01继电保护(第1章节)章

1、电力系统继电保护,刘学军 编制,机械工业出版社,教材配套电子教案,北华大学电气信息学院,电力系统继电保护,电力系统继电保护,第1章 绪 论,本章主要讲授内容 1.1 继电保护的作用 1.2 对继电保护的基本要求 1.3 继电保护的工作原理及构成 1.4 继电保护的发展简史,本章基本要求,了解电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果； 掌握继电保护的基本概念、任务（作用）、工作原理及继电保护装置的组成； 熟练掌握对继电保护的基本要求。,1.1电力系统继电保护的作用,1.1.1电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果 1.1.2继电保护的任务,1.1.1电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果,1.电力系统的故障：三相短路k(3)、两相短路k(2) 、单相短路接地k(1)、两相短路接地k(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。 2.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。,1、变压器短路故障,2、带负荷拉闸,3、单相接地故障,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

2、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，破坏用户工作的正常工作或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个电力系统系统瓦解。,事故,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，甚至造成人身伤亡和毁坏电气设备等等。 事故发生除自然条件（如雷击等）外，一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装错误，检修质量不高或运行维护不当引起的。,1.1.2继电保护的任务,1.继电保护装置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。 继电保护装置最初是以机电式继电器为主构成的，现代继电保护装置则已发展成以电子元件或微机、可编程序控制器为主构成。“继电保护”一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的机电保护系统，“继电保护装置”一词则指各种具体装置。,2.继电保护装置的基本任务,（1） 发生故障时，自动、迅速、有选择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，并保证其它无故障元件迅速恢复正常运行。 （2）反应电气元件的不

3、正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。 （3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。,1.2 对继电保护的基本要求,四性： 1、选择性；2、速动性； 3、灵敏性；4、可靠性 对四性的评价： 以上四条基本要求，选择性是关键，灵敏性必须足够高，速动性达到要求即可，最重要的是必须满足可靠性的要求。,1、选择性：保护装置动作时仅将故障对象从电力系统中切除，使停电范围限制在最小的范围内。,当 K3点发生短路故障时，应由故障线路WL1上的保护P7和P5动作，将故障线路WL1切除，这时变电所B则仍可由非故障线路WL2继续供电。当K4点发生短路故障时，应由线路的保护P4动作，使断路器4QF跳闸，将故障线路WL4切除，这时只有WL4停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。,图1-1 单侧电源网络中有选择性动作,主保护和后备保护,1）主保

4、护：是指装设在本元件断路器处并瞬时动作的保护。我们一般都希望故障能够被主保护动作切除。据我国某系统统计最近十年中220KV线路的主保护动作次数占全部保护动作次数的83.7%，154KV线路主保护动作次数占76.3%。 2）后备保护：后备保护可分为近后备和远后备两种。 近后备：装设在本元件断路器处，动作时限比主保护长。当本元件主保护拒动时，才由近后备保护动作来切除故障。 远后备：装设在相邻上一元件断路器处，动作时限比近后备保护时限还要长。当本元件的保护或开关拒动时，利用相邻元件的远后备保护切除故障。 3）辅助保护：起辅助作用的保护。如为消附除方向继电器的电压死区或为加速切除靠近母线附近的线路故障而加装的电流速断保护。,考虑后备保护的问题。当k1点发生短路故障时，距短路点最近的保护6应动作切除故障WL4，但由于某种原因，该处的保护或断路器拒动，故障便不能消除，此时如其前面一条线路(靠近电源测)的保护5动作，故障也可消除。此时保护5所起的作用就称为相邻元件的远后备保护。同理保护1和2又应该作为保护5的远后备保护。如k1点故障，保护6装置两套保护装置即主保护和近后备保护，当主保护拒动时，可用近

5、后备保护切除故障线路WL4。,图1-1 单侧电源网络中有选择性动作,2、速动性,速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 故障切除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0.06 s 0.12 s，最快的可达 0.02 s 0.04s，一般断路器的跳闸时间为 0.06 s 0.15 s，最快的可达0.02s 0.06 s。,3、灵敏性,灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。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。,过量继电器,欠量继电器,4、可靠性,可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此

6、，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。,1.3 继电保护的工作原理、分类及构成,1.3.1继电保护的工作原理 根据电力系统发生故障或不正常运行状态前后物理量变化特征为基础构成继电保护装置 发生短路故障后，利用电流、电压、线路测量阻抗、电压电流间相位、负序和零序分量的出现等的变化，构成相应的保护。如过电流及电流速断保护、低电压及电压速断保护、功率方向保护、序分量保护、距离保护、差动保护、高频保护等等。,电力系统故障后工频电气量变化主要特征,1、电流增大。故障元件上电流增大到大大超过额定负荷电流 2、电压降低。系统各节点电压均下降，短路点电压最低可降至零。 3、电压与电流之间的相位角发生改变 。 4、测量阻抗发生变化。 5、出现负序和零序分量。 6、电气元件流入和流出的电流关系发生变化。元件内部故障，其流入电流不等于流出电流。,反应非工频电气量的保护,1、超高压输电线路的行波保护。 2、电力变压器的气体（瓦斯）保护。 3、电力变压器绕组温度过高的过负荷保护 对于反应电气元件不正常运行情况的继电保护，主要根据不正常运行情况时电压和电流变化特征来构成。 对于反映电气元件

7、不正常运行情况的继电保护，主要根据不正常运行情况时电压和电流变化的特征构成。,1.3.2继电保护装置的分类及构成,1.继电保护装置的分类 分为模拟型和数字型 20世纪80年代前应用的常规继电保护装置都属于模拟型，80年代后发展的继电保护装置属于数字型。模拟型又分为机电型、静态型继电保护装置。 1、机电型继电保护装置包括电磁型和感应型。 2、静态型继电保护装置是应用晶体管或集成电路等电子元件构成。 3、数字继电保护保护装置由微机系统构成,2.继电保护装置的构成,（1）模拟型继电保护装置 这种保护装置由测量回路、逻辑回路和执行回路三个主要部分组成。 1）测量部分：测量被保护对象的有关物理量，与给定量进行比较，给出“是”或“非”信号。,2）逻辑部分： 根据测量输出的大小、性质、输出逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作，然后确定跳闸或发信号。 3)执行部分: 根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所承担的任务。,工作原理,举例说明,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,KA不动作,其接点不闭合,保护不动作 。,电流继电器,时间继电器,电流互感器,脱扣器,中间

8、继电器,跳闸线圈,过电流保护装置单相原理接线图,图1-3 线路过电流保护装置单相原理接线图,（2）数字型微机继电保护,微机继电保护装置由硬件部分和软件部分组成。微机保护硬件部分原理接线如图1-4所示。,图1-4微机保护硬件部分原理接线,1）微机保护装置的硬件结构,数据采集系统（模拟量输入系统）包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能。完成将模拟量转换为数字量。 微机主系统包括微处理器、只读存储器、随机存储器、定时器及并行口等。 开关量输入输出通道。由若干并行口、光电耦合器件及中间继电器组成。 通讯接口。包括通讯接口电路及接口。 电源。供给微处理器、数字电路、模拟转换芯片及继电器所需弱电电压。,2）微机保护的工作原理,微机继电保护装置由硬件部分和软件部分组成。微机保护硬件部分原理接线如图1-4所示。被保护元件的模拟量（交流电压、电流）经电流互感器TA和电压互感器TV进入到微机继电保护的模拟量输入通道。由于需要同时输入多路电压或电流（如三相电压和三相电流），因此要配置多路输入通道。在输入通道中，电量变换器将电流和电压变成适用于微机保护用的低电压量（5v10v）,再由模拟

9、低通滤波器（ALF）滤除直流分量、低频分量和高频分量及各种干扰波后，进入采样保持电路（S/H），将一个在时间上连续变化的模拟量转换为在时间上的离散量，完成对输入模拟量的采样。,2）微机保护的工作原理,通过多路转换开关（MPX）将多个输入电气量按输入时间前后分开，依次送到模数转换器（A/D），将模拟量转换为数字量进入计算机系统进行运算处理，判断是否 发生故障，通过开关量输出通道，经光电隔离电路送到出口继电器发出跳闸脉冲给断路器跳闸绕组YR，使断路器跳闸，切除系统故障部分。人机接口部件的作用是建立起微机型保护与使用者之间的信息联系。以便对装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。外部通信接口部件的作用是提供计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道。,2）微机保护的工作原理,软件部分是根据保护工作原理和动作要求编制计算程序，不同原理的保护其计算程序不同。微机保护的计算程序是根据保护工作原理的数学模型即数学表达式来编制的。这种数学模型称为计算机继电保护的算法。通过不同的算法可以实现各种保护功能。各类型保护的计算机硬件和外围设备是 通用的，只要计算程序不同，就可以得到不同原理的保护。而且计算机根据系统运行方式改变能 自动改变动作的整定值，使保护具有更大的灵敏性。保护用计算机有自诊断能力，不断地检查和诊断保护本身的故障，并及时处理，大大地提高了保护装置的可靠性，并能实现快速动作的要求。,1.4 继电保护的发展简史,1901年出现感应过流继电器 1908年出现比较保护元件两端的差动保护原理。 1910年方向性电流保护开始应用。 1927出现高压线路高频载波电流的传送和比较输电线两端功率或相位的高频保护装置。 19世纪90年代出现装与断路器上并直接作用于断路器的一次式的电磁型过流继电器。20世纪初，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。 20世纪50年代微波中继通讯开始应用于电力系统，出现利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。 19世纪20年代初距离保护出现,1.4 继电保护的发展简史,20世纪50年代出现半导体晶体管，20世纪70年代是晶体管保护装置大量采用。 20世纪80年代后期是静态继电保护后期第一代（晶体管式）向第二代（集成电路式）发展过渡。 20世纪60年代有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，70年代后半期微机样机

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