电网继电保护原理课程课件五

课程授课内容包括：继电保护原理讲课，新进展，课程设计，读书报告，讨论课，实验课，参观（四方同创公司）。课程的特点：理论性强、工程实际多、理论联系实际。目标：学会用工程的眼光去分析和解决实际问题，发挥和提倡自学能力，使同学真正有所提高。方法：少讲、精讲，双向交流，加强实际解决问题的能力。希望：同学们喜欢这门课。电力系统继电保护课本：电力系统继电保护原理，王维俭，清华大学出版社。前期课程：电路原理，电力系统系统（稳态、暂态）分析，电机学，电磁暂态分析等。地位：继电保护是电力专业四大专业课之一，是电力领域最为重视、技术含量最高的专业之一。

1、继电保护是研究什么的：是研究电力系统故障，和反（电气）事故措施的一门技术。2、继电保护的任务：1.有选择性地将（短路或超载性）故障元件从电力系统中快速切除，使故障元件损坏程度降低到最小，保证最大限度地恢复电力系统无故障部分的正常远行。2.检测和反应电气元件的异常运行工况，发报警信号、跳闸。3.尽快恢复停电部分的供电。3、继电保护装置主要包括：测量环节、判据环节、执行环节（报警、跳闸）、人机接口和通讯。第一章概论

4、继电保护原理：针对电力系统不同故障，进行短路计算，抽取故障特征，形成保护判据，隔离（切除）故障。5、对继电保护的基本要求：四个基本要求（四性）。1.可靠性：该动时动，称：不拒动。不该动时不动，称：不误动。保护装置的最基本要求。正确动作率。和设计、制造、质量、维护和使用有关系。2.选择性：有选择地切除故障，停电范围最小。

B1S1L1S2B2S3F

L2S4B3线路L2故障（故障点F），跳开关S3，S4，停线路L2，保母线B2（母线上带有负荷），而不能跳S1，S2。S1作为S3的后备。3.快速性：尽快地检测出故障，尽快切除故障。有二方面的意义：减少对系统的影响（如系统稳定性），减少故障元件的损坏程度。元件：电力系统一次设备，如线路、变压器、发电机等；在保护装置内部有时也提到元件，指保护装置的某环节，如启动、闭锁、制动、动作等。继电保护有二大研究方面：线路保护、和元件保护，这里的元件指发电机、变压器、电容器等的主设备。切除故障时间：保护响应时间+开关（断路器）动作时间+断路器灭弧时间。保护10-40mS（超高压10-25mS，配网20-40mS，一般要求30mS左右），断路器一般50mS左右。4.灵敏性：保护装置反应故障的能力称为继电保护的灵敏性，用灵敏度表示，用灵敏度系数Klm衡量。一般用故障期间的故障特征值Dgz与整定的动作值/Dzd比值表示，Klm=Dgz/Dzd；用于校验保护设计整定能力的参数，对事故中反映下降参数的保护，灵敏度系数越小保护装置越灵敏；对事故中反映上升参数的保护，灵敏度系数越大保护装置越灵敏。保护装置在预期最不利的情况下，仍能可靠动作，就要求保护有足够的灵敏度裕度。灵敏度裕度在保护整定设计时就应该加以考虑。5.四性之间的关系：有矛盾的，快速性与可靠性；选择性与灵敏性。

思考1：为什么快速性与可靠性；选择性与灵敏性有矛盾？

6、继电保护历史和未来：19世纪末期出现熔断器（保险丝），20世纪初有了机电式的继电器：1901年感应式过电流继电器，1908年差动继电器，1910年电流方向继电器，1920年距离继电器。我国：解放前没有继电保护制造业，解放后在苏联帮助下50年代发展起来机电型继电器的制造业：阿城继电器厂（阿继）、后来（60-70’）派生出许继、上继和北继，以及（70’）南京电力自动化设备厂（上市：国电南自）和北京电力自动化设备厂。60-70’形成以晶体管保护为方向的静态继电保护，带动静态继电保护的发展。70-80’曾昙花一现过集成电路保护，很快被微机保护所取代。80-90’出现了以南京自动化所（后成立公司称南瑞NARI）、北京四方、烟台东方电子等为代表的高新技术的微机保护制造业。

我国微机保护开创人是华北电力学院的杨奇逊教授，83年研制我国第一套高压微机保护WXB-01，合作厂家为南自厂，因此而获得院士，90年代创立北京四方公司。继电保护专业第二个院士是南瑞的沈国荣。90年代后微机保护获得了极大的发展。我校85年研制出第一套微机保护。随着微电子和计算机技术的飞速发展，微机保护以迅速占领继电保护领域，成为主打装置。优点显著。我国继电保护的地位：世界领先。有一大批高素质的研究人才，电力领域有用武之地。现在无论在继电保护理论还是在装置的制造水平、工艺（有巨大的需求），我们都是先进和领先的。争取参观四方公司。目前微机型的继电保护装置大都是（基本上还是）工频下机电或晶体管式保护理论的微机化翻版和改进，以及常规保护不容易实现的保护的新的实现。目前微机保护已发展了4-5代，在性能和功能上提高和改进了许多。继电保护领域迫切需要取得理论上的革命，今后：继电保护的发展方向新原理的暂态保护如利用暂态信息的行波保护等。7、继电保护学术带头人：线路保护：杨奇逊、沈国荣院士、陈德树、葛耀中、贺家李元件保护：王维俭教授（清华）元件保护指除线路保护外的主设备保护：发电机、变压器等

相间短路的电流、电压保护和方向性电流保护是电力系统继电保护的基础。本章是继电保护基本原理的入门知识。第一节短路电流、电压计算第二章相间短路的电流、电压保护和方向性电流保护

输电线路：一般假定系统模型为：无穷大电源Es+系统电抗（忽略电阻）Xs+线路电抗（忽略电阻）XL计算稳态短路电流、电压作为电流、电压保护的整定原则和校验。一般不考虑暂态短路电流和过渡过程，忽略运行电流。EsXsUM开关XL单电源网Id(3)=Es/（Xs+XL）；Es=1.0（标幺值）无穷大电源，Id(3)三相短路电流。母线残压：UM=Id(3)XLId(2)=0.866Id(3)；Id(2)二相短路电流。基础：电力系统故障分析。Id(3)三相短路电流Id(2)二相短路电流。一般假设：Id(2)=0.866Id(3)；线路保护较为简单是我们学习的基础。发电机、变压器：较为复杂，具体情况具体分析，后续章节再讨论。1、电流继电器的继电特性：动作状态

不动作Kfh=Ifh/Idz（）

IfhIdzI电流增加方向特性为过量继电特性。微机保护Kfh一般设定0.95。第二节单电源网电流、电压保护

2、电压继电器的继电特性：低电压/过电压动作状态

UdzUfh U欠量继电器特性不动作Kfh=Ufh/Udz（）

电压增加方向特性为欠量继电特性。微机保护Kfh一般设定1.05。

3、继电器接点：常开：无激励（不动作）时打开，带激励（动作）时闭合；常闭：无激励（不动作）时闭合，带激励（动作）时打开。其它：见书P1164、整定原则：原则：在保证选择性的基础上，校验灵敏性。XSXL1XL21S1L1F12S2F2L2L1线路末端短路F1与L2线路首端短路F2，因为距离电源电气距离（电抗）一样（只差S2开关），流过S1开关短路电流一样，显然动作策略应不同。站在S1角度看，从短路电流上无法区分，为了保证S1与S2的选择性，S1开关的动作电流Idz根据线路L1末端最大短路电流Id2增大一些KK*Id2（可靠系数KK>1），就保证了与S2的选择性，这是以牺牲S1的灵敏度为代价的，即母线2处短路，S1开关保护保证不动作，即把S1开关的保护区缩小至L1线路内部。灵敏度牺牲多少?要校验S1的灵敏度：Klm=Id/Idz，Id选L1首端最小短路电流。会否Idz1=KK*Id2比S1首端短路电流Id1还大（无保护范围了）？是有可能的，即无保护范围。需校验灵敏度。此保护方案，在有保护范围的情况下，也只保护L1线路的一部分。

校验灵敏度:灵敏度系数法：S1处Klm1=Id1/Idz12.0（定性法），或保护范围法：动作临界点（在L1上）到开关S1处距离15-20%L1（定量法），用15%还是20%都可。校验灵敏度使用：最小情况下的短路电流或最小运行情况下的最小保护范围，以保证灵敏度够；而计算定值则按最大情况下的短路电流，以保证选择性。在不同运行方式下保护范围是不一样的。据此形成电流一段保护

最大运行方式最小运行方式x1.2按上述思想整定的保护称电流一段保护，为了体现保护的快速性，以0”为时限，故称作电流速断保护。Idz’1=KK*Id2max，Id2max本线路末端最大运行方式下三相短路电流，KK可靠性系数取。Klm’1=Id1min/Idz’1，Id1min本线路首端最小运行方式下二相短路电流，Klm’1可靠性系数取2.0。也可以校验最小保护范围。当系统运行方式变化很大时（XS变化大），Id1min比Id2max小许多，可能（经常）灵敏度不够或保护区小于15-20%，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。4.1电流一段保护（电流速断保护）作业三2：三为什三么电三流闭三锁电三压速三断保三护通三常比三电流三速断三保护三具有三更大三的保三护范三围或三者说三更高三的灵三敏度三？电流三保护三一段三以外三到本三线路三末端三这段三线路三保护三怎么三办？三装设三二段三电流三保护三，称三作：三限时三电流三速断三保护三。为的三是能三够保三护线三路全三长，三加上三一时三限，三形成三与下三级线三路的三选择三性，三通常三0.三5”三微机三保护三可以三到0三.3三”。三伸入三到相三临下三级线三路内三部，三以躲三过下三级线三路保三护一三段末三端为三整定三原则三（即三，不三进入三下级三保护三的二三段区三域为三原则三），三从相三临线三路一三段保三护末三端开三始往三回缩三小保三护范三围，三但究三竟缩三小多三少，三会否三缩至三本线三路末三端以三内，三则需三要校三验，三如合三格则三说明三此二三段保三护能三够保三护线三路全三长。4.三2电三流二三段保三护（三限时三电流三速断三保护三）Idz”1=KK”*三Idz’2，Idz’2相临三线路三一段三保护三整定三电流三，KK”可靠三性系三数取三。Klm”1=Id2三mi三n/Idz’2，Id2三mi三n本线三路末三端最三小运三行方三式下三二相三短路三电流三，Klm”1灵敏三度系三数取。当系三统运三行方三式变三化很三大时三（XS变化三大）三或XL1与XL2配合三不合三适时三，可三能（三经常三）灵三敏度三不够三或不三足以三保护三线路三全长三，要三采取三其他三方法三或权三衡后三有所三牺牲三的工三程化三方法三，后三续讲三解。一段三和二三段电三流保三护配三合关三系一段三和二三段电三流保三护范三围前述三的相三间短三路一三、二三段电三流保三护都三是根三据某三点短三路不三动作三（躲三过，三即乘三可靠三性系三数）三而整三定的三，现三在讨三论另三一种三性质三截然三不同三的整三定方三法：三根据三躲过三最大三负荷三工况三而整三定的三方法三：电三流三三段保三护。三注：三在继三电保三护中三重要三线路三或元三件往三往需三要不三同原三理的三保护三相互三补充三使用三。电流三一、三二段三保护三已能三构成三本线三路的三全长三保护三：线三路首三端由三电流三一段三进行三保护三，线三路末三端由三电流三二段三进行三保护三，二三段保三护保三护区三伸入三到下三级线三路的三首端三的一三部分三（不三超过三下级三线路三一段三区域三）。三按说三电流三一、三二段三保护三构成三线路三的全三部保三护已三可以三了，三但考三虑到三如果三相临三下级三保护三区内三短路三，相三临下三级保三护拒三动或三开关三拒动三，岂三不是三故障三切除三不了三吗？三因此三设置电流三第三三段保三护：按负三荷电三流整三定，具三有更三高的三灵敏三度（三负荷三电流三明显三小于三短路三电流三），三校验三使本三段保三护能三够做三相临三线路三的后三备。4.三2电三流三三段保三护（三定时三限过三电流三保护三）远后三备：可三以做三相临三线路三（全三线）三的后三备保三护。近后三备：可三以做三本线三路的三后备三保护三。按负三荷整三定的三第三三段保三护因三灵敏三度高三于第三二段三保护三的灵三敏度三，为三了选三择性三配合三，第三三段三保护三必须三加比三二段三更高三的时三限，三并且三还应三与相三临下三级线三路的三第三三段保三护的三时限三相配三合（三高一三时限三）。三越靠三近电三源端三其时三限越三长。Idz