继电保护基础讲义

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1、继电保护基础知识,一、继电保护的概念 电力系统继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。 继电保护装置是反应电力系统中电气设备故障或不正常工作情况而作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。,二、电力系统在运行中的故障和不正常工作情况。 1、最常见的故障是短路，如三相短路、两相接地短路、两相间短路、单相接地短路、变压器的绕组匝间短路等。此外，输电线路还可能发生一相或两相断线以及断线和短路同时发生的复杂故障。 2、最常见的不正常工作情况是过负荷，长时间过负荷会使载流设备和绝缘温度升高，加速绝缘老化或设备遭到损坏，严重时甚至引起故障。,三、主保护和后备保护的概念。 1、主保护：满足系统稳定和设备

2、安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。 2、后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护，又分为远后备和近后备。 （1）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的保护来实现的后备保护。 （2）近后备保护：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后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。 3、辅助保护：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。,四、对继电保护的基本要求 1、 选择性： 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。

3、例： 当d1短路时，保护1、2动跳1DL、2DL，有选择性 当d2短路时，保护5、6动跳5DL、6DL，有选择性 当d3短路时，保护7、8动跳7DL、8DL，有选择性 若保护7拒动或7DL拒动，保护5动跳5DL（有选择性） 若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动跳5DL，则越级跳闸（非选择性）,选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置DL、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。,2、速动性： 2.1 速动性意义 （1）提高系统稳定性； （2）减少用户在低

4、电压下的动作时间； （3）减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。 2.2故障切除时间 t=tbh +tDL t故障切除时间； tbh-保护动作时间； tDL-断路器动作时间； 一般的快速保护动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s。 一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。,3、可靠性： 要求保护装置处于良好状态，随时准备动作。保护装置的误动作是 造成正常情况下停电、事故情况下扩大事故的直接根源，因此必须避免 用简单的话来说，就是“该动的就动，不该动的不动”，即不误动、 不拒动。 影响可靠性有内在的和外在的因素： 内在的：装置本身的质

5、量，包括元件好坏、结构设计的合理性、 制 造工艺水平、内外接线简明，触点多少等； 外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装,4、灵敏性： 在保护装置的保护范围内发生故障，对故障情况的反应能力，保护反映的灵敏程度叫灵敏性，习惯上常叫灵敏度。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如过电流保护） 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护） 其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。,上述四个基本要求是

6、分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有统一的一面，又有在一定条件下矛盾的一面。 继电保护的四性在整定计算中非常重要，在制定保护系统方案中常常很难同时满足四个基本要求，整定计算工作很重要的一部分就是对四性进行统一协调。 (1) 可靠性与选择性、灵敏性、速动性存在矛盾。例如保护装置的环节越少、回路越简单可靠性越高，但简单的保护很难满足选择性、快速性、灵敏性的要求。,(2) 选择性与灵敏性存在矛盾。例如，对于电流保护，提高整定值可以保证选择性，降低整定值才能保证灵敏性，尤其是大、小方式相差较大时，很难同时满足二者的要求。 (3) 选择性与速动性存在矛盾。时间越长越容

7、易保证选择性，但无法满足速动性的要求。 对于四性的矛盾，要具体分析电网的实际情况进行合理的取舍，具体原则如下： a.地区电网服从主系统电网； b.下一级电网服从上一级电网； c.局部问题自行消化； d.尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要；,五、继电保护的基本原理 1、 继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。,继电保护装置具有正

8、确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。 2、 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是： (1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至几倍额定电流。 (2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。,(3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的

9、，一般为6085，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180+(6085)。 (4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。 （5）不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。,利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。 此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非电气量的保护，非电气量有温度、压力、速度、位移、流量、液位等。 六、继电保护可按以下方

10、式分类。 1、按被保护对象分类，有输电线保护和主设备保护(如发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等保护)。 2、按保护功能分类，有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。 3、按保护动作原理分类，有差动保护、过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保护、高频（载波）保护等。,七、故障及其保护方式 （一）主变保护 1、纵差保护 反映故障类型：相间短路、高压侧单相接地短路以及匝间短路，保护范围由高低压侧电流互感器之间 说明：按比率制动式原理构成，为防止穿越性短路电流，达到外部短路不动作

11、和内部短路灵敏动作。采用谐波制动原理，动作于跳主变两侧开关。 2、气体保护 反映故障类型：油箱内的电气故障，使绝缘油和其他绝缘材料分解气化，产生气体。分为轻瓦斯和重瓦斯 说明：利用浮力（轻瓦斯采用气体容积表示，整定了为250ml）和流量(重瓦斯采用油流速度表示，整定为1.2m/s)原理构成，分别动作于发信号和跳主变两侧开关。,3、相间短路后备保护 反映故障类型： 过电流保护过电流保护、复合电压起动的过电流 保护、负序过电流作为后备保护。 说明：在继电保护中，复压包括低电压和负序电压，复压闭锁过 电流保护主要用在变压器的后备保护或者变压器的进线保护中 为什么过流保护要加这个闭锁条件呢？ 主要是为

12、了防止变压器过载的时候引起装置误动。变压器过载时， 电压会降低，电流自然会升高，有可能达到过流定值，而过载的情况只 会发生很短的时间，如果没有低电压闭锁条件，会引起变压器解列，所 以为了保证供电的可靠性，加了低电压闭锁条件。负序电压闭锁条件主 要是为了提高三相短路的灵敏度，单相和两相短路时都会产生很大的负 序电压，不用去考虑，而三相短路时，短路电流也是对称的，但在短路 的瞬间，三相电压降低，会出现一定的负序值(69V)，负序电压闭锁就 是采用这个原理，在负序电压高于门槛时（可整定）可靠出口。,4、过负荷保护 反映故障类型：变压器过负荷 说明：单相电流过电流保护，延时动作于信号 5、单相接地保护

13、 反映故障类型：大电流接地系统中发生单相接地 说明：间隙电压和电流保护（延时0.3S动作于跳主变两侧开关）；接地电流保护(一时限动作于跳主变高压侧开关，二时限动作于跳主变两侧开关)。 6、温度保护 反映故障类型：变压器绕组或油温高 说明：当主变油面温度达到85报“温度升高”；当主变油面温度达到100报“温度过高”，并跳主变两侧开关。,7、冷却器故障保护 当冷却器故障全停后，延时5S报“冷却器全停”信号，可以延时运行20min,如油面温度没达到75，则可继续运行；但冷却器全停后60min必须将变压器从电网上解列。,（二）母线保护 1、母线故障原因 （1）母线绝缘子和断路器套管的闪络； （2）装于

14、母线上的电压互感器和装在母线和断路器之间的电流互感器 故障 （3）母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏； （4）运行人员的误操作； 2、母线保护的配置 差动保护，母联充电保护，母联过流保护，母联非全相保护，断路器失灵保护，母联失灵及死区保护，复合电压闭锁，CT断线闭锁及告警，PT断线告警,（三）线路保护 故障类型：相间短路、单相接地（小接地电流系统中）、或单相短路（大接地电流系统中）、相间短路接地； 1、电流保护： 电流速断保护（主保护）对于仅反应于电流增大而瞬时动 作电流保护，称为电流速断保护。不能保护全线路 限时电流速断保护（主保护）任何情况下能保护线路全长 因动作带有延时，故称限时电流速

15、断保护。其保护范围不超出下一 条线路第段的保护范围。 定时限过电流保护（后备保护）作为本线路主保护的近后 备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电 流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长， 且能保护相邻线路的全长。,2、方向性电流保护： 双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。增加方 向元件，提高选择性。 方向元件是通过电流与电压的角度进行判定方向。 方向元件与过流元件的关系是“与”的关系。,3、接地电流保护：（零序电流电压） 段:速动段保护 段(、段)应能有选择性切除本线路范围的接地故障，其动 作时间应尽量缩短 最末一段：后备 三段式零序电流保护

16、原理与三段式电流保护是相似的，方向性 零序电流保护同方向性过流保护也是相似的。,4、距离保护： 电流保护的优点：简单可靠经济。缺点：选择性灵敏 快速性很难满足要求（尤其35kv以上的系统）。距离保护的性能比 电流保护更加完善。基本不受运行方式影响。 距离保护分为三段式：主保护I段：瞬时动作；II段：t=0.5 ； III段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。后备保护 阻抗保护分为全阻抗（无方向）、方向阻抗（有最大灵敏角度 ）、偏移阻抗,5、自动重合闸 自动重合闸（ZCH）装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投 入的一种自动装置。 运行经验表明，架空线路大多数故障是瞬时性的，如： （1）雷击过电压引起绝缘子表面闪络。 （2）大风时的短时碰线。 （3）通过鸟类身体（或树枝）放电。 此时，若保护动熄弧故障消除合断路器恢复供电,作用： （1）对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。 （2）对两侧电源线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。 （3）可