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1、电力系统继电保护 Protection of Power System,目 录,第一节：电力系统继电保护的概念与作用,第二节 继电保护的基本原理、构成与分类,第三节 对继电保护装置的基本要求,第一节 电力系统继电保护的概念和作用,一、继电保护的特点 （1）继电保护工作涉及到每个电气主设备和二次辅助设备。 （2）继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电 工 、电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通信技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。 （3）继电保护是一门理论和实践并重的学科。 （4）继电保护工作稍有差错，即可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来
2、不可估量的损失。,二、继电保护技术和继电保护装置,继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。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，是完成继电保护功能的核心。,三、电力系统的故障和不正常运行状态,故 障 相间短路d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。最常见的是各种短路。短路的危害 (1)I增加,危害故障设备和非故障设备,缩短其使用寿命等；(2)U降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；(3)破
3、坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统 瓦解。,所谓不正常运行（异常）状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值。如过负荷、电压异常、频率降低、系统振动等、小接地电流系统的单相接地等。,不正常运行状态,发生不正常运行（异常）状态或故障若不及时处理或处理不当时，就可能引起事故。而事故就是指人员伤亡、设备损坏、对用户停电或少送电、电能质量降低到不能容许的程度。,四、继电保护任务和作用,基本任务： 1、发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续 运行。 2、对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有
4、无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。,继电保护的作用,（1）当电网发生足以损坏设备或危及电网安全运行的故障时，使被保护设备快速脱离电网； （2）对电网的非正常运行及某些设备的非正常状态能及时发出警报信号，以便迅速处理，使之恢复正常； （3）实现电力系统自动化和远动化，以及工业生产的自动控制。,继电保护被形象的比喻为“静静的哨兵”,第二节：继电保护的基本原理、构成与分类,继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。1、利用基本电气参数的区别。2、利用内部故障和外部故
5、障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别。 3、对称分量是否出现。4、反应非电气量的保护。,一、继电保护的基本原理,1、利用基本电气参数的区别,发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护。（1）电流保护：反映电流的增大而动作。（2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。（3）距离保护：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。,2、利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别。,正常运行和线路AB外部故障时，A-B两侧电流 的大小相等相位相差180 。当线路AB内部短路时，A-B两侧电流一般大小相等、相位相等。,构成各种差动
6、原理的保护，如纵联差动保护，相差高频保护、方向高频保护等。, 规定电流的正方向是从母线流向线路。,3、对称分量是否出现,（1）三相短路故障和正常运行时，系统只有正序分量； （2）单相接地故障时，系统有正序负序和零序分量； （3）两相短路故障时，系统有正序和负序分量； （4）两相短路接地故障时，系统有正序负序和零序分量 因此，根据这些分量是否存在可以构成零序保护和负序保、 护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。,4、反应非电气量的保护,（1） 反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；（2）反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。,二、继电保护装置的构成 （继电器和接触线圈
7、）,常用继电器和保护装置示例,电 磁 型 继 电 器,电磁型继电器的结构和原理,作用：继电器是组成机电型、整流型等继电保护装置的基本元件，它是一种当输入量达到规定值时，其电气输出电路被接通或断开的自动动作的电器。,继电器分类电磁型电流继电器在电流保护中作为测量和启动元件，是反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器。 电磁型电压继电器在电压保护中作为测量和启动元件，它的作用是测量被保护元件所接入的电压大小并与其整定值比较，决定其是否动作。 时间继电器是一种辅助继电器，它在继电保护装置中作为时限元件，用来建立保护装置所需动作时限，实现主保护与后备保护或多级线路保护的选择性配合。 中间继电器用于在控
8、制电路中传递中间信号。,电流互感器使用注意事项 （1）电流互感器在工作时其二次侧不允许开路。 （2）电流互感器的二次侧有一端必须接地。 （3）电流互感器若在连接时，要注意其端子的极性。 电压互感器使用注意事项 （1）电压互感器在工作时其二次线圈不允许短路。 （2）电压互感器二次侧有一端必须接地。 （3）电压互感器在连接时，也要注意其端子的极性。,互 感 器,二、继电保护装置的构成,继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。,正常状态：,KA流过的二次电流小于动作值,KA不动作,其接点不闭合,保护不动作 。,流过一次设备的电流激增,KA流过的二次电流大于KA
9、动作值,KA接点闭合， KT得电,KT触点闭合,KM线圈得电，其触点闭合,QF的YT线圈得电跳闸,切除故障。,短路故障时：,三、继 电 保 护 分 类,1.按保护对象分类为：发电机保护、变压器保护、输电线路保护、母线保护、电动机保护、电容器保护 2.按故障分类为：相间短路保护、匝间短路保护、接地短路保护 3.按功能分类为：主保护、后备保护（近后备保护、远后备保护） 4.按原理分类为：差动保护、过电流保护、过电压保护、阻抗保护（距离保护）、零序频率保护,差 动 保 护 原 理,差动保护是利用“基尔霍夫电流定理”工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流
10、（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。,差动保护技术参数,1.环境条件正常温度： -10-55 ；极限温度：-30-70；存储温度：-40-85；相对湿度：95%，不凝露 ；大气压力：80-110 kPa 2.工作电源电压范围：
11、85-265V（AC或DC)；正常功耗： 10W；最大功耗： 20W；电源跌落：200ms；上电冲击：4A；隔离耐压：3kV 3.控制电源额定电压：220V（AC/DC)；过载能力：70%-12% Ua；连续工作 隔离耐压：4kV 4.交流电流回路额定电流：5A；功率消耗：0.5VA/每相；过载能力：2Ua，连续工作，10倍Ia允许10S ，40倍额定电流，允许1S ；隔离耐压：4kV 5.交流电压回路额定电压：100V ；功率消耗：0.5VA/每相 ；过载能力：2倍Ua，连续工作 隔离耐压：4kV 6.开关量输入回路额定电压：24VDC ；功率消耗：0.5VA/每相 ；过载能力：2Ua，连续
12、工作 隔离耐压：4kV 7.继电器输出回路分段电压： 250VAC、220VDC；分段功率：1250VA交流或120W直流（电阻性负载）,差 动 保 护 特 性,差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流Iumb流过，对此要求不平衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。,消除不平衡电流的措施,（1）减小稳态情况
13、下的不平衡电流 变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。 （2）减小电流互感器的二次负荷 这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度)；采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等。 （3）采用带小气隙的电流互感器 这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。比率差
14、动保护是差动保护的一种。差动保护需采取比率差动的原理：防止在变压器区外故障（穿越性故障）时，高低压侧CT传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保证穿越性故障不误动。,距 离 保 护,反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗）。并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增
15、长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。,第三节 对继电保护装置的基本要求,一、选择性(Selectivity),选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。,总结：选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善且简单、经济，应优先采用。,主保护：能有选择性地快速切除全线故障的保护。后备保护：当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。,近后备保护：作为本线路主保护的后备保护。 远后备保护：作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳的后备保护
16、。,二、速动性（Speed),实现功能：提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。t=tbh+tdl；t故障切除时间；tbh-保护动作时间；tdl-断路器动作时间； 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。,灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。,三、灵敏性(Sensitivity),对过量继电器：,对欠量继电器：,以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进行协调。此四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足其相应的要求。,
