电力系统继电保护原理及应用培训课件

一、基本概念

电力系统一次设备

发电机、变压器、母线、输电线路、电动机、电抗器、电容器等组成电能传输设备（属于高压设备）。电力系统二次设备

对一次设备运行状态进行监视、测量、控制与保护设备（从TA、TV取得成正比“小信号”——>相额定电压57.7V，额定电流1A或5A）。1电力系统一次设备+二次设备。电力系统继电保护原理及应用培训课件第1页一、基本概念2电力系统运行状态

正常状态、不正常状态、故障状态。

正常状态电力系统在要求程度内能够长久安全稳定运行。最关键指标：Ue±10%,△f≤±0.2Hz

。

不正常状态正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。故障状态

一次设备运行中因为外力、绝缘老化、过电压、误操作，以及自然灾害等各种，造成原因发生短路、断线。电力系统继电保护原理及应用培训课件第2页一、基本概念3短路故障

雷击、台风、地震、绝缘老化、人为等原因造成。伴随短路故障出现电流增大、电压降低。

故障类型

纵向故障：指各种类型断线故障，包含单相断线、两相断线和三相断线。横向故障：指各种类型短路，包含三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。单相短路，约为总短路故障数65%，三相短路只占5～10%。三相短路故障发生几率即使最小，但故障产生后果最为严重。

不对称性短路对称性短路电力系统继电保护原理及应用培训课件第3页一、基本概念3短路故障

短路危害

短路电流大，燃弧，易使元件损坏；电压降低，电力用户正常生产、生活受到影响；破坏电力系统并列运行稳定性，引发系统振荡，甚至系统瓦解。美加大停电、巴西大停电！！电力系统继电保护原理及应用培训课件第4页一、基本概念3短路故障

短路特征正常运行短路故障线路流过负荷电流线路流过短路电流母线电压靠近额定母线电压降低电压/电流为负荷阻抗，很大电压/电流为母线至故障点线路阻抗，很小电力系统继电保护原理及应用培训课件第5页一、基本概念3短路故障

短路特征实现保护类型电流增大——过电流保护电压降低——低电压保护阻抗减小——阻抗（距离）保护两侧电流大小和相位差异——纵联差动保护不对称分量出现——零序或负序分量保护（不对称短路）非电气量——瓦斯保护、过热保护等电力系统继电保护原理及应用培训课件第6页一、基本概念继电保护装置

就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号一个自动装置。4继电保护装置任务

当某一设备发生短路、断线等故障时，切除故障时间要求为几十到几百毫秒。基本任务

发生故障时，自动、快速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。对不正常运行状态，为确保选择性，普通要求保护经过一定延时，并依据运行维护条件（如有没有经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。电力系统继电保护原理及应用培训课件第7页一、基本概念

测量部分5继电保护装置组成

测量相关电气量，与整定值比较，给出“是”或“非”，“0”或“1”，“大于”、“小于”、“等于”等性质一组逻辑信号，判断保护是否应该开启。电力系统继电保护原理及应用培训课件第8页一、基本概念

逻辑部分5继电保护装置组成

依据测量部分输出信号大小、性质、先后次序等，使保护按一定逻辑关系判定故障类型和范围，确定是否应该使断路器跳闸或发出告警信号，并将相关指令传达给执行部分。电力系统继电保护原理及应用培训课件第9页

执行部分一、基本概念依据逻辑部分输出结果，发出跳闸脉冲及对应动作信息，或发出告警信号。控制跳闸、调整，或通知值班人员5继电保护装置组成

电力系统继电保护原理及应用培训课件第10页包含TV、TA、二次电缆、保护装置、信号设备、工作电源等。

断路器

电流互感器电流继电器中间继电器信号继电器时间继电器一、基本概念6继电保护二次回路

电力系统继电保护原理及应用培训课件第11页7继电保护工作配合

预设范围，保护范围重合，无死区发电机保护区变压器保护区线路保护区低压母线保护区高压母线保护区1高压母线保护区一、基本概念电力系统继电保护原理及应用培训课件第12页8继电保护分类

主保护

主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障保护。如线路纵连保护。电力系统中电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路短路故障保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。

线路主保护：纵联电流差动保护、纵联距离保护、纵联方向保护变压器主保护：电流差动保护、瓦斯保护母线保护：电流差动保护一、基本概念电力系统继电保护原理及应用培训课件第13页

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保护实现后备。近后备保护：当主保护拒动时，由该电力设备或线路另一套保护实现后备保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。

后备保护

后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障保护。后备保护分为远后备和近后备两种方式。一、基本概念8继电保护分类电力系统继电保护原理及应用培训课件第14页

辅助保护

辅助保护是为补充主保护和后备保护性能或当主保护和后备保护退出运行而增设简单保护。如零序电流保护。纵联速动主保护相间距离保护接地距离保护零序电流保护断路器失灵保护一、基本概念8继电保护分类电力系统继电保护原理及应用培训课件第15页9对继电保护基本要求

选择性速动性灵敏性可靠性一、基本概念简称为：继电保护“四性要求”。“四性”是分析和研究继电保护基础。对四性中每一项要求都应该有度，应以满足电力系统安全运行为准则，不应片面强调某一项而忽略另一项，不然会带来不良影响。电力系统继电保护原理及应用培训课件第16页一、基本概念

可靠性

可靠性是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作，即不误动、不拒动。为确保可靠性，在装置选择上应选取硬件和软件可靠装置，在保护配置上，220kV及以上电压等级电网线路保护普通采取近后备保护方式，110kV及以下电压等级电网普通采取远后备保护方式。

安全性：区外故障可靠不动作可信赖性：区内故障可靠动作9对继电保护基本要求电力系统继电保护原理及应用培训课件第17页一、基本概念

选择性

选择性是指首先由故障设备或线路本身保护切除故障，当故障设备或线路本身保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路保护或断路器失灵保护切除故障为确保选择性，对相邻设备和线路有配合要求保护和同一保护内有配合要求两元件(如起动与跳闸元件、闭锁与动作元件)，其灵敏系数及动作时间应相互配合。

9对继电保护基本要求电力系统继电保护原理及应用培训课件第18页一、基本概念

灵敏性

灵敏性是指在设备或线路被保护范围内发生故障时，保护装置含有正确动作能力裕度，它反应了保护对故障反应能力，普通以灵敏系数来描述。灵敏度系数指在被保护对象末段发生金属性短路时，故障量与整定值（反应故障量上升保护，如电流保护）或整定值与故障量之比（反应故障量下降保护，如阻抗保护）。9对继电保护基本要求电力系统继电保护原理及应用培训课件第19页一、基本概念

速动性

速动性是指保护装置应能尽快切除短路故障，以提升系统稳定性，减轻故障设备和线路损坏程度，缩小故障涉及范围。继电保护在满足选择性前提下，应尽可能加紧保护动作时间。在保护配置上，经过配置全线速动主保护、相间和接地故障速动段保护来快速切除故障。整定计算中，可经过合理缩小后备保护动作时间级差来提升快速性。对于系统稳定及设备安全有主要影响对动作时间有要求保护应确保其速动性，必要时可牺牲选择性。9对继电保护基本要求电力系统继电保护原理及应用培训课件第20页一、基本概念9对继电保护基本要求速动性和可靠性主要经过加强主保护配置、选择技术成熟原理先进硬件可靠保护装置来确保；灵敏性和选择性主要经过选择合理运行方式、正确配合关系以及准确计算公式来确保。电力系统继电保护原理及应用培训课件第21页

讨论保护1——>就以保护1为基准本线路

一、基本概念10惯用称谓电力系统继电保护原理及应用培训课件第22页下一条线路(相邻线路)

一、基本概念10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准10惯用称谓10惯用称谓电力系统继电保护原理及应用培训课件第23页背后线路

一、基本概念10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准电力系统继电保护原理及应用培训课件第24页一、基本概念10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准(本线)末端短路相邻线出口短路

讨论保护1——>就以保护1为基准电力系统继电保护原理及应用培训课件第25页相邻线末端短路

一、基本概念10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准电力系统继电保护原理及应用培训课件第26页反方向短路

一、基本概念10惯用称谓

讨论保护1——>就以保护1为基准电力系统继电保护原理及应用培训课件第27页Zm1Zm2－Zm3

依据测量阻抗在不一样情况下“差异”，保护就能够区分出系统是否发生故障，以及故障发生范围——正向及范围，或反向。

距离保护经过测量输电线路一端电压、电流,计算它们比值，反应故障点到保护安装处距离。该比值称之为测量阻抗:二、距离保护Zm1Zm2Zm1Zm2－Zm3Zm1Zm21基本原理电力系统继电保护原理及应用培训课件第28页二、距离保护1基本原理测量阻抗通常为复数，可表示为：测量阻抗幅值测量阻抗角测量电阻测量电抗电力系统继电保护原理及应用培训课件第29页

测量阻抗含有以下“差异”：二、距离保护1基本原理

系统正常运行时电力系统继电保护原理及应用培训课件第30页

短路时

在R-X复平面，能够看出测量阻抗与动作范围关系。二、距离保护1基本原理电力系统继电保护原理及应用培训课件第31页相电压：线电压：零序电流赔偿系数二、距离保护1基本原理电力系统继电保护原理及应用培训课件第32页

金属性接地故障故障相相电压测量阻抗故障相相间电压

相间直接短路故障时测量阻抗接地距离保护相间距离保护二、距离保护1基本原理电力系统继电保护原理及应用培训课件第33页直线区域电力系统继电保护原理及应用培训课件第34页设计为一个“面”区域电力系统继电保护原理及应用培训课件第35页

所以，通常将阻抗继电器保护范围扩大为一个面或圆形式。当测量阻抗落在这个范围内时，阻抗元件动作；不然不动作。这个保护范围边界叫做：整定阻抗。用表示。考虑到二次侧测量阻抗受以下原因影响：1）电流、电压互感器误差；2）输电线路阻抗角角度差；3）过渡电阻影响等二、距离保护1基本原理

设计为一个“面（区域）”电力系统继电保护原理及应用培训课件第36页接线方式——即采取何种测量电压和测量电流

最优：

1）能够反应短路点到保护安装处正序阻抗；

2）适合于任何短路类型。测量电压

测量电流二、距离保护2距离保护接线方式电力系统继电保护原理及应用培训课件第37页

经过分析、研究、比较，当前，惯用接线方式有2种：

（1）相间距离

0°接线方式。

（2）带零序赔偿接地距离0°接线方式。二、距离保护2距离保护接线方式电力系统继电保护原理及应用培训课件第38页电力系统继电保护原理及应用培训课件第39页接地阻抗0°接线方式相间阻抗0°接线方式

接线方式能够反应故障类型二、距离保护2距离保护接线方式电力系统继电保护原理及应用培训课件第40页二、距离保护3距离保护基本组成电力系统继电保护原理及应用培训课件第41页I段：无延时，保护本线路一部分II段:tII延时，可靠保护线路全长，保护范围延伸至相邻线路，III段：tIII延时，作为本线路I、II段后备，躲过最小负荷阻抗即可。二、距离保护3距离保护保护范围电力系统继电保护原理及应用培训课件第42页分支电流（助增与外汲）交流失压及PT断线闭锁系统振荡及振荡闭锁线路串联赔偿电容二、距离保护3影响距离保护原因电力系统继电保护原理及应用培训课件第43页

在距离保护各种动作区域中，惯用一个形式是：圆特征。经典圆特征以下：方向特征整定阻抗是圆直径（绝对值最大——保护范围最大）希望：线路阻抗角等于最大灵敏角。二、距离保护3距离保护动作特征圆内动作！电力系统继电保护原理及应用培训课件第44页

在距离保护各种动作区域中，惯用一个形式是：圆特征。经典圆特征以下：

方向圆特征能够判断：短路范围和方向。不过，出口短路时需要“记忆”。最惯用动作特征之一方向特征二、距离保护3距离保护动作特征电力系统继电保护原理及应用培训课件第45页

偏移特征能够判断：短路范围，没有出口死区。不过，反方向出口短路会误动。偏移特征二、距离保护3距离保护动作特征电力系统继电保护原理及应用培训课件第46页

全阻抗特征能够判断：短路范围。不过，没有方向性。

较少采取。没有最大灵敏角概念。全阻抗特征二、距离保护3距离保护动作特征电力系统继电保护原理及应用培训课件第47页

另外，两个或多个圆特征可组成“与”、“或”关系，组合出其它特征。

橄榄型特征苹果型特征

（两圆“与”）（两圆“或”）二、距离保护3距离保护动作特征电力系统继电保护原理及应用培训课件第48页多边形特征——淡化了最大灵敏角概念

与圆特征比较，多边形特征保护范围、耐过渡电阻能力轻易兼顾。惯用特征之