继电保护相关知识及案例分析

电气岗位培训讲义

继电保护相关知识及案例分析1目录4继电保护和安全自动装置的任务系统保护的典型配置与主要功能4发变组保护的典型配置与主要功能42135继电保护和安全自动装置投退管理标准与注意事项5

一名优秀的集控运行值班负责人必须掌握继电保护和安全自动装置的相关知识，以确保能与上级调度部门顺畅沟通，正确下达继电保护和安全自动装置的投、退指令，准确判断电气设备发生故障的类型和故障位置，快速进行事故处理和系统恢复。1

一、继电保护和安全自动装置在电力系统中的任务（1）当被保护的电力元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。（2）反映电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许一定的延时动作。2继电保护在电力系统安全稳定

控制中所处的位置3

主流配置一：两套电量保护相同厂家、相同原理。按三面屏配置，其中两面保护屏各配置一套DGT-801B电量保护，第三面保护屏配置一套DGT-801E非电量保护装置。主流配置二：两套电量保护不同厂家、不同原理。按三面屏配置，其中第一面保护屏配置一套RCS-985电量保护，第二面保护屏配置一套WFB-800电量保护，第三面保护屏配置一套RCS-974（或WFB-804)非电量保护装置。6发变组保护配置图（一）7运行提示：基波零序电压保护投跳闸，三次谐波电压判据保护投信号事故案例：1）集团公司内发生过多起因发电机出口电压互感器一次绕组对地绝缘击穿造成定子接地保护动作跳机。

2）发电机封母受潮相导体对地放电造成定子接地保护动作跳机。9

3、定子绕组匝间保护：发电机定子绕组匝间短路，（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）在短路环中产生很大短路电流，将损坏绝缘，可能发展成单相接地短路或相间短路故障。横差保护是发电机内部故障的主保护动作应无延时，但考虑到在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁场畸变可能致使保护误动故在转子一点接地后使横差保护带一短延时动作。因为设计结构原因，发生匝间短路概率较低。对定子绕组为双星形接线、且中性点有六个引出端子的发电机，应装设零序电流型横差保护不完全纵差保护。当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，也可装设专用的匝间短路保护。采用零序电压原理的发电机匝间保护应设有负序方向闭锁元件。104、定子绕组过电压保护：用于保护发电机各种运行情况下引起的过电压。如：突然甩负荷或切除短路故障时转子转速增加或强励磁装置动作等引起的过电压，动作后延时解列灭磁。5、定子绕组过负荷保护：过负荷保护由定时限和反时限两部分组成，保护应能反应电流变化时定子绕组的热积累过程。6、励磁绕组过负荷保护：对励磁系统内部故障或强励时间过长的励磁绕组过负荷，励磁绕组过负荷由定时限和反时限两部分组成定时限按长期允许持续励磁电流来返回并发信、当出现过负荷发信时用手动或自动减励磁电流使励磁电流恢复至正常值，反时限部分则按过电流来整定一般动作于出口、跳开灭磁开关主断路器并关闭主汽门、调节器门。为了简化保护输入设备，并使励磁绕组过负荷保护能兼作交流励磁变、整流装置及其引出线的短路保护，常把励磁回路过负荷保护配置在交流励磁发电机的中性点侧。127、失磁保护：发电机低励磁或失磁将从系统吸收大量无功功率引起定子过电流；发电机可能失去同步进入异步运行；如果系统无功储备不足，将引起电压严重下降，威胁系统稳定运行。对励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，应装设失磁保护对汽轮发电机，失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号，有条件的机组可进行励磁切换。失磁后母线电压低于系统允许值时带时限动作于解列。当发电机母线电压低于保证厂用电稳定运行要求电压时，带时限动作于解列，并切换厂用电源。

运行提示：发电机进相运行时要特别加强对发电机无功功率的调整，进相深度与励磁调节器的低励限制要有一定裕度，防止因为低励限制失灵造成失磁保护动作跳机8、发电机过励磁保护：当系统故障瞬间切除故障、机组甩负荷、调节器故障、低频振荡、在机组启停过程中操作失误等造成过励磁故障。保护装置可装设由低定值和高定值二部分组成的定时限过励磁保护或反时限过励磁保护。定时限过励磁保护由于存在超前滞后的不稳定行一般不采用。1310、发电机逆功率保护：发电机逆功率运行将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以致损坏。对发电机变电动机运行的异常运行方式，200MW及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护，带时限动作于信号，经汽轮机允许的逆功率时间延时动作于解列。

运行提示：在机组大联锁保护中，汽轮机跳闸必须通过程序逆功率保护联跳发电机，禁止直接联跳。11、发电机失步保护：发电机与系统间发生振荡时，将出现数值很大的交换功率，大轴冲击严重，当振荡中心落在发电机－变压器组内时，母线电压大幅波动，严重威胁厂用电安全；同时振荡电流使定子绕组过热，端部遭受机械损伤。300MW及以上发电机宜装设失步保护。在短路故障、系统同步振荡、电压回路断线等情况下，保护不应误动作。通常保护动作于信号。当振荡中心在发电机变压器组内部，失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护还动作于解列，并保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流。1512、频率保护：发电机在偏离额定频率下运行，可能引起汽轮机叶片共振，甚至断裂；频率降低还将引起发电机过励磁。对低于额定频率带负载运行的300MW及以上汽轮发电机，应装设低频率保护。保护动作于信号，并有累计时间显示。13、误上电保护：保护动作于发电机盘车时，未加励磁，断路器误合造成发电机异步启动以及发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于或高于定值时断路器误合。运行提示：该保护在发电机停机后投入，正常运行时应退出。事故案例：某厂600MW机组，并网后未将该保护退出，当发生区外短路故障时由于瞬时电流突升、频率下降达到保护定值造成保护误动停机。14、启停机保护：发电机启停机过程中，反应发电机定子电压频率很低时发生的相间短路故障和定子接地故障。运行提示：该保护机组启动前投入，并网后应退出。

1615、断口闪络保护：反应发电机并列过程中，当断路器两侧电压方向为180度时断路器断口发生的闪络故障。运行提示：该保护机组启动前投入，并网后应退出。16、主变、高厂变、励磁变差动保护：对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，应装设纵差保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。17、主变过励磁保护：对于高压侧为220kV及以上的变压器，为防止由于频率降低和/或电压升高引起变压器磁密过高而损坏变压器应装设过励磁保护。保护应具有定时限或反时限特性并与被保护变压器的过励磁特性相配合。

1718、网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护，保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护相配合。在110kV、220kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器中性点可能不接地运行时，对外部单相接地短路引起的过电流，以及对因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高，对分级绝缘变压器应装设用于中性点直接接地的零序过电流保护和经放电间隙接地的间隙零序过电压保护。。

事故案例：某厂220kV主变中性点直接接地运行，应该投入主变零序过电流保护却误投了间隙零序过电流保护，当发生区外接地故障时造成保护误动。1819、主变、高厂变、励磁变后备保护：对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用复合电压启动的过电流保护。20、变压器非电量保护：0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。轻瓦斯：当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；重瓦斯：当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。21、对变压器油温、绕组温度及油箱内压力升高超过允许值和冷却系统故障，应动作于跳闸或信号。22、变压器非电气量保护不应启动失灵保护。

19发变组保护出口定义停机：断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门；解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁，汽轮机甩负荷；解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷；减出力：将原动机出力减到给定值；程序跳闸：对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳发电机断路器并灭磁；减励磁：将发电机励磁电流减至给定值；励磁切换：将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统；厂用电源切换：由厂用工作电源供电切换到备用电源供电；跳厂用分支：动作于单独回路；20备用电源自投（快切）装置

备用电源自投装置相关要求：1、除发电厂备用电源快速切换外，应保证在工作电源或设备断开后，才投入备用电源或设备；2、工作电源或设备上的电压，不论何种原因消失，除有闭锁信号外，自动投入装置均应动作；3、自动投入装置应保证只动作一次。4、自动投入装置在条件可能时，宜采用带有检定同步的快速切换方式，并采用带有母线残压闭锁的慢速切换方式及长延时切换方式作为后备；当厂用母线速动保护动作、工作电源分支保护动作或工作电源由手动或分散控制系统（DCS）跳闸时，应闭锁备用电源自动投入。5、当自动投入装置动作时，如备用电源或设备投于故障，应有保护加速跳闸。

21线路保护的典型配置：主保护I:一套RCS-931AM纵联电流差动保护（分相电流差动保护、工频变化量阻抗、三段式相间和接地距离保护、零序方向过流保护），采用专用光纤通道。主保护II:一套RCS-931AM纵联电流差动保护或一套CSC-103A(B）纵联电流差动保护（分相电流差动保护、三段式相间和接地距离保护、零序方向过流保护），采用复用光纤通道。RCS-925A过电压保护及故障起动装置（过电压保护、收讯直跳+低有功判据）RCS-923C断路器失灵启动装置（应用于双母接线）RCS-921A断路器保护装置（应用于发变线组或一个半接线）

RCS-922A短引线保护（应用于一个半接线）ZH-3嵌入式线路故障录波分析装置

23纵联差动保护基本原理所谓输电线的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。1.两端电流相量和MNk1区内故障MNk2区外故障（正方向：母线－线路）2.两端功率方向MNk1区内故障区外故障MNk2两侧功率方向均为正一侧功率方向为负25综合重合闸

一、重合闸四种方式：（1）综合重合闸方式：单相故障，跳单相，单相重合(检查同期或检查无压)，相间故障时跳三相，三相重合(检查同期或检查无压)，重合于永久性故障时跳三相。（2）三相重合闸方式：任何类型的故障都跳三相，三相重合(检查同期或检查无压)，重合于永久性故障时跳三相。（3）单相重合闸方式：单相故障时跳单相，单相重合，相间故障时三相跳开不重合。（4）重合闸停用方式：任何故障时都跳三相，不重合。

二、对重合闸装置有哪些要求？（1）手动或遥控跳闸时，不应重合；手动投入断路器于故障线路，由保护将其跳开后，不应重合。除上述情况外，均应重合。（2）重合闸起动采用控制开关与断路器位置不对应原理及保护起动，而且保证仅重合一次（3）断路器气（液）压降低时，应将重合闸装置闭锁。

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母线保护的典型配置对双母线、双母线分段等接线，宜装设两套母线保护，对220kV母线应装设快速有选择地切除故障的母线保护：母线保护应设有电压闭锁元件、断路器失灵保护、母线充电保护、母联非全相运行保护。含比率制动差动保护母线差动保护包括母线大差回路和各段小差回路母线大差是指母联开关合分支开关外所有支电流构成的差动回路，小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段断路器）电流构成的差动回路。双套保护的配置就可以保证在发生故障时及时准确的动作确保保护装置的可靠性。

27母线保护基本原理双母线III母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择采用比率制动原理：28I母小差大差II母小差断路器失灵保护

什么叫断路器失灵保护？一次元件发生故障，在故障元件的继电保护装置能瞬时复归的出口继电器动作而其断路器拒绝动作时，能以较短的时限切除与失灵断路器相邻的其他断路器，以便尽快地将停电范围限制到最小的保护装置叫断路器失灵保护。

在220kV电力网中，应按下列原则装设一套断路器失灵保护：1）线路或电力设备的后备保护采用近后备方式。2）对220kV分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。

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为提高动作可靠性，必须同时具备下列条件，断路器失灵保护方可起动：

1)故障线路或电力设备能瞬时复归的出口继电器动作后不返回（故障切除后，起动失灵的保护出口返回时间应不大于30ms）；2)断路器未断开的判别元件（相电流元件、零序电流元件或负序电流元件）动作后不返回。

失灵保护出口原则：

1)双母线的失灵保护，可以较短时限动作于断开与拒动断路器相关的母联及分段断路器，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源支路的断路器。30断路器失灵保护基本原理双母线失灵保护逻辑图开入公共端失灵起动开入保护动作接点过流动作I母刀闸II母刀闸

I母失灵出口起动

II母失灵出口起动外部接点

BP-2B

I母失灵出口起动

I母失灵复合电压动作与失灵出口延时1

失灵出口延时2跳母联跳I母1、与失灵起动装置配合31断路器失灵保护基本原理双母线失灵保护逻辑图

I母失灵出口起动

I母失灵复合电压动作与失灵出口延时1失灵出口延时2跳母联跳I母2、自带电流检测元件方式开入公共端失灵起动开入A相动作接点A相过流动作I母刀闸II母刀闸

I母失灵出口起动

II母失灵出口起动三跳动作接点ABC相过流动作C相动作接点C相过流动作B相动作接点B相过流动作

外部接点

BP-2B32母线充电保护对母线充电是通过母联向空母充电，当母线检修或新投入时投入充电保护，在充电保护投入后，如果母联合于有故障的母线时，充电保护立即跳开母联。而当充电保护一投入时，充电保护就去闭锁母差保护。以防母联合于故障母线时，母差启动，跳开所有出线，扩大事故范围，充电保护并不是要防止母差拒动。恰恰是为了闭锁母差！联充电保护不经复合电压闭锁充电保护有独立起动原件、当母联断路器任一相电流大于充电保护动作值时起动原件就起动母联断路器。

33继电保护和安全自动装置投退管理标准

电网调度管辖的继电保护、电气联锁和报警信号的投、退：（一）由发电单位设备维护部门电气二次专业技术员以上人员严格按照格式填写投、退申请单，经设备维护部、发电运行部、生产技术部负责人审核签字后，由生产副总经理（副厂长）或总工程师批准；（二）由设备维护部门电气二次专业人员将投、退申请单送交当值值长，由值长向调度中心提出投、退申请，待申请批准后，由当值值长下达投、退操作命令，由运行人员执行投、退操作，并在执行栏中分别签字，注明投、退时间。34继电保护和安全自动装置投退管理标准（三）继电保护、电气联锁和报警信号退出期间申请单由当值值长保存，按值交接；（四）继电保护、电气联锁和报警信号投入前，需经工作负责人与运行人员共同确认拟投入的继电保护、电气联锁和报警信号工作状态正常。35继电保护和安全自动装置投退管理标准

电厂管辖的主要设备继电保护、电气联锁和报警信号的投、退：（一）由发电单位设备维护部门电气二次专业技术员以上人员严格按照格式填写投、退申请单，经设备维护部、发电运行部、生产技术部负责人审核签字后，由生产副总经理（副厂长）或总工程师批准；（二）由设备维护部门电气二次专业人员将投、退申请单送交当值值长，由当值值长下达投、退操作命令，由运行人员执行投、退操作，并在执行栏中分别签字，注明投、退时间；（三）、（四）同电网调度管辖的设备。36继电保护和安全自动装置投退管理标准

电厂管辖的一般设备继电保护、电气联锁和报警信号的投、退：（一）由发电单位设备维护部门电气二次专业技术员以上人员严格按照格式填写投、退申请单，经设备维护部、发电运行部、生产技术部负责人审核签字；（二）由设备维护部门电气二次专业人员将投、退申请单送交当值值长，由当值值长批准并下达投、退操作命令，由运行人员执行投、退操作，并在执行栏中分别签字，注明投退时间；（三）、（四）同电网调度管辖的设备。37继电保护和安全自动装置投退管理标准电网调度管辖的继电保护、电气联锁和报警信号包括：线路保护、高压电抗器保护、母线保护、断路器失灵