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1、第十章 电力系统继电保护,第一节 继电保护的作用和原理 第二节 继电保护装置的构成 第三节 对继电保护的基本要求 第四节 输电线路的电流保护 第五节 输电线路的自动重合闸 第六节 主要电气设备的保护配置,第一节 继电保护的作用和原理,一、继电保护的作用 二、继电保护的基本原理,一、继电保护的作用 电力系统继电保护 是一门研究这种自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。 继电保护自动装置：能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。,基本任务 自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复
2、正常运行； 反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应，如： 在无人值班的变电所，一般动作于故障元件的断路器跳闸； 若发生过负荷而有自动减负荷装置时，可动作于自动减负荷装置； 在有值班人员的变电所或控制室，一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。,二、继电保护的基本原理 利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。,1电流保护的原理 当k2点发生三相短路时，电源与短路点之间的各相电流将突然增加，其值可能是额定电流或正常工作电流的十几倍。利用这个特点可用一个元件对电流进行测量并和给定电流比较，当测量到的电流大于
3、给定电流时，输出相应的控制信号。这就构成了反应相电流增大而动作的过电流保护 。 这个给定电流称为电流保护的整定值，即电流保护的动作电流。,2低电压保护的原理 如图10-2中k2点三相短路时，将使B、C母线电压很小甚至几乎为0。利用短路时母线电压下降的特点，可构成测量电压且反应电压下降动作的低电压保护。这个给定电压称为电压保护的动作电压。 3低阻抗保护的原理 当k1点故障时，A母线电压严重下降而线路电流却大大上升，因此，故障时测量阻抗Zm也就与正常时大不相同，其幅值下降而相角却增大。利用这种差别可以构成反应该断路器处测量阻抗Zm变化的保护，称为阻抗保护。,4方向保护的原理 在图10-2中，同一条
4、线路上需要在线路两侧均装断路器并配置保护才能切除该线路上任意处的故障。在这种双电源的线路上发生故障时，可以找到新的故障特点以构成保护。利用相位特点可构成反应功率方向的方向保护。 5纵联保护的原理 利用线路内部短路时其两侧电流均为正，而外部短路时两侧电流一侧为正一侧为负的特点可构成纵联保护。纵差保护是纵联保护的一种。,6序分量保护的原理 当电力系统中发生不对称短路时，故障电流和电压中含有负序分量。若为不对称接地故障时，故障电流、电压中还包括零序分量。利用故障时序分量的出现可以构成反应序量动作的保护，如零序电流、电压保护，负序电流、电压保护等。 7其他保护原理 利用变压器内部短路时使其油箱内绝缘油
5、受热分解产生的大量气体构成反应这些气体多少和气流速度的瓦斯保护。利用线路故障时故障点产生的暂态行波分量的传播方向不同等特点可构成各种行波保护。,第二节 继电保护装置的构成 一、继电保护装置的构成 二、输入电路 三、测量元件 四、逻辑元件 五、输出电路与执行元件,一、继电保护装置的构成,从所完成的功能看，保护的构成如图10-4所示，有输入、测量、逻辑判断、输出和执行等主要部分。,二、输入电路,三、 测量元件 电磁型：电流、电压、时间、中间等继电器； 晶体管型：电流、电压、方向元件等； 微机型：通过软件实现。,输入电路应将电力系统中的强电量变换成为满足继电保护二次电路需要的各种弱电量。因此，输入回
6、路包括各种互感器、变换器、序滤过器、滤波回路、整流电路、模数变换等部件。,四、 逻辑元件 由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部份组成。 五、输出电路与执行元件 通常指开关量的输出；当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。,第三节 对继电保护的基本要求 一、有选择性 二、动作迅速 三、灵敏度好 四、可靠性高,一、有选择性 指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。,二、 动作迅速 对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件在低电压下运
7、行的时间，利于电动机自启动，保持用户电气设备的不间断运行； 对于系统中的电气设备而言，保护动作越快，对通过故障电流的电气设备损坏越小； 对电力系统中并列运行的发电机而言，保护动作太慢，可能将使发电机之间失去同步。 若短路时，相关保护迅速动作切除故障，电源间功角不至拉开太大，系统能较容易地使失去同步的电源进入再同步，恢复电力系统的正常运行。,三、灵敏度好,灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。保护的灵敏度一般用灵敏系数(Ksen )来衡量。 对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为： Ksen=保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值/保护的整定值（动作值） 对于反
8、应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为： Ksen=保护的整定值/保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值。,四、 可靠性高,保护的可靠性高是指属于保护范围内的短路故障，保护应动作，对于保护范围外的故障则应不动作。否则，该动作的而不动作称为保护拒动作，不该动作的而动作称为保护误动作。保护拒动或误动都会给用户、电力系统和电气设备带来不应该的损失。,第四节 输电线路的电流保护,一、线路相间短路的电流保护 二、相间短路方向电流保护 三、相间短路电流保护整定计算举例 四、接地短路的电流保护,一、相间短路的电流保护 1. 无时限电流速断保护（电流保护I段） 无时限电流速断保护的动作原理与整定计算 无时限
9、电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障。 以AB线路断路器1QF处的无时限电流速断保护为例，则必须首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。,在线路各点三相和两相短路时的短路电流分别为：,无时限电流速断保护（电流保护I段）的动作时间：tIop1= 0 无时限电流速断保护（电流保护I段）的灵敏度： 用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。 无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的15%。,1QF处无时限电流速断保护的动作电流IIop1整定为：,可靠系数
10、KIrel可取1.21.3。,无时限电流速断保护的构成,按最小运行方式下二相短路求lmin,灵敏度： lmin15%lAB,当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范围时，该保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护，以提高电流保护第I段的灵敏度。,2. 带时限电流速断保护（电流保护II段） 为什么要配置带时限电流速断保护？ 带时限电流速断保护的主要作用： 在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长（包括本线路的末端）。为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长； 为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时
11、限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合。,根据要求有：IIIop1 IIop2且 IIIop1 tIop2 则： IIIop1KIIrelIIop2/Kbmin tIIop1tIop2tt 可靠系数KIIrel一般取1.11.2。,任何整定电流保护段？,分支系数Kb定义：在相邻线路第I段保护范围末端即k1点短路时，流过故障线的短路电流与流过被保护线短路电流的比值。即：Kb IBC / IAB,电流保护第II段的灵敏度：,式中， 在本县末端短路时流过1QF处保护的最小短路电流； 带时限电流速断保护的灵敏度，其值在“技术规程”规定：当线路长度小于50km时
12、，大于等于1.5；当线路长度在50km200km时，大于等于1.4；当长度大于200km时，大于等于1.3。,3. 定时限过电流保护（电流保护III段） 作用： 作本线路主保护的后备保护（近后备保护）； 作相邻下一线路（或元件）的后备保护（远后备保护）。,当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第II段整定值配合，以降低本线路电流保护第II段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为：,如何整定动作电流？ 正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流为KssILmax时该电流保护不动作，即： IIIIop1 KssILmax 外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护在下一母线
13、有电动机启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即： Ire= KIIIrelKssILmax且 IIIIop1 Ire 故 动作电流Iop1 ：,可靠系数KIIIrel一般取1.151.25 电流测量元件的返回系数Kre 一般取0.85。,任何保证电流保护III段动作的选择性？ 问题： IIIIop1 IIIop1 IIop1,动作时间整定： 阶梯原则 tIIIop1tIIIop2tIIIop3tIIIop4 即：tIIIop3 tIIIop4 t tIIIop2 tIIIop3 t tIIIop1 tIIIop2 t,灵敏度校验,4. 电流保护的接线方式 接线方式：指电流互感器和电流测量元件
14、间的连接方式。 分类： 完全星形接线：一般用于大接地电流系统。 不完全星形接线：一般用于小接地电流系统。,特点： 投资不同； 均能反应所有的相间短路； 在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不完全星形接线不能反应B相接地故障； 在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况下只要求切除一个接地点而允许带一个接地点继续运行一段时间。对在保护动作时间相同的并行线路，不完全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星形接线百分之百有选择性。,5. 三段式电流保护的原理图及延时特性 三段式电流保护的功能框图,电磁型三段式电流保护原理电路图举例,图10-14 三段式电
15、流保护电路的原理展开图 (a)交流回路展开图；(b)直流回路展开图；(c)信号回路,三段式电流保护的配置和延时特性 电流保护配置：每一处都必须配置三段式电流保护吗？,延时特性：,二、相间短路方向电流保护 1. 采用方向电流保护的必要性,2. 方向电流保护的构成,I段：动作电流满足选择性时不加方向元件； II段：动作电流和动作时间能满足选择性时不加方向元件； III段：同一变电所内动作时间较小而可能失去选择性时加方向元件，动作时间相同可能失去选择性时均加方向元件。,3. 功率方向元件 方向电流保护与一般电流保护的差别仅多了一个功率方向元件。 功率方向元件的构成原理,k1点短路时：UrIr k1(
16、0，900) k2点短路时：UrIr k2 k11800 故：保护正向短路时： 90 r 90 保护反向短路时：r 90 或 r 90 令：,得结论： 保护正向短路时： AB,保护反向短路时： AB,图11-18 功率方向测量元件 (a)电流电压的相位；(b) 对A、B的影响,功率方向元件的接线方式 要求：相间短路时有良好的方向性和有很高的灵敏度。 900接线方式：指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向元件的电流超前所加电压900的接线。,4. 三段式方向电流保护 三段式方向电流保护在作用原理、整定计算原则等方面与无方向三段式电流保护基本相同。,三、相间短路电流保护整定计算举例 例10-1： 图10-20中所示网络中每条线路的断路器处均装三段式相间方向电流保护。试求AB线路断路器1QF处电流保护第I、II段的动作电流、动作时间和灵敏度。图中电源电势为115kV，A处电源的最大、最小等值阻抗为：XsAmax20，XsAmin
