继电保护1绪论

1、参考书： 1 张保会,尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社. 张保会,潘贞存.电力系统继电保护习题集.中国电力出版社. 2 许建安,王风华.电力系统继电保护整定计算.水利水电出版社. 3 李斌,隆贤林.电力系统继电保护及自动装置.水利水电出版社. 4 梁振锋,康小宁.电力系统继电保护习题集.中国电力出版社. 5 李骏年.电力系统继电保护.中国电力出版社. 6 许建安.电力系统微机保护.中国水利水电出版社.,目的：掌握电力系统继电保护的原理和整定计算方法。,本课程涉及的主要学科知识： 电路理论，电子理论，电机学理论，电力系统分析等。,第1章 绪 论,一、电力系统继电保护的作用 1.故障与不正

2、常运行状态 电力系统：由发、输、变（配）及用户组成的系统 电力系统故障：雷击、鸟兽跨接电气设备 设备制造缺陷 设计和安装错误 检修与维护不当,危及或影响电力系统运行的安全事故,常见也是最危险的故障：短路(单相短路常见,三相短路少见),短路的后果： 大短路电流和电弧，使故障设备损坏 大短路电流产生的热和电动力，使设备寿命缩短 电压下降，使用户工作稳定性受到影响，产品质量受到影响 破坏系统并列运行稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解,电力系统不正常运行状态： 过负荷：负荷电流大于额定电流 频率降低：发电机有功功率不足 过电压：水轮发电机突然甩负荷 系统振荡：,电力系统不正常的后果： 电能质量、设备

3、寿命、用户产品质量 严重时可能发展成故障,2.防止电力系统发生事故的对策 1）改进设计制造、加强维护维修，提高运行水平和工作质 量采取积极措施消除和减少发生故障的可能性； 2）一旦发生故障，迅速、有选择性地切除故障元件，保证 系统无故障部分的正常运行继电保护的任务。,“继电保护”一词泛指继电保护技术和继电保护装置组成的继电保护系统。,继电保护装置的基本任务： 故障时，自动、迅速、有选择性切除故障元件，使非故 障部分正常运行； 不正常运行状态时，发出信号（跳闸或减负荷）。,继电保护装置：反应电力系统中电气元件（发电机、线路、变压器、母线）发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一

4、种自动装置。,二、继电保护的基本原理、构成和分类,1.基本原理 利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值（整定值）时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。,在BC段发生k(3)故障时，有 短路电流Ik负荷电流IL B处母线残压UB正常工作电压Ue B处测量阻抗Zk负荷阻抗ZL,过电流保护：反应电流的增大而动作。 BC段发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流Ik，可使保护2反应这个电流而动作于跳闸。,低电压保护：反应电压的降低而动作。 短路点的电压Uk降到零，各变电所母线上的电压都有所下 降，可以使保护2反应于这个电压下降而动作。,距离（阻抗

5、）保护：反应短路点到保护安装地之间 的距离（或测量阻抗）的减小而动作。 以Zk表示短路点到保护2（母线B ）之间的阻抗，也即在线 路始端的测量阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的 距离。,规定：电流的正方向是从母线流向线路 考察：被保护的线路AB的各种情况,正常运行或外部故障：AB两侧电流大小相等，相位相反,内部故障：AB两侧电流大小一般不相等，相位相同（两 侧电势同相位且系统的全阻抗角相等）。,可利用电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别，构成各种差动原理的保护，如: 纵联差动保护 相差高频保护 方向高频保护,差动原理的保护只能在被保护元件的内部

6、故障时动作，而不反应外部故障。因而被认为具有绝对的选择性。,反应变压器油箱内部故障所产生的气体而构成瓦斯保护；反应电动机绕组的温度升高而构成过负荷或过热保护等。,电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护，此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。,2. 继电保护装置的基本组成,测量部分：测量反应被保护元件工作状态（正常、不正常或 故障）的一个或几个物理量，并和已给的整定值 进行比较，从而判断保护是否应该起动。,逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺 序或它们的组合，使保

7、护装置按一定逻辑程序工 作，最后传到执行部分。,执行部分：根据逻辑部分传送的信号，发出跳闸命令或给出 信号。,输入 信号,测量部分,测量部分,逻辑部分,执行部分,输出 信号,整定值,3. 继电保护的分类, 按被保护的对象分： 输电线路保护、变压器保护、母线保护等；, 按保护原理分： 电流保护、电压保护、差动保护、阻抗保护、方向保护等；, 按保护所反应的故障类型分： 相间短路保护、接地短路保护、失磁保护、匝间短路保护 等；, 按保护装置的实现技术分： 机电型保护、整流型保护、集成电路型保护、微机型保护等；,后备保护可分为远后备和近后备保护两种： 远后备是指主保护或断路器拒动时，由近电源侧相邻上一

8、级元件的保护实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。, 按继电保护作用的不同可分为：主保护、后备保护和辅助保护。,主保护：是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳 定及设备安全要求，以最快速度、有选择地切除被保护设备 或线路故障的保护。,后备保护：当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。,辅助保护：为了补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。,三、对电力系统继电保护的基本要求,选择性：指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统 中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中 的无故障部分仍能继续

9、安全运行。,故障K11、2动作；故障 K25动作；故障K36动作,例题1：如图，各断路器处均装有继电保护装置，试回答下列问题： （1）当K1点发生短路故障时，根据选择性的要求应由哪个保护动作并跳 开哪台断路器？ （2）当K3点发生短路故障时，根据选择性的要求应由哪个保护动作并跳 开哪台断路器？如果QF6失灵时，保护又应该如何动作？ （3）当K2点发生短路故障时，保护2动作跳开断路器QF2，保护2的动作 是否为有选择性动作？,1）当K1点发生短路故障时，根据选择性的要求应由保护1和2动作并跳开 断路器QF1和QF2。（当K1点发生短路故障时，故障元件为线路I，保 护1和2动作并跳开断路器QF1、

10、QF2后，在线路II输送容量允许的情况 下，可以保证变电所B、C、D不停电，即停电范围最小。）,2）当K3点发生短路故障时，根据选择性的要求应由保护6动作并跳开断路 器QF6。如果QF6失灵时，根据选择性的要求应由保护5动作并跳开断 路器QF5。,3）当K2点发生短路故障时，保护2动作跳开了断路器QF2，保护2的动作 为 “非选择性动作” 。,1）远后备保护的优点是：保护范围大，能解决远后备保护范围内由任何 原因造成的不能切除问题。 缺点是：多电源供电时，需要在所有电源侧的上级元件处配置远后备 保护；动作将切除所有上级电源侧的断路器，造成事故扩大； 在高压电网中往往不能满足灵敏度的要求。,远后

11、备保护和近后备保护的优缺点对比：,2）近后备保护的优点是：与主保护安装在同一断路器处，动作时只切除 主保护要跳开的断路器，不造成事故扩大；在 高压电网中能满足灵敏度的要求。 缺点是：直流系统故障与主保护同时失去作用时，无法起到“后备”的 作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。,主保护和后备保护之间如何保证选择性?,通过时限配合来实现!,故障切除总时间=保护动作时间+断路器动作时间 保护动作时间：0.06-0.12s，最快：0.01-0.04s；断路器动作时间：0.06-0.15s，最快：0.02-0.06s。,继电保护动作时间：自故障发生保护立即起动开始，到保护出口继电器 动作，输

12、出跳闸指令或发出信号为止的时间； 断路器跳闸时间：继电保护发出跳闸脉冲给断路器的跳闸线圈，到断路 器的触头分离的时间再加上灭弧时间； 故障切除时间：故障发生到故障电流完全被切断的时间。,速动性：快速切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性， 减少用户在电压降低的情况下工作的时间，缩小 故障元件的损坏程度。,对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求 快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。,速动性与选择性是一对矛盾！如何解决？,通过阶段式电流保护来实现： 红色电流速断；蓝色限时电流速断；紫色过电流,例题2：如图所示：设在K点发生短路故障。已知装设在断路器QF1 的保 护1同时也是

13、线路BC的后备保护。试分析以下保护1和保护2的启 动和动作情况是否正确。 1）保护1启动且主保护动作跳开QF1，保护2启动； 2）保护1未启动，保护2启动且动作跳开QF2； 3）保护2启动且动作，但断路器QF2失灵，保护1启动且动作跳 开QF1； 4）保护1启动但未动作，保护2启动且动作跳开断路器QF2。,1）保护1“启动”正确，但“动作”不正确，因保护1是线路BC的 后备保护，所以它应该启动，但其主保护动作，属于误动 作。保护2启动正确，但它没有动作，属于保护拒动。 2）保护2的“启动”和“动作”均正确。由于保护1是线路BC的后 备保护，所以它没有“启动”是不正确的，说明保护1的启动 元件灵

14、敏度不够。 3）保护1和保护2的“启动”和“动作”均正确，因为保护1是线路 BC的后备保护，当断路器QF2失灵，保护1起到了后备保护 的作用。 4）保护1和保护2的启动和动作均正确。,对反映于故障参数数值上升而动作的过量保护（如过电流保护）,灵敏性：指对于其保护范围内发生故障及不正常运行状态 的反应能力。通常用灵敏系数来衡量，它主要决 定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。,对反映于故障参数数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）,故障参数的最大、最小计算值是根据实际可能的最不利运行方式、 故障类型和短路点来计算的。,可靠性：不拒动、不误动 在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障 时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作 的情况下，则不应该误动作。,可靠性包括安全性和信赖性： 所谓安全性是指不误动；所谓信赖性是指不拒动。,提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性措施往往是矛盾的，因而在不同的情况下侧重点有所不同。例如，对 220kV及以上系统，由于电网联系比较紧密，联络线较多，系统备用容量较多，如果保护误动，使某条线路、某台发电机或变压器误动切除，给整个电力系统造成直接经济损失较小。但如果保护拒动，将会造成电力元