电力系统继电保护与自动装置手册

电力系统继电保护与自动装置手册第1章绪论1.1电力系统继电保护与自动装置概述电力系统继电保护是指在电力系统中，通过继电保护装置对电力设备和系统进行自动检测、判断、隔离故障，以保障电力系统安全、稳定、经济运行的技术手段。电力系统继电保护是电力系统安全运行的重要保障，其作用包括故障检测、故障隔离、保护设备自身以及防止故障扩大等。根据国家电力行业标准《电力系统继电保护技术规程》（DL/T1550-2016），继电保护装置应具备选择性、速动性、灵敏性和可靠性四大基本要求。继电保护装置通常由测量元件、比较元件、执行元件三部分组成，其中测量元件用于检测电气量的变化，比较元件用于判断是否发生故障，执行元件则负责发出保护信号或切断电路。电力系统继电保护的发展经历了从单一保护到综合保护、从机械保护到电子保护、从简单保护到智能保护等多个阶段，现代继电保护已广泛采用微机保护、智能终端等先进技术和设备。1.2继电保护的基本原理与作用继电保护的基本原理是通过检测电力系统中的电气量（如电流、电压、频率等）的变化，判断是否发生故障，并采取相应的保护措施。在电力系统中，常见的故障类型包括短路、过载、接地故障、断线等，不同类型的故障需要不同的保护策略。例如，过电流保护通过检测线路或设备的电流值，当电流超过设定值时，自动切断电源以防止设备损坏。电流速断保护是一种快速切断短路故障的保护方式，其动作时间通常在0.1秒以内，以确保故障切除的及时性。电力系统继电保护的“三选一”原则是选择性保护的核心，即保护装置应能准确区分故障区域，避免误动作或漏动作。1.3自动装置的基本功能与分类自动装置是电力系统中用于实现自动控制、自动调节、自动切换等功能的设备，其主要功能包括自动调节、自动控制、自动切换、自动保护等。根据自动装置的功能，可分为自动调节装置、自动控制装置、自动切换装置、自动保护装置等类型。自动调节装置主要用于调节电力系统的电压、频率和功率因数，例如自动励磁调节装置。自动控制装置用于实现电力系统运行状态的自动控制，如自动调压装置、自动灭磁装置等。自动切换装置主要用于实现电力系统的自动切换，如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等。1.4电力系统继电保护的发展历程电力系统继电保护的发展可以追溯到19世纪末，早期的保护装置多采用机械式继电器，如电流继电器、电压继电器等。20世纪50年代，随着电力系统规模的扩大和复杂性的增加，继电保护技术逐步向电子化、智能化方向发展。20世纪70年代，微处理器的出现推动了继电保护向数字化、智能化方向发展，形成了现代微机保护装置。近年来，随着、大数据、物联网等技术的融合，电力系统继电保护进入了智能保护的新阶段，实现了远程监控、自学习、自适应等功能。例如，智能变电站中的继电保护装置能够通过数据分析实现故障的快速识别和精准隔离，显著提高了电力系统的运行效率和安全性。第2章电力系统继电保护的基本原理1.1继电保护的基本概念与分类继电保护是电力系统中用于检测故障并迅速隔离故障设备，以保障系统安全运行的技术措施。其核心目标是实现快速切除故障、防止故障扩大及保护非故障部分不受损害。根据保护对象的不同，继电保护可分为线路保护、变压器保护、发电机保护、母线保护、自动装置等。其中，线路保护主要针对输电线路的短路、接地故障等。按保护功能可分为方向保护、距离保护、差动保护、零序电流保护等。方向保护通过比较电流方向来判断故障位置，而差动保护则用于检测设备内部故障。保护装置通常由测量部分、比较部分和执行部分组成。测量部分负责检测故障参数，比较部分进行逻辑判断，执行部分则触发断路器动作或发出信号。电力系统继电保护的发展经历了从单一保护到综合保护的演变，现代保护装置多采用数字化、智能化技术，实现多级保护、协调配合和自适应调整。1.2保护装置的构成与功能保护装置一般由电压互感器（VT）、电流互感器（CT）等一次设备和继电保护装置组成。VT用于将高电压转换为标准电压，CT用于将大电流转换为可测量的小电流。继电保护装置的功能包括故障检测、故障隔离、保护设备自身、以及协调配合其他保护装置。例如，距离保护通过测量故障点到保护安装处的距离来判断故障类型。保护装置的响应时间至关重要，必须满足电力系统稳定运行的要求。通常，保护装置的动作时间应小于系统稳定极限时间，以避免故障扩大。保护装置的整定值需要根据系统运行方式、设备参数及故障类型进行精确计算。例如，变压器差动保护的整定值需考虑变压器的额定电流、短路阻抗及保护范围。电力系统继电保护装置常采用“分级保护”策略，即根据设备的重要性、故障类型和系统结构，设置多个保护级次，以实现多级隔离和协调配合。1.3保护装置的选型与配置原则保护装置的选型需考虑设备的运行环境、故障类型、系统结构及保护等级。例如，高压变压器保护装置通常选用差动保护，而低压线路保护则多采用过流保护。保护装置的配置原则应遵循“分级配置”和“协调配合”原则。例如，主保护应优先配置，以快速切除故障；后备保护则用于主保护失效时的故障隔离。保护装置的配置需考虑系统运行方式的变化，如正常运行、故障运行、检修运行等。例如，在系统发生短路故障时，保护装置应能正确识别故障类型并快速动作。保护装置的配置应结合系统网络结构，如双回路供电系统应配置双套保护装置，以提高系统的可靠性。根据《电力系统继电保护技术导则》（GB/T32494-2016），保护装置的配置需满足“选择性”、“速动性”、“灵敏性”和“可靠性”四大原则。1.4保护装置的整定与配合保护装置的整定值需根据实际运行情况和系统参数进行整定。例如，距离保护的整定值应考虑线路的阻抗、电压等级及系统运行方式。保护装置的整定需遵循“逐级整定”原则，即主保护整定值应高于后备保护，以确保故障时能优先切除故障。保护装置的配合需考虑保护动作的顺序和时间，如距离保护与高频保护配合可实现对输电线路的快速识别和隔离。保护装置的整定需结合系统运行经验，例如在系统发生短路故障时，保护装置应能正确识别故障点并快速动作。根据《电力系统继电保护整定计算导则》（DL/T3443-2018），保护装置的整定需通过计算和试验验证，确保其在各种运行条件下均能可靠动作。第3章电流保护与短路保护1.1电流保护的基本原理与类型电流保护是电力系统中用于检测故障电流并迅速切断故障的装置，其核心原理基于电流的特征，如幅值、方向和变化率。电流保护主要分为过电流保护、零序电流保护和负序电流保护三种类型，其中过电流保护是最常见的一种，用于检测线路或设备的过载或短路故障。过电流保护通常采用电流继电器，其动作电流和动作时间根据系统运行情况整定，以确保在故障发生时快速切除故障。电流保护的整定需考虑系统最大负荷、短路电流、线路阻抗等因素，确保保护装置在正常运行和故障情况下都能可靠动作。根据保护范围的不同，电流保护可分为分级保护和综合保护，分级保护适用于复杂电网，而综合保护则用于简化系统结构。1.2短路保护的整定与校验短路保护的主要目的是在发生短路故障时迅速切断电源，防止故障扩大。其整定原则应考虑短路电流的大小和方向，确保保护装置能准确识别短路故障。短路保护的整定通常采用躲过最大短路电流的方法，即在系统最大短路电流下，保护装置的动作电流应略小于该值，以确保动作可靠。短路保护的整定需结合系统运行方式、线路参数和保护装置的响应时间，通过计算和试验验证保护装置的整定值是否合理。根据《电力系统继电保护技术导则》（GB/T32491-2016），短路保护的整定应遵循“越靠近故障点，保护动作越灵敏”的原则。保护装置的整定还应考虑系统稳定性，避免因保护动作过快导致系统失稳或误动作。1.3电流保护的配合与协调电流保护的配合是指不同保护装置之间的协调工作，确保在故障发生时，保护装置能按顺序动作，避免误动作或拒动。电流保护的配合通常采用“近后备”和“远后备”两种方式，近后备用于主保护失效时的后备保护，远后备则用于主保护未动作时的后备保护。在实际系统中，电流保护的配合需考虑保护装置的灵敏度、动作时间、保护范围和动作选择性，确保保护动作的顺序和选择性。电流保护的配合需遵循“越靠近故障点，保护动作越快”的原则，以提高保护的可靠性。电流保护的配合还需考虑保护装置的整定值和动作时间，确保在故障发生时，保护装置能迅速切除故障，同时避免非故障区域的误动作。1.4电流保护的常见故障与处理电流保护在运行过程中可能遇到误动、拒动或保护范围不匹配等问题，误动通常由于保护装置的整定值不当或外部干扰引起。误动的处理方法包括调整保护装置的整定值、优化保护配置、加强系统运行监控等。拒动则可能由于保护装置故障、二次回路异常或保护逻辑错误导致，需进行设备检修和逻辑校验。保护范围不匹配是常见的问题，需通过调整保护装置的整定值、优化保护配置或增加辅助保护来解决。在处理电流保护故障时，应结合系统运行情况、保护装置的运行数据和现场实际情况，制定针对性的处理方案。第4章电压保护与过电压保护4.1电压保护的基本原理与类型电压保护是电力系统中用于检测和响应电压异常的重要装置，其核心原理是通过监测系统电压的变化，判断是否发生电压失衡或过电压等异常情况，从而采取相应的保护措施，如跳闸或信号报警。电压保护主要分为过电压保护和欠电压保护两类，其中过电压保护用于应对系统中出现的高于正常电压值的情况，而欠电压保护则用于应对电压低于正常值的情况，两者均是防止设备损坏和系统失稳的关键手段。根据保护对象的不同，电压保护可分为线路保护、主保护、后备保护等类型，其中主保护通常采用距离保护或差动保护，而后备保护则用于主保护失效时的辅助保护。电压保护的实现方式主要包括电压互感器（PT）与继电保护装置的配合，通过PT将高电压转换为低电压，供保护装置使用，确保保护装置能够准确判断电压异常。在实际应用中，电压保护的整定值需根据系统运行方式、设备容量及电网结构进行精确计算，以确保保护动作的可靠性和选择性。4.2过电压保护的整定与校验过电压保护的整定值通常根据系统最大运行电压和过电压倍数进行设定，一般采用“1.2倍额定电压”或“1.5倍额定电压”作为整定基准，以确保在系统发生过电压时能够可靠动作。过电压保护的整定需考虑系统运行方式、负载变化、短路故障等影响因素，通过整定保护装置的动作时间、灵敏度及选择性，确保在过电压发生时能快速切除故障，防止设备损坏。在校验过程中，通常采用标准测试设备（如电容分压器、电压互感器）进行实测，根据实测数据调整整定值，确保保护装置在实际运行中能够正确动作。过电压保护的整定值应满足系统运行的稳定性与安全性要求，避免因整定不当导致保护误动或拒动，影响系统正常运行。根据《电力系统继电保护技术规范》（GB/T34577-2017），过电压保护的整定应结合系统运行方式、短路容量、设备类型等因素进行综合考虑。4.3电压保护的配合与协调电压保护在电力系统中需与其他保护装置（如电流保护、距离保护、差动保护等）进行配合，确保在发生故障时，保护装置能够正确选择故障区域，避免误动作或漏动作。电压保护与电流保护的配合主要体现在电压失压或过电压时的协调动作，例如在系统发生短路故障时，电压保护应与电流保护协同工作，确保故障点被快速切除。在系统中，电压保护的配合需遵循“分级保护”原则，即根据电压等级和保护范围，设置不同级别的保护装置，确保保护动作的顺序性和选择性。电压保护与自动装置（如自动重合闸、备用电源自投）的配合，可提高系统的运行可靠性，确保在故障切除后，系统能够快速恢复运行。在实际工程中，电压保护的配合需通过系统仿真、实测和经验分析相结合，确保保护装置在各种运行条件下都能正确动作。4.4电压保护的常见故障与处理电压保护装置常见的故障包括误动、拒动、整定值错误、接线错误等，其中误动可能由保护装置的灵敏度设置不当或外部干扰引起。若电压保护发生误动，需检查保护装置的整定值是否符合实际运行条件，同时检查电压互感器的接线是否正确，确保保护装置能够准确反映系统电压变化。拒动则通常由保护装置内部故障或外部干扰导致，需进行设备检修或调整保护逻辑，确保保护装置在正常运行时能够可靠动作。在处理电压保护故障时，应优先考虑保护装置的检修与整定，其次检查电压互感器的运行状态，最后检查系统运行参数是否正常。根据《电力系统继电保护技术导则》（DL/T1567-2016），电压保护故障的处理需遵循“先查设备、后查系统”的原则，确保故障原因得到准确识别与处理。第5章电网继电保护的配置与协调5.1电网继电保护的配置原则电网继电保护配置需遵循“分级保护、分级动作”的原则，按照电压等级和设备类型划分保护范围，确保故障电流在保护范围内可靠切除，避免越级跳闸。保护配置应结合电网结构、设备参数和运行方式，合理选择保护装置类型，如电流保护、电压保护、距离保护等，确保保护选择性、速动性与灵敏性。根据《电力系统继电保护技术导则》（GB/T31924-2015），保护配置需满足“近后备”与“远后备”要求，确保故障时保护装置能正确动作。保护配置应考虑电网运行方式变化，如运行方式切换、设备检修等，避免因运行方式改变导致保护误动或拒动。保护配置需结合电网实际运行情况，合理设置保护定值，确保在各种运行条件下保护动作可靠，同时避免不必要的保护误动。5.2保护装置的协调配合方法电网继电保护的协调配合需遵循“主保护与后备保护配合”原则，主保护（如距离保护、差动保护）应优先动作，确保快速切除故障，后备保护（如过流保护、零序保护）则在主保护失效时启动，防止故障扩大。保护装置之间应通过逻辑关系和动作顺序协调，如“主保护动作后后备保护不启动”，或“后备保护动作后主保护不启动”，以确保保护动作的正确性与可靠性。在多电源电网中，需通过保护配置实现“保护跳闸与断路器跳闸的协调”，确保保护动作后断路器能及时断开故障设备，防止故障蔓延。保护装置的协调配合需考虑保护动作时间、动作范围、动作选择性等，确保保护动作顺序合理，避免因动作顺序不当导致保护失效。保护装置的协调配合应结合电网运行经验，通过实际运行数据和仿真分析，优化保护配置，确保保护动作的准确性和稳定性。5.3保护装置的整定计算与校验保护装置的整定计算需依据电网运行方式、设备参数及保护动作原理，通过计算确定保护动作的灵敏系数、动作时间及动作电流等参数。保护整定计算应参考《电力系统继电保护整定计算导则》（DL/T344-2018），采用逐级计算法或仿真计算法，确保保护动作在故障发生时能可靠动作。保护整定计算需考虑电网运行方式变化，如负荷变化、设备检修等，确保保护定值在不同运行方式下均能满足保护要求。保护装置的整定计算应结合实际运行数据，通过实际运行数据验证保护动作的正确性，确保保护定值在实际运行中不会误动或拒动。保护整定计算需进行多次校验，包括灵敏度校验、动作时间校验、选择性校验等，确保保护装置在各种故障条件下均能可靠动作。5.4保护装置的运行与维护保护装置的运行需严格按照操作规程进行，确保保护装置在正常运行状态下稳定、可靠地工作，避免因误操作或设备故障导致保护误动或拒动。保护装置的维护应定期进行，包括设备检查、定值校验、保护装置功能测试等，确保保护装置处于良好工作状态。保护装置的维护需结合电网运行情况，如设备检修、电网运行方式变化等，及时处理保护装置的异常情况，防止故障扩大。保护装置的运行与维护需记录运行状态、故障记录及维护记录，便于分析保护装置的运行情况，为后续保护配置和优化提供依据。保护装置的运行与维护应结合电网运行经验，通过实际运行数据和仿真分析，优化保护装置的运行策略，确保保护装置长期稳定运行。第6章电力系统自动装置6.1自动装置的基本功能与分类自动装置是电力系统中用于实现自动控制、保护和调节的重要设备，其核心功能包括故障检测、自动切除、自动恢复、自动调节等。根据其作用对象不同，自动装置可分为继电保护装置、自动调节装置、自动控制装置和自动重合闸装置等。继电保护装置主要负责检测故障并迅速切除故障，确保系统安全稳定运行，是电力系统中最基本的自动装置。自动调节装置主要实现电压、频率、功率等参数的自动调整，以维持系统运行的稳定性和经济性。自动控制装置通常用于实现对设备的启停、切换或状态控制，如自动励磁调节、自动励磁控制等。6.2自动装置的整定与校验自动装置的整定是指根据系统运行特点和保护要求，确定装置的动作参数，如动作时间、动作值等。整定过程中需参考相关标准和文献，如《电力系统继电保护技术规程》（DL/T344-2018），确保整定值符合安全和经济性要求。校验是通过模拟故障或实际运行测试，验证自动装置是否能正确动作，确保其可靠性。校验通常包括对保护装置的灵敏度、选择性、速动性等进行测试，确保其在故障发生时能快速、准确地动作。校验结果需记录并分析，对于不满足要求的装置需进行调整或重新整定，确保其符合设计规范。6.3自动装置的运行与维护自动装置在运行过程中需定期进行检查和维护，以确保其正常运行。维护内容包括设备的清洁、绝缘测试、动作测试、参数校验等，确保其处于良好状态。电力系统中常见的自动装置如自动重合闸、自动调压装置等，需按照规定周期进行维护，避免因设备老化或故障导致系统不稳定。运行中需注意设备的运行状态，如温度、电压、电流等参数是否正常，及时发现异常并处理。维护记录应详细记录，便于后续分析和故障排查，确保设备长期稳定运行。6.4自动装置的常见故障与处理自动装置常见的故障包括动作不正确、误动作、拒动作、通信中断等。误动作可能由参数整定不当、外部干扰或设备故障引起，需通过调整参数或检查设备来解决。拒动作可能是由于保护装置的灵敏度不足、动作时间过长或保护逻辑错误导致，需进行逻辑分析和参数优化。通信中断可能由网络故障、设备故障或配置错误引起，需检查通信线路和设备状态。处理故障时应遵循“先处理后恢复”原则，确保系统安全运行，必要时可采取隔离措施或联系专业人员处理。第7章电力系统继电保护的测试与检验7.1继电保护的测试方法与步骤继电保护测试通常采用“三相短路”、“相间短路”和“接地短路”等标准工况，以验证保护装置对不同故障类型的响应能力。根据《电力系统继电保护技术导则》（DL/T889-2016），测试应包括故障切除时间、动作电压、动作电流等关键参数的测量。测试过程中需使用标准试验变压器和电压互感器，确保测试电压在保护装置的额定电压范围内，避免因电压过高导致保护误动或拒动。根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（DL/T1496-2016），测试电压应不低于保护装置额定电压的90%，且不高于1.2倍额定电压。保护装置的测试应按照“先模拟、后实测”的顺序进行，先进行模拟故障试验，确认保护装置的逻辑正确性，再进行实测，确保在实际运行条件下保护装置的性能符合要求。根据《电力系统继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），模拟试验应包括故障类型、故障位置、故障相别等参数的设定。测试完成后，需对保护装置的整定值进行核对，确保其与系统运行参数一致。根据《继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），整定值应按照系统运行方式和故障类型进行调整，并记录整定值与实际运行参数的偏差情况。测试记录应包括试验日期、试验人员、试验设备、测试参数、保护动作情况等信息，确保测试数据的可追溯性和可验证性。根据《电力系统继电保护测试记录规范》（DL/T1498-2016），测试记录应保存至少5年，供后续维护和故障分析参考。7.2保护装置的检验与校验保护装置的检验主要包括外观检查、接线检查和功能检查。外观检查需确认装置无明显损坏，接线端子无松动或氧化现象。根据《继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），接线应符合设计图纸要求，接线端子应有清晰的标识。检验过程中需使用标准测试仪对保护装置的电压、电流、功率等参数进行测量，确保其与系统运行参数一致。根据《电力系统继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），检验电压应不低于保护装置额定电压的90%，且不高于1.2倍额定电压。保护装置的校验包括整组试验和单个元件试验。整组试验应模拟实际运行工况，验证保护装置的整组动作性能；单个元件试验则针对保护装置的各个功能模块进行单独测试。根据《继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），整组试验应包括故障类型、故障位置、故障相别等参数的设定。校验过程中需记录保护装置的动作时间、动作电压、动作电流等关键参数，并与设计整定值进行对比。根据《电力系统继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），动作时间应满足保护装置的整定时间要求，动作电压和电流应满足保护装置的灵敏度要求。校验完成后，需对保护装置的运行状态进行评估，确保其在实际运行中能够可靠地保护电网安全。根据《继电保护装置检验规程》（DL/T1497-2016），校验结果应形成书面报告，供运行人员参考。7.3保护装置的调试与优化保护装置的调试通常包括参数整定、逻辑校验和动作测试。参数整定需根据系统运行方式和故障类型进行调整，确保保护装置的动作性能符合要求。根据《继电保护装置调试规程》（DL/T1496-2016），参数整定应遵循“先整定、后调试”的原则，确保整定值与实际运行参数一致。逻辑校验需通过模拟故障试验，验证保护装置的逻辑是否正确，确保在不同故障类型下保护装置能正确动作。根据《继电保护装置调试规程》（DL/T1496-2016），逻辑校验应包括故障类型、故障位置、故障相别等参数的设定，并记录保护装置的动作情况。调试过程中需使用标准测试仪对保护装置的电压、电流、功率等参数进行测量，确保其与系统运行参数一致。根据《电力系统继电保护装置调试规程》（DL/T1496-2016），调试电压应不低于保护装置额定电压的90%，且不高于1.2倍额定电压。调试完成后，需对保护装置的运行状态进行评估，确保其在实际运行中能够可靠地保护电网安全。根据《继电保护装置调试规程》（DL/T1496-2016），调试结果应形成书面报告，供运行人员参考。保护装置的优化包括参数优化和逻辑优化。参数优化需根据运行数据和故障分析结果进行调整，确保保护装置的灵敏度和选择性符合要求；逻辑优化则需针对保护装置的逻辑错误进行修正，提升保护装置的可靠性。根据《继电保护装置优化规程》（DL/T1495-2016），优化应结合实际运行数据和历史故障分析结果进行。7.4保护装置的运行与维护保护装置在运行过程中需定期进行巡检，检查其外观、接线、运行状态及保护动作记录。根据《继电保护装置运行规程》（DL/T1497-2016），巡检应包括保护装置的运行状态、接线情况、动作记录、设备温度、振动情况等。保护装置的运行需确保其与系统运行参数一致，运行数据应定期记录并分析，以便发现潜在问题。根据《继电保护装置运行规程》（DL/T1497-2016），运行数据应包括保护动作次数、动作时间、动作电压、动作电流等关键参数。保护装置的维护包括定期清扫、检查、更换损坏部件和校验。根据《继电保护装置维护规程》（DL/T1497-2016），维护应包括设备清洁、接线检查、部件更换、校验等，确保保护装置的正常运行。保护装置的维护需结合运行数据和故障分析结果，定期进行性能评估，确保其在实际运行中能够可靠地保护电网安全。根据《继电保护装置维护规程》（DL/T1497-2016），维护应形成书面记录，供运行人员参考。保护装置的运行