华北电力大学2011届电力系统继电保护完整课件

1、电力系统继电保护原理主讲教师：刘青电自教研室第一章. 绪 论1.11.1 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用相关知识复习发电变电输电用电一次设备：包括发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、电动机等。 二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。 根据电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状况，电力系统的运行状态分为正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件 等式约束条件：等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件 等式约束

2、条件等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件 等式约束条件等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ正常工作状态 电力系统正常运行的约束条件电力系统正常运行的约束条件 不等式约束条件不等式约束条件：max.kkSSmax.min.iiiUUUmaxminfffmax.ijijII不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害：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过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成 的电流增大；的电流增大；危害危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料造成载流导体的熔断

3、或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障。的老化和损坏从而导致故障。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害：常见的不正常状态及其危害：频率降低：系统中出现有功功率缺额而引起；频率降低：系统中出现有功功率缺额而引起；危害：危害：1）影响产品质量；）影响产品质量； 2）降到）降到4748HZ以下会引起频率崩溃；以下会引起频率崩溃； 3）使电压下降可能引发电压崩溃。）使电压下降可能引发电压崩溃。 所有的等式

4、约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。不正常工作状态及其危害常见的不正常状态及其危害：常见的不正常状态及其危害：过电压：发电机突然甩负荷而产生；过电压：发电机突然甩负荷而产生；危害：危害：造成绝缘击穿导致短路。造成绝缘击穿导致短路。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。不正常工作状态及其危害常见的不正常状态

5、及其危害：常见的不正常状态及其危害：系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，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。严重影响系统的正常运行。 所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常不正常运行状态。运行状态。故障状态及其危害常见的十种短路类型常见的十种短路类型纵向不对称故障（断线）纵向不对称故障（断线）最常见且最危险的故障是各种类型的短路最常见且最危险的故障是各种类型的短

6、路 复杂故障复杂故障：在电力系：在电力系统的不同地点（两处统的不同地点（两处或两处以上）同时发或两处以上）同时发生不对称故障的情况生不对称故障的情况 短路的后果 数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备损坏；使故障设备损坏； 短路电流通过故障设备和非故障设备时，产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生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命；或使设备缩短使用寿命； 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；电能用户的正

7、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，引起系统破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至造成整个电力系统瓦解。振荡，甚至造成整个电力系统瓦解。事 故变压器着火变压器着火 故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。一旦故障发生，要一旦故障发生，要求在十分之几甚至求在十分之几甚至百分之几秒内切除百分之几秒内切除故障设备。故障设备。运行人员运行人员继电保护装置继电保护装置An Example:August 14, 2003 Blackout in the United States and CanadaAn Exam

8、ple:August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada2008年初中国南方雪灾对电力系统的影响 中国南方最低温度是零下五摄氏度，由于湿度比较大，当气温在零摄氏度和零下五摄氏度之间时，非常适宜上冻，在一定风的作用下冰的厚度还不断地增加。像这样的双回线铁塔，它的重量大概是6吨，但是在结了冰后，重量大概达到50吨，是原来的6倍，因此压垮了铁塔，导致输变电线路断电。 灾灾 害害 原原 因因 继电保护的概念和基本任务 继电保护技术继电保护技术包括电力系统故障分析、继电保护原理及设计、配置整定、运行维护及调试等技术。一、继电保护的概念一、继

9、电保护的概念 继电保护的概念及作用 继电保护装置继电保护装置 能反应电力系统中电气设备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。 一、继电保护的概念一、继电保护的概念二、继电保护的基本任务 自动、迅速、有选择性的将故障元件自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证无故障部分迅速继续遭到破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。恢复正常运行。 反应电气元件的不正常运行状态，并反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。号或跳闸。基本原则：基

10、本原则：找出正常运行与故障时系统中电气量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或非电气量的变化特征1.2.1 继电保护的基本原理1.2.1 继电保护的基本原理 20argIU正常运行时：正常运行时： 线路正方向线路正方向三相短路：三相短路：8560argIUIUZ 1.2.1 继电保护的基本原理正常运行时：负荷阻抗正常运行时：负荷阻抗 短路时：短路阻抗短路时：短路阻抗测量阻抗变小I = 01.2.1 继电保护的基本原理正常运行时：流入电流流出电流正常运行时：流入电流流出电流 内部故障时：流入电流内部故障时：流入电流流出电流流出电流I = Id1.2.1 继电保护的基本原理正常运行

11、时：只有正序分量正常运行时：只有正序分量 发生故障时：有负序、零序分量出现发生故障时：有负序、零序分量出现相间短路时有相间短路时有负序负序分量出现分量出现 接地短路时有接地短路时有零序零序分量出现分量出现 继电保护系统的构成继电保护系统的构成1.2.2 继电保护装置的构成输出输出信号信号测量测量部分部分逻辑逻辑部分部分执行执行部分部分输入输入信号信号整定值测量从被保护对象输入的有关电气量（如电测量从被保护对象输入的有关电气量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与给定流、电压、阻抗、功率方向等），并与给定的整定值进行比较，判断保护是否应该启动。的整定值进行比较，判断保护是否应该启动。 根据测量

12、部分输出的逻辑信号，使保护装置根据测量部分输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行部分令传给执行部分。根据逻辑部分输出的信号，完成保护装置的根据逻辑部分输出的信号，完成保护装置的任务。如故障时动作于跳闸，不正常运行时任务。如故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，正常运行时不动作。发出信号，正常运行时不动作。 1.2.3 继电保护的分类 按被保护的对象分类：按被保护的对象分类： 输电线路保护、输电线路保护、 发电机保护、发电机保护、 变压器保护、变

13、压器保护、 母线保护、母线保护、 电动机保护等。电动机保护等。 1.2.3 继电保护的分类 按保护原理分类：按保护原理分类： 电流保护、电流保护、 电压保护、电压保护、 距离保护、距离保护、 差动保护、差动保护、 方向保护、方向保护、 零序保护等。零序保护等。 1.2.3 继电保护的分类 按保护所反应故障类型分类：按保护所反应故障类型分类： 相间短路保护、相间短路保护、 接地短路保护、接地短路保护、 匝间短路保护、匝间短路保护、 断线保护、断线保护、 失步保护、失步保护、 失磁保护及过励磁保护等。失磁保护及过励磁保护等。1.2.3 继电保护的分类 按继电保护装置的实现技术分类：按继电保护装置的

14、实现技术分类： 机电型保护、机电型保护、 整流型保护、整流型保护、 晶体管型保护、晶体管型保护、 集成电路型保护、集成电路型保护、 微机型保护。微机型保护。1.2.3 继电保护的分类 继电保护测量值与整定值的关系分类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）过量保护（测量值整定值） 欠量保护（测量值整定值）欠量保护（测量值整定值）主保护主保护反映被保护元件本身的故障，并以尽反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护；可能短的时限切除故障的保护；1.2.3 继电保护的分类 按保护所起的作用分类：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、后备保

15、护、辅助保护等。1.2.3 继电保护的分类 按保护所起的作用分类：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、后备保护、辅助保护等。后备保护后备保护主保护或断路器拒动时用来切除故主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为障的保护。又分为近后备保护近后备保护和和远远后备保护。后备保护。 1.2.3 继电保护的分类 按保护所起的作用分类：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、后备保护、辅助保护等。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；动时，由本元件的另一套保护动作；1

16、.2.3 继电保护的分类 按保护所起的作用分类：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、后备保护、辅助保护等。远后备保护：远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电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力设备或线路的保护来实现的后备保护。护。 辅助保护：辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当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主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。简单保护。 1.2.3 继电保护的分类 按保护所起的作用分类：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、后备保护、辅助保护等。动

17、作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例例： 当当k1点短路时，保护点短路时，保护1、2动动跳跳1QF、2QF 有选择性有选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 例例： 当当k2点短路时，保护点短路时，保护5、6动动跳跳5QF、6QF 有选择性有选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电

18、范围。 例例： 当当k3点短路时，保护点短路时，保护7、8动动跳跳7QF、8QF 有选择性有选择性选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。运行，以尽量缩小停电范围。 例例： 当当k3点短路时，若保护点短路时，若保护7拒动或拒动或7QF拒动，拒动，保护保护5动（远后备）动（远后备）跳跳5QF 有选择性有选择性 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常仅将故障元件切除

19、，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。运行，以尽量缩小停电范围。 例例： 当当k3点短路时，若保护点短路时，若保护7正确动作和正确动作和7DL跳跳闸，保护闸，保护5动动跳跳5DL，则越级跳闸，则越级跳闸（非选择性非选择性） 停电停电小结：小结：每个设备和线路等元件都有独立的每个设备和线路等元件都有独立的主保护和后备保护，当本元件的主保护主保护和后备保护，当本元件的主保护拒绝动作时，由其近后备或远后备动作拒绝动作时，由其近后备或远后备动作跳闸以切除故障，使停电范围最小。跳闸以切除故障，使停电范围最小。选择性 速动性 速动性是指速动性是指尽可能快地切除故障。尽可能快地切除故障。其主要原

20、因如下：其主要原因如下： 提高系统暂态稳定性；提高系统暂态稳定性； 减少用户在低电压下减少用户在低电压下运行运行的时间；的时间； 降低设备的损坏程度；降低设备的损坏程度； 避免故障进一步扩大。避免故障进一步扩大。 速动性 QFPRttt故障切除时间故障切除时间：一般为一般为0.020.020.04s0.04s，最快，最快0.010.010.02s0.02s。一般为一般为0.060.060.15s0.15s，最快，最快0.020.020.04s0.04s。PRt保护动作时间；断路器动作时间；QFt灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内，灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。对故障情况

21、的反应能力。满足灵敏性要满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短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。敏地正确地反应出来。 灵敏性 灵敏性用灵敏性用灵敏系数灵敏系数K Ksensen来衡量来衡量 对反应于数值上升而动作的过量保护（如过电流保护） setksenIIKmin.保护的动作参数故障参数的最小计算值保护区内金属性短路时灵敏性 灵敏性用灵敏性用灵敏系数灵敏系数K Ksensen来衡量来衡量 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护） max. ksetsenUUK故障参数的最大计算值保护区内金属性短路时保护的动作参数可靠性 可靠性是指在保护装置规定的保护可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了应该动作的故障时，应可范围内发生了应该动作的故障时，应可靠动作，即不发生拒动