chap-8-继电保护教学课件

chap8继电保护chap8继电保护chap8继电保护Chap8继电保护8.1继电保护的作用继电保护装置就是能迅速反映电力系统中电气元件发生的各种不正常运行状态，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。<继电保护装置基本任务>自动、迅速、有选择地跳开特定断路器，从电力系统中切除故障元件，保证无故障部分迅速恢复正常运行。反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于信号、减负荷和跳闸。反映不正常运行状态的保护，通常不需瞬时动作，而是带一定时限，以避免误动作。Chap8继电保护8.1继电保护的作用

继电保护装置就是能迅速反映电力系统中电气元件发生的各种不正常运行状态，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。

近后备保护：当本元件主保护拒动时，由本元件另一套保护作为后备保护方式；当本断路器拒动时，由同一发电厂或变电所内其他有关断路器动作，实现后备的方式。（在主保护安装处实现，称为近后备保护。）如K3短路，且主保护5或断路器5QF拒动时，对单纯主保护5拒动情况，可考虑再增加一套后备保护；对5QF拒动，可用保护5动作信号启动一个特殊装置，使与母线B相连的2QF和4QF跳闸切除电源。

若L1的K1发生短路：保护1和保护2应按选择性动作，1QF和2QF跳闸，切除故障线路。变电站A经线路L2向变电站B继续供电。2.速动性电力系统发生故障时，继保装置尽可能快速地动作并将故障切除，减少用户在电压降低的条件下运行的时间，避免故障电流及其引起的电弧损坏设备，保证系统的并列稳定运行。

故障切除时间等于继保装置动作时间与断路器跳闸时间之和。快速消除故障，保护装置动作要快，还要采用快速断路器。系统结构决定故障极限切除时间。3.灵敏性在事先规定的保护范围内故障时，不论短路点的位置、短路类型、最大运行方式还是最小运行方式，都能正确地灵敏地反映故障。

最大运行方式和最小运行方式是指在同一地点发生同一类型短路时，流过某一保护装置的电流达到最大值和最小值的运行方式。灵敏性用灵敏系数来衡量，以Ksen表示，且大于1。4.可靠性当保护范围内发生故障或出现不正常工作状态时，保护装置能可靠动作而不致拒绝动作；而在保护范围外发生故障或系统内没有故障时，保护装置不发生误动作。

保护装置的可靠性，主要取决于接线的合理性、元件的制造质量、安装维护水平、保护的整定计算和调整试验的准确程度等。8.3相间短路的电流保护根据输、配电线上发生相间短路时线路电流增加而母线电压下降的特征可设计出相间短路电流电压保护，主要用于35kV及以下小接地电流系统中。

继电器：电磁式、晶体管式等。1.电磁式电流继电器基本原理DL-10系列电流继电器结构：1-固定触点2-可动触点3-线圈4-铁心5-弹簧6-转动舌片7-止档电磁转矩不随电流方向而变化，所以电磁型结构可制造成交流或直流继电器。继电器动作电流可用下列方法调整：①

改变继电器线圈匝数WJ。（阶跃性改变）②改变弹簧反抗力Mt。（连续改变）③改变能引起磁阻RC变化的空气气隙。通常可采用坚硬的轴承以减小摩擦力矩，改善磁路结构等方法来提高返回系数。2.无时限电流速断保护（Ⅰ段）也叫相间短路电流保护第Ⅰ段，其作用是保证在任何情况下只切除本线路上故障。Ak11QF2QFB~xsmaxxsminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120I：电流保护第I段。op1：1QF处保护的动作电流。大于1，可取1.2~1.3。用于保证在有各种误差的情况下该保护在区外短路时不动作。结论3.带时限电流速断保护（Ⅱ段）确定整定值原则：√任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端）。为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长。√

为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合。可靠系数，可取1.1~1.2。时限阶段，我国通常取0.5s。线路<50km：≥1.550km<线路<200km：≥1.4线路>200km：≥1.3结论

带时限电路速断保护的保护范围大于本线路长度lAB。带时限电流速断保护必须有延时元件才能保证选择性。带时限电流速断保护可兼做本线路无时限电流速断保护的近后备，即当AB线路第Ⅰ段保护范围内发生线路故障而该处电流保护第Ⅰ段拒动时，由该处电流保护第Ⅱ段动作控制1QF延时跳闸。但当下一段线路故障而保护或断路器拒动时，带时限电流速断保护不一定会动作，所以它不起远后备保护作用。4.定时限过电流保护（Ⅲ段）作本线路主保护的后备保护，即近后备保护；并作相邻下一线路（或元件）的后备保护，即远后备保护。保护范围要求超过相邻线路（或元件）末端。（1）动作电流的整定为了保证过电流保护在正常运行时不动作，其动作电流应满足：正常情况下流过被保护线路的可能的最大负荷电流。电动机自启动系数，由具体接线、负荷性质、试验数据及运行经验等确定。（2）灵敏系数校验对所计算的动作电流，必须按其保护范围的末端最小可能的短路电流进行灵敏度校验。（3）动作时限整定按阶梯原则，越靠近电源处保护动作时限越长。5.电流保护接线方式（1）三相完全星形接线能反应各种相间短路及中性点直接接地电网中的单相接地短路故障。（2）两相不完全星形接线能够反应各种相间短路故障，且接线简单，节省电流互感器和继电器。但不能反应B相单相故障。8.4方向过电流保护简介问题提出：双电源网络<K1短路>速断保护要求：保护1、2动作，切除1QF、2QF。过电流保护时限要求：T2<T3K2短路：速断保护要求：保护3、4动作，切除3QF、4QF。过电流保护时限要求：T2>T3矛盾分析电气量：K1短路：流经保护2的短路功率方向由母线线路（红）。流经保护3的短路功率方向由线路母线（红）。K2短路：流经保护2的短路功率方向由线路母线（绿）。流经保护3的短路功率方向由母线线路（绿）。保护装置在前后两个不同点短路时，流经保护装置的短路功率方向不同。以此特点可构成方向保护。

使其满足如下要求：

凡是流过保护装置的短路功率是由母线线路（正方向）时，保护装置就启动；当为由线路母线（反方向）时，保护装置不启动。结论：K1短路：保护1、2、4启动。根据阶梯时限原理，T2<T4，保护1、2动作，断路器1QF、2QF跳闸，保护4返回。K2短路：保护1、3、4启动。根据阶梯时限原理，T1>T3，保护3、4动作，断路器3QF、4QF跳闸，保护1返回。判断功率方向：功率方向继电器接线方式：功率方向继电器与电流互感器（IJ）和电压互感器（UJ）之间连接方式。90°接线方式：三相对称且功率因数cosφ=1情况下，IJ超前UJ90°的方式。双电源网络中，并不是所有过电流保护装置中均需装设功率方向元件。只有在仅靠时限不能保证动作选择性时才需装设。若T3>=T2+∆t，则K2点短路时，保护3未装功率方向元件（2装设了），也不会误动。自学：反应电网零序电量的接地保护完成问题：1.电力系统中性点接地方式有哪些？2.什么叫大接地/小接地电流系统？3.针对大接地电流系统：（1）其零序电流、零序电压、零序功率有什么特点？（2）零序电流是如何获取的？（3）零序电流保护如何构成？8.5反应电网零序电量的

接地保护为了反应接地短路，必须装设专用的接地短路保护。较简单的接地短路保护是反应零序电流、零序电压和零序功率的保护。也可以采用较复杂的距离保护和高频保护。根据中性点接地方式直接接地（大接地系统）：110kV以上非直接接地（小接地系统）不接地经消弧线圈接地8.5.1大接地电流系统的零序接地保护1.零序电流、零序电压和零序功率的分布短路点：零序电压最高接地点：零序电压为零变压器Y侧有一边未接地。2.零序电流保护的构成根据线路结构的不同，抽取零序电流方法也不同。对于架空线路多采用零序电流过滤器（用三个变比和型号相同的电流互感器构成）；对于电缆线路则采用零序电流互感器。零序电流过滤器：流入电流为三相不平衡电流，由三个互感器励磁电流不对称性产生。零序电流互感器：一个铁心构成，产生不平衡电流原因主要是三相电缆对互感器铁心不对称引起。8.6输电线路的自动重合闸1.自动重合闸的作用（1）在线路上发生故障时，迅速恢复供电，提高供电可靠性。（2）对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高系统并列运行稳定性。（3）恶意纠正由于断路器机构不良，或继电保护误动作引起的误跳闸。（4）在电网建设过程中，装设自动重合闸装置的，可暂缓架设双回线路以节约投资。8.6.1概述自动重合闸投资低、工作可靠，采用自动重合闸后可避免因暂时性故障停电而造成的损失，因为规程规定，在1kV及以上电压的架空线路或电缆与架空线的混合线路上，只要装有断路器，一般都应装设自动重合闸装置。但是，采用自动重合闸后，当遇到永久性故障时，重合闸后，系统将会再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统振荡，此时继电保护应再次使断路器断开。可见，断路器要在短时间内连续两次切断故障电流，会恶化了断路器的工作条件。2.对自动重合闸的基本要求（1）动作迅速

在满足故障点去游离所需的时间和断路器消弧室和断路器的传动机构准备好再次动作所必须的时间的前提下，自动重合闸装置的动作时间应尽可能短。因此，故障后从断路器断开到自动重合闸发出合闸脉冲的时间愈短，用户的停电时间就可以相应缩短，从而可以减轻故障对用户用电和系统引起的不稳定带来的不良影响。

自动重合闸动作时间一般取0.5~1.5s。（2）不允许任意多次重合

自动重合闸次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应重合一次。当重合于永久性故障线路而断路器再次跳闸时，自动重合闸就不应再重合。在任何情况下，发生永久性故障时都不应使断路器错误地多次重合。否则将使系统多次遭受冲击，还可能损坏断路器，扩大事故。（3）动作后应能自动复归

当自动重合闸成功动作一次后，应能自动复归，准备好再次动作。对于雷击机会较多的线路更显必要。（4）手动跳闸时不应重合

当运行人员手动操作或遥控操作使断路器断开时，自动重合闸装置不应自动重合；当有其它情况不允许重合时，应可以对自动重合闸进行闭锁。（5）手动合闸于故障线路时自动重合闸不重合

当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，自动重合闸装置不应重合。（6）用不对应原则启动

一般自动重合闸可用控制开关位置或断路器不对应原则启动；对综合重合闸宜用不对应原则和保护同时启动。（7）能与继电保护动作配合3.自动重合闸的类型（1）三相重合闸

无论在输、配线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。

若故障为暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳三相断路器。这时，重合闸是否再次重合要视情况而定。

目前一般只允许重合闸动作一次，称为三相一次自动重合闸；特殊情况可采用三相二次重合闸装置。（2）单相重合闸可以提高供电可靠性和系统并联运行稳定性，减少相间故障发生几率。

单相重合闸指线路上发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相断路器，然后进行单相重合。若故障为暂时性，则重合成功；若为永久故障，而系统又不允许长期非全相运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不再重合。

当采用单相重合闸，若发生相间短路，则一般跳三相断路器，且并不进行三相重合；如果因任何其它原因断开三相断路器，则也不再进行重合。（3）综合重合闸在线路上设计自动重合闸装置时，将单相重合闸和三相重合闸综合在一起，当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。要点：（1）正常工作时，C经±WC、SA21-23、4R充电至所需电压，为重合闸做好准备，信号氖灯亮。（2）故障后继保动作跳闸，C通过KM线圈放电，合闸接触器KO电流达一定数值，发出合闸脉冲。（3）重合后，C重新充电，做好准备。（4）正常时C经15~20s充好电为重合闸做准备。若为永久故障，继保立刻动作跳闸，C还未足够充电，无法启动合闸接触器合闸。（5）手动跳闸时，切断自动重合闸正电源21-23，C放电，不重合。8.6.2单侧电源输电线路三相一次自动重合闸（自学）1.双电源三相重合闸特殊问题8.6.3双侧电源输电线路三相一次自动重合闸（1）时间的配合输电线路发生故障时，线路两侧继电保护可能以不同时限断开两侧。当近故障侧断路器断开后，在进行重合前，必须保证对侧断路器已经断开，且故障点有足够的去游离时间，才能将本侧断路器首先合上。故双电源重合闸动作时间除考虑单电源三相一次重合闸各时间因素外，还应考虑对侧保护的动作时间的影响，比单电源时间长。（2）同期问题在某些情况下，当线路断路器断开后，线路两侧电源之间的电势角会摆开，有可能失去同步。这时，后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，应考虑采用什么方式进行自动重合闸的问题。2.双电源三相一次重合闸的方式快速自动重合闸：当输电线路故障时，继保很快使线路两侧断路器断开，接着进行快速重合的工作方式。非同期自动重合闸：不管线路两侧电源是否同步，都自动合上两侧断路器，并等待系统自动拉入同步。检查同期重合闸。检查另一回路电流重合闸。自动解列重合闸。3.检查同期重合闸当两侧电源的线路上既没有条件实现快速重合闸，又不可能采用非同期重合闸时，应该采用检查同期重合闸。其特点是：当线路短路，且两侧断路器跳开后，先让一侧的断路器合上，另一侧断路器在重合前，应进行同步条件的检查，只有在断路器两侧电源满足同步条件时，才允许进行重合。这种重合闸方式不会产生很大的冲击电流，合闸后系统也能很快拉入同步。1QF2QF两侧断路器上，除装设单端电源线路的ARD外，在线路一侧（M）还装设低电压元件用以检查线路有无电压。另一侧（N）装设检查同步的元件KSY。1QF2QF线路故障后，两侧断路器跳闸，线路失去电压。这时M侧断路器1QF在检查线路无电压后，先进行重合。如果重合至永久故障，则继保将再次跳开断路器1QF，而后两端不再重合。若重合至暂时性故障，则M侧重合成功。N侧在检查2QF两侧电源符合同步条件后，再次重合，于是线路恢复供电。M：U<N：KSY1QF2QF线路M侧断路器1QF若重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，其工作条件比N侧断路器严重。故通常在每侧都装设低电压继电器和检查同步的继电器，利用连接片定期切换工作方式，使两侧断路器工作条件接近相同。M：U<

KSYN：KSY

U<1QF2QF正常情况下，当某种原因使检查线路无电压一侧（如M侧）误跳闸时，由于对侧（如N侧）并未动作跳闸，因此线路上仍有电压，M侧的断路器就无法进行重合。重合闸无法纠正这种情况下误跳闸，是一个很大的缺陷。M：U<

KSYN：KSY

U<1QF2QF解决之道：在检查无电压一侧也同时装设检查同步的继电器，使二者的接点并联工作。当线路有电压时，检查同步继电器工作，这种即可将误跳闸的断路器重新合闸。方案1：M：U<

KSYN：KSY方案2：M：KSYN：KSYU<4.自动重合闸与继电保护的配合（1）重合闸前加速保护当线路发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。

每条线路均装有过电流保护，其动作实现按阶梯原则整定。为了加速切除故障，在1QF处还装设有能保护到L3的电流速断保护和自动重合闸装置ARD。不论在线路L1、L2或L3上发生故障，1QF处电流速断保护都无延时地断开断路器1QF，然后自动重合闸装置将断路器重合一次。如果是暂时性故障，则重合成功，恢复正常供电。如果是永久性故障，则在1QF重合之后，过电流保护将按时限有选择性地将相应断路器断开。比如K3故障时，由3QF的保护跳开3QF；若3QF保护拒动，则由2QF保护跳开2QF。“前加速”优点：能快速切除瞬时性故障，使暂时性故障来不及发展成为永久性故障，而且使用的设备少，只需一套自动重合闸装置。“前加速”缺点：重合于永久故障时，再次切除故障的时间会延长，装有ARD线路的断路器动作次数较多，而且若此断路器的重合闸拒动，就会扩大停电范围，甚至在最后一级线路上发生故障，也可能造成全网络停电。适用：35kV及以下的网络。（2）重合闸后加速保护第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，然后进行重合闸。如果重合于永久故障，则加速保护动作，瞬时切除故障。

采用“后加速”保护方式时，必须在每条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。当任一线路上发生故障时，首先由故障线路有选择性的保护（一般是主保护）将故障切除，然后由故障线路的ARD进行重合，ARD动作后将本线路有选择性动作的保护的延时部分退出工作。如果故障是暂时性的，则重合成功，恢复正常供电；如果是永久性故障，则故障线路的保护便瞬时将故障再次切除。“后加速”优点：第一次跳闸有选择性，不会扩大事故。且这种方式使再次断开永久性故障的时间缩短，有利于系统稳定。“后加速”缺点：第一次切除故障可能会带时限，且每台断路器均需装设一台重合闸装置，较为复杂，投资也大。适用：35kV以上的高压网络。8.7变压器的继电保护

变压器故障可分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障：绕组的相间短路、匝间管路、绕组的接地短路。危害：烧坏变压器，容易导致油箱爆炸。油箱外故障：套管及绝缘引出线上的相间短路和接地短路。不正常工作状态：外部故障引起的过电流、过负荷、油面降低及过电压或频率降低引起的过励磁等。8.7.1概述变压器通常装设以下保护装置：（1）瓦斯保护（2）纵联差动保护或电流速断保护（3）相间短路的后备保护（4）接地保护（5）过负荷保护（