护计算机主系统微机保护的计算机主系统有中央处理器（CPU）、只读存储器EPROM电擦除可编程只读存储器EEPROM、随机存取存储器RAM、定时器等。CPU执行控制及运算功能。EPROM主要存储编写好的程序，包括监控、继电保护功能程序等。EEPROM可存放保护定值，可通过面板

17、上的小键盘设定或修改保护定值。RAM作为采样数据及运算过程中数据的暂存器。定时器用以记数、产生采样脉冲和实时钟等。CPU主系统的常见外设，如小键盘、液晶显示器和打印机等用于实现人机对话。第二部分：电力系统继电保护开关量输入、输出系统微机保护所采集的信息通常可分为模拟量和开关量。无论何种类型的信息，在微机系统内部都是以二进制的形式存放在存储器中。断路器和隔离开关、继电器的接点、按钮和普通的开关、刀闸等都具有分、合两种工作状态，可以用0、1表示，因此，对它们的工作状态的输入和控制命令的输出都可以表示为数字量的输入和输出。开关量输入有两类：a.可以与CPU主系统使用共同电源，无需电气隔离的开关量输入

18、。b.与CPU主系统使用不同电源，需要电气隔离的开关量输入。如断路器、隔离开关的辅助触点，继电器触点等。第二部分：电力系统继电保护开关量输入回路接线图第二部分：电力系统继电保护开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号输出等。开关量输出回路接线图第二部分：电力系统继电保护（）：软件部分：是根据保护的工作原理和动作要求编制的计算程序，不同原理的保护计算程序不同。微机保护的计算程序是根据保护工作原理的数学模型即数学表达式来编制的。这种数学模型称为计算机继电保护的算法。通过不同的算法便可以实现各种保护功能。各种类型保护的计算机硬件和外围设备可以是通用的，只要计算程序不同，就可以得到不同原理的

19、保护，而且计算机可以根据系统运行方式的改变自动改变动作的整定值，使保护具有更大的灵活性。保护用计算机有自诊断能力，不断地检查和诊断保护本身的故障，并及时进行处理，大大地提高了保护装置的可靠性，并能实现快速动作的要求。第二部分：电力系统继电保护微机保护的软件系统配置软件分为：接口软件和保护软件。接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。调试方式下执行监控程序，运行方式下执行运行程序。 监控程序主要就是键盘命令处理程序，是为接口插件及各CPU保护插件进行调节和整定而设置的程序。第二部分：电力系统继电保护保护软件：主程序和中断服务程序。 主程序通常有三个基本模块：初始化和自检循

20、环模块、保护逻辑判断模块和跳闸处理模块。保护逻辑判断和跳闸处理总称为故障处理模块。保护逻辑判断模块就随不同的保护装置而相差甚远。保护软件的工作方式三种状态运行调试不对应状态将方式开关或显示器菜单选择为“运行”执行相应保护主程序和中断服务程序。第二部分：电力系统继电保护选择调试复位CPU后工作在调试状态。选择调试但不复位CPU，并且接口插件工作在运行状态称为：不对应状态第二部分：电力系统继电保护中断服务程序中断的作用暂时停止原程序执行转为外部设备服务，并在服务完成后自动返回原程序的执行过程。采用中断目的提高CPU的工作效率，提高实时数据的处理时效。第二部分：电力系统继电保护人机对话方式常用键盘方

21、式：键盘中断服务程序来实现。有的保护采用查询方式。第二部分：电力系统继电保护微机保护的算法微机保护是用数学运算方法实现故障量的测量、分析和判断的。而运算的基础是若干个离散的、量化了的数字采样序列。算法：寻找适当的离散运算方法，使运算结果的精确度能满足工程要求。微机保护根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护的功能的方法称为算法。第二部分：电力系统继电保护算法分类根据输入电气量的若干点采样值通过数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与给定值进行比较；直接模仿模拟型保护的实现方法，根据动作方程来判断是否在动作区内，而不计算出具体的数值。第二部分：电力系统

22、继电保护分析算法评价方法标准是精度和速度。速度：算法所要求的数据窗长度（或称采样点数）、算法运算工作量。计算精度：则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算量。第二部分：电力系统继电保护2.4：对继电保护装置的要求继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求如速动性可以降低。 第二部分：电力系统继电保护第二部分：电力系统继电保护2.4.1 可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继

23、电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。继电保护正确的调试、整定、运行及维护，都是影响保护的可靠性的重要因素 。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。然而，提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性措施往往是矛盾的。由于不同的电力系统结构不同，电力元件在电力系统中的位置不同，误动和拒动的危害程度不同，因而提高安全性和信赖性的侧重点在不同的情况下有所不同。目前，要求每回220kV 及以上输电线路都装设两套工作原理不同、工作回路完全独立的快速保护，采取各自独立跳闸的方式，提高不拒动的信赖性。而对

24、于母线保护，由于它的误动将会给电力系统带来严重后果，因此更强调不误动的安全性，一般是以两套保护出口触点串联后启动跳闸回路的方式。第二部分：电力系统继电保护2.4.2 选择性所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，确保非故障设备的正常运行。当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。如图： 所示单侧电源网络中有选择性动作的说明图，第二部分：电力系统继电保护2.4.3 速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性

25、。在高压电网中，维持电力系统的暂态稳定性往往成为继电保护快速性的决定性因素，故障切除愈快，暂态稳定极限(维持故障切除后系统的稳定性所允许的故障前输送功率)愈高，愈能发挥电网的输电效能；电网的稳定性愈好。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s0.08s，最快的可达0.01s0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s0.15s，最快的可达0.02s0.06s。但应指出，要求保护切除故障达到最小时间并不是在任何情况下都是合理的，故障必须根据技术条件来确定。实际上，对不同电压等级和不同结构的电网，切除故障的最小时间有不同的要求。例如，对于35kV60kV 配电网

26、络，一般为0.5s0.7s；110kV330kV高压电网，约为0.15s0.3s；500kV及以上超高压电网，约为0.1s0.12s。目前国产的继电保护装置，在一般情况下，完全可以满足上述电网对快速切除故障的要求。对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。第二部分：电力系统继电保护2.4.4 灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方

27、式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。以上四个基本要求是保护设计、保护配置、保护定值计算和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。第二部分：电力系统继电保护线路的继电保护原理与技术第二部分：电力系统继电保护线路的分类在电力系统中，线路包括高压、超高压及特高压的输电线路和中低压的配电线路，从继电保护的角度出发，主要分为以下三类： 1. 666kV的中低压配电线路； 2. 110kV的输配电线路； 3. 220

28、kV及以上电压等级的高压输电线路。第二部分：电力系统继电保护这三种类型线路的继电保护在原理上和构成上有很大的差异：1. 666kV的中低压配电线路一般为单电源、辐射状的小电流接地系统线路，故障形式只有三相故障和两相故障两种形式（ABC三相故障或AB、BC、CA两相故障）。保护一般为电流电压保护，特殊情况下为方向性电流电压保护、距离保护或纵联保护。主要问题是速断保护区短，线路大部分的故障需要经过延时切除。第二部分：电力系统继电保护配电线路的继电保护带来的危害： （1）设备烧毁的程度严重； （2）引发电压稳定性问题； （3）电压跌落持续时间长； （4）重合闸成功率低等。第二部分：电力系统继电保护解

29、决问题的思路： （1）微机保护采用后，简单、经济、可靠不再是电流电压保护的独特优点； （2）配电系统全面推广应用距离保护；（技术上没有困难，不增加复杂程度，除应该考虑TV断线闭锁外，基本没有负面影响） （2）纵联保护原理应用于配电线路保护。（主要考虑用低成本的通信手段传输继电保护的信息，可用的手段包括：导引线、复用光纤、无线电台、移动通信、无线宽带技术 等）第二部分：电力系统继电保护2.110kV输配电线路的继电保护110kV的输配电线路一般为大电流接地系统的单电源辐射状网络，部分线路末端可能接有小的分散电源；故障的形式包括：三相故障、两相故障、两相接地故障、单相接地故障共有不同相别的十种故障

30、类型；采用的保护一般为三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、多段式（方向）零序电流保护；第二部分：电力系统继电保护2.110kV输配电线路的继电保护末端带有分散电源时，或线路接于较为重要的母线时，可采用纵联保护。该电压等级线路的继电保护原理和技术都比较成熟，性能基本满足要求。主要问题成套保护后，只有原理上的后备保护，没有设备上的近后备保护。集成式后备保护的概念：全站共用一套后备保护第二部分：电力系统继电保护3.220kV及以上输电线路的继电保护220kV及以上电压等级的输电线路一般按双侧具有电源考虑，所接电网为大电流接地系统，断路器一般采用分相操作，通常采用综合重合闸方式；故障的形式包括：三

31、相故障、两相故障、两相接地故障、单相接地故障共有不同相别的十种故障类型，同时要考虑非全相运行的问题、同杆并架双回线的跨线故障问题等；第二部分：电力系统继电保护220kV及以上电压等级输电线路在电力系统中占据着十分重要的地位，对其继电保护有较高的要求，微机保护后，线路保护一般均设计为成套保护，即一套保护完成所有的主保护和原理上的后备保护功能，为了实现设备上的后备，通常采用双重化配置或多重化配置。第二部分：电力系统继电保护每套保护的配置方式一般为： （1）主保护：能够全线速切的纵联差动或纵联比较式保护、快速跳闸的独立段保护（如工频变化量距离保护等） （2）后备保护：三段式相间距离保护、三段式接地距

32、离保护、多段式（方向）零序电流保护； （3）综合重合闸。简单介绍距离保护第二部分：电力系统继电保护距离保护是通过反映故障点到保护安装处的距离而动作的继电保护装置，通常应用于110kV及以上电压等级的输电线路，其原理也可以应用于35kV及以下电压等级的配电线路；构成距离保护的核心就是测量故障点到保护安装处的距离，并与一个事先整定的距离相比较，测量距离小于整定距离时保护动作；测量故障距离的方法包括阻抗法、行波法和雷达法，其中应用最多的是阻抗法，此处重点介绍阻抗法（测量阻抗与整定阻抗的比较）。第二部分：电力系统继电保护测量阻抗定义为保护安装处测量电压与测量电流之比：第二部分：电力系统继电保护在电力系

33、统正常运行时， 近似为额定电压， 为负荷电流， 为负荷阻抗。负荷阻抗的量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角（一般功率因数为不低于0.9，对应的阻抗角不大于25.80），阻抗性质以阻性为主，如下图中的 所示。第二部分：电力系统继电保护电力系统发生金属性短路时， 降低， 增大， 变为短路点与保护安装处之间短路阻抗 ，对于具有均匀分布参数的输电线路来说， 与短路距离 成线性正比关系，即：第二部分：电力系统继电保护KZk1 Lset k2Lk1Lk2 G k3Lk3 G QFQFMN负荷阻抗与短路阻抗RjXZ LZk2Zk1ZsetZk3第二部分：电力系统继电保护在理想情况下，在金属性短路的时候，

34、测量阻抗是与整定阻抗同方向的，在这种情况下，算出测量阻抗后直接与整定阻抗比较大小，就能够判断出故障的范围。实际情况下，由于各种误差因素的存在，以及过渡电阻的影响，测量阻抗可能与整定阻抗之间有一定的角度，这时用直接比较大小的方法就不行了。为了保证区内故障的情况下保护可靠动作，区外故障时可靠不动作，一般将阻抗继电器的动作范围设定为一个包括整定阻抗对应的线段在内，但在整定阻抗方向上不超出整定阻抗的一个区域，最常用的区域有圆形区域和四边形区域。 第二部分：电力系统继电保护圆形区域又包括方向特性圆、全阻抗圆、偏移特性圆和上抛特性圆等几种，如下图|Zset/2|Zset/2ZsetRjXo图3-7 方向阻

35、抗特性圆ZmZsetRjXo图3-8 全阻抗特性圆图3-5 偏移阻抗特性圆Zset2Zset1RjXoZm图3-9 上抛阻抗特性圆（Zset1Zset2）/2Zset2Zset1RjXoZm|Zset1Zset2|/2第二部分：电力系统继电保护下面以四方保护采用的四边形特性为例讨论在四边形特性的情况下如何实现测量阻抗与整定阻抗的比较。XsetoRsetRjX1Zm234第二部分：电力系统继电保护设测量阻抗 的实部为 ，虚部为 ，则上图在第四象限部分的特性可以表示为： 第二象限部分的特性可以表示为：第二部分：电力系统继电保护而在第一象限部分的特性可以表示为： 上述三式综合，得到：第二部分：电力系

36、统继电保护式中：第二部分：电力系统继电保护若取： 则 第二部分：电力系统继电保护则上述比较式变为： 该式可以方便地在微处理机中实现。第三部分：电力系统继电保护的配置 1： 一般规定 2：电力变压器保护 3：发电机保护 4：电力输电线路保护 5：母线保护和断路器失灵保护第三部分：电力系统继电保护的配置一： 一般规定 1：电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。 1.1： 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。 1.2： 后备保护是主保护或断路器拒动时，

37、用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。 （1）：远后备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。 （2）：近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；是当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。 （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。 2：继电保护装置的配置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）二：电力变压器保护 1：对变压器引出线、套管及内部

38、绕组匝间短路的短路故障，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。相应装设：变压器差动保护或电流速断保护。（1）：对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。 （2）：对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器、10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。 （3）：对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重差动保护。 第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）2：反映变压器绕组的匝间短

39、路的差动保护应符合下列要求： （1）：应能躲过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。如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。但在某些情况下，例如60kV或110kV电压等级的终端变电所和分支变电所，以及具有旁路母线的电气主接线，在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护亦可以利用变压器套管内的电流互感器，而对引出线可不再采取快速切除故障的辅助措施。 相邻电力设备和线路的后备保护。主电源侧的保护应带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏性要求时，可在所有各侧均装设

40、保护，各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）3：对由外部相间短路引起的变压器过电流，保护动作后应带时限动作于跳闸。相应装设：根据变压器的容量、电压等级、所处电网的位置，可选择在变压器某侧（或各侧）装设过电流（或复压闭锁过流）保护。（1）：过电流保护：保护的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。 （2）： 复合电压(包括负序电压及线电压)闭锁过电流保护：宜用系统联络变压器或过电流保护不符合灵敏性要求时的变压器。 （3）：当过电流保护或复合电压闭锁过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。 第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护

41、）4：反映变压器外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，必须考虑能反应电流互感器与断路器之间的故障。 （1）：双绕组变压器，应装于主电源侧，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范围（如：跳母联开关的贿赂）；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。 （2）：三绕组变压器，应装于主电源侧及主负荷侧或三侧（注意：其他各侧保护可仅作本侧相邻电力设备和线路的后备保护）。主电源侧的保护应带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏性要求时，可在所有各侧均装设保护，各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）5：变压器的中性点直接接

42、地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。零序电流保护可由两段组成。（1）：每段可各带两个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器；以较长的时限动作于断开变压器各侧断路器。 （2）：双绕组及三绕组变压器的零序电流保护，应接到中性点引出线上的电流互感器上，零序电流方向保护也可接入高、中压侧电流互感器的零序回路。若零序电流保护的灵敏性不符合要求，则可在中性点侧增设零序电流保护。 6：变压器的中性点经间隙接地运行，装设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。防止由于因外部单相接地引起变压器过电压而烧坏变压器。中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流

43、及中性点过电压时，要求零序电流电压保护经0.30.5s时限动作于断开变压器各侧断路器。 第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）7：过负荷：防止变压器长期过负荷运行。0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。保护应能反应各侧过负荷的情况。 带时限动作于信号。 在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护也可采用动作于跳闸或断开部分负荷。 8：油面降低：装设瓦斯保护用来反映变压器油温、油箱内的气体。0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护：当壳内故障产生轻微瓦斯或油

44、面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。 带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）瓦斯保护：反应变压器油箱内部气体量的多少和油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。第三部分：电力系统继电保护的配置 气体继电器的安装:安装在油箱与油枕之间的连接管道上。为什么变压器是斜着的？为了不妨碍气体的流通，

45、变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接管具有24的升高坡度。第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）气体继电器的安装第三部分：电力系统继电保护的配置 （变压器保护）瓦斯保护的接线：第三部分：电力系统继电保护的配置（变压器保护）电力变压器的纵联差动保护不平衡电流的产生原因减轻和消除方法1励磁涌流的影响a.速饱和变流器；b.波形鉴别；c.二次谐波制动;d.互感器的接法和变比e.平衡线圈补偿2变压器两侧电流相位不同3计算变比与实际变比不同4两侧电流互感器型号不同5变压器带负荷调整分接头第三部分：电力系统继电保护的配置(发电机保护）1: 发电机的

46、故障类型、不正常运行状态及其保护方式一、发电机故障和不正常运行状态发电机的故障类型主要有：(1)定子绕组相间短路。(2)定子一相绕组内的匝间短路。(3)定子绕组单相接地。(4)转子绕组一点接地或两点接地。 (5)转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）发电机的不正常运行状态主要有：(1)由于外部短路引起的定子绕组过电流；(2)由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；(3)由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷、非全相运行等）而引起的发电机负序过电流和过负荷；(4)由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；(5)由于励磁回路故障或强励时间过

47、长而引起的转子绕组过负荷；(6)由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。 第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）2 发电机的纵差动保护纵差保护作用：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。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。第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）正常运行及外部故障时：第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）保护区内故障：第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）3 发电机匝间短路的横差动保护在大容量发电机中，由于额

48、定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差动保护。第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）目前广泛应用的接线方式如图所示，这种接线方式只用一个互感器装于发电机两组星形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较。这种接线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏度高，且接线非常简单。第三部分：电力系统继电

49、保护的配置 (发电机保护）4 发电机定子绕组单相接地保护利用零序电压构成的发电机定子绕组接地保护发电机100%定子绕组单相接地保护该保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组的85%以上；另一部分利用发电机三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护的死区，从而实现保护100%定子绕组的接地保护。第三部分：电力系统继电保护的配置 (发电机保护）5 发电机的其他保护发电机的负序过电流保护：发电机的失磁保护：发电机的逆功率保护：一般对大、中型机组都装设逆功率保护。保护装置由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限动作于解列。发电机的失步保护：用于反应振荡过程的专门的失步保护。

50、 此外，应用于发电机的保护还有发电机低频保护、非全相运行保护、过电压保护等等。第三部分：电力系统继电保护的配置三：电力输电线路保护 1：对330500kV线路，一般情况下实现主保护双重化： （1）：设置两套完整、独立的全线速动主保护； （2）：两套主保护的交流电流、电压回路和直流电源彼此独立； （3）：每一套主保护对全线路内发生的各种类型故障(包括单相接地、相间短路、两相接地、三相短路、非全相运行故障及转移故障等)，均能无时限动作切除故障； （4）：每套主保护应有独立选相功能，实现分相跳闸和三相跳闸； （5）：断路器有两组跳闸线圈，每套主保护分别起动一组跳闸线圈； （6）：两套主保护分别使用独

51、立的远方信号传输设备。 若保护采用专用收发信机，其中至少有一个通道完全独立，另一个可与通信复用。如采用复用载波机，两套主保护应分别采用两台不同的载波机。第三部分：电力系统继电保护的配置2：330500kV线路的后备保护应按下列原则配置： （1）：线路保护采用近后备方式。 （2）：每条线路都应配置能反应线路各种类型故障的后备保护。当双重化的每套主保护都有完善的后备保护时，可不再另设后备保护。只要其中一套主保护无后备，则应再设一套完整的独立的后备保护。 （3）：对相间短路，后备保护宜采用阶段式距离保护。 （4）：对接地短路，应装设接地距离保护并辅以阶段式或反时限零序电流保护；对中长线路，若零序电流

52、保护能满足要求时，也可只装设阶段式零序电流保护。接地后备保护应保证在接地电阻不大于300时，能可靠地有选择性地切除故障。 第三部分：电力系统继电保护的配置四：母线保护和断路器失灵保护 1：对220500kV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。应装设两套母线保护。 母线保护保护动作，应能快速而有选择地断开有故障的母线。2：断路器失灵保护 （1）：220KV及以上线路装设断路器失灵保护；其相电流判别元件的定值，应在保证线路末端故障有足够灵敏度的前提下，尽量按大于负荷电流整定。 （2）：一般不考虑由变压器保护起动断路器失灵保护。如变压器保护起动断路器失灵保护时，也必须设有相电流元件，并不允

53、许由瓦斯保护动作起动失灵保护。 第三部分：电力系统继电保护的配置（3）：110KV及以上线路不装设断路器失灵保护（4）：断路器失灵保护动作时间，应按下述原则整定： a：宜无时限再次动作于本断路器跳闸； b：对双母线(或分段单母线)接线，以较短时限(大于故障线路或电力设备跳闸时间及保护装置返回时间之和)动作于断开母联或分段断路器； c：再经一时限动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。 d： 断路器失灵保护动作时，应对有关断路器的自动重合闸装置进行闭锁。第四部分：电力系统继电保护的发展方向1 继电保护发展现状 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机

54、技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。 在此期间，从20世纪70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用1，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。第四部分：电力系统继电保护的发展方向我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究2，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、