电力系统继电保护 第1章 绪论

电力系统继电保护原理

Protection

PrincipleofPowerSystem白雪峰1主要教材及参考书•

张保会,尹项根.电力系统继电保护.北京:

中国电力出版社.•

孙国凯等编著.

电力系统继电保护原理.北

京:中国水利水电出版社.•

贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.北

京:水利水电出版社.•

王维俭编.电力系统继电保护基本原理.北

京:清华大学出版社.2第1章

绪论•

第1节

电力系统的正常工作状态、不正常

工作状态和故障状态•

第2节继电保护的基本原理及其组成•

第3节对继电保护的基本要求•

第4节继电保护发展简史3第1节电力系统正常工作状态•电力系统运行状态是指电力系统在不同的

运行条件下的系统和设备的工作状况。•电力系统的运行条件一般可用三组方程描

述，一组微分方程用来描述系统元件及其

控制的动态规律，两组代数方程式分别构

成电力系统运行的等式和不等式约束条件。4电力系统正常工作状态•等式约束条件是由电能性质本身决定的，即系统发出的有功功率和无功功率应在任一时刻与系统

中随机变化的负荷功率（包括传输损耗）相等。•不等式约束条件涉及供电质量和电力设备安全运行的某些参数，他们应处于安全运行的范围内。•根据不同的运行条件，电力系统的运行状态可以分为正常状态，不正常状态和故障状态。电力系

统运行控制的目的就是通过人工和自动的控制，

使电力系统尽快摆脱不正常状态和故障状态，从

而长时间在正常状态下运行。5电力系统正常工作状态•正常运行状态下的电力系统，所有的等式

和不等式约束条件均满足。表明系统以足

够的电功率满足负荷对电能的需求；电力

系统中各母线电压和频率均在允许的偏差

范围内，提供合格的电能。•正常状态下的电力系统，其发电、输电和

变电设备保持一定的备用容量，能够满足

负荷随机变化的需要，并可实现经济运行。6电力系统的故障和不正常运行状态

所有等式约束条件满足，部分不等式约束

条件不满足而又不是故障的工作状态，称

为不正常工作状态。

不正常运行状态：小接地电流系统的单相

接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、

电压升高、频率降低等。

电力系统的故障：三相短路、两相短路、

单相短路接地、两相短路接地、断线、变

压器绕组匝间短路、复合故障等。7发生故障可能引起的后果•

1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的

电弧，使故障设备烧坏；•2、系统中设备，在通过短路电流时所产生

的热和电动力使设备缩短使用寿命；•3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或

影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定

性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。事故：

指系统的全部或部分的正常运行遭到破

坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电

能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备

等等。事

故8继电保护装置及其任务继电保护装置：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

发出信号的一种自动装置。基本任务：1、发生故障时，自动、迅速、

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。

2、对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），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。9第2节继电保护的基本原理及其组成•为了完成电力系统继电保护的基本任务，必须：•区分电力系统的正常、不正常和故障三种

运行状态。•甄别发生故障和出现异常的元件。•

必须寻找电力元件在这三种状态下可测参

量的差异。10继电保护的基本原理及其组成继电保护的原理是利用被保护线路或设备故

障前后某些突变的物理量为信息量，当突变

量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出

相应的跳闸脉冲或信号。1、利用基本电气参数的区别。2、利用内部故障和外部故障时被保护元件

两侧电流相位（或功率方向）的差别。3、不对称分量是否出现。4、反应非电气量的保护。111、利用基本电气参数的区别•发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护。（1）电流保护：反映电流的增大而动作。（2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。（3）距离保护：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。2

ZdUd=0d(3)IdABC121•规定电流的正方向是从母线流向线路。•正常运行和线路AB外部故障时，A-B两

侧电流的大小相等相位相差180°

。•

当线路AB内部短路时，A-B两侧电流一

般大小相等、相位相等。构成各种

差动原理

的保护，

如纵联电

流差动保

护，纵联

相差保护

等。132、利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位的差别3、不对称分量是否出现•电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，

负序分量和零序分量为零；•在发生不对称短路时，

一般负序和零序都较大。•因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序

保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的

选择性和灵敏性。144、反应非电气量的保护•反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而

构成瓦斯保护；•反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷

保护等。15测量被保护元件工作

状态的物理量，并和

已给的整定值进行比

较，从而判断保护是

否应该起动。根据测量部分各输出

量的大小，性质，出

现的顺序等，使保护

装置按一定的逻辑程

序工作，最后传到执

行部分。继电保护装置的组成继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执

行部分，其原理结构如下图所示。根据逻辑部分送的

信号，最后完成保

护装置所担负的任

务。如发出信号，

跳闸或不动作等。执行

部分逻辑

部分测量

部分故障参数量输出信号整定值16••电流继电器正常状态：一次设备通过的电流为

负载电流

KA流过的二

次电流小于动作值—一不动作

其接点不闭合

保护不动作

。断路器主、辅触点脱扣器时间继电器电流互感器中间继电器跳闸线圈继电保护的工作回路17短路故障时：流过一次设备的电流激增

KA流过的二次电流

大于KA动作值

KA接点闭合，

KT得电

KT触点闭合

KM线圈得电，其触点闭合

QF的YT线圈得电跳闸

切除故障。

18继电保护的工作回路第3节

对继电保护的基本要求选择性速动性灵敏性可靠性19一、选择性(Selectivity)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。两种含义：1.其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除

故障。2.其二是力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的

作用。20d3点短路：保护6动作，6QF跳闸；若保护6或6QF拒动，5QF跳闸；d2点短路：保护5动作，5QF跳闸；若保护5或5QF拒动，保护1和保护3动作于1QF、

3QF跳闸；d1点短路：保护1和保护2动作，1QF、2QF跳闸；若保护2或2QF拒动，保护3动作于3QF跳闸；21继电保护的配合

主保护：能有选择性地快速切除全线故障的保

护。

后备保护：当故障线路的主保护或断路器拒动

时用以切除故障的保护。

近后备保护：作为本线路主保护的后备保护。

远后备保护：作为下一条相邻线路主保护或开

关拒跳的后备保护。22二、速动性（Speed)速动性是指尽可能快地切除故障。短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻

短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高

电力系统的稳定性。23三、灵敏性(Sensitivity)灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运

行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏

系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。对过量继电器：保护范围内故障时测量值

Klm

=

对欠量继电器：

保护整定值Klm

=

保护范围内故障时测量值保护整定值24四、可靠性(Reliability)可靠性是对继电保护性能的最根本要

求，包括安全性和信赖性。安全性：要求继电保护在不需要它动作时可

靠不动作，即不误动。信赖性：要求继电保护在规定的动作范围内

发生了属于它应该动作的故障时可靠动作，

即不拒动。不同的电力系统结构不同，电力元件在

系统中位置不同，误动和拒动危害程度不同，因而不同情况下，侧重点有所不同。25对继电保护的基本要求以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相

互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。此四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。根据被保护元件在电

力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满

足其相应的要求。26第4节继电保护技术发展简史继电保护的发展是随着电力系统和自动化技

术的发展而发展的。在20世纪50年代及以前，差

不多都是用电磁型的机械元件构成。随后陆续推

广了整流型元件和由半导体分力元件组成的装置。

70年代以后，集成电路构成的继电保护装置中得

到广泛运用。到80年代，微型机在继电保护装置

中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保

护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也不断得

到提高。继电保护技术将达到更高的水平。27继电保护技术发展简史最初熔断器

难以实现选择性

电压、电流保护

环网、多源网距离保护

单端测量方式，难以保证快速跳闸

差动保护

长