继电保护12课件

电力系统继电保护1绪论Introduction1.1电力系统的正常、不正常工作状态和故障状态

PowerSystemNormal,AbnormalandFaultCondition1.1.1正常工作状态StateofNormalOperatingCondition处于正常工作状态的电力系统满足两组方程式：1)等式约束条件：2)不等式约束条件:1.1.2常见的不正常工作状态及其危害

FrequentlyOccurredAbnormalOperatingConditionsandTheirThreatstothePowerSystem一、常见不正常状态过负荷过电压、低电压频率过高或过低振荡二、危害影响电力设备及用电设备的寿命；不利于系统的经济运行；危及到系统的安全运行；影响用电设备的正常工作及产品的质量和数量。1.1.3故障状态及其危害

StateofFaultandItsThreats一、短路类型单相接地短路、两相接地短路、两相短路、三相短路二、故障原因1自然原因2人为原因三短路的危害

1)故障元件损坏。

2)非故障元件损坏或使用寿命缩短。

3)使电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品。

4)破坏电力系统的各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解。一台起重机碰到架空线后引发的短路事故图（1）一台起重机碰到架空线后引发的短路事故图（2）一台起重机碰到架空线后引发的短路事故图（3）1.1.4继电保护作用

FunctionsofRelayProtection继电保护装置(RelayProtection)电力系统继电保护的基本任务:1.针对故障状态,保护装置应能快速动作于断路器跳闸。2.针对不正常状态,保护装置应能动作于发出信号或延时跳闸。（保护柜实物图）NAS9210系列综合保护装置图南瑞RCS-900线路保护图JMB1型母线保护装置图1.2继电保护的基本原理及其组成

BasicPrinciplesandElementsofRelayProtection1.2.1继电保护的基本原理BasicPrinciplesofRelayProtection

利用电力元件在不同运行状态下其电气量或非电气量的某些差异，来实现对元件所处状态的识别。一、利用元件单侧电气量的差异二、利用对称分量是否出现的差异三、利用元件两侧电流相量（相位、功率方向）的差异

利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。

利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。

利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护。四、反应非电量特征构成瓦斯保护、过热保护1.2.2保护装置的构成

Elementsofrelayprotection1.2.3继电保护的工作回路

WorkingCircuitofRelayProtection1.2.4电力系统继电保护的工作配合Co-ordinationofRelayProtection1.3对继电保护的基本要求

BasicRequirementsforRelayProtection

继电保护四个基本要求：可靠性，选择性，速动性和灵敏性。一、可靠性（Reliability）安全性信赖性可靠性对于联系紧密的电网，更强调信赖性对于母线保护，更强调安全性ABCD

二、选择性（SelectivityofProtection）一只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障;二要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。

三、速动性（Speed)尽可能快地切除故障一些必须快速切除的故障:1.使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值；2.大容量的发电机、变压器和电动机内部发生的故障；3.中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障；4.可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号系统有强烈干扰的故障；四、灵敏性（Sensitivity）灵敏性:是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。灵敏性通常用灵敏系数来衡量1.4继电保护发展简史

BriefHistoryoftheDevelopmentofRelayProtection保护原理发展过程：

过电流保护（1901）电流差动保护（1908）方向性电流保护（1910）距离保护（1920）高频保护（1927）微波保护（1950）行波保护、光纤保护（20世纪70年代）工频突变量原理保护（20世纪90年代）构成保护装置的元件发展：机电型（20世纪50年代）电子型（20世纪60年代末）微机型（20世纪70年代后半期）2电网的电流保护OvercurrentProtection2.1单侧电源网络相间短路的电流保护

OvercurrentProtectionforPhaseFaultsinSingleSourceNetwork一、继电器(ProtectionRelay）1．继电器的功能和分类1）功能：能对被控电路实现自动“通”、“断”的控制作用。如电磁型电流继电器（KA）2)分类：按动作原理分反应的物理量分电磁型感应型整流型电子型数字型电流继电器电压继电器功率方向继电器阻抗继电器周波继电器瓦斯（气体）继电器在保护回路中的作用分启动继电器量度继电器时间继电器中间继电器信号继电器出口继电器使继电器刚好动作的最小电流值2.过电流继电器原理框图动作条件：动作电流：返回电流：使继电器触点刚好返回原位置的最大电流值返回条件：动画

Kre：返回系数0.85~0.953．继电器的继电特性4低电压继电器能使继电器动作的最高电压。动作条件：能使继电器返回动作前状态的最低电压。返回条件：(常闭触点)电流继电器DL-21C电压继电器DY-28C二、单侧电源网络相间短路时电流量值特征

CharacteristicsofShortCircuitCurrentforPhaseFaultsinSingleSourceNetwork三相短路电流计算1ABC2A两相短路电流计算A1ABC2三相短路时：两相短路时：通式：对于具有均匀参数输电线路，若忽略影响较小的线路分布电容时，当短路点距离保护安装处越远，越大，越大，短路电流值越小短路电流的大小主要与三者的大小有关

固定时，当时，流过保护安装处的短路电流最大，对应的系统运行方式为系统最大运行方式固定，当流过保护安装处的短路电流最小，对应的系统运行方式系统最小运行方式固定不变时，流过保护安装处的短路电流只与Zk有关，即短路点到保护安装处的距离的大小有关。据此，可作出曲线。最大短路电流曲线最小短路电流曲线负荷电流曲线短路电流计算最大短路电流最小短路电流短路电流计算公式

相间短路时被保护元件中流过的短路电流与以下因素有关：1、其大小取决于电网正常运行状态的变化,变化范围在额定范围内,分析问题时,对它的变化可以忽略不计2、其大小与系统运行方式有关3、其大小与短路类型有关4、其大小与短路点位置有关电网的电流保护电流速断保护（电流Ⅰ段保护）限时电流速断保护（电流Ⅱ段保护）定时限过电流保护（电流Ⅲ段保护）主保护后备保护三、电流速断保护(电流Ⅰ段)

InstantaneousovercurrentprotectionLⅠk最大短路电流曲线1工作原理：反应于电流幅值增加而瞬时动作的保护2整定计算

1）动作电流的整定最小短路电流曲线最大短路电流曲线1ABC2）保护范围的校验1ABC最大短路电流曲线最小短路电流曲线2）保护范围的校验：3）动作时间的整定：3 电流速断保护的构成优点:

简单可靠，动作迅速。4.电流速断保护的主要优、缺点缺点:

不能保护线路的全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响。其保护范围的大小与线路长短有关在个别情况下，电流速断保护也可以保护线路全长1ABC例:图示网络中具体参数如下所示，计算当AB长度分别为80km和20km时保护1电流速断保护的定值，并校验灵敏度。解：线路长80km时整定值的计算灵敏度校验满足要求线路长20km时整定值的计算灵敏度校验没有保护范围2.1.4限时电流速断保护（电流Ⅱ段）限时电流速断保护：能以较短的时限快速切除全线路范围以内的故障的保护。限时电流速断保护的要求：

保护本线路全长，有足够灵敏度；力求具有最小的动作时限；下级线路短路时，保证下级线路的主保护优先动作，满足选择性，别管别人的辖区。2.1.4限时电流速断保护（电流Ⅱ段）工作原理为了保护线路全长——保护范围必须延伸到下一条线路中，当下一条线路出口处发生短路时，保护启动；为了保证动作的选择性——动作必须带一定时限；为了尽量缩短时限——其保护范围不超出下一条线路速断保护的范围。最大短路电流曲线2.1.4限时电流速断保护（电流Ⅱ段）

Timedelayinstantaneousovercurrentprotection1工作原理?=答案:实际中不可行满足：引入可靠系数来满足上面的不等式其中2整定原则1）动作电流的整定：躲过下一条线路电流速断保护的整定值来整定2）灵敏度校验当灵敏系数不满足要求时，该如何处理？为了能保护本线路全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，有足够的反应能力。动作电流动作时间3）动作时间的整定：Δt考虑很多因素：断路器的跳闸时间和灭弧时间；时间继电器动作时间的误差；故障切除后，电流继电器可能由于惯性，不能立即返回即延时返回的惯性时间；考虑一定裕度。继电器保护中通常为0.5秒，微机保护中可以为0.3秒。

3限时电流速断保护的构成4小结限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性与第Ⅰ段共同构成被保护线路的主保护，兼作第Ⅰ段的后备保护。定时限过电流保护（电流Ⅲ段）指其启动电流按躲过线路最大负荷电流来整定的一种保护。保护的作用作为本线路主保护的近后备以及相邻下一线路保护的远后备过电流保护分为：定时限过电流：动作时间是固定的；反时限过电流保护：保护动作时间不固定，电流越大，动作越快。整定原则按躲过本线路最大负荷电流来整定同时保证在外部故障切除后，保护装置能够返回。2.1.5定时限过电流保护（电流Ⅲ段）1工作原理和动作电流计算动作电流的选择正常情况下各线路上的过电流保护绝对不动作在负荷自启动电流作用下，保护装置能够可靠返回最大自启动电流返回电流一次侧值Kss为自启动系数Kre为返回系数Lt定时限过电流保护的时限特性t=f(l)曲线2过电流保护动作时限63灵敏度校验对于保护4，其灵敏系数：近后备:远后备:2.1.6阶段式电流保护的配合及应用单相三段式电流保护的构成阶段式电流保护的优、缺点优点：简单，可靠，在35kV及以下的较低电压的网络中获得广泛的应用。缺点：直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响。跳闸2.1.8电流保护的接线方式三个电流互感器接成星形三个电流继电器接成星形

三相星形接线方式

两相星形接线方式跳闸对于星形接线来说，其接线系数Kcon=1两种接线方式在各种故障时的性能比较中性点直接接地电网和非直接接地电网中的各种相间短路相同点：两种接线方式均能正确反应这些故障不同点：动作的继电器数不一样2中性点非直接接地电网中的两点接地短路ABCABC1）串联线路PDABCABCABCPD2）并联线路3Y,d接线变压器一侧两相短路流过另一侧保护中电流的分析当过电流保护接于降压变压器的高压侧以作为低压侧线路故障的后备保护时:4两种接线方式的应用广泛用于发电机，变压器等大型贵重电气设备的保护中。(2)也可以用在中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路保护。三相星形接线两相星形接线广泛用于中性点非直接接地系统中5三段式电流保护的接线图请根据三段式电流保护原理接线图画出

其展开图。网络中每条线路的断路器上均装有三段式电流保护，电源最大最小等效阻抗为另外，对保护1的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定计算。作业2.1如图所示网络，AB、BC、BD线路上均装设了三段式电流保护，变压器装设了差动保护。已知Ⅰ段可靠系数取1.25，Ⅱ段可靠系数取1.15，Ⅲ段可靠系数取1.15，自起动系数取1.5,返回系数取0.85，AB线路最大工作电流200A，时限级差取0.5s，系统等值阻抗最大值为18Ω,最小值为13Ω，其它参数如图示，各阻抗值均为归算至115kV的有名值，求AB线路限时电流速断保护及定时限过电流的动作电流、灵敏度和动作时间。2.2双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.2.1问题的提出LⅠk结论：k1点相间短路时，电流保护1、5的Ⅰ段会误动；

k2点相间短路时，电流保护6的Ⅰ段可能误动ⅠⅡ当k点短路时保护1先于6动作而误动保护5先于2动作而误动保护范围扩大，保护的动作失去选择性分析一下可能误动的保护具有的共同特征方向性电流保护=电流保护+方向元件利用了电流幅值的差异利用了功率方向的差异

规定正方向为母线指向线路，可能误动的保护上流过的电流(功率)方向均与正方向相反2.2.2方向性电流保护的基本原理两组保护之间不需要有配合关系单相方向过电流保护的构成2.2.3功率方向判别元件1功率方向元件的工作原理规定：流过保护的电流正方向为母线指向线路当k1点短路时：当k2点短路时：通过判别短路功率值的正负就可判别故障的方向

功率方向元件(继电器)：判别功率方向或测定电流、电压之间的相位角的元件（继电器）。LG-11、12型功率方向继电器对功率方向元件的基本要求：（1）应具有明确的方向性；（2）正方向故障时有足够的灵敏度。2功率方向元件（继电器）的动作特性当k1点短路时：当k2点短路时：

最大灵敏角：当输入功率方向继电器的电压和电流幅值不变时，其输出与二者间的相位差有关。使其输出最大时对应的二者间的相位差。作出此时的相量图或作出此时的相量图定义内角为：或动作方程为：则动作范围为：

用图表示出其动作区最灵敏线动作方程的功率形式：A相方向元件：3功率方向判别元件的构成框图2.2.4相间短路功率方向判别元件的接线方式对功率方向判别元件接线方式提出如下要求:三相对称，

时，加入继电器的电流超前电压

1）正方向的任何故障都能动作，反方向故障则不动作2）Ur、Ir尽可能地大，尽可能在保护正方向短路时方向元件的工作状态最灵敏作业2.2根据所给原理接线图，画出其展开图。1正方向发生三相短路使方向元件输出最灵敏：2正方向发生两相短路此时可以有两种极端情况：

1）短路点位于保护安装处附近2）短路点远离保护安装处2.2.5方向性电流保护的应用特点1电流速断保护可以取消方向元件的情况LⅠkⅠⅡ2限时电流速断保护整定时分支电路的影响LⅠk1）助增电流的影响（3）2）外汲电流的影响LⅠk（3）3过电流保护装设方向元件的一般方法为保证选择性，在过电流保护1上加装方向元件为保证选择性，在过电流保护5上加装方向元件2.3中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.3.1接地短路时零序电压、电流和功率的特点1零序电压2零序电流3零序功率及电压、电流相位关系4变压器中性点接地的考虑1）在多电源系统中，每个发电厂至少有一台变压器的中性点接地。ABC2）发电厂和低压侧有电源的变电所的变压器

多于一台时，应将部分变压器的中性点接地3）低压侧无电源的变压器中性点应不接地运行2.3.2零序电压、电流滤过器1零序电压滤过器一次绕组二次绕组jszw3-610kv三相五柱电压互感器实物图）2零序电流过滤器TA等效电路:KLH型（开合式）零序电流互感器实物图）2.3.3零序电流Ⅰ段（速断）保护灵敏I段整定原则：躲开下一条线路出口处接地短路的最大零序电流。躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流。两者选大值。电流定值小，保护范围大。主要任务是对全相运行状态下的接地故障起保护作用。单相重合闸启动时，闭锁，防止误动作。不灵敏I段整定原则：单相重合闸时，按躲开非全相运行状态下，发生系统振荡时，所出现的最大零序电流整定。2.3.3零序电流Ⅰ段（速断）保护L3Ⅰ0最大零序电流曲线1）2）3）按躲开非全相运行又发生振荡产生的最大零序电流整定1）、2）中大者为灵敏Ⅰ段按3）整定为不灵敏Ⅰ段1动作电流的整定

关于在最大运行方式下，产生最大零序电流的短路类型的选择：关于3I0.unb的计算1）先合一相的最严重情况下2）先合两相的最严重情况下E为断点两侧系统的等效电势；、为电网总的正序和零序阻抗取二者中大者2动作时间3灵敏度校验2.3.4零序电流Ⅱ段保护1动作电流的整定整定原则（与限时电流速断类似）启动电流与下一条线路零序电流速断定值配合，时限多一个△t。当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，使零序电流的分布发生变化。零序电流的分支系数（助增电源不是发电机，而是变压器的中性点。）2动作时限的整定当灵敏系数不满足要求时，需：3灵敏度校验①设两个灵敏度不同的零序Ⅱ段保留0.5秒的零序II段，（快速切除正常运行方式和最大运行方式的接地故障）增加一个与下级线路零序II段配合的保护，保证在各种运行方式下，都有足够的灵敏度。②

采用接地距离保护2.3.5零序电流Ⅲ段保护动作电流的整定取1）、2）中大者作为最终的定值按躲开下级线路出口处相间短路时出现的最大不平衡电流

与下级线路零序III段配合

当两个保护间有分支电路时，对于第2种情况的计算则应考虑分支系数：D近后备:远后备:对于保护2，其灵敏系数：2灵敏度校验远后备:对于保护2当两个保护间有分支电路时，对于远后备的校验：3动作时限的整定无需和保护123配合保护4可以瞬时动作保护5多一个阶梯保护6再多一个阶梯Y/d变压器低压侧任何故障都不能在高压侧引起零序电流ABC2.3.6方向性零序电流保护1方向性零序电流保护原理与相间短路的方向保护一样，如果不加方向元件，就会产生反方向的误动作。

零序方向元件没有电压死区由于越靠近故障点的零序电压越高，所以，没有电压死区。离故障点越远，零序电压低，零序电流小，必须校验灵敏系数。2零序功率方向元件ABC2.3.7对零序电流保护的评价（1）零序过电流保护的灵敏度较相间保护高，

动作时限较相间保护短。

（2）零序Ⅰ段、零序Ⅱ段保护受系统运行方式变化的影响小。（3）零序保护则不受系统振荡等不正常运行状

态的影响。（4）方向性零序保护没有电压死区，较距离保护实现简单、可靠。优点：2）输电网络在使用单相重合闸时要退出运行不足：1）当系统运行方式、接地点变化很大时，不能

满足保护要求3）有自耦变存在的电网将使零序保护的整定配合变得复杂2.4中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护2.4.1中性点不接地电网单相接地故障的特点单相接地短路前后的电路分析假定电网负荷为零，忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。短路前:（正常运行时）中性点对地电压为零三相电压对称三相电容电流也对称无零序电压和零序电流。A相接地短路后：A相对地电压为0，等效电容被短接。但B、C两相的电压不为0，依旧可以发出电容电流，流入大地。因为两相电流之和不为0，顺着A相短路点流回线路，经过A相电源与BC两相容性电流形成回路。短路后B、C相的对地电压升高1.732倍。三相电压之和不为零，出现零序电压。容性电流：因为单相接地短路后B相对地电压变大了1.732倍，所以，电容电流也变大了1.732倍。故障处A相接地点流过的电流为全系统非故障相电容电流之和，是正常运行时单相流过电流的3倍。2.4中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护2.4.1中性点不接地电网单相接地故障的特点简单网络中性点对地电压不再为零：其有效值为：线路Ⅰ线路Ⅱ复杂网络各元件B相和C相对地电容电流通过大地、故障点、电源和本元件构成回路。单相接地故障特点全系统都出现零序电压、且零序电压全系统相等，非故障相电压升高。非故障元件零序电流：大小等于本身的对地电容电流，方向为母线指向线路零序等效网络的构成与大接地电流系统不同4故障元件零序电流：大小等于全系统非故障元件对地电容电流的和，方向为线路指向母线线路Ⅰ线路Ⅱ2.4.2中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点1单相接地的稳态