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1、继电保护教案第一章 继电保护概述第一节 继电保护的任务 继电保护装置就是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。继电保护的基本任务是：(1) 当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。(2) 当系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。第二节 继电保护装置的基本原理、组成及分类 一、继电保护装置的基本原理根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用短路时母线电压降低的特点可构成低电压保护；利用
2、短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护；利用电压与电流之间的相位差的改变可构成方向保护。根据线路内部短路时，两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护。根据非电气量的变化来构成某些保护，如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的瓦斯保护。二、继电保护装置的组成继电保护装置一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。 图1-1 继电保护装置基本组成框图1.测量元件测量元件的作用是，测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。
3、2.逻辑元件逻辑元件的作用是，根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。 逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。3.执行元件： 执行元件的作用是，根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行时不动作。三、继电保护装置的分类1.按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；2.按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；3.按保护所反应故障类型分类
4、：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；4.按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；5.按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等。主保护是指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元件故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。后备保护又分为远后备保护和近后备保护两种。远后备保护是指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。近后备保护是指当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实
5、现后备的保护。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。第三节 对继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。即保护四性。一、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的一种性能。下面以图1-2为例，来说明选择性的概念。图1-2 保护动作选择性的说明在图1-2的网络中，当短路时，应该由距故障点最近的保护1、2动作，跳开1QF、2QF，这样即切除了故障线路，又使停电范围最小，因此我们说此时保护1、2动作是有选择性的动作，也就
6、是满足了选择性的要求。同理当短路时，保护5、6动作跳开5QF、6QF；当短路时，保护7、8动作跳开7QF、8QF，都是有选择性的动作。若当短路时，7QF拒动，保护5动作跳开5QF将故障切除，那么此时停电范围扩大了。但是如果保护5不动作跳闸，那么故障线路就无法切除，因此，此时保护5的动作也是有选择性动作，只不过是保护5做了保护7的远后备保护而已。若保护7和7QF正确动作于跳闸同时，保护5也动作跳开5QF，则保护5的动作就是非选择性动作，我们也习惯称为越级跳闸。二、速动性速动性就是指保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。即： 故障切除时间 ；t故障切除时间；t
7、bh-保护动作时间；tDL-断路器跳闸时间；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。三、灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。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，也称为灵敏度。四、可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。简单说就是该动则动，不该动则不动。第四节
8、继电保护技术的发展继电保护技术发展历程：保护原理方面：过电流保护（最早熔断器）电流差动保护方向性电流保护（1901年） （1908年） （1910年）距离保护 高频保护 微波保护 行波保护、光纤保护（1920年） （1927年） （50年代） （70年代）结构型式方面： 机电型（电磁型、感应型）整流型晶体管型集成电路型微机型第二章 继电保护的基础知识第一节 电流互感器及电压互感器一、 保护用电流互感器保护用电流互感器是将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证人身与设备的安全。电流互感器均是单相式，一次通入的是电流源，二次
9、接相应负载。（一）电流互感器正方向规定 （a） （b） （c）图2-1 电流互感器极性、正方向规定、电流相量图图2-2 电流互感器等值电路从电流互感器等值电路可见：-=，因为电流互感器二次所接的负荷阻抗很小，远小于其励磁阻抗，所以它是在二次接近短路状态下运行的。一般情况下，在计算电流互感器二次电流时，往往忽略励磁电流，这样=。根据变压器磁势平衡原理 =所以 =/= （2-1）电流互感器变比 =/（二）电流互感器误差从电流互感器的等值电路可见，由于励磁电流的存在，使，即两者出现了大小不同和相位不同，也就是说出现了比值误差和相角误差。比值误差：=100% 角度误差：=arg （2-3）保护用电流互
10、感器规定其比值误差小于10%，角度误差小于7。电流互感器如何在运行中满足误差的要求呢？我们下面就讲述这个问题。电流互感器在运行中的误差主要是由电流互感器一次电流大小和二次负载阻抗大小决定的。那么一次电流最大值与二次负载阻抗之间有一定的关系，这个关系就是我们经常说的电流互感器10%误差曲线。所谓电流互感器10%误差曲线是指：电流互感器比值误差为10%，角度误差小于7，电流互感器一次电流倍数m（m=）与允许的二次负载阻抗之间的关系曲线。 图2-3 电流互感器10%误差曲线二、 电压互感器电压互感器是将电力系统的一次电压按一定的变比变换成二次较小电压，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次
11、高压隔离，保证人身和设备的安全。其工作原理与变压器基本相同。（一）电磁式电压互感器常用接线方式电磁式电压互感器常用接线方式有：两个单相式电压互感器构成的V-V接线；三个单相电压互感器构成的星型接线；三相五柱式电压互感器的接线方式。如图2-4（a）（b）（c）所示。 （a） （b） （c）图2-4电磁式电压互感器常用接线方式（a） 两个单相式电压互感器构成的V-V接线 （b）三个单相电压互感器构成的星型接线（b） 三相五柱式电压互感器的接线方式（二）各接线方式特点1.两个单相式电压互感器构成的V-V接线从图2-4（a）可见，这种接线方式可以获得对称的三个线电压，但不能获得相电压。当自动装置和继电
12、保护装置以及测量表计只需要线电压时，可以采用此接线方式。该接线方式电压互感器变比为（为电压互感器一次额定电压）。这种接线方式适用于小电流接地系统。2三个单相电压互感器构成的星型接线从图2-4（b）可见，每个单相电压互感器二次侧都有一个主二次绕组和一个辅助二次绕组，一般主二次绕组接成星型，辅助二次绕组接成开三角接线，这样就可以获得相电压、线电压和零序电压。开口三角形绕组的输出电压为：=+=（+）=3 （2-4）式中：电压互感器一次绕组对辅助二次绕组的变比（使用在大电流接地系统中时=（/）/100V；使用在小电流接地系统中时=（/）/（100/3V）；）电压互感器一次绕组电压为接入系统的相电压，二
13、次主绕组电压为100/V，即一次绕组对二次主绕组的变比是：（/）/（100/V）。3三相五柱式电压互感器的接线方式三相五柱式电压互感器是具有五个磁柱的铁芯，三个一次绕组绕在中间的三个铁芯柱上。这种接线方式的工作情况与图2-4（b）类似，只是一般常用于小电流接地系统。这种接线方式用于小电流接地系统中时，其一次绕组对二次主绕组的变比是：（/）/（100/V）；一次绕组对辅助二次绕组的变比为：（/）/（100/3V）。如果用于大电流接地系统中时其一次绕组对二次主绕组的变比是：（/）/（100/V）；一次绕组对辅助二次绕组的变比为：（/）/100V 。（三）电压互感器误差电压互感器等值电路与电流互感器
14、等值电路相同，工作时存在励磁电流，同时电压互感器的负荷电流在一次绕组的电阻和二次绕组的电阻、漏抗上形成电压降，也使电压互感器的二次电压与折算到二次侧的一次电压存在大小误差（比值误差）和角度误差，但在继电保护中，电压互感器的比值误差和角度误差在一般情况下可不考虑。三、 电压互感器与电流互感器的工作特点1电压互感器一次施加的是电压源，而电流互感器一次输入的是电流源。因此，电压互感器二次电压可看成是电压源，而电流互感器二次电流可看成是电流源。2电压互感器的误差主要是负荷电流在其内部阻抗上的电压降引起，而电流互感器的误差主要是励磁电流引起，所以电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁密较电流互感器高得多。3电压互感器二次接的负荷阻抗远远大于一次绕组和二次绕组的漏阻抗，所以，它相当与工作在二次侧开路状态；而电流互感器由于其二次接的负荷阻抗很小，所以它相当与工作在二次侧短路状态。4对于继电保护工作者来说，在对继电保护装置进行调试时，一定注意电流互感器二次不能开路，电流互感器二次线圈与其它二次设备之间连接要可靠，如果必须在电流互感器运行时拆除继电器线圈时，也必须首先将电流互感器二次线圈短接，然后再拆除继电器
