电网继电保护培训教材

第一节继电保护概述一、继电保护的作用——提高电力系统运行可靠性反映电气设备的故障状态。

当被保护设备发生故障时，自动、迅速、有选择地动作于断路器，从而将故障设备从电网中切出，使故障设备免予继续遭受破坏，缩小事故范围。反映电气设备的不正常状态。

当被保护设备的处于不正常运行状态时，自动、有选择地发出信号，以便采取相应处理措施，或者切除继续运行会引起故障的设备，预防事故的发生。

第一节继电保护概述二、继电保护的发展史继电保护原理发展过电流保护电流差动保护1908年方向电流保护1910年距离保护1920年高频保护1927年行波保护1950S继电保护装置发展熔断器继电器1900S晶体管保护50S、70S集成电路保护80S微机保护6789S数字式继电保护第一节继电保护概述三、电力系统对继电保护的基本要求可靠性可靠性是指在规定的保护区内发生故障时，保护装置不应该拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，则不应该误动作。为保证可靠性，应采用尽可能简单的保护方式及有运行经验的微机保护产品。第一节继电保护概述三、电力系统对继电保护的基本要求选择性—指保护装置具有能正确地断开离故障点最近的断路器的性能，即要求保护装置只将故障设备切除，以保障无故障设备继续运行，从而使停电范围最小。第一节继电保护概述三、电力系统对继电保护的基本要求速动性—快速切除故障，提高系统运行稳定性。不能片面追求速动性，还要兼顾选择性。故障切除的总时间等于保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。目前我国保护动作速度最快的约为0.02s，即工频一个周波。配电网中切除远处的故障，允许以1-2秒，甚至更长的时间切除。第一节继电保护概述三、电力系统对继电保护的基本要求灵敏性—指在保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置的反应能力。在整定值一定的情况下，保护装置的灵敏性与通过装置的短路电流的大小有关。短路电流的大小受系统运行方式和短路故障类型的影响。第一节继电保护概述最大运行方式和最小运行方式——对供电系统而言，并网运行的设备数量越多，系统的等效阻抗就越小，发生短路时短路电流就越大，此为最大运行方式，反之为最小运行方式。一般情况下，在最大运行方式下进行整定，在最小运行方式下验证保护装置的灵敏性。第一节继电保护概述四、继电保护的基本原理利用故障时与运行时参数的差别，当测量值超过整定值时，有选择地切除故障或显示故障设备的异常情况。利用电气量或物理量可以构成不同原理的继电保护装置。如：过电流保护、过电压保护、瓦斯保护、温度保护。第一节继电保护概述故障类型序分量三相对称性故障三相短路正序三相接地短路两相不对称性故障大接地电流系统的两相短路正序、负序小接地电流系统的两相接地短路不对称性接地故障大接地电流系统的两相接地短路正序、负序、零序大接地电流系统的单相接地短路正序、负序、零序三相电网中线路故障的主要类型第一节继电保护概述继电保护装置的基本组成不同原理的继电保护装置一般都由三个基本不分组成，即测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分的信号通常都是取自电流互感器或电压互感器二次回路。

输入信息测量部分逻辑部分执行部分输出信息整定值第一节继电保护概述能使继电器动作的最小电流值为继电器的动作电流（F1>N+f）能使继电器触点返回的最大电流为继电器的返回电流（N>F2+f）返回系数=返回电流/动作电流五、几种继电器简介电流继电器：在电流保护中为启动元件第一节继电保护概述常用DL—10型过电流继电器调整动作电流的办法：1、改变弹簧反作用力即旋转调整把手的位置2、改变线圈接法串联的动作电流是并联的一半第一节继电保护概述电压继电器：接于电压互感器二次测，它反应系统电压大小而动作。时间继电器：主要用来使保护装置获得所要求的动作延时。表示符号KT。中间继电器：可作为主继电器的重动继电器或作为出口继电器，以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足，起到同时闭合或断开几个回路的作用。表示符号为KM。信号继电器：用来发出指示信号，表示符号为KS。第一节继电保护概述继电器的触点动合（常开）触点：继电器线圈中不加电时触点是断开的。动断（常闭）触点：继电器线圈中不加电时触点是闭合的。第一节继电保护概述六、主保护、后备保护与辅助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地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒绝动作时，能够延时切除故障，对本线路的主保护起后备保护的作用。第一节继电保护概述后备保护分为远后备和近后备两种方式：远后备是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。远后备及失灵保护不同程度地扩大了停电范围。近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。110kV及以下系统一般采用远后备方式，220kV及以上系统，采用近后备方式。主保护、后备保护与辅助保护辅助保护是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。2.1电力系统中性点运行方式中性点直接接地或经小电阻接地的系统称为中性点有效接地系统。TT系统TN-S系统TN-C系统TN-C-S系统2.1电力系统中性点运行方式中性点不接地、经高值阻抗接地或经消弧线圈接地的系统称为非有效接地系统或小接地电流系统。IT接地系统2.1电力系统中性点运行方式鉴于以上两种系统的优缺点，目前，在3—66kV系统多使用中性点非有效接地系统。110kV及以上高压系统及380/220V低压系统多采用中性点有效接地系统。中性点有效接地系统优点：绝缘成本低缺点：可靠性低中性点非有效接地系统优点：可靠性高缺点：绝缘造价高两种系统优缺点比较2.1电力系统中性点运行方式保护接地与保护接零(a)无接地

(b)有接地保护接地原理图各种接地示意图第二节线路保护电流保护的实现形式：我国配电系统常用的电流保护装置主要有：熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。所谓的定时限特性指保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流的大小无关。所谓的反时限特性指保护装置的动作时间与故障电流大小成反比例关系，故障电流越大，动作时间越短。第二节线路保护第二节线路保护一、定时限过电流保护过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定的保护。它分为两种类型：保护启动后出口的动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；出口动作时间与过电流的倍数有关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。第二节线路保护定时限过电流保护在正常运行时，不会动作，当电网发生短路时，则能反应于电流的增大而动作。由于短路电流一般比最大负荷电流大得多，所以保护的灵敏性较高，不仅能保护本线路的全长，作本线路的近后备保护，而且还能保护相邻线路全长，作相邻线路的远后备保护。第二节输电线路继电保护的配置（一）动作电流的整定为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，过电流保护的动作电流应大于该线路上可能出现且通过保护装置的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复时负荷自启动电流作用下保护装置必须能够可靠返回，即返回电流应大于负荷自启动电流。

第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置（二）动作时限的整定定时限过电流保护的选择性是依靠选择不同的动作时限来保证。定时限过电流保护动作时限的整定按阶梯形原则。越靠近电源，保护装置的动作时间越长。第二节输电线路继电保护的配置过电流保护的动作时限在按上述阶梯原则整定的同时，还需要与各线路末端变电所母线上所有出线保护动作时限最长者配合。根据阶梯形时限特性整定的过电流保护装置，上一级的保护装置可作为下一级保护装置的远后备。第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置动作过程的两条回路：+→KA（触点）→KT（线圈）→-效果是KT动作+→KT（触点）→KS（线圈）→QF—1→YOF”-”

效果是YOF动作跳闸，KS动作发出信号

第二节输电线路继电保护的配置二、无时限电流速断保护反应电流增加，且不带时限(瞬时)动作的电流保护称为无时限电流速断保护，简称电流速断保护。定时限过电流保护主要依靠动作时限的整定来获得选择性，因而牺牲了动作的快速性；瞬时电流速断保护要瞬时切除故障，则必须通过适当选择动作电流值来获得选择性。第二节输电线路继电保护的配置动作电流的整定：瞬时电流速断保护动作电流是按躲过被保护线路末端短路时的最大短路电流来整定。保护范围被限制在被保护线路内部。第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置保护范围：电流速断保护的灵敏系数通常用保护范围来衡量，保护范围越长，表明保护越灵敏。无时限电流速断保护在最大运行方式下三相短路时，保护范围最大，不超过被保护线路全长的80%；最小运行方式下两相短路时，保护范围最小。为了扩大保护范围，可采用电流电压联锁速断保护。第二节输电线路继电保护的配置电流速断保护的构成中间继电器的作用：(1)增大触点容量，防止由KA触点直接接通跳闸回路时因容量过小而被破坏；(2)当线路上装有管型避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以防止管型避雷器放电时引起电流速断保护误动作。

第二节输电线路继电保护的配置三、限时电流速断保护

由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，为快速切除本线路其余部分的短路，应增设第二套保护。该保护应与下一线路的电流速断保护在保护范围和动作时限上相配合，即保护范围不超过下一线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一线路电流速断保护高出一个时限级差Δt。这种带有一定延时的电流速断保护称为限时电流速断保护。

第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置为保证选择性，必须使上一级线路的限时电流速断保护的动作时间比下一级它相配合的电流速断保护的动作时限大一个时间级差，一般为0.5S。限时电流速断保护的接线图和动作过程与定时限过电流保护完全相同，只不过电流继电器和时间继电器的整定值大小不同而已。第二节输电线路继电保护的配置当电流继电器KA动作后，需经KT建立延时tⅡ后才能动作于跳闸。若在tⅡ之前故障已被切除，则已经启动的KA返回，使KT立即返回，整套保护装置不会误动作。第二节输电线路继电保护的配置四、阶段式电流保护过电流保护、瞬时电流速断保护（包括电流电压联锁速断保护）和限时电流速断保护，组合在一起构成阶段式电流保护。瞬时电流速断（或限时电流速断）保护和过电流保护相配合，构成二段式电流保护。第二节输电线路继电保护的配置两段式电流保护第二节输电线路继电保护的配置四、阶段式电流保护三段式保护：电流速断保护作为第Ⅰ段，加速切断线路首端故障；以带时限的电流速断保护作为第Ⅱ段，保护线路全长；以定时限过电流保护作为第Ⅲ段，用来做本线路和下一级线路的后备保护。第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置展开图是将交流回路和直流回路分开画出的。各继电器的线圈和触点分别画在各自所属的回路中，并用相同的文字符号标注，以便阅读和查对。在连接上按照保护的动作顺序，自上而下、从左到右依次排列线圈和触点。

第二节输电线路继电保护的配置阅读展开图时，一般应按先交流后直流，由上而下、从左至右的顺序阅读。展开图的接线简单，层次清楚，绘制和阅读都比较方便，且便于查线和调试，特别是对于复杂的保护，其优越性更加显著，所以在生产中得到了广泛的应用。

第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置五、电流保护的接线方式电流保护的接线方式指保护装置中的电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。第二节输电线路继电保护的配置三相完全星形接线：将三个电流互感器和三个电流继电器分别按相接在一起，电流互感器和电流继电器接成星形，也叫三相三继电器式接线。第二节输电线路继电保护的配置两相两继电器式接线：装在A、C相上的两个电流互感器和两个电流继电器分别连接在一起。不能反应B相电流。第二节输电线路继电保护的配置电流保护的接线方式两相三继电器接线：在两相不完全星形接线的公共线上再装一只电流继电器，构成两相三继电器接线方式。流过第三只继电器的电流是两相电流之和，即第二节输电线路继电保护的配置两相电流差接线：又称两相一继电器式接线。正常工作时流过继电器的电流时两相电流之差。第二节输电线路继电保护的配置不同接线方式在电力系统中的应用三相完全星形接线对于三相短路、两相短路、单相短路等各种形式的故障都能起到保护作用，且具有相同的灵敏度。两相两继电器式接线能反应各种类型的相间故障，但不能完全反应单相接地故障。第二节输电线路继电保护的配置两相三继电器接线方式能够反应各种相间短路且灵敏度相同。两相电流差接线方式虽能反应各种相间短路，但保护灵敏度有所不同，性能不如两相不完全星形接线。2.1电力系统中性点运行方式六、小接地电流系统的单相接地保护（一）电气量特征所谓小电流接地系统指中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。发生单相接地时，因构不成短路回路，在故障点上流过比负荷电流小得多的电流，所以称为小电流接地系统。在我国，3kV～35kV的电网主要采用中性点非直接接地方式。第二节输电线路继电保护的配置当中性点不接地系统发生单相金属性接地时，接地相电压降低为零，非故障相的电压升高到线电压，即增加了倍；各相之间的电压仍与不接地时一样，保持对称。因此相电压的显著变化可作为判断单相接地的依据。第二节输电线路继电保护的配置第二节输电线路继电保护的配置在小电流接地系统中，发生单相接地时，除故障点电流很小外，三相之间的线电压仍然保持对称，对负载的供电没有影响，所以在一般情况下允许再继续运行2h。为了防止故障的进一步扩大，应及时发出信号，以便采取措施予以消除。这是小电流接地系统的主要优点。第二节输电线路继电保护的配置（二）中性点不接地系统的接地保护绝缘监视装置利用单相接地时出现的零序电压的特点，可以构成无选择性的绝缘监视装置。第二节输电线路继电保护的配置电压互感器二次侧有两组线，一组接成星形，在它的引出线上接三只电压表，用于测量各相电压；另一组接成开口三角形，并在开口处接一只过电压继电器，用于反应接地故障时出现的零序电压，并动作于信号。第二节输电线路继电保护的配置正常运行时，系统三相电压对称，没有零序电压，所以三只电压表读数相等，过电压继电器不动作。当变电所母线上任一条线路发生接地时，接地相电压变为零，该相电压表读数变为零，而其他两相的对地电压升至原来的倍，所以电压表读数升高。同时出现零序电压，使过电压继电器动作，发出接地故障信号。第二节输电线路继电保护的配置零序电流保护利用故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，可以构成有选择性的零序电流保护，并根据需要动作于信号或跳闸。第二节输电线路继电保护的配置七、不同电压等级线路继电保护的配置（一）3-10kV线路装设相间短路保护的规定：单侧电源线路可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护，第二段为带时限的过电流保护。双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。第二节输电线路继电保护的配置（一）3-10kV线路装设相间短路保护规定并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回路电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。环形网络中的线路可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的办法。第二节输电线路继电保护的配置（二）35kV线路装设相间短路保护装置的规定：单侧电源线路可采用一段或两段电流速断或电流电压速断作主保护，并应以带时限过电流保护作为后备保护。双侧电源线路可装设带方向或不带方向的电流保护，不能满足要求时采用距离保护装置。第二节输电线路继电保护的配置（二）35kV线路装设相间短路保护装置的规定：并列运行的平行线路可装设横联差动保护作主保护，并以接于两回线电流之和的阶段式保护或距离保护作为两回线同时运行时的后备及一回线断开后的主保护及后备保护。第二节输电线路继电保护的配置（三）根据110kV线路保护的配置原则，应装设的保护装置有：单侧电源线路，应装设三相多段式电流或电流电压保护。双侧电源线路可装设阶段式距离保护装置。第二节输电线路继电保护的配置（三）根据110kV线路保护的配置原则，应装设的保护装置有：并列运行的平行线可装设相间横联差动及零序横联差动保护作为主保护后保护可按和电流方式连接。电缆线路或电缆架空混合线路应装设过负荷保护。第三节电力变压器保护123变压器保护装置的配置原则变压器的故障类型变压器的瓦斯保护4变压器的过电流和过负荷保护5变压器的纵联差动保护第三节电力变压器保护一、变压器的故障类型变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。第三节电力变压器保护一、变压器的故障类型油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路(直接接地系统侧)，而油箱内发生相间短路的情况比较少。第三节电力变压器保护变压器的不正常工作状态主要有：负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；外部短路或过负荷引起的过电流；外部接地短路引起的中性点过电压；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高；由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。第三节电力变压器保护二、变压器保护装置的配置原则（一）110kV及以下系统应配置的主保护反应变压器油箱内部各种故障和油面降低的瓦斯保护。反应变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的（纵联）差动保护或电流速断保护。保护动作于瞬时跳开变压器各侧断路器第三节电力变压器保护（二）110kV及以下系统应配置的后备保护反应变压器外部相间短路并作为差动保护或电流速断保护后备的过电流保护。防御大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护，同时作为内部接地的后备保护。（三）异常运行保护：反应变压器对称过负荷的过负荷保护。第三节电力变压器保护三、变压器的瓦斯保护瓦斯保护的主要元件是气体继电器，安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中。轻瓦斯保护的动作值用气体容积表示，其整定要求继电器在250-300ml范围内可靠动作；重瓦斯保护的动作值用油流速度表示，整定范围在0.7-1.4m/s。第三节电力变压器保护第三节电力变压器保护第三节电力变压器保护第三节电力变压器保护三、变压器的瓦斯保护瓦斯保护的优点结构简单、灵敏性高，能反映变压器油箱内的各种故障。但瓦斯保护不能反应变压器套管和引出线的故障，与纵差保护一起作为变压器主保护。第三节电力变压器保护第三节电力变压器保护瓦斯保护能反映下列故障：变压器内部多相短路。变压器内部匝间和层间短路。匝间与铁心或外壳短路。变压器绕组内部断线。铁心故障、发热烧毁等。绝缘裂化和油面下降。分接开关接触不良或导线焊接不良。第三节电力变压器保护四、变压器的过电流、电流速断和过负荷保护电流速断保护装设在变压器电源侧，一般采用两相式。变压器的过电流、电流速断和过负荷保护其组成、原理及整定原则与线路的过电流、电流速断和过负荷保护的组成、原理及整定完全相同。第三节电力变压器保护五、变压器的纵联差动保护定义：比较变压器各侧每相电流大小差别的继电保护称为变压器的纵联差动保护。作用：变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。第三节电力变压器保护五、变压器的纵联差动保护纵联差动保护装设的范围：10MVA及以上的单独运行的变压器6.3MVA及以上的并列运行的变压器应装设纵联差动保护。第三节电力变压器保护纵联差动保护工作原理：正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差。当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为两侧互感器的二次侧电流之和。第三节电力变压器保护第三节电力变压器保护由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证纵差保护能正确动作，必须正确选择各侧电流互感器的变比，使之在同一额定容量下，各侧的一次电流经过变换后流入差动继电器的二次电流相等。第三节电力变压器保护纵差保护动作电流的整定原则：躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电流躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流躲过变压器的最大励磁涌流所有电流都是折算到电流互感器的二次值。第三节电力变压器保护纵联差动保护的特殊问题变压器励磁涌流影响。变压器两侧的电流相位不同。采用相位差补偿的方法。计算变比与实际变比不同。采用自耦变流器来补偿。各侧电流互感器型号不同。变压器分接头的调整。第四节高压电动机的继电保护电动机的相间短路保护：对2000kW以下的高压电动机绕组及引出线的相间短路，宜采用电流速断保护；对2000kW及以上的高压电动机应装设纵联差动保护。电动机的过负荷保护：过负保护的动作时间应大于电动机启动所需的时间。第四节高压电动机的继电保护电动机的单相接地保护当单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护。当单相接地电流小于5A时，可装设接地监察装置；当单相接地电流为10A及以上时，保护装置动作于跳闸；而10A以下时，可动作于跳闸或信号。第五节电容器的保护电容器装置的开关设备及导体等载流部分的长期允许电流，高压电容器不应小于电容器额定电流的1.35倍，低压电容器不应小于电容器额定电流的1.5倍。单台高压电容器应设置专用熔断器作为电容器内部故障保护，熔丝额定电流宜为电容器额定电流的1.5～2.0倍。第一节继电保护概述第一节继电保护概述优点：微机保护可用相同的硬件实现不同原理的保护，使制造大为简化，硬件可靠性高；具有强大的存储、记忆和运算功能，可以实现复杂原理的保护。还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录和调度自动化系统通信等功能，这对于电网事故分析及事故后的处理等均有重要意义。第一节继电保护概述模拟低通滤波器第一节二次回路图的分类二次图纸(按作用分)原理图(按表现形式分)展开式原理图归总式原理图安装图屏面布置图安装接线图第一节二次回路图的分类一、归总式原理图能明确表示整个二次回路的构成以及动作过程但不能表示各元件之间接线的实际位置，未反映各元件的内部接线及端子编号、回路编号等，不便于现场的维护与调试。第一节二次回路图的分类二、展开式原理图以二次回路的每个独立电源来划分单元而进行编制，将同属于一个元件的电流线圈、电压线圈以及接点分别画在不同的回路中，属于同一元件的线圈、接点等，采用相同的文字符号表示。展开式原理图的接线清晰，易于阅读，便于掌握整套继电保护及二次回路的动作过程、工作原理第一节二次回路图的分类三、屏面布置图

屏面布置图是加工制造屏柜和安装屏柜上设备的依据。每个元件的排列、布置，按一定比例进行绘制，并标注尺寸。

第一节二次回路图的分类四、安装接线图

安装接线图是以屏面布置图为基础，以原理图为依据而绘制成的接线图。它标明了屏柜上各个元件的代表符号、顺序号，以及每个元件引出端子之间的连接情况。

第二节二次回路图的识图方法读图前首先要弄懂该图纸所绘继电保护的功能及动作原理，图纸上所标符号的含义，然后按照先交流、后直流，先上后下，先左后右的顺序读图。对交流部分，要