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1、继电保护基础知识培训 2014.04 什么是继电保护 当电力系统中的电气设备(如发电机、线路、变压器、 电动机等)或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件 时，需要有向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控 制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措 施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电气设备或电力系统 的成套硬件设备，一般通称为继电保护装置。继电保护装置是保 证电气设备或电力系统安全运行的基本的装备。 一、保护的作用 1、当被保护的电力系统或设备发生故障时，该继电保护装置迅速 准确地给距离故障设备最近的断路器发出跳闸命令，使故障设备 及时从电力系统中断开，最大限
2、度地减少对电力设备本身的损坏 ，防止事故蔓延，降低对电力系统安全供电的影响。 2、反应电气设备的不正常工作状态，并根据不正常工作状态和设 备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便 值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整。 第一节 保护的作用、基本原理及要求 二、保护的基本原理 供配电系统中应用着各种各样的保护装置，尽管它们在结构上 各不相同，但基本上都是由测量部分、逻辑部分和执行部分三个 部分构成，如框图所示。 （续上） 其中测量部分用来反应和转换被保护对象的各种电气参数，经 过变换后，送给逻辑部分，与整定值进行比较，作出逻辑判断， 当判别出被保护对象有故障时，起动执行部分
3、，发出操作指令， 使断路器跳闸。 供配电系统发生故障时，相对于正常运行状态，很多电气量都 要发生明显变化。例如：在短路回路中电流会突然增大；故障相 的相电压或相间电压会下降，而且离故障点愈近，电压下降愈多 ，甚至降为零；电压与电流间的相位角会发生变化；测量阻抗（ 保护安装处电压与电流相量的比值）会发生变化；电气元件两侧 电流关系发生变化；出现负序和零序分量等。 利用供电系统故障时运行参数与正常运行时参数的差别可以构 成各种不同原理的保护装置。 三、对保护装置的基本要来 继电保护有四个基本要求，即可靠性、选择性、灵 敏性、速动性，要全面考虑。在某些情况下，“四性”的要求有 矛盾不能兼顾时，应有所
4、侧重；片面强调某一项要求，都会导致 保护复杂化、影响经济指标及不利于运行维护等。整定计算尤其 需要处理好四性的协调关系。 1、选择性 选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有 选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽 量缩小。首先由故障线路或元件本身的保护切除故障，当上述保 护或开关拒动时，才允许相邻保护动作。继电保护选择性的满足 ，主要由整定计算来考虑，通过正确整定保护装置的动作值和动 作时间来实现，即通常说的灵敏度和动作时间配合，其原则是从 故障点向电源方面的各级保护，其灵敏度逐级降低，其动作时限 逐级增长。 三、对保护装置的基本要来 续上： 时限配合：上一级保护
5、时限比下一级保护时限要大，所大 的时限差，即为时限级差。 保护范围配合：也叫灵敏度有配合。保护装置对被 保护对象的故障反应有一定的范围，上一级保护的保护范围应比 下一级相应段保护范围为短，即在下一级保护范围末端故障时， 下一级保护动作，上一级保护不动作这叫做范围有配合。 三、对保护装置的基本要来 2、速动性 短路故障引起电流的增大、电压的降低，保护装置快 速地断开故障，有利于减轻设备的损坏程度，为负荷创造尽快恢 复的条件，提高发电机并列运行的稳定性。 为了提高速动性，一是配置快速保护；二是可通过合 理的缩小动作时间级差来提高快速性；三是正确地采用先无选择 性和后用重合闸补救相结合的措施，或备用
6、电源自投的方式。例 如:线路变压器组、分段保护等。 三、对保护装置的基本要来 3、灵敏性 灵敏性是指在所规定的保护范围内发生所有可能发生的 故障或不正常工作状态时，保护装置的迅速反应能力。反应能力 是用继电保护装置的灵敏系数(灵敏度)来衡量。如保护装置对保 护区内极轻微的故障都能及时迅速地反应和动作，就说明保护装 置的灵敏度高。 三、对保护装置的基本要来 4、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。保护的可靠性主要由高质量 的保护装
7、置、合理的设计、可靠的安装调试、精心的运行维护来 保证。整定计算中，主要通过制定简单、合理的保护方案来保证 。另外在运行方式变化时应注意对定值进行调整以确保保护系统 可靠动作。 三、对保护装置的基本要来 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、速冻性存在矛盾。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
8、，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。时间越长越容易保证选择性，但 无法满足速动性的要求。 第二节 常用保护元件及接线 一、保护用继电器 （一）保护用继电器的分类 1、按组成元件分：有机电型、晶体管型、集成型、微机型等。 2、按反映的物理量分：有电流继电器、电压继电器、功率继电器 、瓦斯继电器等。 3、按反映的输入量的大小分：有过量和欠量动作继电器。 4、按其在保护装置中的功能分：有起动继电器、时间继电器、信 号继电器、中间继电器等。 （二）继电器的工作原理 1、电磁型电流继电器 2、电磁型电压继电器 3、感应型电流继电器 4、静态继电器 5
9、、微机型继电器 （三）继电器的特性 继电器的信号输出（动作或返回）都是明确、干脆的，它不可 能停留在某个中间状态，这就是继电器的继电特性。 二、电流保护装置的接线方式 定义接线系数 为流过继电器的电流 与电流互感器 二次电流 之比，即 1、三相三继电器完全星形接线方式 2、两相两继电器不完全星形接线方式 3、两相一继电器两相电流差接线方式 第三节 线路保护 一、线路的故障形式 对中性点不接地系统，其线路常见的故障形式有 1相间短路包括三相短路和两相短路。这种故障的特点是：故障 电流急剧增加为正常工作电流的十几倍、甚至上百倍。对于这种 故障一般采用反应各相电流过量而动作的过电流保护。 2单相接地
10、这种故障的特点是：由于中性点不接地，单相接地故 障回路中只有很小的电容电流，故障时各相上流过的电流与正常 时的工作电流相差不大，因此木能采用反应各相电流变化的电流 保护。但系统在非单相接地时，三相电流之和为零；而单相接地 时，三相电流之和不为零，且三相对地电压之和也不为零。利用 这一特征，一般采用反应零序电流过量而动作的零序电流保护， 或采用反应零序电压过量而动作的零序电压保护（又称为系统绝 缘监视）。 二、相间短路保护 一）定时限过电流保护 1定时限过电流保护的原理顾名思义，定时限过电流保护是反映 ）电流过量动作，且具有规定的动作时间的保护。因此，这种保 护有两个整定值需要确定，即动作电流值
11、和动作时间值。 2定时限过电流保护动作值的 整定计算出的这个规定数值叫做“整定值”。 定时限过电流保护动作值的整定计算包括动作电流的整定和动 作时间的整定。 （续上） （二）反时限过电流保护 反时限过电流保护动作电流的整定计算和灵敏度校验方法均 与定时限过电流保护相同。 1反时限过电流保护的特点 保护装置的动作时间与故障电流的 大小成反比。即故障电流越大，动作时限越短。在同一条线路上 ，靠近电源侧的始端发生短路时，短路电流大，其动作时限短， 反之末端发生短路，短路电流较小，动作时限较长。一般用感应 式电流继电器或半导体反时限电流继电器组成。它既是起动元件 又是时间元件，且触点容量大，不必借用中
12、间继电器，可直接接 通断路器跳闸线圈。 2反时限过电流保护的动作时间整定 由于反时限过电流保护动 作时限随电流大小而变化，因此，整定的时间必须指出是某一电 流值或动作电流的某一倍数下的动作时间。 3反时时限与定时时限过电过电 流保护护的时时限配合 。 4反时限过电流保护与定时限过电流保护比较 定时限过电流保 护的优点是动作时限比较准确，整定简单；缺点是所需继电器数 量较多，接线复杂，且靠近线路首端动作时限较长。 （续上） 三）电流速断保护 1、保护工作原理 带时限的过电流保护之所以需要时限来保证其动作的选择性， 是因为保护的电流动作值较小，不能保证选择性。如果要去掉延 时，则必须使电流动作值满
13、足选择性的要求。 2、电流速断保护的整定计算 3、电流速断保护的灵敏度校验 三、线路单相接地保护 （一）单相接地电容电流分析与计算 1、单相接地电容电流分析 2、单相接地电容电流计算 3、考虑电力设备引起电容电流增值的计算： （二）中性点不接地系统的接地保护 1绝缘监视装置 利用单相接地时，系统会出现零序电压这一 特征而构成的绝缘监视装置是最简单实用的中性点不接地系统单 相接地保护方式。 2零序电流保护 利用故障线路的零序电流大于非故障线路零 序电流的特点，可以构成有选择性的零序电流保护并可动作于信 号或跳闸。 第四节 电力变压器的保护 一、电力变压器的故障形式 l. 绕组及其引出线的相间短路
14、 包括三相短路和两相短路。与线 路相间短路一样，这种故障的特点是，短路相上电流急剧增加为 正常电流的若干培，因此可采用反应电流过量而动作的过电流保 护装置来加以保护。 对于油浸式变压器，当油箱内统组发生相间短路时，危害很 大，故障处的电弧不仅可能烧坏绕组绝缘和铁心，而且可能会使 绝缘材料和变压器油强烈气化，从而引起油箱爆炸。针对这种情 况，变压器除了设置过电流保护外，还应设置反应油箱内油气化 量多少的瓦斯保护。 2. 统组匝间短路 绕组匝阳短路也是变压器的常见故障。绕组匝 间短路时也会使故障点电流增加，但增加的多少与短路匝数有关 ，当短路匝数不多时，故障电流与正常电流差异不是很大，过电 流保护
15、装置不一定能反应出来。因此，对这种故障，油浸式变压 器采用瓦斯保护；干式变压器采用反应绕组短路时温度升高的温 度保护。 3二次测单相短路 变压器二次测中性点直接接地，其单相短路 时，故障相出现较大的短路电流、一般，首先考虑用变压器一次 测装设的过电流保护兼作单相短路保护，若灵敏度不够，再考虑 在变压器二次侧采用反应三根电流之利的零序电流保护。 （续上） 4. 过负荷 虽然变压器有一定的过负荷能力，但过负荷时间不能 太长。因此，当变压器的实际负荷超过其额定负荷时，采用反应 变压器过负荷的过负荷保护。 5. 油浸式变压器的油面降低 油侵式变压器展用变压器油作绕组 的相间绝缘和对地绝缘的，因此，绕组
16、必须完全浸泡在变压器油 中，当油面降低时，会威胁变压器的绝缘，从而引起短路故障。 针对这种情况，应设置可反应油面降低的瓦斯保护。 6. 干式变压器绕组温度升高 干式变压器统组温度升高的原因很 多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、冷却系统故障等。针 对这种情况，应设置温度保护。 （续上） 二、变压器保护配置 针对以上变压器故障形式，变压器应配置必要的主保护和后备 保护，以下分别予以介绍。 1、瓦斯保护 瓦斯保护由气体继电器实现，气体继电器设于变压器油箱 与油枕间的连通管上，当油再式变压器油箱内部发生故障时，由 于故障点电流和电弧的作用，使变压器油及其他绝缘材料分解， 产生气体，他，它们将从油箱流向油枕。故障程度越严重，产生 气体越多，流速越快，甚至气流中还夹杂着变压器油。利用这种 气体实现的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护是油浸式变压器的主要 保护之一。 在出现轻微瓦斯及油面下降时，保护应动作于信号；在 出现大量瓦斯时（重瓦斯），通常应动作于跳闸。 瓦斯保护装设于容量为800KVA及以上的变压器。 （续上） 使用瓦斯继电器时应注意： （
