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1、继电保护基础讲义,继电保护基础讲义,继电保护基本概念 继电保护基本原理 继电保护装置的基本组成 常见继电保护介绍 常规继电保护配置 配电网的继电保护 继电保护未来的发展方向,讲 义 内 容,正常运行状态：电力系统的各母线电压在允许偏差范围内、 频率波动在允许范围内，系统的发电输电以 及用电设备有一定的备用容量，电力设备的 负载在额定负荷以内保持正常运行。 不正常运行状态：电力系统或电力设备的正常运行状态受到 改变但还没有达到故障状态。常见的有电力 设备超负荷长期运行，电力系统振荡等。,1、电力系统运行状态,一、继电保护基本概念,故障：电力设备或电力线路出现短路或断线，其中最常见也 是最危险的故
2、障时各种类型的短路，包括三相短路、 两相短路、两相接地短路、单相接地短路。 事故：系统或其一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户 少送电、电能质量变坏到不能容许的程度、甚至人身 伤亡和设备损坏以及大面积的停电等。电力系统的大 部分事故往往是由于故障设备切除的过慢或保护拒动、 误动引起的。,1、电力系统运行状态,一、继电保护基本概念,自动、迅速、有选择的将故障设备从电力系统中切除， 使故障设备免遭破坏，保证其它无故障部分迅速恢复 正常的运行； 反映电力系统的不正常运行状态，并根据运行维护的 条件，动作于发信号、减负荷或断路器跳闸。,2、继电保护的作用,一、继电保护基本概念,选择性：电力系统发生故
3、障时，保护仅将故障元件切除， 非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。 速动性：保护应尽可能快的动作于断路器跳闸，以切除故 障或中止异常状态发展，提高系统稳定性，避免 故障进一步扩大。 快速保护动作时间为0.010.06s， 断路器的动作时间为0.020.15s。,3、电力系统对继电保护的基本要求,一、继电保护基本概念,灵敏性：灵敏性是保护在规定的保护范围内，对故障情况的 反应能力。要求保护装置在区内故障时，不论短路 位置与类型，都能灵敏地正确地反应出来。 继电保护越灵敏，也越容易出现误动作，因而灵敏 性与选择性是有矛盾的，需要协调处理。 可靠性：当系统异常或故障状态时，保护能够准确地完成
4、动 作，即不拒动；而在动作以外的其他所有情况下， 保护能够可靠不动作，即不误动。,3、电力系统对继电保护的基本要求,一、继电保护基本概念,按保护的作用分类 主保护：能以最快速度有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护：主保护或断路器拒动时，用于切除故障的保护。 远后备：当主保护拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。 近后备：当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现 后备的保护。 辅助保护：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。 异常运行保护：反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。,4、继电保护的分类,一、继电保护基本概念,按被
5、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； 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； 按保护所反应故障类型分类 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、继电保护的分类,一、继电保护基本概念,20世纪50年代以前，电磁型继电器保护； 20世纪50年代末到80年代初，晶体管继电保护； 20世纪80年代中到90年代，初集成电路保护； 20世纪90年代中至今，微机保护。,5、继电保护的发展史,一、继电保护基本概念,电源到短路点之间的线路中流过很大的短路电流；系统各母线电压
6、均有不同程度的下降，距离故障点越近， 母线电压越低；反映电压与电流之比的测量阻抗值较小，短路点距离测量 位置越近，测量阻抗值越小，距离越远，测量阻抗越大， 短路时测量阻抗角值较大（60以上）；发生对称故障时没有负序和零序分量，若发生不对称故障， 故障点或母线处将会出现较大的负序和零序分量。,1、系统故障时电气量特点,二、继电保护的基本原理,反映短路故障后电流增大而动作的过电流保护； 反映短路故障后母线电压降低而动作的低电压保护； 反映短路故障后测量阻抗减小而动作的距离（阻抗）保护； 反映短路故障后负序和零序分量增大而动作的负序过流、 过压和零序过流、过压保护。,2、单侧电源系统采用的保护原理,
7、二、继电保护的基本原理,通过在被保护设备或线路两侧进行电气量的测量比较 以构成差动原理的保护。如电流差动保护、电流相差 保护等； 反映短路电流流向的功率方向保护。,3、多侧电源系统采用的保护原理,二、继电保护的基本原理,1、微机保护装置的硬件结构,三、继电保护装置的基本组成,分散组屏,2、微机保护装置的现场组屏,三、继电保护装置的基本组成,集中组屏,2、微机保护装置的现场组屏,三、继电保护装置的基本组成,1、三段式电流保护,四、常见继电保护介绍,瞬时电流速断保护,定义：反映电流增大而 瞬间动作的电流保护。,整定值：Iset1=KrelIk.max,保护范围：大于线路全 长15%20%,1、三段
8、式电流保护,四、常见继电保护介绍,限时电流速断保护,定义：切除本线路上速 断范围以外的故障，同 时也能作为本线路速断 保护的后备的保护。,整定值：Iset2=KrelIset1,时限：t=0.20.5,1、三段式电流保护,四、常见继电保护介绍,定时限过流保护,定义：启动电流按照躲过 最大负荷电流来整定的电 流保护称为过电流保护。,整定值：, 时限：采用阶梯形时限 配合，在电网的最末端 动作最快，比下一级线 路的过电流保护时限要 高出至少一个t。,2、电流保护的接线方式,四、常见继电保护介绍,三相星形接线,两相星形接线,3、方向式电流保护,四、常见继电保护介绍,方向性的提出,3、方向式电流保护,
9、四、常见继电保护介绍,方向元件的动作特性,保护1的正方向k1点故障时，其短路功率为正值，可用数学式子来表达：Pk=UkIk=UkIkCOSk0,3、方向式电流保护,四、常见继电保护介绍,动作特性向量图,为了提高方向元件的灵敏性， 实际应用中一般将Uk移相 角，使移相后的向量M=Ukej 落在Ik附近。,正方向短路时方程改写为： Pk=UkIk=UkIkCOS(k)0,令=sen，sen称为 方向元件的最大灵敏角。,4、零序电流保护,四、常见继电保护介绍,中性点直接接地系统的零序电流保护,零序电流速断保护, 躲开线路末端单相或两相接地故障时最大短路电流；, 躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时的
10、最大零序 电流，此电流值较大，会降低保护灵敏度。,零序电流限时速断保护,零序电流过电流保护,4、零序电流保护,四、常见继电保护介绍,中性点非直接接地系统的零序电流保护,中性点不接地系统单相接地故障特点, 母线上出现较高的零序电压；, 故障相零序电流是正常运行时三相对地电容电流的代数和；, 当母线上有多条线路时，对故障线路，其流向母线的零序电流 等于全系统非故障线路对地电容电流之和，故障线路电容性无 功功率的方向为由线路流向母线，与非故障线路相反。,中性点不接地系统的接地选线, 零序电压启动； 故障线路零序电流大于非故障线路，零序功率方向不同。,4、零序电流保护,四、常见继电保护介绍,中性点经消
11、弧线圈接地系统单相接地故障特点, 母线上出现较高的零序电压；, 消弧线圈的感性电流与电网容性电流相抵消，使得接地点电 流减小，故障线路与非故障线路零序电流的差别不大；, 感性电流与电容电流的补偿作用随运行方式变化，非故障线 路与故障线路的零序功率方向区别也难以判断。,中性点经消弧线圈接地系统的接地选线, 谐波电流方向保护原理、首半波原理、零序电流有功分量方 向保护原理；多种原理判据综合判断。,中性点非直接接地系统的零序电流保护,5、距离保护,四、常见继电保护介绍,距离保护概念,距离保护反映故障点到保护安装处的距离而动作，由于它同时反映故障后电流的升高和电压的降低而动作，因此其性能比电流保护更加
12、完善，它基本上不受系统运行方式变化的影响。,5、距离保护,四、常见继电保护介绍,距离保护时限特性,5、距离保护,四、常见继电保护介绍,距离保护主要组成元件,启动元件：过电流元件、阻抗元件、负序或零序电 流元件等；阻抗元件：四边形阻抗元件、比相式阻抗元件、工 频变化量阻抗元件、低压阻抗元件等；振荡闭锁元件：系统振荡时闭锁距离保护；电压闭锁元件：二次电压回路断线及失压闭锁；时间元件：确定动作时间。,5、距离保护,四、常见继电保护介绍,阻抗元件概念,计算接入电压Uk和电流IK的比值ZK。我们把ZK称为测量阻抗，设整定阻抗为Zset，当ZKZset时保护不动作，反之保护动作。,表中K=(Z0Z1)3Z1,5、距离保护,四、常见继电保护介绍,方向阻抗元件,通用动作方程,式中：工作电压Uop=UKIKZset，极化电压UP=U1对接地距离继电器，工作电压为： 对相间距离继电器，工作电压为：,
