第一章 电力系统继电保护绪论

1、 电力系统继电保护原理第一章 绪论第二章 电网的电流保护第三章 电网距离保护第四章 输电线路纵联保护第五章 自动重合闸第六章 电力变压器保护第七章 发电机保护第八章 母线的继电保护 第一章 绪 论1.1 电力系统的各种运行状态 1.2 继电保护的基本原理、构成和分类1.3 对电力系统继电保护的基本要求1.4 继电保护发展简史 1.1 电力系统的各种运行状态电力系统概况特点：（1）发供配用同时完成，电能不能大量存贮； （2）电磁过程快速； （3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。 电力系统概况设备分类：一次设备（电能通过的设备：G、T、B、L、C、M） 二次设备（对一次设备的运行状态进行监视

2、、 测量、 控制和保护的设备）特点：（1）电能不能大量存贮；（2）电磁过程快速； （3）与国民经济和人民的日常生活等密切相关。1.1.1 正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件 电力系统的运行条件一般可用3组方程式 描述，一组微分方程式用来描述系统元件及其 控制的动态规律，两组代数方程式则分别构成 电力系统正常运行的等式和不等式约束条件。1.1.1 正常工作状态 发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率00SLjGiSLjGiQQQPPP 负荷使用的有功功率和无功功率 电力系统中各种有功功率和无功功率损耗等式约束条件1.1.2 不正常工作状态及其危害所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束

3、条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。 1.1.2 不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害：过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流增大； 危害： 造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。频率降低由于系统中出现有功功率缺额而引起的； 危害： 1）影响产品质量；2）降到47Hz48Hz以下会引起频率崩溃；3）使电压下降可能引发电压崩溃。1.1.2 不正常工作状态及其危害 过电压发电机突然甩负荷而产生； 危害：造成绝缘击穿导致短路。系统振荡因系统受到扰动而失去功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行。1.1.3 故障状态

4、及其危害 最常见且最危险的是各种类型的短路 2002年220kV电网输电线路故障统计表故障类型故障类型三相短路三相短路两相短路两相短路两相接地短两相接地短路路单相接地短单相接地短路路 其他其他故障次数故障次数 17 17 28 28 91 91 1319 1319 32 32百分数百分数 1.14% 1.14% 1.88% 1.88% 6.12% 6.12% 88.7% 88.7% 2.16% 2.16% 短路的后果数值很大的短路电流（一般为额定电流的几倍到几十倍）通过短路点将燃起电弧，使故障设备烧坏甚至烧毁；短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热 和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设

5、备 缩短使用寿命；电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能 用户的正常工作遭到破坏或产生废品；破坏电力系统并列运行的稳定性，而使事故扩 大，甚至造成整个电力系统瓦解。 事 故 系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并造 成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步， 甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。 一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切 除故障设备。 运行人员运行人员 继电保护装置 2006年国外停电事故 国外03年发生的大停电事故特大停电事故是现代 社会的灾难美国发生的其它大停电事故预防特大停电事故是对现代科 学技术的挑战An Example : August 14, 2003

6、 Blackout in the United States and Canada 1.1.4 继电保护的概念及作用一、继电保护的概念 继电保护技术+ 继电保护装置 继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理 及实现、继电保护配置设计、继电保护运行 及维护等技术。1.1.4 继电保护的概念及作用一、继电保护的概念 继电保护技术+ 继电保护装置 继电保护装置 继电保护装置就是能反应电力系统中电 气元件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种自动装置。1.1.4 继电保护的概念及作用二、继电保护的作用自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭

7、到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。(故障)反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。（不正常运行）1.2 继电保护的基本原理构成和分类1.2.1 基本原理原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种保护原理，且差别越明显，保护性能越好。为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态，必须找出两种情况的区别 1.2.1 基本原理故障点与电源间电流I增加过电流保护母线电压U降低低电压保护电流电压间相位变化方向保护测量阻抗U/I降低阻抗保护流入电流和流出电流的关系电流差动保护负序、零序的序

8、分量序分量保护非电气量瓦斯保护，过热保护 1.2.2 继电保护装置的构成测量比较元件：测量从被保护对象输入的有关物理量并与给定的整定值比较，根据比较结果给出0、1逻辑信号，从而判断保护是否该动作逻辑判断元件：根据测量部分输出量，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应该跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行输出元件：根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务（故障时：跳闸；不正常运行时：发信号；正常运行时：不动作） 继电保护系统的构成以过电流保护为例 1.2.3 继电保护的工作回路基本原理.exe 1.2.4 继电保护的分类按被保护的对象分类 输电线路保护、发电

9、机保护、变压器保 护、发电机保护、母线保护等按保护原理分类 电流保护、电压保护、距离保护、差动保 护、方向保护、零序保护等 1.2.4 继电保护的分类按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路 保护、失步保护、失磁保护等按继电保护装置的实现技术分类 机电型保护（如电磁型保护和感应型保 护）、整流型保护、晶体管型保护、集成 电路型保护及微机型保护等 1.2.4 继电保护的分类按继电保护测量值与整定值的关系分类 过量保护（测量值整定值时动作） 欠量保护（测量值整定值时动作） 1.2.4 继电保护的分类按保护所起的作用分类 主保护、后备保护、辅助保护等主保护： 反映被保护元件本身

10、的故障，并以尽可能短的时限切除故障 的保护后备保护： 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护 近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元 件的另一套保护动作； 远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护辅助保护： 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运行而增设的简单保护1.2.5 电力系统继电保护的工作配合每一套保护都有预先规定的严格保护范围一般每个重要的电力元件配备两套保护：主保护和后备保护，当主保护拒动时由后备保护切除故障 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切除，且造成的停

11、电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好。1.2.5 电力系统继电保护的工作配合发电机保护区 变压器保护区 高压母线II保护区低压母线保护区 高压母线I保护区 高压母线保护区对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：可靠性、选择性、选择性、速动性、灵敏性，灵敏性，即保护的“四性”。 1.3 对继电保护的基本要求1.3.1 可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动， 即不发生错误动作（ 简称误动）。1.3.1 可靠性影响可靠性的因素内在的： 装置本身的质量，包括元件好

12、坏、结构设计的 合理性、制造工艺水平 内外接线简明 触点多少等外在的： 运行维护水平 调试是否正确 正确安装等1.3.1 可靠性提高可靠性的办法1.选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。2.提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。3.提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。4.采取保护装置多重化。1.3.2 选择性选择性是指电力系统发生故障保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。包含两层意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障，其二是要力争相邻

13、元件的保护装置对它起后备保护作用。 当d1点短路时，应由保护1、2动1.3.2 选择性1.3.2 选择性当d3点短路时：若保护7、8正确动作，保护5动，则越级跳闸（非选择性）若保护7、8拒动，保护5动（远后备），有选择性1.3.2 选择性小结： 选择性就是故障点在区内就动作，区外就 不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后 备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护 比较完善（对保护装置、DL、二次回路和直流 电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用） 且实现简单、经济，应优先采用。1.3.3 速动性速动性是指：作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速，尽可能快的切除故障其主要原因如下： 可以提高系统

14、稳定性； 减少用户在大短路电流、低电压下工作的时间； 减少故障元件的损坏程度； 避免故障进一步扩大。1.3.3 速动性故障切除时间： t t = t tprpr + + t tQFQF tpr-保护动作时间 tQF-断路器动作时间快速保护： tpr = 0.06 0.12s 最快 tpr = 0.01 0.04s 断路器： t QF = 0.06 0.15 最快 t QF = 0.02 0.06s1.3.4 灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，

15、并表示为Ksen。 1.3.4 灵敏性 对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）其中故障参数的最小、最大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。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）1.3.4 灵敏性 在GB14285-1993继电保护和安全自动 装置技术规程中，对各类保护的灵敏系数 的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系 数在1.22之间。 上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。例如强调快速性时，有时会影响可靠性、选择性和灵敏性，强调选择性时又会影响快速性和灵敏性。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。 继电保护的发展简史继电保护原理随电力系统的发展而不断发展。继电保护装置随着构成继电器的元器件制造技术发展而变化。构成继电保护原理的两个基本要求： 1.正确区分正常运行和事故运行态； 2.正确判断故障地点或发生不正常运行的设备; 本章学习重点继电