第十一章电力系统继电保护§11-1基本知识

第十一章电力系统继电保护

§11-1基本知识一、继电保护的作用电力系统继电保护是一门研究这种自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。继电保护自动装置：能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。基本任务自动、迅速、有选择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并保证非故障元件迅速恢复正常运行；~BkAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF第十一章电力系统继电保护

§11-1基本知识反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应，如：在无人值班的变电所，一般动作于故障元件的断路器跳闸；若发生过负荷而有自动减负荷装置时，可动作于自动减负荷装置；在有值班人员的变电所或控制室，一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。二、继电保护的基本原理利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。1.电流保护的原理2.低电压保护3.低阻抗(距离)保护4.方向保护5.纵联保护6.序分量保护7.其他保护：瓦斯保护、行波保护等~Bk2AC1QF2QF3QF4QF5QF6QFk1~第十一章电力系统继电保护

§11-1基本知识三、继电保护的构成1.输入电路：将电力系统一次回路中的电量变换成为满足继电保护二次电路需要的各种电量。包括各种互感器、变换器、序量滤过器、滤波回路、整流电路、模数变换等部件。2.测量元件：电磁型：电流、电压、时间、中间等继电器；晶体管型：电流、电压、方向元件等；微机型：通过软件实现。3.逻辑元件：由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部份组成。4.输出部分：通常指开关量的输出。5.执行部分：当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。12345给定第十一章电力系统继电保护

§11-1基本知识四、对继电保护的基本要求1.有选择性：指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。2.动作迅速：动作迅速对用户、电气设备和电力系统的稳定运行等有很大的好处。3.灵敏度好：灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。~Bk1AC1QF5QF3QF7QF8QFk22QFk3III6QF4QF9QF4.可靠性高：属于保护范围内的短路或故障，保护应百分之百的动作，对于保护范围外的故障则应分之百的不动作。

保护的灵敏度一般用灵敏系数（Ksen）来衡量。对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为：

Ksen=保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值÷保护的整定值（动作值）对于反应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为

Ksen=保护的整定值÷保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值灵敏度计算时故障参数的最大（小）值应考虑用实际可能的最不利保护运行方式、最不利短路类型和最不利的短路点等进行计算。各种保护的灵敏系数要求值在《技术规程》中均有规定。第十一章电力系统继电保护

§11-1基本知识五、电力系统继电保护的配置原则

<技术规程>对电力系统中的保护配置有十分详细和具体的规定：对于电力系统中的电力设备和线路，应装设反应各种短路故障和异常运行的保护装置：反应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；主保护是指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。后备保护是在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。在主保护拒动时用以切除故障的保护称近后备保护，而在断路器拒动时用以切除故障的保护则称为远后备保护。辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能不足或在主、后备保护退出运行时而增设的简单保护。各个相邻元件的保护范围不须有重叠区；对于电力设备和线路的异常运行状态（如过负荷等）应有反应异常运行的异常运行保护。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护一、相间短路的电流保护1.无时限电流速断保护（电流保护I段）无时限电流速断保护的动作原理与整定计算无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障。以AB线路断路器1QF处的无时限电流速断保护为例，则必须首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。1QF处无时限电流速断保护的动作电流IIop1整定为：Ak11QF2QFB~xsmaxxsminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120可靠系数KIrel可取1.2~1.3。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）无时限电流速断保护（电流保护I段）的动作时间：tIop1=0无时限电流速断保护（电流保护I段）的灵敏度：用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的15%。按最小运行方式下二相短路求lminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120Ak11QF2QFB~xsmaxxsmin灵敏度：lmin

15%lAB第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）

无时限电流速断保护的构成&KTAIOP.r1234跳闸I>KSIrIKA当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范围时，该保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护，以提高电流保护第I段的灵敏度。2.带时限电流速断保护（电流保护II段）为什么要配置带时限电流速断保护？带时限电流速断保护的主要作用：在任何情况下，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。任何整定电流保护II段？第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）IIOP1IkBmaxIIIop1IIop2IkCmaxl0Ak11QF2QFB~3QF~C

IIIop1>IIop2且IIIop1<IkBmax

tIIop1>tIop2则：

IIIop1＝KIIrelIIop2/KbmintIIop1＝tIop2＋△t＝△t可靠系数KIIrel一般取1.1~1.2。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）分支系数Kb定义：在相邻线路第I段保护范围末端即k1点短路时，流过故障线的短路电流与流过被保护线短路电流的比值。即：

Kb

＝IBC/IABAk11QF2QFB~3QF~C电流保护第II段的灵敏度：“技术规程”规定：当线路长度小于50km时，大于等于1.5；当线路长度在50km~200km时，大于等于1.4；当长度大于200km时，大于等于1.3。当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第II段整定值配合，以降低本线路电流保护第II段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为：

IIIop1＝KIIrelIIIop2/Kbmin tIIop1＝tIIop2＋△t第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）3.定时限过电流保护（电流保护III段）作用：作本线路主保护的后备保护（近后备保护）；作相邻下一线路（或元件）的后备保护（远后备保护）。Ak11QF2QFB~3QF~C如何整定动作电流？正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流为KssILmax时该电流保护不动作，即：IIIIop1>KssILmax外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护在下一母线有电动机启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即：

Ire=KIIIrelKssILmax且 IIIIop1>Ire故动作电流IⅢop1

：可靠系数KIIIrel一般取1.15~1.25电流测量元件的返回系数Kre

一般取0.85。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）任何保证电流保护III段动作的选择性？问题：IIIIop1<<IIIop1<IIop1

动作时间整定：

阶梯原则tIIIop1>tIIIop2>tIIIop3>tIIIop4即：tIIIop3＝tIIIop4＋△ttIIIop2＝tIIIop3＋△ttIIIop1＝tIIIop2＋△t0tIIIop0tIIIop1tIIIop2tIIIop3tIIIop4l~0QF1QF2QF3QF4QFM5QF灵敏度校验第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）4.电流保护的接线方式接线方式：指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。分类：完全星形接线：一般用于大接地电流系统。不完全星形接线：一般用于小接地电流系统。特点：投资不同；均能反应所有的相间短路；在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不完全星形接线不能反应B相接地故障；在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况下只要求切除一个接地点而允许带一个接地点继续运行一段时间。 对在保护动作时间相同的并行线路，不完全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星形接线百分之百有选择性。ABCI>I>I>

1逻辑元件KAKAKAiaibicinABCI>I>

1逻辑元件KAKAiaicin第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）5.三段式电流保护的原理图及延时特性三段式电流保护的功能框图ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS3KSiaibic~Ak2M1QFB2QFC3QFk1第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）电磁型三段式电流保护原理电路图举例TAABC1kA2kA3kA4kA5kA6kA7kA8kA9kAWC-WC1kA4kA7kA2kA5kA8kA3kA6kA9kA2KTKCO3KTQF12KT3KT2KS3KS1KSKCOYRFUFU1KS2KS3KSWS信号第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（一、相间短路的电流保护）三段式电流保护的配置和延时特性电流保护配置：每一处都必须配置三段式电流保护吗？~A1B2C34DM0ltI1tII1tIII1tI2tII2tIII2ttI3tIII3tIII4延时特性III段：定时限过电流

tIII4＝0sI段：无时限电流速断

tI3＝0sIII段：tIII3＝0.5sI段：tI2＝0sII段：带时限电流速断

tII2＝0.5sIII段：tIII2＝1sI段：tI1＝0sII段：

tII1＝0.5sIII段：tIII1＝1.5s第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护二、相间短路方向电流保护1.采用方向电流保护的必要性2.方向电流保护的构成~Dk2~CBAk1123456K3I>I>I>

&&&

112345671KS102KS113KS12t2t389跳闸13KAKAKAKPKCOI段：动作电流满足选择性时不加方向元件；II段：动作电流和动作时间能满足选择性时不加方向元件；III段：同一变电所内动作时间较小而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同可能失去选择性时均加方向元件。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（二、相间短路方向电流保护）3.功率方向元件方向电流保护与一般电流保护的差别仅多了一个功率方向元件。功率方向元件的构成原理

k1

k2>180

k1点短路时：∠UrIr＝

k1∈（0，900）

k2点短路时：∠UrIr＝

k2＝

k1＋1800故保护正向短路时：－90

r

90

保护反向短路时：

r>90

或

r<－90

令~~k2k1

IrUr00得结论：保护正向短路时：A≥B保护反向短路时：A＜B第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（二、相间短路方向电流保护）功率方向元件的接线方式要求：相间短路时有良好的方向性和有很高的灵敏度。900接线方式：指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向元件的电流超前所加电压900的接线。4.三段式方向电流保护 三段式方向电流保护在作用原理、整定计算原则等方面与无方向三段式电流保护基本相同。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护三、相间短路电流保护整定计算举例例11-1

图11-20中所示网络中每条线路的断路器处均装三段式相间方向电流保护。试求AB线路断路器1QF处电流保护第I、II段的动作电流、动作时间和灵敏度。图中电源电势为115kV，A处电源的最大、最小等值阻抗为：XsAmax＝20Ω，XsAmin＝15Ω，B处电源的最大、最小阻抗为：XsBmax＝25Ω，XsBmin＝20Ω，各线路的阻抗为：XAB＝40Ω，XBC＝26Ω，XBD＝24Ω，XDE＝20Ω，电流保护第I、II段的可靠系数为：KIrel＝1.3，KIIrel＝1.15。~kE~ABCDEBxsBEAxsA4QF6QF1QF2QF3QF5QF解：1、断路器1QF处电流保护第I段的整定计算电流保护第I段的动作时间为tIop1=0s第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（三、相间短路电流保护整定计算举例）当电流保护第I段的动作电流应躲最大振荡电流时应按下式计算：

IIop1=KIrelIOSmax~kE~ABCDEBxsBEAxsA4QF6QF1QF2QF3QF5QF故：IIop1=1.3

1.77=2.3kA电流保护第I段的灵敏度校验为：2、电流保护第II段的整定计算断路器1QF处电流保护第II段的动作电流应和相邻线BD电流保护第I段配合，即第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（三、相间短路电流保护整定计算举例）电流保护第II段应与相邻线路电流保护第II段配合，即~kE~ABCDEBxsBEAxsA4QF6QF1QF2QF3QF5QF第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护四、接地短路的电流保护1.大接地系统中的多段式零序电流保护大接地电流系统接地故障的特征~BkA~T1T2Z0T1Z01Z02Z0T2系统中出现零序电流且零序电流的分布与接地点的位置和数目相关。发生接地短路时，系统中出现零序电压，且故障点零序电压U0最高，而变压器中性点的零序电压为0，保护安装处母线A、B的零序电压取决于变压器零序阻抗的大小。零序功率S0=U0I0。故障点的零序功率最大，零序功率方向在故障线上是由线路指向母线，在非故障线路上却从母线流向线路。在故障线路上，零序电压和零序电流间的相差角

0取决于线路和变压器的零序阻抗角

K0，即-

0=180

-

K0。若

k0为80

左右，则

0在-100

左右。第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（四、接地短路的电流保护）变压器中性点接地方式的安排 “应尽量保持变电所零序阻抗基本不变”多段式零序电流保护 零序电流保护一般为四段式，即零序电流保护I段、II段、III段和IV段。与相间短路电流保护类同，零序电第I、II段为线路接地故障的主保护，而第III、IV段为线路接地故障的后备保护。2.大接地电流系统中的方向零序电流保护 多段方向零序电流保护的构成仅在多段式零序电流保护中增加一个零序功率方向元件，并与零序电流测量元件构成与门共同判别是否在保护线路正方向发生了接地短路。3.小接地电流系统中单相接地零序电压、电流及功率方向保护中性点不接地系统中单相接地故障的特征及保护方式a.单相接地的特征全系统出现零序电压和零序电流；非故障线的零序电流为该线非故障相对地电容电流之和，方向由母线指向线路且超前零序电压的角度为900；第十一章电力系统继电保护

§11-2线路的电流保护（四、接地短路的电流保护）故障点的电流为全系统非故障相对地电容电流之和，其相位超前零序电压的角度900；故障线的零序电流等于除故障线外的全系统中其它元件的电容电流之和，其值远大于非故障线的零序电流，且方向与非故障线相反，由线路指向母线且滞后零序电压的角度900；故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。b.保护方式绝缘监视装置零序电流保护零序功率方向保护中性点经消弧线圈接地系统中单相接地故障的保护方式用绝缘监视装置用单相接地时产生的高次谐波分量构成保护用接地故障暂态过程中的故障分量的某些特征构成保护第十一章电力系统继电保护

§11-3输电线路的自动重合闸一、概述自动重合闸的作用在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠性；对于有双侧电源高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性；可以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；在电网建设过程中，考虑自动重合闸作用，可暂缓架设双回线路以节约投资。对自动重合闸的基本要求动作迅速；不允许任意多次重合；动作后应能自动复归；手动跳闸时不应重合；手动合闸于故障线路不重合；一般自动重合闸ARD可用控制开关位置和断路器位置不对应启动，对综合重合闸ARD宜用不对应原则和保护同时启动；应考虑继电保护和自动重合闸之间动作的相互配合。第十一章电力系统继电保护

§11-3输电线路的自动重合闸（一、概述）自动重合闸的类型三相重合闸 指不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路，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。若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。单相重合闸 指线路上发生单相接地故障时，保护动作只跳开故障相的断路器，然后进行单相重合。如果故障是暂时性的，则重合后，便恢复三相供电；如果故障是永久性的，而系统又不允许长期非全相运行时，则重合后，保护动作跳开三相断路器，不再进行重合。综合重合闸 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；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式。综合重合闸装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸，三相重合闸，综合重合闸和直跳等四种运行方式。第十一章电力系统继电保护

§11-3输电线路的自动重合闸自动重合闸的配置原则1kV及以上架空线和电缆与架空线混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置；必要时，母线故障可采用自动重合闸装置。二、三相自动重合闸单电源线路的三相一次自动重合闸双电源的三相自动重合闸与同期问题三、单相重合闸四、综合重合闸五、重合闸和继电保护的配合自动重合闸前加速保护动作自动重合闸后加速保护动作第十一章电力系统继电保护

§11-4电力变压器的保护一、电力变压器的保护配置对于油浸式变压器，由于故障使油箱内产生瓦斯和油面