电力系统继电保护原理

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1、 继电保护一. 电力系统的不正常状态l1）常见故障：在三相交流电力系统中，最常 见和最危险的故障是各种型式的短路，其中包 括三相短路、两相短路、两相接地短路、一相 接地短路、两点接地短路以及电机和变压器一 相绕组上的匝间短路等。除此以外，输电线路 还可能发生一相或两相断线以及上述几种故障 同时发生的复杂故障。 一. 电力系统的不正常状态l2）不正常工作情况：最常见的不正常工 作情况是过负荷。长时间过负荷会使载 流设备和绝缘的温度升高，而使绝缘加 速老化或设备遭受损坏，甚至引起故障 。此外，由于电力系统有功功率缺额而 引起的频率降低，水轮发电机突然甩负 荷所引起的过电压等也都是不正常工作 情况。

2、 一. 电力系统的不正常状态电力系统短路可能引起下列严重后果：l （1）数值很大的短路电流通过短路点将燃起电孤 ，使故障设备烧坏甚至烧毁；l （2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，产 生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备 缩短使用寿命；l （3）电力系统中大部分地区的电压下降，使大量 电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品；l （4）破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定 性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瘫痪。 二继电保护的任务与作用l1. 定义：l 继电保护装置是能反应电力系统各 电气设备故障或不正常工作情况，并作 用于断路器跳闸或发出信号的一种自动 装置。 二继电保护的任

3、务与作用l2. 作用：l1）当电力系统出现故障时，给主控制设备的 断路器发出跳闸信号，将发生故障的主设备从 系统中切除，保证无故障部分继续运行。 l2）反应电气设备的不正常工作情况，并根据 不正常工作情况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，或 将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以 切除。 以防止不正常工作状态发展成故障而造 成事故。三. 继电保护的作用原理l电力系统发生短路时，电气量将发生下述变化 。1电流增大，在短路点与电回间直接联 系的电气设备上的电流会增大。2电压降低。系统故障相的相电压或相 间电压会下降，而且离

4、故障点愈近，电压下降 愈多，甚至降为零。3电流电压间的相位角会发生变化。l利用短路时这些电气量的变化，可以构成各种 作用原理的继电保护。l1）过电流保护：利用电流增大的特点可以构 成过电流保护；l2）低电压保护：利用电压降低的特点可以构 成低电压保护；l3）阻抗保护：利用电流增大和电压降低的特 点可以构成阻抗保护；l4）方向电流保护：利用电流增大和电流电压 间相位角的变化可以构成方向电流保护。四. 继电保护装置的组成l继电保护装置的功能，就是将检测到的电气 量与整定值或设定的边界进行比较，在越过 整定值或边界时就动作。这里的越过有两层 含义：1）对于反应被测量的量增加而动作的 保护装置，是指测

5、量的量大于整定值或越过 边界到界外；l2）对于反应被测量的量降低而动作的保护装 置，是指测量的量小于整定值或越过边界进入 界内。 继电保护装置的功能可用一个等效的自动 化开关来描述，其逻辑框图如图所示。l在继电保护技术中，将继电保护装置的自动化 开关特性，称为继电特性，即当控制量(输入 量)变化到某一定值(整定值或边界)时被控量( 输出量)发生突变。 l被保护的设备正常运行时，输入量不会越过整 定值或边界，自动化开关是打开的，没有输出 量，保护装置不动作；当被保护设备发生故障 或出现不正常工作状态时，输入量就会越过整 定值或边界，自动化开关自动闭合，有输出量 及保护装置动作。 l继电保护装置一

6、般由三个部分组成，即测量部 分、逻辑部分和执行部分 。l1）测量回路1的作用是测量被保护设备物理量 （申流、电压、功率方向等）的变化，以确定 电力系统是否发生故障和不正常工作情况，而 后输出出相应的讯号至逻辑回路。 即：从被保 护设备来的输入信号通过测量部分形成有关量 ，与给定的整定值或设定的边界进行比较，判 断出保护是否启动。l2）逻辑回路的作用是根据测量回路的输 出讯号进行逻辑判断，以确定是否向执 行回路发出相应的讯号。即：根据测量 部分输出量的大小、性质、出现的顺序 或他们的组合，按规定的逻辑 关系工作 ，确定是否将断路器跳闸或发出信号， 并将命令转送给执 行部分；l执行回路的作用是根据

7、逻辑回路的判断 执行保护的任务，跳闸或发出信号。即 ：执行部分根据逻辑 部分转送的信号， 完成保护装置的任务。如果被保护的设 备发 生故障，动作于断路器跳闸；如果 被保护的设备处 在不正常状态，就发出 相应的信号。五.对继电保护装置的基本要求l1可靠性l 电力系统正常运行时，继电保护装置应可靠不动作 ；当被保护设备发生故障或不正常工作状态时，继电 保护装置应可靠动作。前者称作安全性，如果电力系 统正常运行时继电保护装置动作了，误发信号或误将 某设备切除，非但未起到保护作用，反而由于误动作 造成了电力系统的不安全；后者称作可依赖性，如果 被保护设备发生故障或出现不正常工作状态时，继电 保护装置拒

8、绝动作，就没有起到保护作用，该保护不 可依赖。由此可见，继电保护必须满足可靠性的要求 。 l2迅速性l 迅速性又可称作快速性，是指继电 保护 装置的动作速度。理论上讲，继电 保护 装置的动作速度越快越好；但是实际应 用中，为防止干扰信号造成保护装置的 误动 作及保证保护间 的相互配合，继电 保护不得不人为地设置一动作时限。 l3选择性 l是指电力系统发生故障时，保护装置仅 将故障设备切除，电力系统中的非故障 部分仍然保持运行，使停电范围尽量缩 小，以保证电力系统中无故障部分仍能 继续安全运行。 继电保护的作用与任务4灵敏度好 保护装置的灵敏度是指它对保护范围内故障的反应能力。灵敏度好 就是要求

9、保护在系统的任何运行方式下，当被保护设备任何地点 发生任何形式的短路时，都能动作于跳闸。保护装置的灵敏度一般用灵敏系数（Ksen）来衡量。 l反应数值上升的保护的灵敏系数为:Ksen保护区内金属短路时故障参数的最小计算值保护的动 作参数l反应数值下降的保护的灵敏系数为Ksen=保护的动作参数保护区内金属短路时故障参数的最大 计算值 l故障参数（电流、电压、阻抗等）的计算值应根据实际可能的最 不利运行方式、故障类型和短路点来计算。 。六. 继电保护的发展l继电保护及自动装置是一门新学科，从形成概念到现在刚过百年。但其 技术确有飞速发展，从初期的机电型发展到今天的微机型，经历了四代 的更新。保护类

10、型 优 点 缺点及存在的问题电磁型 (1901年)简单、可靠、价廉、技术成 熟、耐浪涌性强动作速度慢，不易实现复杂的装 置晶体管型(1960年)动作速度较快，可以实现复 杂的装置，比较经济，易于掌 握抗干扰能力差，元器件多，易发 生特性变化和元件损坏集成电路型 (1970年)动作速度快，易实现较为复 杂的装置，有自检功能元器件较多，接线复杂，抗干扰 能力差，价格高微机型(1972年)动作速度快，易实现复杂的 装置，自检功能完善，有很好 的附加功能，调试方便技术跨度大，厂家对软件保密， 用户检修难度大l继电保护及自动装置发展到今天，它的构成原 理已形成了两种逻辑，即布线逻辑和数字逻辑 。布线逻辑

11、的继电保护装置和自动装置，其功 能靠接线来完成，不同原理的装置其接线也不 同(及硬件不相同)；数字逻辑装置的功能由计 算(程序)来完成，不同原理的装置计算方法( 程序)不相同，但硬件基本相同。布线逻辑的 装置要实现一种完善的特性(如四边形阻抗边 界)，接线将十分复杂，有些边界还不可能实 现。数字逻辑装置的原理是由计算(程序)来实 现的，因此，可实现特性完善的装置。 七. 继电保护的配置特点l电力系统各电气元件之间通常用断路器 QF互相连接，每台断路器都装有相应的 继电保护装置，可以向断路器发出跳闸 脉冲。实践表明，继电保护装置或断路 器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑 后备保护。实际上，每一电

12、气元件一般 都有两种保护装置：主保护和后备保护 ，必要时还另外增设辅助保护。 l1）主保护：反应被保护元件自身的故障 并以尽可能短的延时，有选择性地切除 故障的保护称为主保护。 l2）后备保护：当主保护拒动时起作用，从而 动作于相应断路器以切除故障元件。后备保护 分近后备和远后备两种：主保护拒动时，由本 元件的另一套保护实现后备；或当本元件断路 器拒动时，由本站装设断路器失灵保护动作， 切除连接在该段母线上的其他有电源元件的断 路器，谓之近后备，如图11(b)所示。当主 保护或其断路器拒动时，由相邻元件或线路的 保护实现后备的，谓之远后备，其保护区如图 11(a)所示。 l3）辅助保护：为补充

13、主保护和后备保护 的不足，而增设的较简单的保护，称为 辅助保护。l600MW及以上的发电机组和超高压输电线路的 保护，必须遵循双重化原则，即：l(1)每一种保护必须配置两个不同原理的保护装置或两个多CPU微 机保护装置。 l(2)每一种保护必须独立安装在各自的屏内，之间没有任何电气联 系。 l(3)每一种保护必须使用两套互相独立的信号输入(即独立的电压 互感器、电流互感器、开关辅助触点 ）。l(4)每一种保护必须提供互相独立的两套蓄电池直流电源，并有各 自独立的充电设施。 l(5)每一种保护必须有各自独立的控制电缆及控制电缆的走向(即 不同的电缆隧道和电缆架）。 l(6)每一种保护必须使用两个

14、各自独立的断路器脱扣执行机构。 发电机变压器组保护l一. 发电机的故障l(1)定子绕组相间短路。定子绕组发生相间短 路，若不及时切除，将烧毁整个发电机，会引 起极为严重的后果，必须有两套或两套以上的 快速保护反应此类故障。l(2)定子绕组匝间短路。定子绕组发生匝间短 路，也会在短路环内产生很大的短路电流，若 不及时切除，后果和相间短路同样严重。国内 外都有因匝间短路烧伤甚至烧毁发电机的报道 。因此发生定子绕组匝间短路时，也应快速将 发电机切除。l(4)定子单相接地。定子单相接地虽不属于短路性故障 ，但由于以下几方面的原因，对单相接地故障却要求 灵敏而又可靠地反应：很多大型机组中性点都经高 阻接

15、地；电容电流会灼伤故障点的铁芯；绝大部 分短路都是首先由于单相接地没有及时进行处理发展 而成；接地时非接地相电压升高，影响绝缘。l(5)失磁。由于励磁系统故障，会引发失磁(全失磁或 部分失磁)，使发电机进入异步运行，对系统和发电机 的安全运行都有很大影响。大机组要求及时准确地监 测出失磁故障。l(6)转子回路接地故障。转子回路一点接地，短时间内 对汽轮发电机组的运行影响尚不太大，一般都允许继 续运行一段时间。如果发展为两点接地，则有可能发 生失磁，甚至烧坏设备。因此，接地故障也必须正确 检测，及时处理。 l二.发电机不正常运行状态l由于发电机是旋转设备，加上在设计制造时考虑的过载能力比较 弱，

16、一些不正常的运行状态将会严重威胁发电机的运行安全，因 此对以下这些状态的处理也同样必须及时，准确. l(1)定子负序过流。发电机承受负序电流的能力非常弱 ，很小的负序电流流经定子绕组就可能会引起转子部 件的严重过热，甚至会烧损转子铁芯、槽锲和护环。 大机组上，一般都配置两套反应负序过流的保护。l(2)定子对称过流。当外部发生对称三相短路时，会引 起发电机定子过热，因此应有反应对称过流的保护。l(3)过负荷。l(4)过电压。由于强行励磁等原因引起定子过电压时， 会影响发电机定子的绝缘寿命，因此必须有反应定子 过电压的保护。l(5)过励磁。当定子电压升高、频率降低时，可引起发 电机和主变压器过励磁，从而可能使发电机、主变铁 芯过热而损坏，需装设反应过励磁的保护。l(6)频率异常。发电机在非额定频率下运行可能会引起 共振，使发电机和汽轮机疲劳损伤，应配置频率异常 保护。l(7)发电机与系统之间失步。当发电机和系统失步时， 巨大的交换功率使发电机无法承受而损坏，应配有监 测失步