继电保护复习题课件

电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果电力系统的故障：三相短路K(3)、两相短路K(2)、单相短路接地K(1)、两相短路接地K(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。发生故障可能引起的后果1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；

2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；

3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。对继电保护的基本要求四性：1、选择性；2、速动性；3、灵敏性；4、可靠性对四性的评价：以上四条基本要求，选择性是关键，灵敏性必须足够高，速动性达到要求即可，最重要的是必须满足可靠性的要求。

选择性：保护装置动作时仅将故障对象从电力系统中切除，使停电范围限制在最小的范围内。当K3点发生短路故障时，应由故障线路WL1上的保护P7和P5动作，将故障线路WL1切除，这时变电所B则仍可由非故障线路WL2继续供电。当K4点发生短路故障时，应由线路的保护P4动作，使断路器4QF跳闸，将故障线路WL4切除，这时只有WL4停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。chaper01绪论1图1-1单侧电源网络中有选择性动作

主保护和后备保护1）主保护：是指装设在本元件断路器处并瞬时动作的保护。我们一般都希望故障能够被主保护动作切除。据我国某系统统计最近十年中220KV线路的主保护动作次数占全部保护动作次数的83.7%，154KV线路主保护动作次数占76.3%。2）后备保护：后备保护可分为近后备和远后备两种。

①近后备：装设在本元件断路器处，动作时限比主保护长。当本元件主保护拒动时，才由近后备保护动作来切除故障。

②远后备：装设在相邻上一元件断路器处，动作时限比近后备保护时限还要长。当本元件的保护或开关拒动时，利用相邻元件的远后备保护切除故障。

3）辅助保护：起辅助作用的保护。如为消附除方向继电器的电压死区或为加速切除靠近母线附近的线路故障而加装的电流速断保护。速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.06s～0.12s，最快的可达0.02s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～0.15s，最快的可达0.02s～0.06s。

二、速动性三、灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。2四、可靠性

可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。

以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。电力系统故障后工频电气量变化主要特征1、电流增大。故障元件上电流增大到大大超过额定负荷电流2、电压降低。系统各节点电压均下降，短路点电压最低可降至零。3、电压与电流之间的相位角发生改变。4、测量阻抗发生变化。5、出现负序和零序分量。6、电气元件流入和流出的电流关系发生变化。元件内部故障，其流入电流不等于流出电流。继电保护的工作原理、构成及分类一、继电保护的工作原理根据电力系统发生故障或不正常运行状态前后电气量变化特征为基础构成继电保护装置根据短路故障电流增大：过电流保护、电力速断保护；根据短路故障时电压降低：低电压保护、电压速断保护；根基短路故障时电流电压之间相角变化：功率方向保护；根据电压电流比值变化：差动保护根据不对称短路故障出现的相序分量:序分量保护（灵敏）3习题1-6：答：(1)当K1点短路时，根据选择性要求保护P6动作应跳开6QF，如果6QF拒动，由近后备保护P3，P5动作跳开3QF，5QF，或由远后备保护P2，P4动作跳开2QF,4QF.(2)当K2点短路时，根据选择性要求保护P2，P3动作应跳开2QF，3QF.如果3QF拒动，保护1动作跳开1QF,则保护P1为无选择动作，此时应由保护P5或保护平、P4动作跳开5QF或4QF.如果是2QF拒动，则保护P1动作跳开1QF具有选择性。4电流互感器(TA)的测量误差ａ图２－１电流互感器的等值电路及相量图chaper02互感器及变换器56额定容量789电磁式和电容式电压互感器的接线

（1）单相电压互感器：测量任意两相之间的线电压（2）两只单相电压互感器接成

不完全星形接线(V—V形）（3）三只单相三绕组电压互感器接成

星形接线，且原绕组中性点接地（4）三相三柱式电压互感器的接线测量线电压，不能测量相电压。这种接线广泛用于小接地短路电流系统中。线电压和相对地电压都可测量。在小接地电流系统中，可用来监视电网对地绝缘的状况。可用来测量线电压。不许用来测量相对地的电压，即不能用来监视电网对地绝缘，因此它的原绕组没有引出的中性点。10（5）三相五柱式电压互感器

测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护其变比为：（6）电容式电压互感器的接线测量线电压和相电压，可用于监视电网对地的绝缘状况和实现单相接地的继电保护适用于110～500kV的中性点直接接地电网中。电压互感器(TV)使用注意事项电压互感器使用时，二次侧不允许短路，否则将产生很大短路电流烧坏互感器；电压互感器二次侧有一端必须接地。这是为了防止一、二次侧接地，一、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高压串入二次侧危及人身和设备安全。电压互感器在连接时要注意其端子的极性。111）当发生接地故障，TA一次侧出现零序分量电流，二次侧才有3I0输出。继电器输入电流Ir=3I02)采用零序电流互感器的优点是没有不平衡电流，同时接线也简单。零序电流滤过器12零序电压滤过器13补充：负序电流，负序电压滤过器设计？14使继电器动作的最小电流，称为继电器的动作电流IOP。使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流Ire。返回系数：DL型继电器取0.85~0.9GL型继电器取0.8~0.85chaper03电网相间短路的电流电压保护15无时限电流速断保护（I段）16带时限电流速断保护（II段）为了获得选择性，第II段电流保护必须带时限，以便和相邻的I段电流速断相配合。通常所带时限只比无时限电流速断保护大一个时限级差，它的保护范围不超过相邻线路I段或II段电流保护范围，即它的动作电流要躲过相邻线路I段或II段电流保护的动作值。17——分支系数。——分支系数。18二者取大值，一般取0.5s19定时限过电流保护（III段）工作原理：反应电流增大而动作,它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为近后备保护和远后备保护，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。过电流保护在最大负荷时，保护不应该动作。近后备:远后备:2021三段式电流保护：电流速断保护只能保护线路的一部分，限时电流速断保护能保护线路全长，但却不能作为下一相邻线路的后备保护，因此，必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。输电线路常采用三段式电流保护：由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。三段式：优点：简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于35千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点：灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。定时限：优点：结构简单，工作可靠，不仅能作近后备，而且能作为远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在35千伏及以下网络中作为主保护。缺点：动作时间长，而且越靠近电源端其动作时限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。带时限：与瞬时电流速断保护相对照：优点：1.灵敏系数高2.保护范围大缺点：只能较好地作为本线路的近后备保护，不能完全作邻下一线路的远后备保护。无时限：优点：动作迅速，简单可靠。缺点：不能保护本线路的全长，故不能单独使用，而且它的保护范围随运行方式的变化而变化。当运行方式变化很大、被保护的线路很短时，甚至没有保护区222324252627282930313233343536为什么在电流保护中装设方向性元件？（必要性）在双侧电源电网或单侧电源环形网中：1、对于I段保护，这时为了使保护在区外故障时不误动，其整定值不仅要躲过本线路末端短路时流经保护的最大短路电流，而且要躲过保护反方向故障时流经本保护的最大短路电流。2、对于II段保护，这时不仅要下相邻下一线的第I段配合，而且还要与其在同一母线下的各条出线的第I段相配合。3、对于III段保护，这时仅靠时限的配合已无法获得选择性。上述问题的产生，皆因双侧电源电网和环形电网中，在保护安装处反方向短路时，有可能使保护动作的缘故。于是，为了解决上述问题，我们提出在原有的电流保护基础上，加装一个能判断故障方向的元件即功率方向继电器。方向电流保护的工作原理规定：短路功率的方向从母线指向线路为正方向。K1点短路时，保护3和5反方向，不应起动;保护1、2、4、6为正方向,启动。其中按动作方向时限最短的保护1和2动作，跳开断路器1、2，将故障线路WL1切除，保护4和6便返回，从而保证了动作选择性。双侧电源电网线路方向过流保护时限特性Chaper04电网相间短路的方向电流保护37举例说明何时需要，何时不需要方向保护不是所有的保护都必须装设方向元件。如变电所C中保护4和5，因为t4>t5,所以当在CD线路上发生短路时，5先于4动作，将故障切除。即动作时限配合已能保证保护5不会发生非选择性动作。故保护5可以不装方向元件。由此得出结论，对装设在同一母线两侧的保护来说，动作时限较长者可以不装设方向元件，动作时限较短者必须装设方向元件。如两者保护时限相同，则在两保护上都必需装设方向元件。另外，按照阶梯原则，保护装置动作时限不仅要与相邻主干线上保护相配合，而且要与被保护线路对侧母线上所有出线保护相配合例4-1求图示网络方向过电流保护动作时间，时限级差取0.5s。并说明哪些保护需要装设方向元件。解（1）计算各保护动作时限保护1、2、4、6为同方向，其动作时限为：38保护3、5、7、8为同方向，其动作时限为：2、确定应装设方向元件观察母线A由于t2＜t1，故保护2需要装设方向元件；观察B母线，t3=t4,故保护3和保护4均应装设方向元件t11＜t9,故保护11应装设方向元件；观察母线C，t6＜t5,故保护6应装设方向元件；观察母线D，t7＜t8，故保护7应装设方向元件。答：在两侧电源辐射性电网或单侧电源环形电网的情况下，为实现选择性，过电流保护和电流速断保护应加装方向元件。39

中性点直接接地电（大接地电流电力系统）接地短路时的零序电压零序电流和零序功率KUK0UK0Z0T1Z0L1Z0L2Z0T2K保护按装处A和Ｂ及故障点Ｋ处的零序电压分别为：

故障点的零序电流为

一般110KV及以上电压等级的电力系统采用中心点直接接地，3~35KV采用中心点不接地或经消弧绕组接地Chapter05电网的接地保护40根据对称分量法求解可得在故障点处，各序电压和电流、复数功率有下列关系：单相接地零序分量特点（1）故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低。（2）零序电流超前零序电压90°，（3）零序电流的分布，决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置。（4）故障线路零序功率的方向与正序功率的方向相反，是由线路流向母线的。短路点零序功率最大。（5）某一保护安装地点处的零序电压与零序电流之间的相位差取决于背后元件的阻抗角。变压器中性点接地方式的选择原则不使系统出现危险的过电压；不使零序网络有较大改变，以保证零序保护有稳定的灵敏性。41二、三段式零序电流保护的

整定计算（一）无时限零序电流速断保护（零序电流保护I段）工作原理：GABCL0PLAB取两者较大值（二）带时限零序电流速断保护（零序电流保护II段）工作原理4243（三）定时限零序过电流保护（零序电流保护II段）工作原理44本题中零序电流保护时限比相间短路过流保护动作时限缩短了。因为变压器Yd接线，所以高压侧无零序电流，所以零序保护4可以瞬时动作，不必和保护3配合。所以零序保护动作时限从保护4开始逐级加大一个时限级差。从图5-5中可以看出接地保护时限比相间短路保护时限缩短了。45三段式零序电流保护整定计算零序电流保护I段保护工作原理见图5-3、5-4，整定计算如下：零序电流保护I段：零序电流保护II段：零序电流保护III段：46中性点非直接接地电网的接地保护中性点不接地电网单相接地故障的特点假定电网负荷为零，并忽略电源和线路上的电压降，电网的各相对地电容C0相等。在正常运行时，三相对地电压是对称的，中性点对地电压为零，即UN=0。忽略电源和线路压降，各相对地电压为各相电势。在三相对称电压作用下，产生三相电容电流也是对称的，并超前对应相电压90°。正常运行时UAUBUCEBECEAU0U0U0IBICIB+ICIA=-（IB+IC）A相金属性短路设在A相线路上发生金属性单相接地，则接地相对地电容C0被短路，中性点对地电位升至UN=-EA，线路各相对地电压、母线上零序电压分别为:中性点对地电压47两非故障相在电压和作用下，出现超前相电压90°的电容电流IB、IC。接地点流回的接地电流：

故障线路始端的零序电流为零，即对于单条线路，当线路发生单相接地时，流过故障线路的零序电流为零，所以零序电流保护不能反应。用EPh表示相电势的有效值，则IB、IC、IK的有效值为。结论48中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护为什么采用中性点经消弧绕组接地电网的单相接地保护中心点不接地电网，当发生单相接地时，流过故障点的电流为全网零序电流的总和,若此电流数值很大，就会在接地点燃起电弧，引起间歇性弧光过电压，造成非故障相绝缘破坏，从而发展成相间故障或多点接地故障，扩大事故。在中性点和大地之间接入一个带铁芯的电感线圈L，当发生单相接地故障时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，与原系统电容电流抵消，就可以减少故障点接地电流。所以，当22KV～66KV电网单相接地时，故障点的零序电容电流总和若大于10A，10KV电网大于20A，3KV～6KV电网大于30A，则其电源中性点应采取经消弧绕组（带铁芯的电感绕组）接地方式。中性点经消弧线圈接地电网的三种补偿方式（1）完全补偿：使IK=IL-ICΣ=0的补偿方式。这种补偿方式，正是满足串联谐振的条件。使电源中性点对地电压升高，这是不允许的。因此，实际上不采用完全补偿方式。（2）欠补偿：使IL＜ICΣ的补偿方式，补偿后接地点的电流仍然是容性的，当系统运行方式改变时，例如某些线路因检修被迫切除或因短路跳闸时，系统零序电容电流会减小。致使可能得到完全补偿。所以欠补偿方式一般也不采用。（3）过补偿：是使IL＞ICΣ的补偿方式。采用这种补偿方式后，接地点残余电流是感性的，这时即使系统运行方式发生改变，也不会产生串联谐振。因此这种补偿方式得到了广泛的应用。由上述分析可知，在中性点经消弧线圈接地电网中，一般采用过补偿方式运行，当线路发生单相接地时，无法采用零序功率方向保护来选择故障线路，而且由于残余电流不大，采用零序电流保护也很难满足灵敏性要求。因此在这类电网中，实现接地保护很困难，需要采用其它原理构成保护方式：49（一）反应稳态过程的接地保护（1）采用绝缘监视装置。（2）零序电流保护。若中性点经消弧绕组接地电网，发生单相接地时，补偿后故障点的残余电流较大，能满足选择性和灵敏性要求时，可以采用零序电流保护。（3）反应接地电流有功分量的保护。（4）反应高次谐波分量的保护。（二）反应暂态过程的接地保护：（1）反应暂态电流幅值接地保护。（2）反应暂态零序分量首半波方向的接地保护，这种保护是应用反应暂态零序电流和零序电压首半波方向原理构成。中性点经消弧线圈接地电网的接地保护：50例5-1：如图5-10所示网络已知电源等值电抗；线路正序电抗，零序电抗；变压器T1额定参数：31.5MVA,，110/6.6kV,UK=10.5%，其它参数如图所示，试确定AB线路的零序电流保护第I段、第II段、第III段的动作电流、灵敏系数和动作时限。5152第六章电网的距离保护距离保护的基本原理距离保护：是反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。短路点越靠近保护安装处，其测量阻抗就越小，则保护的时限就越短，反之，短路点越远，其测量阻抗就越大，则保护动作时限就越大。测量保护安装处至故障点的距离，实际上是测量保护安装处至故障点之间的阻抗。该阻抗为保护安装处的电压与电流的比值，即。保护装置的动作时限是距离（或阻抗）的函数。即。53KWL2WL1ZAB+ZKZKABC三段式距离保护整定计算1、距离保护1第I段：当为计算值时，取0.8，当为测量值时，取0.85只能保护线路全长的80％～85％2、距离保护II段：p175543、距离保护第III段:多种情况此处讨论按全阻抗继电器：：灵敏度校验

5556575859Chapter07电网的纵联差动保护基本原理：不平衡电流:该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流之差。差动回路中产生不平衡电流最大值为式中:Kerr一电流互感器10％误差；

Kst—电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l；

Ikmax—被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。暂态过程中，短路电流含有按指数规律衰减的非周期分量，非周期分量大部分是变化缓慢的直流分量，很难传变到二次侧。大部分成为励磁电流，在铁芯中产生非周期分量磁通，使铁芯严重饱和，因此需要考虑在外部短路时暂态过程中差动回路中出现的不平衡电流,其最大值为60Knp——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.52。纵联差动保护的整定计算

差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定：

为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定：

灵敏度校验：自动重合闸的作用及好处：1、线路发生临时性故障，可迅速恢复供电，大大提高了供电的可靠性。减少线路停电的次数。2、在有双侧电源的高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性。3、在电力网设计中架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。4、对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。

Chpter09自动重合闸自动重合闸的类型:按其功能可分为三相重合闸，单相重合闸、综合重合闸。611、三相重合闸: 所谓三相重合闸是指不论在输、配电线上发生单相短路还是相间断路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸再同时重新合三相断路器的方式。若暂时性故障，则重合闸成功了，否则保护再次动作，跳开三相断路器。是否再重合要视情况而定。2、单相重合闸: 单相重合闸，是指线路发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如故障暂时性的，则重合成功；如果是永久性故障，而系统又不允许非全相长期运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不再进行重合。当采用单相重合闸时，如果发生相间断路，则一般都跳三相断路器，且并不进行三相重合；如果因其他原因断开三相断路器，则也不再重合。3、综合重合闸： 经过转换开关的切换，综合重合闸是将单相重合闸和三相重合闸综合在一起当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重合闸装置。综合重合闸装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和直跳（线路上发生任何类型的故障时，保护通过重合闸装置的出口，断开三相，不再重合闸）等四种运行方式。在110KV及以上的高压电力系统中，综合重合闸已得到广泛应用。AAR装置与继电保护的配合方式:1、自动重合闸前加速:当线路发生故障时，继电保护加速电流保护的第III段，造成无选择性瞬时切除故障(无论K1或K2点短路，AAR与继电保护配合都无选择性瞬时切除故障。)，然后重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路就恢复了供电。若重合于永久性故障，则保护带时限有选择性地切除故障。2、自动重合闸后加速:就是当线路发生故障时，首先保护有选择性动作切除故障，重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路恢复供电；如果重合于永久性故障上，则保护装置加速动作，无选择性的瞬时切除故障。62Chpter10电力变压器保护故障及异常工作状态：变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。1、油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。2、油箱外部故障主要有，油箱外部绝缘套管、引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（或称直接接地短路）。3、变压器的异常工作状态有过负荷；由外部短路引起的过电流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起中性点过电压；绕组过电压或频率降低引起的过励磁；变压器油温升高和冷却系统故障等。变压器应装设如下保护：(1)为反应油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。(2)为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。(3)为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过电流保护。(4)为反应大接地电流系统外部接地短路，应