电力系统继电保护总复习

电力系统继电保护总复习第一页，共87页。一、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）第一章绪论第二页，共87页。二、继电保护装置的构成测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件相应输入量跳闸或信号测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。

根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。

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。如：故障时,动作于跳闸并发出信号；不正常运行时,发出信号；正常运行时,不动作等。

第三页，共87页。三、继电保护基本要求

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：

选择性、速动性、灵敏性、可靠性，

即保护的“四性”。

第四页，共87页。故障切除时间tpr-保护动作时间tQF-断路器动作时间最快快速保护：断路器：最快第五页，共87页。四、继电保护的分类按被保护的对象分类

输电线路保护、发电机保护、变压器保护、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

第六页，共87页。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第七页，共87页。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）第八页，共87页。主保护：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。按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等第九页，共87页。按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等后备保护：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。第十页，共87页。按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等近后备保护：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。第十一页，共87页。按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等辅助保护：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第十二页，共87页。电力系统的运行方式最大运行方式对于继电保护而言，在相同地点发生同类型短路时流过保护安装处的电流最大，称为系统最大运行方式。对应的系统等效阻抗最小，对于继电保护而言，在相同地点发生同类型短路时流过保护安装处的电流最小，称为系统最小运行方式。对应的系统等效阻抗最大，最小运行方式第二章电网的电流保护第十三页，共87页。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第十四页，共87页。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）主保护后备保护第十五页，共87页。启动电流的整定计算(电流I段)最小短路电流曲线最大短路电流曲线1ABC按躲开下一条线路出口处短路的条件整定第十六页，共87页。保护范围的校验1ABC最小短路电流曲线最大短路电流曲线最小的保护范围：在各种运行方式下发生各种短路短路保护都能动作切除故障的短路点位置的最小范围。第十七页，共87页。最大短路电流曲线

限时电流速断保护（电流Ⅱ段）

Timedelayinstantaneousovercurrentprotection1工作原理?=答案:实际中不可行第十八页，共87页。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第十九页，共87页。2）灵敏度校验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。第二十页，共87页。

限时电流速断保护的时限特性第二十一页，共87页。

定时限过电流保护（电流Ⅲ段）Kre为返回系数Kss为自启动系数第二十二页，共87页。Lt定时限过电流保护的时限特性第二十三页，共87页。

灵敏度校验对于保护4，其灵敏系数：近后备:远后备:第二十四页，共87页。双侧电源网络相间短路的方向性电流保护

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第二十五页，共87页。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第二十六页，共87页。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方向性电流保护的特点：将电流保护加装一个可以判别短路功率流动方向的元件只当功率方向为正方向时才动作保证在反方向故障时把保护闭锁使其不致误动作第二十七页，共87页。

距离保护的基本概念

距离保护是反应保护安装处至短路点之间的距离，并根据短路点至保护安装处的距离确定动作时限的一种保护。第三章电网距离保护第二十八页，共87页。整定距离Lset：与距离保护的范围相对应的距离。1)故障发生在保护区正方向，设法测出故障点至保护安装处的距离Lk，并与Lset比较：

Lk<Lset：保护范围内故障，保护动作（k1）

Lk>Lset：保护范围外故障，保护不动作（k2）2)故障发生在保护区反方向，直接判区外故障不动作（k3）第二十九页，共87页。1)正常运行时：Um：近似为额定电压Im：为负荷电流Zm：为负荷阻抗，量值较大，其阻抗角为数值较小的功率因数角，阻抗性质以电阻性为主。（ZL）

测量阻抗及其与故障距离的关系测量阻抗：保护安装处测量电压Um和测量电流Im的比值第三十页，共87页。

故障类型判别和故障选相第三十一页，共87页。零序分量有无负序分量K(1)K(1,1)有：K(2)无：K(3)第三十二页，共87页。

距离保护的时限特性距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离的关系称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。由三段构成Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段主保护后备保护第三十三页，共87页。距离Ⅰ段：（1）保护本线路全长的80～85％；（2）瞬时动作，即动作时限为0s。距离Ⅱ段：（1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离Ⅰ段的保护范围；（2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。距离Ⅲ段：（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；（2）延时动作，一般动作时限为：第三十四页，共87页。I段：保护区不能伸出本线路，即测量阻抗小于本线路阻抗时动作。可靠系数，0.8～0.9第三十五页，共87页。II段保护区不能伸出相邻线路I段保护区，即测量阻抗小于本线路阻抗与相邻线路I段动作阻抗之和。靠延时保证选择性可靠系数，0.8第三十六页，共87页。III段:

在系统正常时不启动，故障时启动，即测量阻抗小于最小的负荷阻抗时保护动作。依靠时间的阶梯性来保证选择性第三十七页，共87页。I段：保护区为本线路全长的80%-85%瞬时动作于本线路出口断路器；II段：保护区为本线路全长，t=0.5s动作于本线路出口断路器；III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性，延时动作于本线路出口断路器I、II段为主保护，III段为后备保护。第三十八页，共87页。阻抗继电器的主要作用：直接或间接测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作，又称距离继电器。第三十九页，共87页。距离保护的实质是用测量阻抗与被保护线路的整定阻抗比较。当短路点在保护范围以外时，即时，继电器不动作；当短路点在保护范围以内时，即时，继电器动作。距离保护又称为低阻抗保护.Zk1234kZk第四十页，共87页。阻抗继电器动作区域的概念前面分析，保护范围内故障时，Zm<Zset，阻抗继电器动作；实际上，由于互感器误差、故障点过渡电阻等原因，Zm一般并不会严格地落在与Zset同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为保证区内故障时继电器能可靠动作，其动作范围应该是一个包括Zset的对应线段在内的一个区域。第四十一页，共87页。

圆特性：方向圆特性

全阻抗圆特性偏移圆特性常见动作特性：第四十二页，共87页。1、全阻抗继电器RjXABC全阻抗继电器的特点：（2）为常数与无关（1）没有死区（3）没有方向性第四十三页，共87页。方向阻抗继电器的特点：（1）有死区（3）有明确的方向性（2）随变化而不同RjXABC第四十四页，共87页。偏移特性阻抗继电器的特点：（1）没有死区（3）有不明确方向性（2）随变化而不同ARjXBC第四十五页，共87页。一、距离保护的整定计算1.距离保护I段：

按躲过线路末端短路整定其中第四十六页，共87页。一、距离保护的整定计算2.距离保护II段：

其中(1)定值计算：

①与相邻线路的距离I段配合第四十七页，共87页。一、距离保护的整定计算2.距离保护II段：

其中k①与相邻线路的距离I段配合第四十八页，共87页。一、距离保护的整定计算2.距离保护II段：

其中(1)定值计算：

②按躲过线路末端变电所变压器低压母线短路整定取上述两项中数值小者作为保护的定值。

第四十九页，共87页。一、距离保护的整定计算2.距离保护II段：

(2)动作时间：

第五十页，共87页。一、距离保护的整定计算2.距离保护II段：

(2)灵敏度校验：

若灵敏度不满足要求，则与相邻线路距离保护II段配合。故障点选取本线路末端第五十一页，共87页。①与相邻下级线路距离保护II段或III段配合②与相邻下级变压器的电流、电压保护配合

（1）定值计算变压器的电流、电压保护的最小保护范围。3.距离保护III段：

一、距离保护的整定计算第五十二页，共87页。3.距离保护III段：

③按躲过最小负荷阻抗整定。考虑外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。最小负荷阻抗：返回阻抗：动作阻抗：第五十三页，共87页。一、距离保护的整定计算3.距离保护III段：

(1)定值计算：

其中

③按躲过最小负荷阻抗整定。考虑外部故障切除后，电动机自启动时，应可靠返回。第五十四页，共87页。对全阻抗继电器对方向阻抗继电器一、距离保护的整定计算3.距离保护III段：

(1)定值计算：

按躲过最小负荷阻抗整定

第五十五页，共87页。对全阻抗继电器对方向阻抗继电器一、距离保护的整定计算3.距离保护III段：

(1)定值计算：

按躲过最小负荷阻抗整定

结论：躲同样负荷阻抗，方向阻抗继电器的灵敏度比采用全阻抗继电器提高

倍。第五十六页，共87页。一、距离保护的整定计算3.距离保护III段：

(2)灵敏度校验：

①近后备②远后备

故障点取本线路末端故障点取相邻线路末端第五十七页，共87页。（3）动作时间：①应比与之配合的相邻设备保护动作时间大一个时间级Δt。②考虑躲开振荡闭锁，一般应大于1.5-2s。③与多条相邻线路保护配合时，取最大时间做为动作时间。3.距离保护III段：

一、距离保护的整定计算第五十八页，共87页。二、对距离保护的评价保护区稳定，灵敏度高，受运行方式影响小一段不能保护全长，首末端共30％－40％的范围故障保护动作有时延接线复杂，可靠性低可用于发电机、变压器保护中作后备第五十九页，共87页。第四章输电线路纵联保护纵联保护基本原理（一）高压输电线路对保护的要求

高压输电线路故障的快速切除，对于维持同步稳定，防止元件故障发展为系统事故具有特殊意义。

（二）反映单端电气量保护的不足

距离、电流保护等反映单端电气量的保护无法识别线路末端、对侧母线、下级线路出口故障。因而无法实现全线速动，其根本原因是其动作判据本身不具备绝对的选择性。PROBLEM：如何实现全线速动第六十页，共87页。

研究和实践表明，利用线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路内部任意短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路任意点短路的目的。为此需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向联系，以这种方式构成的保护，成为输电线路的纵联保护。第六十一页，共87页。

输电线路纵联保护概述纵联保护的基本构成第六十二页，共87页。纵联保护的分类

导引线纵联保护电力载波纵保护微波纵联保护光纤纵联保护按通信媒介分类方向比较式纵联保护纵联电流差动保护纵联电流相位差动保护距离纵联保护按工作原理分类第六十三页，共87页。输电线路短路时两端电气量的故障特征分析所选电气量区内故障特征区外或正常运行时特征保护原理功率方向均指向被保护元件一端指向被保护元件反方向方向比较式纵联保护

电流纵联电流差动保护电流相位相差0度相差180度电流相位比较纵联保护测量阻抗正向II段内一端反向距离纵联保护第六十四页，共87页。第五章自动重合闸

（一）输电线路故障的特点

瞬时性故障起因：雷电引起的闪络、大风引起的碰线，鸟、树枝等物体落在导线上引起短路。特点：故障被切除后，电弧自行熄灭，绝缘强度得以恢复，此时重新合上断路器，则可以恢复供电。发生几率：架空线路80%以上65第六十五页，共87页。（一）输电线路故障的特点

永久性故障起因：断线、倒杆，绝缘子击穿等引起的故障。特点：故障被切除后，故障线路的绝缘强度无法恢复。即故障仍然存在。发生几率：架空线路低于20%由于输电线路故障大多为瞬时性故障，因此采用自动重合闸可以大大提高输电线路供电可靠性66第六十六页，共87页。（二）自动重合闸的作用

优点①大大提高供电可靠性，减少停电次数。对单侧电源系统效果尤为明显②在高压线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行稳定性③对断路器由于机构不良或保护误动引起的误跳闸，可以其纠正作用缺点

①重合于永久故障，可能使电力系统遭受二次冲击

②使断路器工作条件恶化。67第六十七页，共87页。5.1自动重合闸的作用及基本要求

5.1.2对重合闸的基本要求

为了能够满足要求，应优先采用由控制开关的位置和断路器位置不对应原则来启动重合闸，即当控制开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸启动，这样就保证不论是任何原因使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合。

68第六十八页，共87页。5.1自动重合闸的作用及基本要求

5.1.3重合闸的分类

根据重合闸控制断路器所接通或断开的电力元件不同，可将重合闸分为线路重合闸、变压器重合闸和母线重合闸。69第六十九页，共87页。5.1自动重合闸的作用及基本要求

5.1.3重合闸的分类

根据重合闸控制断路器连续合闸次数的不同，将重合闸分为多次重合闸和一次重合闸。多次重合闸一般使用在配电网中与分段器配合，自动隔离故障区段，是配电自动化的重要组成部分。一次重合闸主要用于输电线路，提高系统的稳定性。70第七十页，共87页。5.1自动重合闸的作用及基本要求

5.1.3重合闸的分类

根据重合闸控制断路器相数的不同，可将重合闸分为单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和分相重合闸。三相重合闸：不论故障类型如何，故障后均跳开三相开关，然后重合，重合不成功，跳开三相。单相重合闸：单相接地故障，只跳开故障相，然后单相重合，重合不成功，跳开三相。相间故障不重合。综合重合闸：单相接地故障，只跳开故障相，然后单相重合，重合不成功，跳开三相；相间故障跳开三相，然后三相重合，重合不成功，跳开三相。

实现单相重合闸和综合重合闸，要求装置具有选相能力。71第七十一页，共87页。5.2三相一次重合闸

5.2.4重合闸和保护的配合方式（一）重合闸前加速保护方式优点：快速切除瞬时性故障；可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，提高重合闸的成功率；能保证发电厂和重要变电所的母线电压在0.6~0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量；使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单，经济缺点：断路器工作条件恶劣，动作次数较多重合于永久性故障时，故障切除的时间可能较长重合闸装置或断路器拒绝合闸，扩大停电范围。

72第七十二页，共87页。5.2三相一次重合闸

5.2.4重合闸和保护的配合方式（二）重合闸后加速保护方式优点：第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正（即前加速的方式）；保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的；和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制，一般说来是有利而无害的。缺点：每个断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相比略为复杂；第一次切除故障可能带有延时。73第七十三页，共87页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（一）变压器内部故障油箱内故障： 绕组相间、匝间短路、绕组接地（绕组和外壳短路）铁芯烧损。油箱外故障： 套管和引出线上发生相间和接地故障。本质上讲，油箱外的故障已经不是变压器本身的故障，但按照继电保护配置及保护区域的划分原则，上述区域的故障属于变压器保护的保护范围，所以归入变压器故障。74第七十四页，共87页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（二）变压器不正常运行方式外部短路引起的过电流外部接地引起的过电流和中性点过电压过负荷、过励磁、油面降低，冷却系统故障75第七十五页，共87页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态

变压器油箱内部故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器保护分为电量保护和非电量保护两种。76第七十六页，共87页。第六章电力变压器保护6.1电力变压器的故障类型和不正常工作状态（三）变压器保护的分类和配置分类非电量保护：瓦斯保护电量保护：（根据变压器容量及电压等级来配置）保护配置主保护：差动保护、电流速断保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护，零序过电流，零序过电压等。77第七十七页，共87页。6.2变压器纵差动保护6.2.1变压器纵差动保护基本原理电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要其他元件配合，就可以无延时的切除区内各种故