继电保护第一章

1、电电 力力 系系 统统 继继 电电 保保 护护1第一章第一章 绪论绪论一、继电保护的作用一、继电保护的作用二、继电保护的基本原理及其组成二、继电保护的基本原理及其组成三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求 四、继电保护的发展简史四、继电保护的发展简史五、继电保护工作的特点五、继电保护工作的特点2一、继电保护的作用一、继电保护的作用电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实电力系统是发电、输电、配电、用电组成的一个实时的联合系统。时的联合系统。电力生产的特点：电力生产的特点：电能无法大容量存储，电能的生电能无法大容量存储，电能的生产与消耗几乎是时刻保持平衡。产与消耗几乎是时刻保持平衡

2、。电力系统一次设备：电力系统一次设备：发电机、变压器、母线、输电发电机、变压器、母线、输电 线路、电动机、电抗器、电容器等组成线路、电动机、电抗器、电容器等组成 的电能传输设备（属于高压设备）。的电能传输设备（属于高压设备）。电力系统二次设备：电力系统二次设备：对一次设备的运行状态进行监对一次设备的运行状态进行监 视、测量、控制与保护的设备（视、测量、控制与保护的设备（从从TATA、 TVTV获得成正比的获得成正比的“小信号小信号”）。）。31 电力系统工作状态 正常工作状态：正常工作状态：电压、电流、频率、设备功率在允许范围内，此时能承受负荷波动和操作类扰动。0GiLiSPPP0GiLiSQ

3、QQ.maxkkSS.min.maxiiiUUU.maxijijIIminmaxfff功率平衡方程式功率平衡方程式：不等式约束：不等式约束：有功平衡有功平衡无功平衡无功平衡在最大容量范围内在最大容量范围内在最大工作电流范围内在最大工作电流范围内在允许工作电压范围内在允许工作电压范围内在允许工作频率范围内在允许工作频率范围内正常工作状态时以上等式和不等式都满足。正常工作状态时以上等式和不等式都满足。4不正常运行工作状态：不正常运行工作状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。件满足，部分不等约束条件不满足。

4、负荷潮流越限致使电流升高（过负荷）；负荷潮流越限致使电流升高（过负荷）； 发电机突然甩负荷引起发电机频率升高；发电机突然甩负荷引起发电机频率升高； 系统出现有功功率缺额引起的频率降低；系统出现有功功率缺额引起的频率降低； 单相接地引起的非接地相电压升高；单相接地引起的非接地相电压升高； 电力系统发生振荡；电力系统发生振荡；不正常运行状态产生的不正常运行状态产生的后果后果：电力设备的电流过大会：电力设备的电流过大会使设备载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝使设备载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，可能发展成短路故障。缘的老化和损坏，可能发展成短路故障。 5不正常运行状态的

5、对策：不正常运行状态的对策：一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出告一旦电力系统设备发生不正常运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。警信号、减负荷或跳闸。 6故障状态：故障状态：一次电气设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过一次电气设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因而发生电压、误操作、设计制造缺陷等原因而发生短路、断短路、断线线等故障。等故障。故障的原因：故障的原因：（1）自然因素的影响）自然因素的影响 大风的影响：风力过大，使空气绝缘间隙变小。大风的影响：风力过大，使空气绝缘间隙变小。 雨的影响：毛毛细雨将使脏污绝缘子闪络、放电。雨的影响：毛毛细

6、雨将使脏污绝缘子闪络、放电。 雷电影响雷电影响 大雾影响：大雾天气，空气湿度较大，绝缘子沿面闪络放电。大雾影响：大雾天气，空气湿度较大，绝缘子沿面闪络放电。 覆冰影响：线路上发生严重覆冰时，使导线发生断线事故。覆冰影响：线路上发生严重覆冰时，使导线发生断线事故。（2）人为、周围环境及外物的影响）人为、周围环境及外物的影响 78短路的危害：短路的危害：（1 1）短路电流大，燃弧，易使元件损坏；）短路电流大，燃弧，易使元件损坏；（2 2）电压降低，破坏电力用户正常的生产、生活；）电压降低，破坏电力用户正常的生产、生活；同时影响工厂产品的质量；同时影响工厂产品的质量；（3 3）破坏电力系统并列运行的

7、稳定性，引起系统）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至系统崩溃。振荡，甚至系统崩溃。9 各种类型的短路是最常见也是最危险的故障状态。各种类型的短路是最常见也是最危险的故障状态。 短路类型：短路类型：(3)(2)(1)(1,1),KKKK不对称性短路对称性短路(3)K(2)K(1)K(1,1)K 高压电网中，高压电网中，单相接地短路单相接地短路次数占总短路次次数占总短路次数的数的8585以上。以上。 有时，为了明确具体的故障相别，采用带下有时，为了明确具体的故障相别，采用带下标的符号：标的符号：(1)AK11故障的对策故障的对策：一旦故障发生，必须迅速而准确地切除故障设备，一旦故障发

8、生，必须迅速而准确地切除故障设备，保证电力系统的安全。切除故障的时间要求小到十分保证电力系统的安全。切除故障的时间要求小到十分之几甚至百分之几秒。之几甚至百分之几秒。 继电保护装置：继电保护装置：当某一设备发生故障时，当某一设备发生故障时，切除故障的时间通常要切除故障的时间通常要求小到几十到几百毫秒求小到几十到几百毫秒，这就，这就必须靠自动装置来完必须靠自动装置来完成切除故障的任务，实现这种功能的自动装置就是成切除故障的任务，实现这种功能的自动装置就是继电保护装置。继电保护装置。12继电器：继电器：继电器是各种继电保护装置的基本组成元件。继电器是各种继电保护装置的基本组成元件。当其输入量达到一

9、定值时，能使其输出的被当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如：触点的打控制量发生预计的状态变化，如：触点的打开和闭合。开和闭合。13对继电器的基本要求是对继电器的基本要求是工作可靠工作可靠（动作门（动作门槛值稳定，接点接触良好），其动作过程具有槛值稳定，接点接触良好），其动作过程具有良好的良好的“继电特性继电特性”。141rereopIKI1)“1)“继电特性继电特性”：继电器的动作是继电器的动作是明确的明确的，例如触点只能，例如触点只能处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可处于闭合和断开位置。无论起动和返回，继电器不可能停留在某一个中间位置。能停留在某一个

10、中间位置。 垂直跃变。垂直跃变。（克服机械阻力，一旦被克服了，就形成跃（克服机械阻力，一旦被克服了，就形成跃变，不会缓变）变，不会缓变）返回系数：返回系数：触点闭合触点闭合触点断开触点断开2.继电器的继电特性继电器的继电特性15 欠量型继电器欠量型继电器（反应于测量量的减小而动作）（反应于测量量的减小而动作） 过量型继电器过量型继电器（反应于测量量的增大而动作）（反应于测量量的增大而动作） 继电器的表示方法继电器的表示方法: :常开接点常开接点常闭接点常闭接点示意图示意图接点符号接点符号名称名称“常常”不带电状态不带电状态不是不是“正常状态正常状态”常开触点常开触点 当继电器输入量未达到整定当

11、继电器输入量未达到整定值时，断开的触点称为值时，断开的触点称为常开触点常开触点。常开触点，也称动合触点。常开触点，也称动合触点。常闭触点常闭触点 当继电器输入量未达到整定当继电器输入量未达到整定值时，闭合的触点称为值时，闭合的触点称为常闭触点常闭触点。常闭触点也称动断触点。常闭触点也称动断触点。17继电器型号含义：继电器型号含义：181、时间继电器、时间继电器 作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻作用是建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系。辑关系。 延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。延时动作。线圈通电后主触点经过一段延时后闭合。 瞬时返回。对正在动作

12、的继电器，一旦线圈所加电压消瞬时返回。对正在动作的继电器，一旦线圈所加电压消 失，则迅速返回原始状态。失，则迅速返回原始状态。几种常见的继电器几种常见的继电器1920212、电磁型电流继电器、电磁型电流继电器222、电磁型电流继电器、电磁型电流继电器线圈通过电流时，产生线圈通过电流时，产生电磁力，力矩表示为电磁力，力矩表示为22122reIMKK 当转矩大于反作用力当转矩大于反作用力矩和摩擦力矩时，常矩和摩擦力矩时，常闭触点闭合。闭触点闭合。232425动作电流调整方法：动作电流调整方法：1)改变线圈的连接方式改变线圈的连接方式 2)通过调整把手改变弹簧的通过调整把手改变弹簧的反作用力矩反作用

13、力矩 3）改变舌片初始位置）改变舌片初始位置263、信号继电器、信号继电器作用：保护装置动作的作用：保护装置动作的信号指示信号指示，接通声，接通声光信号回路。光信号回路。274、中间继电器、中间继电器特点：触点容量大，触点数量多，可直接接特点：触点容量大，触点数量多，可直接接通跳闸回路。可实现小延时。通跳闸回路。可实现小延时。2829302、电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 继电保护装置（继电保护装置（Relay protectionRelay protection）：能够反应电力系统中）：能够反应电力系统中电气元件发生的故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸电气元件发生的故障或

14、不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。或发出信号的一种自动装置。313、继电保护装置的基本任务、继电保护装置的基本任务 1)1)自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令，将故障元件自动、迅速、有选择地向断路器发出跳闸命令，将故障元件从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速地恢复正常运行。从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速地恢复正常运行。 即内部故障时发出跳闸命令。即内部故障时发出跳闸命令。2) 2) 反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（例如有无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信件（例如有无经

15、常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。号、减负荷或延时跳闸。 即不正常工作时发出报警信号。即不正常工作时发出报警信号。32二、继电保护的二、继电保护的基本原理及其组成基本原理及其组成 为完成继电保护的基本任务，为完成继电保护的基本任务，必须正确区分必须正确区分正常运正常运行、不正常运行和故障状态，行、不正常运行和故障状态，寻找这三种运行状态下寻找这三种运行状态下的可测参量（电气量和非电气量）的的可测参量（电气量和非电气量）的“差异差异”。 根据可测参量（电气量）的不同差异，可以构成不根据可测参量（电气量）的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。同原理的继电保护。 33

16、正常运行正常运行 线路流过负荷电流母线电压额定电压附近 感受阻抗（电压与电流比） 短路故障短路故障线路流过短路电流母线电压降低感受阻抗NN(5 10)%UUNmmmUUZZIIIdIdUmdmdmdUUZZIIIop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top134 另外，还可以利用不对称短路时，出现零序、另外，还可以利用不对称短路时，出现零序、负序分量，可构成序分量的保护。负序分量，可构成序分量的保护。归纳：归纳： 电流增大电流增大 过电流保护过电流保护 电压降低电压降低 低电压保护低电压保护 阻抗减小阻抗减小 阻抗（距离）保护阻抗（距离）保护 两侧电流大小和相

17、位的差别两侧电流大小和相位的差别 纵联差动保护（高频、微波、光纤）纵联差动保护（高频、微波、光纤） 不对称分量出现不对称分量出现 零序或负序分量保护零序或负序分量保护 非电气量：非电气量： 瓦斯保护、过热保护等瓦斯保护、过热保护等35继电保护装置的构成继电保护装置的构成测量部分：测量部分：测量有关物理参量测量有关物理参量, ,与整定值比较与整定值比较, ,给出给出 “ “是是”、 “ “非非”、“大于大于”、“不大于不大于”、“等于等于”、 “0”0”、“1”1” 性质的一组逻辑信号性质的一组逻辑信号, ,判断保护是否应该启动。判断保护是否应该启动。逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分输出信号的大

18、小、性质、先后根据测量部分输出信号的大小、性质、先后 顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类顺序等，使保护按一定的逻辑关系判定故障类 型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出 告警信号，并将有关指令传达给执行部分。告警信号，并将有关指令传达给执行部分。执行部分：执行部分：根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相根据逻辑部分的输出结果，发出跳闸脉冲及相 应动作信息，或发出告警信号。应动作信息，或发出告警信号。36 继电保护的工作回路示意图继电保护的工作回路示意图： 包括包括 TV 、 TA、二次电缆、保护装置、信号设、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电

19、源等。备、工作电源等。 断路器断路器 电流互感器电流互感器电流继电器电流继电器中间继电器中间继电器信号继电器信号继电器时间继电器时间继电器37继电保护的工作配合（预设责任范围，不能遗漏）继电保护的工作配合（预设责任范围，不能遗漏）每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除，并且保证停电范围最小。保护范围相互重叠，切除，并且保证停电范围最小。保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内。保证任意点的故障都置于保护区内。38 每一电气元件一般都有装设：主保护、主保护

20、、后备保护后备保护，必要时增加辅助保护辅助保护。Iop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top1主保护主保护：反应整个被保护对象的故障并以最短的时延有选择地切除故障的保护。继电保护的配备：继电保护的配备：39 后备保护后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。Iop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top1近后备近后备：主保护或断路器拒动时，由本保护对象的另一套保护实现后备。远后备远后备：主保护或断路器拒动时，由相邻元件或线路的保护实现后备。40辅助保护辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出

21、运行而增设的简单保护。 。例如：切除主保护死区内的故障保护，或在某些设备上加速主保护工作的保护。 41三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求1 1、选择性、选择性2 2、速动性、速动性3 3、灵敏性、灵敏性4 4、可靠性、可靠性简称为：简称为：继电保护继电保护“四性要求四性要求”421、选择性、选择性 保护装置动作时，保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除仅将故障元件从电力系统中切除，使，使停电范围尽可能小，并保证系统中非故障部分继续安全运行。停电范围尽可能小，并保证系统中非故障部分继续安全运行。近后备举例：近后备举例：K3点故障，保护点故障，保护6由于设计原理缺陷或装置损由于

22、设计原理缺陷或装置损坏拒动，可由安装在此处的另一种保护元件动作切除故障。坏拒动，可由安装在此处的另一种保护元件动作切除故障。432、速动性、速动性 要求要求继电保护装置继电保护装置要以尽可能短的时限将故障切除。要以尽可能短的时限将故障切除。 优点优点: : (1)(1)减少用电设备的损坏程度；减少用电设备的损坏程度； (2)(2)加快非故障部分的恢复供电；加快非故障部分的恢复供电； (3)(3)提高系统并列运行系统提高系统并列运行系统( (电网电网) )的稳定性的稳定性 。 必须快速切除的故障情况：必须快速切除的故障情况： 1 1） 发电厂或变电站母线故障；发电厂或变电站母线故障； 2 2）

23、大容量发电机、变压器和电动机内部故障；大容量发电机、变压器和电动机内部故障； 3 3） 电网并列运行的重要联络线发生的故障；电网并列运行的重要联络线发生的故障； 故障切除时间保护装置动作时间断路器动作时间故障切除时间保护装置动作时间断路器动作时间 0.060.060.12s(0.12s(电磁电磁)/ 0.06)/ 0.060.15s0.15s对于高电压等级对于高电压等级 0.010.010.04s(0.04s(微机微机)/ 0.02)/ 0.020.06s0.06s220kV220kV及以上系统，要求：动作时间及以上系统，要求：动作时间3030毫秒。毫秒。443 3、灵敏性、灵敏性 灵敏性指对

24、于其保护范围内发生故障或不正常运灵敏性指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。行状态的反应能力。 任意运行方式下，被保护设备范围内发生故障，任意运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论故障点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能不论故障点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能敏锐感觉、正确动作。敏锐感觉、正确动作。 灵敏性通常用灵敏性通常用灵敏系数灵敏系数或或灵敏度灵敏度来衡量。来衡量。45灵敏系数灵敏系数/ /灵敏度灵敏度常见不利运行方式和不利故障类型下通入装置的故常见不利运行方式和不利故障类型下通入装置的故障量和整定动作值之比。障量和整定动作值之比。反应数值上升的保护：反应数值上升

25、的保护：( (如过电流保护）如过电流保护）反应数值下降的保护反应数值下降的保护：（如低压保护）：（如低压保护）dmindz=lmIKI保护区内金属短路时故障参数的最小计算值保护动作值dzdmax=lmUKU保护动作值保护区内金属短路时故障参数的最大计算值464 4、可靠性、可靠性 指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应指保护装置在其规定的保护范围内发生故障，应能够可靠动作，不拒动；而在保护范围之外的故障，能够可靠动作，不拒动；而在保护范围之外的故障，应能够可靠的不动作，不误动。应能够可靠的不动作，不误动。 包括两个方面：包括两个方面： （1 1）不拒动，可信赖性）不拒动，可信赖性 （2 2

26、）不误动，安全性）不误动，安全性影响可靠性的因素：影响可靠性的因素：1 1）内在：）内在：装置本身的质量，包括元件好坏、结构装置本身的质量，包括元件好坏、结构 设计的合理性、制造工艺水平、接线回设计的合理性、制造工艺水平、接线回 路简明等。路简明等。2 2）外在：）外在：运行维护水平、调试是否正确、正确安运行维护水平、调试是否正确、正确安 装等。装等。47“四性四性”归纳：归纳：1 1、选择性、选择性让最靠近短路点的断路器跳闸。让最靠近短路点的断路器跳闸。2 2、速动性、速动性尽量快。尽量快。3 3、灵敏性、灵敏性有足够的故障反应能力。有足够的故障反应能力。4 4、可靠性、可靠性不误动、不拒动

27、。不误动、不拒动。评价继电保护性能的主要指标：评价继电保护性能的主要指标： 该指标除了不反映速动性之外，在很大程度上该指标除了不反映速动性之外，在很大程度上反映了可靠性、灵敏性、选择性。反映了可靠性、灵敏性、选择性。48四个特性之间的关系：四个特性之间的关系：选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面（选择性与速动性是一对矛盾体；灵敏性与可靠性是选择性与速动性是一对矛盾体；灵敏性与可靠性是一对矛盾体一对矛盾体），又要根据系统的实际运行情况、被保），又要根据系统的实际运行情况、被保护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到辨证的统一。中得到辨证的统一。必须保证可靠性和选择性，强调灵敏性，必须保证可靠性和选择性，强调灵敏性，力争速动性。力争速动性。49四、继电保护的发展简史四、继电保护的发展简史 1、硬件发展、硬件发展晶体管型晶体管型