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1、沈阳工程学院 梁国艳 张瑛,电力系统继电保护,Electric Power System Relay Protection,第一章 绪论 第二章 继电保护的基础知识 第三章 输电线路相间短路的电流保护 第四章 相间短路的方向电流保护 第五章 输电线路接地保护 第六章 电网的距离保护 第七章 线路的差动保护和高频保护 第八章 电力变压器保护 第九章 同步发电机保护 第十章 母线保护,目 录,第一章 绪论,本章主要内容,一、继电保护的任务 二、继电保护装置构成基本原理和组成 三、对继电保护的基本要求 四、继电保护技术的发展,电力系统运行状态,1.正常运行,2.故障,3.不正常运行,断线,短路,三相
2、短路、 两相短路、单相接地短路、两相接地短路、发电机和电动机以及变压器绕组间的匝间短路等,单相断线 两相断线,过负荷、 过电压 频率降低 、系统振荡等,上页,下页,返回,一、继电保护的任务,1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动地、迅速地、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。 2.当电力系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。,上页,下页,返回,二、保护装置构成基 本原理和组成,测量,逻辑,执行,上页,下页,返回,继电保护装置的分类,继电保护装置,上页,下页,返回,对动作于跳闸的继电保护，在
3、技术上一般应满足四个基本要求:,三、对继电保护的基本要求,上页,下页,返回,选择性举例,1、2 跳闸,5、6 跳闸,7、8 跳闸,若7QF拒动，保护5动作跳开5QF将故障切除，停电范围扩大了。但是如果保护5不动作跳闸，故障线路就无法切除，因此，此时保护5的动作也是有选择性动作，若保护7和7QF正确动作于跳闸同时，保护5也动作跳开5QF，则保护5的动作就是非选择性动作，称为越级跳闸。,上页,下页,返回,关于灵敏性,灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为 ，也称为灵敏度。 在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考虑： 1.在可能的运行方式下，选择最不利于保护动作的运行方式； 2.在所保护的短路类型中，选择
4、最不利于保护动作的短路类型； 3.在保护区内选择最不利于保护动作的那点作为灵敏度校验点（计算所选的短路点）。,上页,下页,返回,四、继电保护技术的发展,1、保护原理方面,过电流保护（最早熔断器） 1901年,电流差动 保护 1908年,方向性 电流保护 1910年,距离 保护 1920年,行波保护 光纤保护 20世纪70年代,微波保护 20世纪 50年代,上页,下页,返回,高频 保护 1927年,继电保护技术的发展,2、结构型式方面,机电型 （电磁型、 感应型）,整流型,微机型,集成 电路型,晶体管型,上页,下页,返回,第二章 继电保护基础知识,本章主要内容,一、电流互感器及电压互感器 二、变
5、换器 三、对称分量分量滤过器 四、常用继电器 五、微机保护的基本知识,一、保护用电流互感器,第一节 电流互感器及电压互感器,（一）电流互感器正方向规定,一次侧同名端流进,二次侧同名端流出,等值电路,相量图,由等值电路可见：,将电力系统的一次电流按一定的变比变换成二次较小电流，供给测量表计和继电器，同时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证工作人员的安全。,由电磁平衡原理：,所以,上页,下页,返回,1、电流互感器存在误差的原因,（二）电流互感器的误差,比值误差,角度误差,励磁电流的存在，由于励磁电流的存在，使一次电流折算值与二次电流不等，即两者的大小和相位不同。,小于10%,小于7,2、电流互感器
6、10%误差曲线,电流互感器比值误差为10%，角度误差小于7，电流互感器一次电流倍数与允许的二次负载阻抗之间的关系曲线。,上页,下页,返回,电 压 互 感 器 的 接 线 方 式,星型接线,三相五柱式接线,V-V接线,特点：可以获得对称的三个线电压，但不能获得相电压,可以获得相电压、线电压和零序电压,可以获得相电压、线电压和零序电压,二 电压互感器,上页,下页,返回,电压互感器二次电压可看成是电压源，而电流互感器二次电流可看成是电流源； 电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁密较电流互感器高得多； 电压互感器工作在二次侧开路状态，电流互感器工作在二次侧短路状态； 电流互感器二次不能开路 。,（三
7、）电流互感器与电压互感器的工作特点,上页,下页,返回,一、变换器的功能：,第二节 变换器,1按照保护装置构成原理的要求，进行电气量的变换 与综合； 2将被保护设备的强电交流二次回路与保护装置的直流弱电回路相隔离； 3利用测量变换器一、二次线圈的屏蔽层，抑制干扰信号的侵入，提高保护装置的抗干扰能力。,二、变换器的种类：,电流变换器,电压变换器,电抗变压器,上页,下页,返回,一、电压变换器（TV）,电压变换器用于将一次电压变换成装置所需要的二次电压。,上页,下页,返回,当忽略其比值误差和角度误差时，则二次输出电压：,二次输出电压,变换系数,一次输入电压,二、电流变换器（T）,电流变换器用于将一次电
8、流变换成装置所需要的二次电压。,上页,下页,返回,当忽略其比值误差和角度误差时，则二次输出电压：,二次输出电压,变换系数,电流互感器变比,三、电抗变压器（UR）,电抗变压器用于将一次电流变换成装置所需要的二次电压。,上页,下页,返回,电抗变压器铁芯具有气 隙，其励磁回路的励磁电 抗数值很小，相对于二次 较大的负荷阻抗来说，完 全可以忽略不计，故一次 电流全部作为励磁电流， 电抗变压器在工作时绕组 可认为处于开路状态,调节电抗变压器一、二次绕组的匝数可以改变,通过调节电抗变压器绕组所接的电阻可以改变的 角度,电流变换器与电抗变压器都是将一次电流成比例的变 换成二次电压的，但是在应用上有些不同。电
9、流变换 器在磁路未饱和时，励磁电流可以忽略，其二次输出 电压波形基本保持了一次电流信号的波形。,电抗变压器一次电流全部作为励磁电流，在暂态情况下，忽略铁芯有功损耗，其二次输出 电压为： 电抗变压器二次输出电压对一次电流中的谐波成分有放大作用，对一次电流中的非周期电流 有抑制作用,当输入端三相电流、电压中 含有三序分量时，输出端只 输出负序分量。,为了提高保护装置的灵敏度，经常采用序分量来作为保护的判据。要获得这些序分量就必须借助于各种序分量滤过器，称为对称分量滤过器。,当输入端三相电流、电压中 含有三序分量时，输出端只 输出零序分量。,第三节 对称分量滤过器,零序分量滤过器,零序电压滤过器,零
10、序电流滤过器,负序分量滤过器,负序电压滤过器,负序电流滤过器,上页,下页,返回,上页,下页,返回,零序电压滤过器,零序电压滤过器的作用是为了获得零序电压，它的输入是三相电压，输出只与输入电压中的零序电压成正比。,构成依据：,构成元件 ：,三个单相式电压互感器或 三相五柱式电压互感器都 可以获得,上页,下页,返回,零序电流滤过器,零序电流滤过器的作用是为了获得零序电流，它的输入是三相电流，输出只与输入电流中的零序电流成正比。,构成依据：,构成元件 ：,由三台具有相同型号和变比 的电流互感器构成零序电流 滤过器。,输入电流继电器的电流 正常运行，忽略励磁电流 考虑励磁电流,上页,下页,返回,阻容式
11、单相负序电压滤过器,参数关系,输出电压,输 入 正 序 电 压,输 入 负 序 电 压,上页,下页,返回,阻容移相式单相负序电流滤过器,上页,下页,返回,单相负序电流滤过器相量图,1.输入零序电流,输出为零。,2. 输 入 正 序 序 电 流,3. 输 入 负 序 序 电 流,1.基本结构,第四节 常用继电器,电磁铁,可动衔铁,线圈,触点,弹簧,止挡,2.基本原理,当电磁力矩 大于弹簧力 矩和摩擦力 矩之和,继 电器动作, 接点闭合,上页,下页,返回,电流继电器,过电流继电器,电压继电器,中间继电器,时间继电器,信号继电器,低电流继电器,过电压继电器,低电压继电器,反应被保护元件电流降低而动作
12、的一种继电器,反应被保护元件电压升高而动作的一种继电器,起桥梁作用,接点多容量大,可实现短延时, 及自保持。,建立保护所需要的延时时间。,当保护装置动作时，明显标示出继电器 或保护装置动作状态。,3. 常用电磁型继电器的类型,反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器,上页,下页,返回,反应被保护元件电流升高而动作的一种继电器,4. 电磁型常用继电器图片,上页,返回,上页,下页,返回,动作电流,返回电流,返回系数,使电流继电器动合触点闭合的最小电流,使电流继电器动合触点打开的最大电流,返回电流与动作电流之比,实验接线,合上电源开关S,调整自耦调压器,使 输入电流继电器的电流升高,当小灯 刚好亮时
13、电表指示的电流就是继电器 的动作电流.,调整自耦调压器,使输入电流继电器 的电流减小,当小灯刚好熄灭时,电表 指示的电流就是继电器的返回电流.,5. 电磁型过电流继电器的参数,6. 电磁型低电压继电器的参数,上页,下页,返回,动作电压,返回电压,返回系数,使电压继电器动断触点闭合的最大电压,使电压继电器动断触点打开的最小电压,返回电压与动作电压之比,实验接线,合上电源开关S,调整自耦调压器,使 输入电压继电器的电压升高至额定值 这时继电器动断触点打开,调整自耦 调压器,减小加入继电器的电压,当小 灯刚好亮时,电压表指示的电压就是 继电器的动作电压.,调整自耦调压器,使输入电压继电器 的电压升高
14、, 当小灯刚熄灭时,电压 表指示的电压就是继电器的返回电压.,第三章 输电线路相间短路的电流保护,本章主要内容,一、无时限电流速断保护 二、限时电流速断保护 三、定时限过电流保护 四、电流保护的接线方式 五、 阶段式电流保护,流过保护1的短路电流大于整定的动作电流 时: 保护动作.,第一节 无时限电流速断保护,上页,下页,返回,1.工作原理,线路上发生三相短路时,流过保护1的 短路电流:,最大运行式下,最小运行方下,为了保证选择性，电流速断保护的动作 电流应躲过下一线路首端（或本线路末 端）短路故障时流过本保护的短路电流,最大运行方式下，被保护线路末端N发生金 属性三相短路时，流过保护装置的最
15、大短路电流。,无实现保护不能 保护线路全长,保护 范围随运行方式而 变化,第一节 无时限电流速断保护,2.接线原理,信号,上页,下页,返回,电流互感器,电流继电器,中间继电器,信号继电器,上页,下页,返回,第二节 限时电流速断保护,1.工作原理,由于无时限电流速断保护一般不能保护线路全长，为切除本线路无时限电流速断保护范围以外的短路故障，为此增设第二套电流速断保护，即限时电流速断保护,限时电流速断保护。它的动作范围应包括被保护线路全长。为了获得动作选择性，第二套电流速断保护必须带时限，以便和相邻线路段电流速断保护相配合，,所带的时限只比瞬时电流速断保护大一个或两个时限级差t，所以称它为限时电流速断保护。此情况下，它的保护范围不超越相邻线路段或段电流保护的保护范围,2.动作电流整定,保护1的限时电流速断动作电流 应为: 考虑到电流计算和整定误差等不利因素，故引入可靠系数后写为:,3.动作时限选择,保护1的限时电流速断保护区延伸到m点,为使在nm之间发生故障时不误动作,动作时间应为:,第二节 限时电流速断保护,4.灵敏度校验,为了保护线路全长，限时电流速断保护必须在最小运行方式下，被保护线路末端发生两相短路时，具有足够的灵敏度。通常用灵敏系数 来表示。,在最小运行方式下被保护线路末端发生 两相金属性短路故障时流经保护的电流。,上页,下页,返回,5.原理接线,上页,下页
