继电保护课件继电保护

继电保护课件继电保护第1页，共100页，2023年，2月20日，星期二第一节单侧电源网络的相间电流、电压保护单侧电源网络特点：只有一侧提供故障电流；因此只需在电源侧装设断路器，当然也只有电源侧才有保护。第2页，共100页，2023年，2月20日，星期二双侧电源网络第3页，共100页，2023年，2月20日，星期二短路过程本质上是动态过程，我们所熟悉的典型短路电流曲线如图。1.线路简单短路故障计算稳态周期分量非周期衰减分量第4页，共100页，2023年，2月20日，星期二工频保护基本原理短路电流中包含周期分量和非周期分量周期分量主要取决与电网参数和故障类型与故障条件，与故障时刻初始条件无关——对于给定的电网和给定的故障地点与类型，周期分量相同；非周期分量与故障时刻初始条件密切相关——对于给定的电网和给定的故障地点与类型，每一次故障的非周期分量都不相同；反应故障特征量幅值的工频保护取故障分量中的周期分量，而将非周期分量和高频分量滤除。第5页，共100页，2023年，2月20日，星期二工频保护原理已滤去非周期分量，继电器感受的短路电流实际上是其中的周期分量，由于继电保护起动较快，故在用于继电保护计算中的短路计算不考虑周期分量的衰减：用次暂态参数，一般不考虑线路电阻。相间短路计算：最大运行方式：通过保护装置的短路电流为最大的方式；最小运行方式：通过保护装置的短路电流为最小的方式。第6页，共100页，2023年，2月20日，星期二

点故障（AB线路末端），希望保护2瞬时动作；点故障（BC线路首端），希望保护2不动作；，保护2无法区别，同样保护1无法区别点故障；选择性和灵敏性出现矛盾保证选择性：， 保护范围缩小——灵敏度降低；无选择性速断＋重合闸。一、瞬时电流速断保护（电流I段）第7页，共100页，2023年，2月20日，星期二瞬时电流速断保护动作特性分析图3-1第8页，共100页，2023年，2月20日，星期二

对于，；对于，速断保护整定原则：躲过线路末端最大短路电流（最大运行方式下的三相短路电流）保护1：保护2：可靠系数：瞬时电流速断保护整定计算原则相间短路计算公式第9页，共100页，2023年，2月20日，星期二引入可靠系数的原因实际的短路电流可能大于计算值；对瞬时动作的保护还应考虑非周期分量使总电流增大的影响；保护装置中电流继电器的实际动作电流可能小于整定值；考虑必要的裕度。

在最不利的情况下发生区外故障时，保护装置不误动——保证选择性。第10页，共100页，2023年，2月20日，星期二保护范围：速断保护的灵敏性是用保护范围来衡量的。在最大运行方式下三相短路的保护范围最大，在最小运行方式下二相短路的保护范围最小。电流速断保护保护范围（灵敏度）校核：一般要求：电流速断保护的最大保护范围小于线路全长；当运行方式变化大（图3－2） 短线路（图3－3） 保护范围可能为0。瞬时电流速断保护灵敏度第11页，共100页，2023年，2月20日，星期二例题：试整定保护1的电流速断保护，并进行灵敏性校核。图示电压为线电压（计算短路电流时取平均额定电压），线路电抗为 ，可靠系数 。如线路长度减小到50km、25km，重复以上计算，分析计算结果，可以得出什么结论？瞬时电流速断保护整定计算例题第12页，共100页，2023年，2月20日，星期二解：（1）平均相电压第13页，共100页，2023年，2月20日，星期二（2）第14页，共100页，2023年，2月20日，星期二（3）结论：短线路时，电流速断保护可能没有保护范围。这时，可以采用电流与电压联合方式，如电流闭锁电压速断保护（电压低同时过电流），或距离保护。第15页，共100页，2023年，2月20日，星期二瞬时电流速断保护单相原理接线交流继电器直流继电器第16页，共100页，2023年，2月20日，星期二电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸线圈，故先起动中间继电器，然后再由中间继电器的触点（容量大）去跳闸；当线路上装有避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以防止避雷器放电时引起瞬时速断保护误动作；线路空投时线路分布电容的暂态充电电流很大，可能引起瞬时速断保护误动，应用中间继电器可以延长其动作时机以躲开充电的暂态过程。应用中间继电器的原因第17页，共100页，2023年，2月20日，星期二中间继电器实物图第18页，共100页，2023年，2月20日，星期二电磁型信号继电器实物图第19页，共100页，2023年，2月20日，星期二二、自适应电流速断保护按当前运行方式核故障类型进行整定要求实时获得在微机保护和网络化保护的背景下，有实现可能，但并非易事。第20页，共100页，2023年，2月20日，星期二1.工作原理与整定原则能保护线路全长，因此保护范围必然延伸到相邻下一条线路；为保证选择性，与相邻元件电流速断配合，因此必然带时限延时动作。整定原则：保护范围不能超出下一线路瞬时电流速断（I段）的保护范围：三、限时电流速断保护（电流II段）第21页，共100页，2023年，2月20日，星期二限时电流速断动作特性的分析图3-5第22页，共100页，2023年，2月20日，星期二

，如式(3-15)2.动作时限的选择第23页，共100页，2023年，2月20日，星期二灵敏度系数（过量保护）保护2的灵敏度电流速断主保护：最短时限切除元件全长的保护为“主保护”，电流速断主保护为I、II段之和。3.限时电流速断保护灵敏性校验第24页，共100页，2023年，2月20日，星期二灵敏度系数要求大于1的考虑故障一般都不是金属性短路，存在过渡电阻时会使实际短路电流减小，不利于保护装置动作；实际短路电流由于计算误差可能小于计算值；保护用电流互感器由于饱和作用一般存在负误差，保护装置感受到的电流可能小于按预定变比折合的电流值；保护装置的电流实际启动数值可能具有正误差；考虑一定的裕度。第25页，共100页，2023年，2月20日，星期二若灵敏度不满足要求，则考虑降低定值，即延长保护范围： （1）与下一线路II段配合 （2）实际应用中，有简单的保末端灵敏度整定，时限按保证选择性整定校验第26页，共100页，2023年，2月20日，星期二4.限时电流速断保护单相原理接线第27页，共100页，2023年，2月20日，星期二电磁型时间继电器实物图第28页，共100页，2023年，2月20日，星期二过电流保护：按躲过非故障工作电流整定，而不是像速断保护按故障电流整定。定位：后备保护：本线路近后备、相邻线路远后备。四、定时限过电流保护（电流III段）第29页，共100页，2023年，2月20日，星期二1.工作原理和整定计算的基本原则整定原则：（1）大于最大负荷电流：；（2）考虑电动机故障后自启动：（3）外部故障切除后，继电器能够可靠返回。（4）整定公式：第30页，共100页，2023年，2月20日，星期二故障后电动机自启动问题k1故障，保护3、4、5都启动，按选择性，由保护3动作切除故障，保护4、5应立即返回。k1故障期间，母线电压下降，电动机制动，故障切除后，母线电压恢复，电动机自启动，流经保护4的电流大于正常负荷电流。第31页，共100页，2023年，2月20日，星期二阶梯式动作时限配合，有多个相邻分支时，应取时限最大的一个，如图3-8中的t4。缺点：故障越靠近电源端，短路电流越大，而动作时限却越长。因此主要用作后备保护。2.按选择性整定过电流保护动作时限第32页，共100页，2023年，2月20日，星期二近后备远后备如果存在多个相邻元件，需要一一校验，如3-8图中保护4的远后备。同时，越邻近故障点的保护灵敏度应越高，当k1短路时：当k2短路时（保护1的III段不启动）：3.过电流保护的灵敏系数的校验第33页，共100页，2023年，2月20日，星期二在单侧电源网络中，越靠近电源端，最大负荷电流越大（下级分支支路越多），定值越高，灵敏度越低，以上要求自然满足。过电流保护的原理接线图与限时电流速断保护基本相同。第34页，共100页，2023年，2月20日，星期二定时限过电流保护单相原理接线第35页，共100页，2023年，2月20日，星期二瞬时电流速断（I段）、限时电流速断（II段）和过电流保护（III段）都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流，即瞬时速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流而整定。而过电流保护则是按照躲开本线路最大负荷电流来整定。五、阶段式电流保护的应用及其评价第36页，共100页，2023年，2月20日，星期二三段式电流保护的功能逻辑框图第37页，共100页，2023年，2月20日，星期二第38页，共100页，2023年，2月20日，星期二由于瞬时电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过电流保护，或限时速断加过电流保护，也可以三者同时采用。第39页，共100页，2023年，2月20日，星期二使用I段、II段或III段组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求。因此在电网中特别是在35kV及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应用。保护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。第40页，共100页，2023年，2月20日，星期二六、反时限过电流保护构成反时限特性的基本方法反时限特性：动作时限与过电流倍数成反比，体现了2个基本故障特征：故障点离电源越近，故障电流越大，动作时限越短；电动机等电气设备具有一定的过载能力，电流过载体现成热温升过程基本也是反时限类似的指数特性。第41页，共100页，2023年，2月20日，星期二应用模拟电路实现反时限特性RC充电+定时器电路隔离器定时器第42页，共100页，2023年，2月20日，星期二微机保护中典型的反时限特性常规反时限特性NI甚反时限特性VI高度反时限特性EI

常规反时限特性曲线第43页，共100页，2023年，2月20日，星期二1.三相星形接线优点：每相都装有电流继电器，可以反应相间故障和单相接地故障。应用于发电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，因为它能提高保护动作的可靠性和灵敏性。此外，它也可用于中性点直接接地电网中，作为相间短路和单相接地短路的保护。

缺点：相对复杂、不经济。七、电流保护的接线方式第44页，共100页，2023年，2月20日，星期二三相星形接线方式原理图第45页，共100页，2023年，2月20日，星期二2.两相星形接线优点：简单、经济应用：由于两相星形接线较为简单经济，因此在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都是广泛地采用它作为相间短路的保护。对于接地故障，配有独立零序保护。第46页，共100页，2023年，2月20日，星期二两相星形接线方式原理图第47页，共100页，2023年，2月20日，星期二I段：1KA、2KA；3KM；4KSII段：5KA、6KA；7KTM；8KSIII段：9KA、10KA，11KA（二相三继电器接线，通过B相电流，可以提高灵敏系数一倍。）；12KTM；13KSQF断路器及其辅助触点，Y跳闸线圈XB连接片，用于退出保护，比如检修等。七*、三段式电流保护的接线图举例第48页，共100页，2023年，2月20日，星期二三段式电流保护原理接线图第49页，共100页，2023年，2月20日，星期二三段式电流保护二次展开图第50页，共100页，2023年，2月20日，星期二连接片的作用——误动事故案例变压器差动保护外部故障时，差电流为零内部故障时，差电流很大，差动保护动作。检修时，保护退出；投运时，两侧同时投入后， 使两侧电流互感器平衡，差电流为零，才能投入保护。第51页，共100页，2023年，2月20日，星期二1.低电压继电器工作的特点继电器的常开（动合）、常闭（动断）接点：是指继电器在不通电的情况下的状态，而不是指在未动作情况下的状态。过电流继电器的“动作”（由不通电到通电），常开接点闭合，常闭接点打开；低电压继电器的“动作”（由通电到不通电），常开接点打开，常闭接点闭合；八、低电压保护在电网中的应用第52页，共100页，2023年，2月20日，星期二电磁型低电压继电器图2－30带电、未动作状态常闭接点常开接点第53页，共100页，2023年，2月20日，星期二低电压保护的特点与电流保护对比，电压保护有以下特点：（1）电压保护反应于电压降低而动作，其返回电压高于动作电压，返回系数大于1.（2）与电流保护相反，低电压保护在最大运行方式下灵敏度低，在最小运行方式下灵敏度高，两种保护性能互补。（3）在多段串联的单回线路上短路时，各段电流相同，而各点电压不同，电压随短路点距离的变化曲线都是从零开始增大，因而瞬时电压速断保护总有一定的保护范围。（4）在电网任何点短路时，母线电压都会降低，低电压保护都会动作，即低压保护没有方向性，可采用电流闭锁。这也是限制低电压保护应用的主要缺点。第54页，共100页，2023年，2月20日，星期二第55页，共100页，2023年，2月20日，星期二低电压继电器的返回系数，为低量继电器。2.瞬时电压速断保护对于相间故障，同一地点发生三相短路和两相短路的保护安装处的残压是相同的：第56页，共100页，2023年，2月20日，星期二低电压保护的保护范围最小方式下保护范围最大，最大方式下保护范围最小，临近保护安装处短路残压接近零，保护一定动作，因此低电压保护一定有动作范围。任一运行方式时的保护范围第57页，共100页，2023年，2月20日，星期二（电流闭锁）低电压保护接线第58页，共100页，2023年，2月20日，星期二第三章第二节电网相间短路的方向性电流、电压保护第59页，共100页，2023年，2月20日，星期二双端电源供电，提高供电可靠性，可以使故障影响范围最小。k1短路，要求2、6动作，而1、6点在线路中实际是一点，保护1的速断保护不能区分二点短路，因此不能保证选择性；如果用过电流III段，则要求；k2短路，要求1、7动作，保护6的速断保护也不能区分1、6二点短路；如果用过电流III段，则要求。因此需增加新的故障特征保证选择性。一、方向性电流保护的工作原理第60页，共100页，2023年，2月20日，星期二双侧电源网络接线及保护动作方向第61页，共100页，2023年，2月20日，星期二方向过电流保护的原理接线图图3－23功率方向继电器第62页，共100页，2023年，2月20日，星期二1. 方向继电器的基本要求

(1)具有明确的方向性（适应各种可能的故障条件）

(2)具有足够的灵敏度。2. 短路功率：一般指短路时按某点电压与电流（通常是保护安装处）所得到的感性功率，在无串联补偿电容也不考虑分布电容的线路上短路时，感性短路功率从电源点流向短路点。二、功率方向继电器的工作原理第63页，共100页，2023年，2月20日，星期二功率方向继电器3.直接思路—测量故障相电流、相电压相位关系正方向短路时，电流落后于电压为一锐角，在反方向短路时为钝角。动作方程：正方向：（线路阻抗角），动作；反方向：不动作。第64页，共100页，2023年，2月20日，星期二方向继电器工作原理分析第65页，共100页，2023年，2月20日，星期二以测量有功方式实现相位判别：

,相位动作方程为： 动作区扩大为Ⅰ、Ⅳ象限具有明确的方向性;但不能保证具有足够的灵敏度。 功率方向继电器的输出随改变。3.功率方向继电器动作特性（0o接线）第66页，共100页，2023年，2月20日，星期二功率方向继电器在输出最大时的灵敏角，一般设计成常规线路的阻抗角附近：线路阻抗，当，，这实际考虑了短路故障时的过渡电阻。A相功率方向继电器相位动作方程取： ，动作区逆时针转电压死区：继电器正方向出口短路时，电压为零，保护拒动。3.功率方向继电器动作特性（0o接线）第67页，共100页，2023年，2月20日，星期二功率方向继电器的最灵敏角与动作范围0o接线90o接线第68页，共100页，2023年，2月20日，星期二以A相为例正方向：反方向：继电器A相B相C相4.消除死区的90o接线时的动作特性第69页，共100页，2023年，2月20日，星期二灵敏角内角功率方向继电器（A相）：一般功率方向继电器取：或正常运行方式下，位于送电端的方向继电器在负荷电流作用下，一般是动作的。第70页，共100页，2023年，2月20日，星期二

接线（过电流保护举例）四、相间短路功率方向继电器的接线方式第71页，共100页，2023年，2月20日，星期二五、双侧电源网络中电流保护整定的特点瞬时电流速断保护无方向元件时，躲开两侧最大短路电流（3-53）；有方向元件时，各自整定（3-54）。第72页，共100页，2023年，2月20日，星期二瞬时电流速断与方向元件死区瞬时电流速断的保护范围较小，基本都是临近保护安装处（母线）附近。在实用上，作为切除母线附近的使电压严重降低的短路的辅助保护瞬时电流速断应尽可能不装方向元件，以免在方向元件的电压死区短路时拒动。第73页，共100页，2023年，2月20日，星期二2.限时电流速断保护（1）助增电流的影响整定配合的根本是保护范围的配合第74页，共100页，2023年，2月20日，星期二助增电流时的分支系数分支系数助增电流时分支系数大于1，其作用是降低了保护2的II段定值，提高了灵敏度。整定时如考虑运行方式变化，定值应按最大灵敏度时保护范围不越限整定，即分支系数应取最小值，校核时取最大值。第75页，共100页，2023年，2月20日，星期二（2）外汲电流的影响分支电路为一并联线路，分支系数小于1，整定计算仍然相同：第76页，共100页，2023年，2月20日，星期二（3）有分支系数时的整定计算实际电网中，变电站母线B上既有电源又有并联线路时，其分支系数可能大于1也可能小于1。整定计算时应考虑运行方式变化，应按分支系数最小时整定，按分支系数最大时校核。第77页，共100页，2023年，2月20日，星期二（1）AB和BC线路最大负荷电流分别为120A、100A（2）电源A： 电源B：（3） 试整定线路AB（A侧）各端保护的动作电流，并校验灵敏度。例题：三段电流保护的整定计算第78页，共100页，2023年，2月20日，星期二解：（1）求：计算A、B母线短路时流过保护A的最大短路电流A母线短路时：B母线短路时：第79页，共100页，2023年，2月20日，星期二（2）求：由于BC线路存在电源B的助增电流，求分支系数：第80页，共100页，2023年，2月20日，星期二II段定值灵敏度不满足要求。第81页，共100页，2023年，2月20日，星期二（3）求：近后备：远后备：第82页，共100页，2023年，2月20日，星期二六、方向性保护的死区方向性保护增加了复杂性，尤其是在保护安装处附近发生正方向三相短路时，由于母线电压降至零，方向元件出现死区不能动作，闭锁整套保护导致拒动。因此即使在双电源电网中，也应力求少用方向元件。思路如下： （1）定值躲开，避免使用方向元件； （2）动作时限躲开，对于阶梯式时限配合的过电流保护，如母线两侧保护时限不同，则时限较长的保护就不用方向元件，而时限较短的保护则必须有方向元件。如果两个保护时限相等，则都需装设方向元件。第83页，共100页，2023年，2月20日，星期二七、双侧电源网络中的方向性电压速断保护如图双侧电源网络，保护1反方向k1点三相故障，保护1肯定误动。单侧电源网络可采用电流元件闭锁，但双侧电源网络中，电流元件也失去方向性。因此，在双侧电源网络中，使用电压速断保护，都必须装设反方向闭锁元件来防止反方向短路时误动。这样的情况可推广到同一母线连接的多个线路，任一线路保护出口附近发生短路，其他保护都会启动，必须增加方向闭锁元件，这也是限制电压保护应用的主要原因。第84页，共100页，2023年，2月20日，星期二低压保护的方向性问题第85页，共100页，2023年，2月20日，星期二第三章第三节微机电流方向保护第86页，共100页，2023年，2月20日，星期二目前大多数保护装置的原理是建立在反应正弦基波或整数次谐波之上（和电力系统故障分析及保护整定计算的立足点相一致）。算法：对数据处理的数字处理方法、保护起动、保护原理中的故障量测定、动作方程、动作特性和与定值比较的公式数字化的方法。算法思路：可以直接将模拟式保护原理数字化；也