继电保护基本概念

介绍人：王忠南京工程学院电力系继电保护基本概念主要内容一、继电保护的基本知识

二、线路保护的基本原理三、变压器保护的基本原理一、继电保护基本知识

（一）继电保护的任务1.电力系统的故障和不正常运行状态（1）故障①短路（最常见、危害最大）种类：K(1)、K(2)、K（1,1）、K(3)、匝间短路（变压器、发电机、电动机等）危害：●电流↑、电弧→烧坏设备●电动力→损坏绝缘、载流体●电压↓→用户无法正常工作●系统稳定性↓→振荡甚至瓦解②断线③复合故障

（2）不正常运行状态①过负荷②频率下降（有功缺额）③过电压（无功过剩）④系统振荡★故障和不正常运行状态如果不及时处理会引发“事故”2.继电保护的任务——反“事故”具体为：（1）快速、有选择地切除故障（跳闸）（2）发现不正常运行状态，通知运行人员及时处理（一般为发信号）

（二）对继电保护的基本要求——选择性、速动性、灵敏性、可靠性

1.选择性（1）切除故障元件，缩小停电范围→选择性之一（2）各级、各种保护互为备用→选择性之二（防备保护拒动、断路器拒跳）主保护●近后备后备保护（断路器失灵保护）●远后备：本级保护拒动时，上级保护作为其后备

2.速动性（1）减小元件损坏程度（2）使电动机易于自起动（3）系统易于纳入同步（4）防止故障扩大

↑↑

保护速动快速断路器

3.灵敏性——反应故障、不正常运行状态的能力一般用灵敏系数表示例如：对于过量保护（过电流保护）有

保护整定的动作电流值越高，灵敏系数越小，灵敏性越低；动作电流值越低，灵敏系数越大，灵敏性越高。

4.可靠性——（应该动作时）不拒动；（不该动作时）不误动。

对继电保护的四个基本要求之间相互制约选择性速动性

动作时间

动作值灵敏性可靠性

（三）继电保护的基本工作原理

1.短路时电气量的变化及相应的保护原理正常运行————短路（1）电流↑→电流保护（反应电流上升）（2）电压↓→电压保护（反应电压下降）（3）阻抗↓→阻抗保护，即距离保护（4）电流方向正方向定义为电流（功率）由母线流向线路。正常运行、区外故障时：线路两端一正一负；区内故障时：线路两端均为正（双侧电源），或一端为正，另一端无流（单侧电源）→纵差动保护、高频保护等

2.继电保护反应的物理量电气量：I、U、Z、…、相量、序分量等；非电气量：瓦斯（气体）、温度等。

3.继电保护装置的组成测量部分、逻辑部分、执行部分

被测量测量部分逻辑部分执行部分跳闸或发信号整定值

判断是否发生故障决定是否动作保护出口（不正常运行状态）

以满足选择性等要求4.继电保护主要类型两大类：

线路保护

元件保护（发电机、变压器、<发变组>、电容器、电动机、电抗器等）

（四）继电保护的基础元件

1.电流互感器（CT、TA）原理特点：（1）将一次大电流变为便于测量的小电流（5A、1A）,使测量仪表和保护装置小型化；（2）工作原理与变压器相似，使二次设备与一次设备可靠隔离；（3）运行中的CT二次侧不允许开路；（4）测量误差：变比误差、角度误差（10％误差曲线）（5）类型：计量用（额定值附近的精度）保护用（大电流倍数时的线性度）（6）接线方式：中性点直接接地电网——“三表法”，A,B,C均装CT；中性点非直接接地电网——“两表法”，A,C相装CT。

2.电压互感器（PT、TV）原理特点：（1）将一次高电压变为便于测量的低电压（100V）;（2）工作原理与变压器相似，使二次设备与一次设备可靠隔离；（3）运行中的PT二次侧不允许短路（PT二次装设熔丝）；（4）接线方式（常规接法）：一次接成星形，中性点接地；二次接成星形（辅助二次接成开口三角形）。变比为：中性点直接接地电网或中性点不接地电网

3.继电器（RELAY）

定义：当输入量（激励量）的变化达到要求时，在相关电气输出回路中使输出量（被控量）发生预定阶跃变化的器件。输入量可以是电气量或非电气量（如瓦斯等）；输出量均为电气量。

基本组成：线圈；接点（常开/常闭）。应用：常规保护——用各种类型继电器构成保护主元件；微机保护——主要功能由软件实现（数字化）,外围控制回路中可采用中间继电器实现各种逻辑或进行触点容量转换。4.其它基础元件各种变换器、序分量滤过器等。

二、线路保护的基本原理

（一）三段式电流保护（反应相间短路故障）1.电流速断保护（I段）（1）工作原理●动作电流

可靠系数，取1.2～1.3●动作时限不需与外部保护配合（如线路上有管形避雷器时，动作时限应躲过其泄放雷电流时间：0.06s～0.08s）（2）保护区问题●一般不能保护全线；●保护区长短受系统运行方式、短路类型等影响，不稳定。（3）应用●只要有保护区，即可投入使用；●应用于线路——变压器组时，可以保护全线。

2.带时限电流速断保护（II段）（1）工作原理既然要保护本线路全长，则保护区必然延伸至相邻下一条线路首端。●一定要带时限（以保证选择性）●保护区一般不伸过下一条线路的I段保护区（2）动作电流

可靠系数，取1.1～1.2*也可按躲过线路末端变压器低压侧三相短路时流过保护安装处的最大短路电流整定：

可靠系数，取1.1～1.2两者取其大。

（3）动作时限

0s0.5s

（4）灵敏度要求

不满足时，只能与下级的II段配合。

3.定时限过电流保护（III段）（1）工作原理进一步降低动作电流（扩大保护区），作为本级I、II段的近后备和下级保护的远后备。（2）动作电流整定原则：●躲过最大负荷电流；●躲过电动机自起动电流；●下级故障线路切除后，前级III段保护应可靠返回。

可靠系数（取1～1.2）电动机自起动系数（取2～3）

返回系数（取0.9～0.95）

（3）动作时限阶梯形配合。时限级差△t一般取0.3s～0.5s

（4）灵敏度要求

（二）电压闭锁电流保护为提高III段过电流保护的灵敏度，引入电压闭锁元件，

电流元件与低电压元件同时满足时（“与”），保护才出口。→电流元件只要躲过正常负荷电流即可！

如灵敏度仍不满足要求，可用复合电压元件取代低电压元件，即：

低电压元件＋负序过电压元件

（三）方向电流保护（反应相间故障）

应用在双侧电源线路上。

●方向问题的提出双侧电源线路保护的选择性出线配合矛盾；加装方向元件（与电流元件是“与”的关系。母线流向线路为正，线路流向母线为负）后，矛盾解决。一般情况下，I、II、III段均带方向元件

●必须按相起动只有故障相的方向元件才能判别故障方向。如：

2.低周减载（按频率自动减负荷）（1）原理由系统有功功率缺额（电源、负载）引起，此时，必须断开部分负荷，减少有功缺额，使系统频率恢复至允许范围之内。

（2）实