电力系统继电保护继电保护概述

电力系统继电保护第一章继电保护概述第一节继电保护的任务第二节继电保护装置的基本原理第三节对继电保护的基本要求第四节继电保护技术的发展第一节继电保护的任务电力系统一次设备：

对用户供电的电路，是发电、变电和输电的主体，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等设备，这些设备相互连接构成一次系统。电力系统二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制与保护的设备（从TA、TV获得成正比的“小信号”——>相额定电压57.7V，额定电流1A或5A）。一次设备：

二次设备：对一次系统实施测量、控制、调节、保护的电路，是发电、变电和输电的测量和控制设备，包括测量仪表、测控装置、保护装置、自动装置、远动装置……防误设备，这些设备相互连接构成二次系统。电力系统运行状态1.正常运行。2.故障3.不正常运行断线

短路三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等单相断线两相断线过负荷、过电压频率降低、系统振荡等上页下页返回继电保护的任务1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动地、迅速地、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。2.当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。上页下页返回电力系统继电保护装置

能反应电力系统故障和不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置

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过电流保护

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低电压保护

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阻抗（距离）保护

——纵联差动保护(高频、微波、光纤)

——零序或负序分量保护

——

瓦斯保护、过热保护等一、短路的主要特征归纳：1）电流增大2）电压降低3）阻抗减小4）两侧电流大小和相位的差别

5）不对称分量出现6）非电气量第二节保护装置的基本原理及分类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：故障时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。第二节保护装置的基本原理及分类测量逻辑执行被测物理量整定值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，使保护装置按一定逻辑关系工作，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。上页下页返回二、保护装置构成、基本原理和组成

继电保护装置的分类继电保护装置按保护对象分按保护原理分按故障类型分按保护技术分按保护作用分输电线路保护发电机保护变压器保护电动机保护母线保护机电型保护整流型保护晶体管型保护集成电路型保护微机保护电流保护电压保护距离保护差动保护方向保护零序保护主保护后备保护辅助保护相间短路保护接地故障保护匝间短路保护断线保护失步保护失磁保护及过激磁保护上页下页返回主保护、后备保护主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。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。2023/6/19沈阳工程学院12主保护、后备保护示例2023/6/19沈阳工程学院13继电保护的工作配合

（预设范围，不能遗漏）每套保护都有预先划分的保护范围，保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除，并且保证停电范围最小。保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内。第三节对继电保护的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电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围的一种性能。

保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。要求保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作。该动则动，不该动则不动上页下页返回

选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。(快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下)

故障切除时间＝保护装置动作时间＋断路器动作时间0.02～0.12s0.06～0.15s对于高电压等级0.01～0.04s0.02～0.06s220kV及以上系统，要求的标准：动作时间≤30毫秒。选择性举例1、2跳闸5、6跳闸7、8跳闸若7QF拒动，保护5动作跳开5QF将故障切除，停电范围扩大了。但是如果保护5不动作跳闸，故障线路就无法切除，因此，此时保护5的动作也是有选择性动作，若保护7和7QF正确动作于跳闸同时，保护5也动作跳开5QF，则保护5的动作就是非选择性动作，习惯称为越级跳闸。灵敏性：保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑）一般用灵敏系数来衡量灵敏度可靠性：不拒动、不误动。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高）关于灵敏性

灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为，也称为灵敏度。在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考虑：1.在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式；2.在所保护的短路类型中，选择最不利于保护动作的短路类型；3.在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点（计算所选的短路点）。上页下页返回

在保护整定计算中常用到最大运行方式和最小运行方式：最大运行方式：流过保护装置的短路电流为最大时的运行方式。最小运行方式：流过保护装置的短路电流为最小时的运行方式。关于灵敏性反应故障参数增加的保护：(如过电流、过电压等）反应故障参数减小的保护：（如低电压、国标GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中对各类保护灵敏度系数有具体规定。灵敏系数四性要求之间的关系：

选择性、速动性、灵敏性、可靠性是分析、研究、评价继电保护性能的基础，它们之间既有矛盾的一面（选择性与速动性是一对矛盾体；灵敏性与可靠性是一对矛盾体），又要根据系统的实际运行情况、被保护元件的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到辨证的统一。

在保证可靠性和选择性的前提下，强调灵敏性，力争速动性。“四性”归纳：“四性”是分析和研究继电保护的基础。

选择性——让最靠近短路点的断路器跳闸。

速动性——尽量快。

灵敏性——有足够的故障反应能力。

可靠性——不误动、不拒动。继电保护技术的发展1、保护原理方面过电流保护（最早熔断器）1920年电流差动保护1908年方向性电流保护1910年距离保护1920年行波保护、光纤保护20世纪70年代微波保护20世纪50年代高频保护1927年上页下页返回继电保护技术的发展2、结构型式方面机电型（电磁型、感应型）整流型

微机型集成电路型

晶体管型上页下页返回2023/6/19沈阳工程学院27一、电流互感器第一节电流互感器及电压互感器2023/6/19沈阳工程学院29

电流互感器第一节电流互感器及电压互感器（一）电流互感器正方向规定

极性端极性端一次侧电流同名端流进二次侧电流同名端流出等值电路相量图由等值电路可见：

将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证工作人员的安全。

由电磁平衡原理：所以电流互感器变比，二次额定值：5A或1A上页下页返回减极性（或减磁）1、电流互感器存在误差的原因（二）电流互感器的误差比值误差角度误差由于励磁电流的存在，使一次电流折算值与二次电流不等，即两者的大小和相位不同。小于10%小于7º2、电流互感器10%误差曲线电流互感器比值误差为10%，角度误差小于7°，电流互感器一次电流倍数与允许的二次负载阻抗之间的关系曲线0上页下页返回（二）电压互感器电压互感器的接线方式星型接线三相五柱式接线V-V接线（二）电压互感器上页下页返回电压互感器的接线方式星型接线三相五柱式接线V-V接线（二）电压互感器上页下页返回电压互感器的接线方式星型接线三相五柱式接线V-V接线可以获得相电压、线电压和零序电压（二）电压互感器上页下页返回电压互感器的接线方式星型接线三相五柱式接线V-V接线

特点：可以获得对称的三个线电压，但不能获得相电压可以获得相电压、线电压和零序电压可以获得相电压、线电压和零序电压（二）电压互感器上页下页返回电压互感器二次电压可看成是电压源，而电流互感器二次电流可看成是电流源；电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁密较电流互感器高得多，二次侧开路状态，不能短路。电流互感器工作在二次侧短路状态；电流互感器二次不能开路。（三）电流互感器与电压互感器的工作特点上页下页返回

变换器作用第二节变换器1．按照保护装置构成原理的要求，进行电气量的变换与综合；2．将被保护设备的强电交流二次回路与保护装置的直流弱电回路相隔离；3．利用测量变换器一、二次线圈的屏蔽层，抑制干扰信号的侵入，提高保护装置的抗干扰能力。

变换器的种类：电流变换器电压变换器电抗变压器

上页下页返回一、电压变换器电压变换器用于将一次电压变换成装置所需要的二次电压。上页下页返回

当忽略其比值误差和角度误差时，则二次输出电压：二次输出电压中间变压器变比一次输入电压二、电流变换器

电流变换器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压。上页下页返回

当忽略其比值误差和角度误差时，则二次输出电压：122212WWnnRnITTIT==.&二次输出电压变换系数中间变流器变比nI1IRnU==&三、电抗变压器（UR）

电抗变压器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压。

上页下页返回调节电抗变压器一、二次绕组的匝数可以改变

通过调节电抗变压器绕组所接的电阻可以改变的角度

三、电抗变压器（UR）

电抗变压器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压。

上页下页返回

电抗变压器铁芯具有气隙，其励磁回路的励磁电抗数值很小，相对于二次较大的负荷阻抗来说，完全可以忽略不计，故一次电流全部作为励磁电流，电抗变压器在工作时二次绕组可认为处于开路状态电流变换器与电抗变压器都是将一次电流成比例的变换成二次电压的，但是在应用上有些不同。电流变换器在磁路未饱和时，励磁电流可以忽略，其二次输出电压波形基本保持了一次电流信号的波形。三、电抗变压器（UR）

电抗变压器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压。

上页下页返回电抗变压器一次电流全部作为励磁电流，在暂态情况下，忽略铁芯有功损耗，其二次输出电压为：电抗变压器二次输出电压对一次电流中的谐波成分有放大作用，对一次电流中的非周期电流有抑制作用当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出负序分量

为了提高保护装置的灵敏度，经常采用序分量来作为保护的判据。要获得这些序分量就必须借助于各种序分量滤过器，称为对称分量滤过器。当输入端三相电流、电压中含有三序分量时，输出端只输出零序分量第三节对称分量滤过器

零序分量滤过器负序分量滤过器上页下页返回

为了提高保护装置的灵敏度，经常采用序分量来作为保护的判据。要获得这些序分量就必须借助于各种序分量滤过器，称为对称分量滤过器。第三节对称分量滤过器

零序分量滤过器零序电压滤过器

零序电流滤过器

负序分量滤过器负序电压滤过器

负序电流滤过器

上页下页返回上页下页返回零序电压滤过器零序电压滤过器的作用是为了获得零序电压，它的输入是三相电压，输出只与输入电压中的零序电压成正比。构成依据：

构成元件

：

三个单相式电压互感器或三相五柱式电压互感器都可以获得上页下页返回零序电流滤过器零序电流滤过器的作用是为了获得零序电流，它的输入是三相电流，输出只与输入电流中的零序电流成正比。

构成依据：

构成元件

：

由三台具有相同型号和变比的电流互感器构成零序电流滤过器。

零序电流互感器四幅值比较与相位比较幅值比较：就是通过比较两个电压的大小来决定继电器是否动作；相位比较：就是通过比较两个电压的相位来决定继电器是否动作。

2023/6/19沈阳工程学院4949上页下页返回幅值比较与相位比较之间的关系

幅值比较的动作方程：相位比较的动作方程2023/6/19沈阳工程学院5050上页下页返回

幅值比较与相位比较之间的关系2023/6/19沈阳工程学院5151上页下页返回

第五节常用电磁型继电器

按照反应的物理量可分为按照作用可分为：电流继电器电压继电器功率方向继电器阻抗继电器频率继电器瓦斯（气体）继电器起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

量度继电器过量继电器欠量继电器过电流继电器过电压继电器高周波继电器低电压继电器阻抗继电器低周波继电器返回系数<1返回系数>1反映故障参数增大而动作反映故障参数降低而动作电流继电器过电流继电器

电压继电器中间继电器时间继电器信号继电器过电压继电器

低电压继电器

反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器

反应被保护元件电压升高而动作的一种继电器

接点多容量大,可实现短延时,及自保持。多用于出口回路和逻辑回路建立保护所需要的延时时间。当保护装置动作时，明显标示出继电器或保护装置动作状态

常用电磁型继电器反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器

上页下页返回一、电磁型继电器基本结构及工作原理

它是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器。

2023/6/19沈阳工程学院56(a)螺管线圈式(b)吸引衔铁式(c)转动舌片式图2-1