继电保护培训

电力系统继电保护基础知识讲义

一、继电保护概述

二、电流保护

三、距离保护

四、变压器保护

继电保护基础内容一、继电保护概述继电保护的任务。对继电保护的要求。继电保护的基本原理和保护装置的组成。返回一、继电保护概述继电保护的任务：能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并根据需要动作于断路器跳闸或发出信号。一、继电保护概述发生各种形式的短路，故障点通过很大的短路电流和燃起电弧，造成故障元件的损坏。使部分非故障元件通过短路电流，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命。造成部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性，或影响工厂产品质量。负荷超过电气设备的额定值而引起电流升高（一般称过负荷）。系统中出现功率缺额引起频率降低。不直接接地系统中出现单相接地。变压器油中出现部分气体。故障不正常运行状态一、继电保护概述

继电保护装置：就是指能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的一种自动装置。它的基本任务是：1）自动、迅速、有选择性地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，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于发出信号、减负荷或跳闸。返回一、继电保护概述

对继电保护的要求：选择性速动性灵敏性可靠性一、继电保护概述

对继电保护的要求：

选择性：是指保护装置动作时，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。一、继电保护概述

对继电保护的要求：

速动性：是指要尽可能快地切除故障，以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。一、继电保护概述一般必须快速切除的故障有：(1)使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。(2)大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。(3)中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。(4)可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈干扰的故障。

一、继电保护概述时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s～0.08s，最快的可达0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～0.15s，最快的可达0.02s～0.06s。对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。

一、继电保护概述

对继电保护的要求：

灵敏性：是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。《继电保护和安全自动装置技术规程》对各类保护的灵敏系数都做了具体的规定。一、继电保护概述

对继电保护的要求：能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。一、继电保护概述

对继电保护的要求：

可靠性：是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应动作。返回一、继电保护概述

对继电保护的要求：可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。安全性：--------即不误动。信赖性：--------即不拒动。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。

返回一、继电保护概述继电保护的基本原理

为完成继电保护的基本任务，首先就要求区分出系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护功能。ZIG一、继电保护概述继电保护的基本原理差别1：正常运行时线路上只流过负荷电流，且越靠近电源端电流越大。故障时从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。ZIG一、继电保护概述继电保护的基本原理差别2：正常运行时线路各点电压均在额定电压附近变化。短路时故障点电压降为零。各变电所母线电压也有不同程度的变化。越靠近短路点电压变化越大。ZIG一、继电保护概述继电保护的基本原理

差别3：在线路始端用电压与电流的比值来测量阻抗。正常运行时所测到的为负荷阻抗与线路阻抗之和，值较大。面故障时测量的是短路点至线路始端的线路阻抗，值较小，且此阻抗大小正比于故障点距离的远近。ZIG一、继电保护概述继电保护的基本原理利用如上所述的几点差别，就可以构成不同原理的保护。如反应电流增大而动作的过电流保护。反应电压降低而动作的低电压保护。反应短路点到保护安装处之间距离的距离保护等。一、继电保护概述保护装置的组成：一般而言，不管是电磁型保护还是现在的微机型保护，都可以分为如下几个结构：一、继电保护概述保护装置的组成：输入信号主要为被保护元件的电流、电压信号及部分开关量信号，如重瓦斯等。一、继电保护概述保护装置的组成：测量部分是从被保护对象输入的有关电气量，并与给定的整定值进行比较，根据比较的结果给出“是”、“非”的逻辑信号，从而判断保护是否起动。一、继电保护概述保护装置的组成：逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序等，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将命令传给执行部分。一、继电保护概述保护装置的组成：执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时跳闸；不正常运行时发出信号；正常运行时不动作等。返回二、电流保护瞬时电流速断保护（过流I段）限时电流速断保护（过流II段）定时限过电流保护（过流III段）二、电流保护瞬时电流速断保护（过流I段）

根据对继电保护速动性的要求，我们希望发生故障时能够瞬时切除保护。再根据正常运行时电流较小、故障时电流迅速增大的特点，我们可以构成一个最简单可靠的保护——瞬时电流速断保护。二、电流保护瞬时电流速断保护（过流I段）原理：当测量到电流增大到某一个预先整定好的值时，立即动作断开断路器。二、电流保护瞬时电流速断保护（过流I段）

缺点1：为了保证选择性，必须确保在下一线路始端短路不能误动。因此整定定值时需加一个可靠系数（一般为1.3）导致无法保护线路全长。二、电流保护瞬时电流速断保护（过流I段）

缺点2：受系统运行方式的影响较大，在某些情况下可能导致正常运行时无保护范围。返回二、电流保护限时电流速断保护（过流II段）

为了弥补瞬时电流速断保护的不足，增设限时电流速断保护，要求在任何情况下均能保护线路全长，而其动作时间尽可能短。二、电流保护限时电流速断保护（过流II段）原理：当测量到电流增大到某一个预先整定好的值时，经过整定好的时间后动作断开断路器。二、电流保护限时电流速断保护（过流II段）

为了在任何运行方式下保护线路全长，不得不将保护范围伸入下一条线路，而为了保障选择性，必须牺牲速动性，增加一个动作时限△t。一般为0.3－0.5S。返回二、电流保护定时限过电流保护（过流III段）

一般情况下，过流I、II段一起作为线路的主保护，可保护线路全长。而在继电保护中一般除了主保护外，还会配置后备保护，在主保护或断路器拒动的情况下切除故障。因此配置定时限过电流保护。二、电流保护定时限过电流保护（过流III段）

单侧电源放射形网络中过电流保护动作时限的选择说明二、电流保护定时限过电流保护（过流III段）

定时限过电流保护通常按躲开最大负荷电流来整定，其保护范围可以包括下一级线路全长甚至更长，因此需要用动作时间来确保其选择性。二、电流保护电流保护的应用及评价

阶段时电流保护简单可靠，在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在35kV及以下的网络中获得了广泛的应用。缺点是它直接受电网的接线及系统运行方式变化的影响较大，有时候无法满足灵敏度或保护范围的要求。返回三、距离保护距离保护的概念

由于电流保护整定值的选择、保护范围及灵敏系数等直接受系统运行方式的影响，在35kV以上电压的复杂网络中很难满足要求。为此就必须采用性能更加完善的保护。距离保护就是适应这种要求的一种保护。三、距离保护距离保护的原理

R＝U/I计算保护安装处电压与电流的比值R，该值正比于故障点至保护安装处的距离。当值小于预先整定的定值时动作断开断路器。三、距离保护距离保护的特点

由于距离保护反应的是故障点至保护安装处的阻抗，其保护范围稳定，基本不受运行方式变化的影响。但其仍然不能明确区分本线路未端和下一线路始端故障。因此它和电流保护一样要做成多段式的。三、距离保护距离保护的特点

一般情况下会配置三段式相间距离和三段式接地距离保护。一段保护线路全长的80%、瞬时动作。二段保护线路全长并延伸至下一线路I段的范围内。以较短的时间切除故障。三段作为后备保护，时限一般较长。三、距离保护距离保护的主要组成元件

返回四、变压器保护变压器保护的一般配置：

瓦斯保护差动保护各侧（复压闭锁）过流保护过负荷保护四、变压器保护瓦斯保护：当变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，使变压器油及其它绝缘材料分解产生气体，它们从油箱流向油枕。利用这种气体实现的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，但不能反应变压器外部如套管和引出线上的故障。四、变压器保护瓦斯保护：轻瓦斯保护：当流入瓦斯继电器内的气体达到一定数量，使油面下降，将开口杯转动接通触点后即使保护动作，发出信号。轻瓦斯保护一般只发信号，表示内部发生轻微故障或异常。（有时新投运或长期未运行的变压器投运使油温升高也会产生少量气体）四、变压器保护瓦斯保护：重瓦斯保护：当变压器发生严重故障使油流急速冲击档板，带动磁铁使触点闭合，保护动作跳闸。重瓦斯保护动作表示变压器内部发生严重故障，需立即对变压器进行全面检查。四、变压器保护差动保护：

差动保护的基本工作原理是比较被保护元件各端电流大小和相位，正常运行和区外故障时，两侧电流相量和为零，当故障时，两侧电流相量和等于故障点的电流四、变压器保护差动保护原理：正常运行时内部故障时四、变压器保护差动保护特点：差动保护同样是变压器的主保护，它可以反应变压器内部和引出线上的故障，但由于它是电量保护，对变压器内部轻微故障的灵敏度不如瓦斯保护高，且不能反应变压器油面降低等非电量故障。四、变压器保护差动保护的特点：

由于正常时理论上电流为零，故定值可以设得很小，只需躲开不平衡电流。相比过流保护，它的灵敏度非常高。四、变压器保护差动保护存在的主要问题：变压器为YD11接线，低压侧电流比高压侧电流相位超前30°变压器两侧电压等级不同，并且选择的电流互感器变比与实际计算的变比不一致。变压器调压分接头改变。两侧电流互感器特性不同。励磁涌流只存在于主变高压侧。四、变压器保护

问题1：变压器为Y△11接线，低压侧电流比高压侧电流相位超前30°解决办法：将高压侧的互感器接为△形，低压侧的互感器接为Y形，可平衡两侧相位。四、变压器保护问题2：变压器两侧电压等级不同，并且选择的电流互感器变比与实际计算的变比不一致。解决办法：采用平衡系数的概念，将高压侧的电流作为基准，用低压侧的电流乘以平衡系数，使其与高压侧电流平衡。四、变压器保护算例：项目高压侧（I侧）中压侧（II侧）低压侧（III侧）变压器全容量150MVA电压等级230kV115kV10.5kV接线方式YYΔ-11各侧TA变比600/51200/58000/5变压器一次额定电流376A753A8247A变压器二次额定电流3.13A3.13A5.15A各侧平衡系数Kph110.6077四、变压器保护

问题3：变压器调压分接头改变会造成变压器变比的变化，也会形成差流。解决办法：通过整定计算时取一定的门坎值来躲过。四、变压器保护

问题4：两侧电流互感器特性不同。解决办法：互感器选型时需注意尽量选择特性一致或相近的互感器。同时在整定计算时留一定的误差裕度来防止特性不一致造成的差流。四、变压器保护