继电保护复习2016教材

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1、 电力系统继电保护复习 机械与控制工程学院 2016.11.21 目 录 一、绪论 二、电网的电流保护 三、电网的距离保护 四、输电线路纵联保护 五、自动重合闸 2 第一章 绪论 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。 电力系统最常见的故障是各种形式的短路 K（1）、K（1，1）、K（2）和K（3） 继电保护的作用： 1、当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障 元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏 ，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行； 2、反映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。 保护装置的组成 保护装置由测量元件、逻辑元

2、件和执行元件三部分组成。 3 测量元件:测量从被保护对象输入的有关物理量并与已给定的整 定值进行比较，根据比较结果判断保护是否应该启动。 逻辑元件：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状 态使保护装置确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传 给执行元件。 执行元件：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。 继电保护的工作回路： 下图为过电流保护工作回路原理接线图 4 5 继电保护基本原理： l为区分系统正常运行状态与故障必须找出两 种情况下的区别。 I增加过电流保护 U降低低电压保护 相位变化:（ 正常：0-30左右 短路：6085） 方向保护. Z的模值减少 阻抗保护 双

3、侧电源线路外部故障与内部故障的差别： 电流差 动保护。 反映I2 ，I0 的 序分量保护等。 l 非电气量：瓦斯保护，过热保护 l原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电 气量或非电气量的差别，即可找出一种原理，且 差别越明显，保护性能越好。 6 l几个重要概念: l主保护：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设备和线路故障的保 护。 l后备保护 ：主保护或断路器拒动时用来切除故障 的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。 l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。 l近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线 路的另一套保护

4、来实现后备的保护。 7 对电力系统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求 ： 选择性、速动性、灵敏性、可靠性 。 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系 统中切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电 范围。 速动性： 保护的动作速度应尽可能快速。 灵敏性： 指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。 可靠性： 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护性能的最根本的 要求。 8 第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 l单测电源网络相间短路的电流保护 l动作电流： l返回电流： l返回系数： l最大短路电流： l最小短路电流

5、： 9 l单测电源网络相间短路的电流保护 l保护的配置：一般由三段式构成。 l一、电流速断保护（第段）： l 对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速 断保护 10 (图中、1最大运行方式下K(3)2最小运行方式下K(2) 3保护1第一段动作电流 ) l整定值计算及灵敏性校验 整定原则：为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短 路时的最大短路电流整定 11 中间继电器的作用： 接点容量大，可直接接TQ 去跳闸 利用其固有动作时间防止 避雷器放电时保护误动 l动作时限：由于电流速断保护是瞬时动作， 只有保护装置自身的动作时间，因此其动作时 限为零秒。 l灵敏性校验：一般情况下，应

6、按最小最小运 行方式下，两相短路电流来校验其保护范围。 最大保护范围Lmax 50%L； 最小保护范围Lmin 15%20%L。 l若Lmin 15%L，则一般认为保护装置的意义 不大。 12 l二、限时电流速断保护（第段） l限时电流速断保护能以较小的时限快速切除全线路范围以内 的故障的保护，也成为电流段保护。 l首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。 即整定值与相邻线路第段配合。 13 整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路电整定原则：保护装置的启动电流应按躲开下一条线路电 流速断保护范围末端发生短路时最大短路电流来整定。流速断保护范围末端发生短路时最大短路电流来整定。

7、 l三、定时限过电流保护（第段） 定时限过电流保护：是指启动电流按照躲开最 大负荷电流来整定的一种保护装置。 14 灵敏性校验： t取0.5s， 动作时间： l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。不仅能保护本线路全长，且 能保护相邻线路的全长。 l整定原则：按躲开本线路最大负荷电流来整定 ，同时保证在外部故障切除后，保护装置能够 返回。 15 动作电流 16 、 、 、 动作时间 17 灵敏性校验 近后备 远后备 18 电流保护的接线方式 定义：指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的 连接方式。 接线系数：流入电流继电器的电流与电流互感器二次侧电 流的比值。 常用的

8、两种接线方式：三相星形接线和两相星形接线 l两种接线方式的性能比较： l1）对中性点直接接地电网和非直接接地电网 中的各种相间短路 对各种相间短路，两种接线方式均能正确反映。不同 之处就是在三相星形接线时，不管发生哪种两相短路 ，均有两个继电器动作，可靠性较高；而在两相星形 接线时，在发生相间短路时，至少有一个继电器动作 ，相应的可靠性较低些。 l2）对中性点直接接地电网的单相接地短路 完全星形接线方式可以反映各种单相接地短路； 不完全星形接线方式不能反映全部的单相接地短路， 所以不适用于中性点直接接地电网。 19 3）中性点非直接接地电网中不同线路不同相的两点接 地短路 异地两点接地发生在相

9、互串联的两条线路上； 三相星形接线方式：100%的切除后一条线路，保证了保护 的选择性； 两相星形接线方式：2/3的机会切除后一条线路，即2/3的机 会保证保护的选择性。 异地两点接地发生在相互并联的两条线路上； 三相星形接线方式：同时切除两条线路，100%的失去选择性 两相星形接线方式：2/3的机会只切除一条线路，即2/3的机 会保证了保护的选择性。 20 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护双侧电源网络相间短路的方向性电流保护 为提高供电的可靠性，出现了单电源环形供电网络为提高供电的可靠性，出现了单电源环形供电网络 、双电源或多电源网络。、双电源或多电源网络。 l利用方向元件和电流元件结合

10、构成了方向电流保护。 l由于方向元件的动作具有一定的方向性，可在反方向故障 时把保护闭锁； l正方向故障：从保护安装处看出去，短路电流的方向为“母 线指向线路” 故障。 l反方向故障：从保护安装处看出去，短路电流的方向为“线 路指向母线” 故障。 l方向过电流保护的接线原理（P34）： 构成：方向元件、电流元件、时间元件 工作原理：方向元件和电流元件必须都动作以后，才 能 去启动时间元件，再经过预定的延时之后动作于跳闸。 除此以外再加上信号继电器和跳闸线圈构成。 21 22 电流规定方向：从母线流向线路为正方向。 电流本身无法判定方向，需要一个基准母线电压。 母线电压规定方向：由母线指向大地为

11、正方向。 d1处短路 （对保护2为正方向） d2处短路（对保护2为反方向） 功率方向继电器的工作原理 l利用判别短路功率方向或电流、电压之间的相位关 系，就可以判别发生故障的方向。 23 l对继电保护中方向继电器的基本要求： l（1）应具有明确的方向性，即在正方向发生 各种故障时（包括故障点有过渡电阻的情况） 能可靠动作；而反方向故障时可靠不动作。 l（2）正方向故障时继电器的动作具有足够的 灵敏度。 l最大灵敏角：功率方向继电器当输入电压和电 流的幅值不变时，其输出（转矩或电压）值随 两者相位差的大小而改变，当输出为最大值时 的相位差称为最大灵敏角。（用 表示） 24 l动作方程： l电压死

12、区：在正方向保护出口附近发生 短路接地故障，故障相对地的电压很低 时，功率方向元件不能动作，称为电压 死区。 消除死区的办法：采用 接线方式或是 加电压记忆回路 25 或 l采用 90接线方式 26 正方向各种短路时，方向继电器能正方向各种短路时，方向继电器能 够正确动作的内角范围够正确动作的内角范围 l为保证 时，功率方向继电器在正方向上任 何相间短路时均能动作，继电器的内角应为： l常于保护相间短路的LG-11型功率方向继电器，内角具 有两个值 和 27 l对 接线方式的评价： 优点：1）对各种两相短路都没有死区； 2）在适当选择继电器的内角 后，线 路上发生的各种故障都能保证动作的方 向

13、性。 缺点：不能消除三相短路死区的问题。 28 中心点非直接接地系统中单相接地故障的保护中心点非直接接地系统中单相接地故障的保护 l中性点不接地系统单相接地故障的特点： 1）单相接地时，全系统都将出现零序电压， 而短路点的零序电压在数值上等于相电压； 2）在非故障相元件上有零序电流，其数值等 于本相原对地电容电流，电容无功功率的实际 方向为母线流向线路，零序电流超前零序电压 ； 3）在故障元件上，零序电流为全系统非故障 元件对地电容电流之向量和，电容无功功率的 实际方向为由线路流向母线。 29 l中性点经消弧线圈接地系统中消弧线圈的补偿 方式： 1）完全补偿方式： 接地点的电流近 似为零。优点

14、：消除故障点电弧，避免出现弧光过电 压；缺点：可能出现串联谐振，使中性点对地电压出 现严重升高。实际应用中不允许采用这种方式。 2）欠补偿方式： 接地点电流仍为电容 性。缺点：当系统运行方式发生改变时，有可能会出 现完全补偿。一般在电力网中也不采用该补偿方式。 3）过补偿方式： 残余电流为电感性。 采用该方式不可能出现串联谐振的过电压问题，在实 际中获得了广泛的应用。 30 中性点不接地电网中单相接地故障的保护中性点不接地电网中单相接地故障的保护 l零序电压保护：利用接地故障时出现的 零序电压而构成，采用无选择性绝缘监 视装置 l零序电流保护： （利用故障线路始端和 非故障线路始端零序电流大小

15、不同而构 成） l零序功率保护：利用故障线路始端和非 故障线路始端零序功率方向不同而构成 ） 31 l中性点直接接地电网中接地短路的零序分量的特点 l零序电压 : 故障点U0最高,离故障点越远U0越低。变压器中性 点接地处U0=0 l零序电流：零序电流的分布主要取决于输电线路的零序阻抗 和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无 关。 32 l对零序电流保护的评价： l优点：1）零序电流保护的灵敏性更高； 2）方向性零序保护没有电压死区，其接线简 单，经济可靠； 3）系统中发生某些不正常运行状态，如系统 振荡、短时过负荷等时，零序电流保护不受 影响。 l缺点：不能反映相间短路故障（具

16、体见书P50-51） 33 l第三章 电网的距离保护 l概念：距离保护是反应保护安装处到故障点的距离，并根据 距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。 l距离保护实质：反映故障点到保护安装处的距离。 实际上 是测量保护安装处到故障点之间的阻抗大小，故而有时也称 为阻抗保护。 l距离保护的时限特征：距离保护的时限特征与三段式电流保 护的时限特征相同。 l距离保护段：瞬时动作，动作时限为保护装置的固有动作 时间；其保护范围为本线路全长的8085% l距离保护段：动作时限和起动值与相邻下一条线路保护的 保护 段或保护段相配合；其保护范围为本线路的全长 和下一条线路的一部分。 34 l距离保护段：作为本线路和相邻线路的后备 保护，动作时限的整定原则与定时限过电流保 护相同，其保护范围包括本线路的全长和下一 条线路的全长。 l距离保护主要是