继电保护原理复习提纲(改).doc

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继电保护原理

第1章绪论

1.1继电保护装置，就是指能反应电力系统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。

它的基本任务：

①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，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；

②反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

1.2继电保护的基本原理：

利用系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。

（差动原理）

1.3继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的。

1.4电力系统继电保护的基本要求：

选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

①选择性指电力系统中有故障时，应由距离故障点最近的保护装置动作，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行

②速动性在发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障

③灵敏性指对于其保护范围内发生任何故障或不正常运行状态的反应能力

④可靠性指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护装置不应该动作的情况下，则不应该误动作

第2章继电保护的硬件构成——继电器

2.1继电器是一种能反应一个弱信号的变化而突然动作，闭合或断开其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。

发展阶段：

电磁式、感应式→晶体管式→集成电路式→数字式

2.2继电特性：

①继电器的动作都是明确干脆的

②继电器的返回系数是返回值与动作值的比值

2.3感应型继电器具有反时限特性（方向继电器、阻抗继电器、差动继电器、平衡继电器）

2.4微机保护装置硬件的核心是微处理器。

微处理器是数字式保护的核心。

2.5微机保护装置硬件

①数据采集单元：

将模拟输入量尽可能准确地转换为数字量（电气量变换）

a.电压变换电流变换器、电压变换器电量变换、隔离

频率高于fmax的分量出现频率混叠的问题，

可用前置低通滤波器消除影响

b.采样保持采样定律：

fs≥2fmax

c.模拟低通滤波器有源滤波器、无源滤波器

d.模拟量多路转换开关

e.数模转换器（直接、间接） A/D转换技术指标：

分辨率，量程，精度，转换时间和转换速率

②数据处理单元：

对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理

开关量输出回路的与非门：

①提高带负载能力；②提高抗干扰能力

③开关量输入/输出接口：

完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入及人机对话

光电隔离防止继电器的误动作

④通信接口：

实现多机通信或联网

⑤电源：

供给微处理器、数字电路、A/D转换芯片及继电器所需的电源。

（逆变电源）

2.6微机保护的软件（监控程序、运行程序）分为两个模块：

a.主程序：

包括初始化，全面自检、开放及等待中断

b.中断服务程序：

包括采样中断

串行口中断

第3章电网的相间电流、电压保护和方向性相间电流、电压保护

3.1电流增大和电压降低是电力系统中发生短路故障的基本特征。

3.2短路电流大小的影响因素：

故障类型、系统阻抗（运行方式）和短路地点

3.3阶段式相间电流保护定值的整定原则

Ⅰ段 按照躲过线路末端最大短路电流整定（用保护范围衡量其灵敏性）

Ⅱ段 按照躲过下一级各相邻元件Ⅰ段（Ⅱ段）保护范围末端的最大短路电流整定

Ⅲ段 按照躲过本线路最大负荷电流（及负荷自启动过程中产生的自启动电流、考虑返回电流）整定

瞬时速断 不能保护线路全长 辅助保护

限时速断 不能作为下级线路后备 主保护

过电流 范围延伸至下级线路末端 后备保护

3.4引入可靠系数的原因：

①实际短路电流可能大于计算值； ②非周期分量使总电流增大；

③装置中继电器的实际动作电流可能小于整定值； ④考虑裕度。

3.5反时限过电流保护

①动作特性：

电流越大，动作时限越短；电流越小，动作时限越长

②保护功能：

近处故障时，动作时限短；远处故障时，动作时限长

③实现方式：

传统保护采用感应型圆盘式继电器；微机保护采用反时限特性方程

④优点：

靠近电源端故障具有较短的切除时间 缺点：

系统最小运行方式下短路时，动作时间较长

3.6电流保护的接线方式

①三相星形接线（完全星接） 110kV及以上（中性点有效接地—零序保护）

a.优点：

可反应各种相间短路和中性点直接接地系统的单相短路

降压变高压侧加装过流保护作为低压侧线路故障的后备保护，完全星接有更高灵敏性

b.缺点：

接线复杂，不经济

c.适用范围：

中性点直接接地系统，作为相间短路和单相短路的保护

②两相星形接线（不完全星接）（统一装在A相和C相上） 35kV及以下

a.优点：

中性点不直接接地系统并联的不同线路发生单相接地短路时，有2/3的机会只切除一条线路

b.缺点：

不可反应直接接地系统的B相单相短路故障（以及并联线路均发生B相短路）

中性点不直接接地系统串联的不同线路发生单相接地短路时，只有2/3的选择性

c.适用范围：

中性点非直接接地系统，作为相间短路的保护

3.7低电压保护的特点

①电压保护反应于电压降低而动作，返回电压高于起动电压，返回系数大于1

②瞬时电压速断保护总有一定的保护范围，最小运行方式下灵敏度高，与电流保护相反

③电压保护没有方向性，必须配以过电流闭锁或监视元件

3.8功率方向元件

①基本概念

φk阻抗角 φ实际电流与电压的夹角 φsen.max最灵敏角 α功率方向继电器内角α＝90°－φk

②0°接线（同名相电压和相电流UA、IA）

a.动作方程

b.若短路发生在保护出口处，母线残压约为0，方向继电器无法判断正方向，出现“电压死区”

③90°接线（非故障相电压作为参考量判别电流相位UBC、IA）

a.动作方程

b.除正方向出口处附近发生三相短路，继电器具有电压死区外，其他任何包含A相的不对称短路都没有死区，且动作灵敏性很高

c.正常运行情况下，方向继电器在负荷电流作用下处于动作状态，若电流继电器误动，保护可能误动

④消除电压死区的方法

a.将短路电流与故障前的母线电压进行比较

b.传统保护——加设记忆元件获得故障前电压

c.微机保护——保留故障前的电压信息

⑤力求少用方向元件：

a.电流速断保护，尽可能从整定值上躲开反方向短路

（与同一母线相联的时限短的须要装，时限相同的则都装）

b.过电流保护，尽可能从动作时限的大小决定是否装设方向元件

3.9双侧电源网络电流保护整定

①不装设方向元件——整定原则：

按躲开被保护线路末端和保护背侧母线的最大短路电流整定

②装设方向元件——装设原则：

动作电流较大的瞬时速断保护不需要装设方向元件）

3.10半周积分算法

误差的引起：

①梯形法近似求面积（采样频率越高，精度越高）

②第一个采样点的初相角

3.11傅里叶算法

①全波傅里叶算法

②全波差分傅里叶算法减小直流分量对基波计算精度的影响，抑止低于50Hz低频，对非整次谐波效果差③半波傅里叶算法仅采用半个周波的数据窗进行DFT

3.12保护的起动判定：

①相电流差瞬时值突变量起动元件

相电流差—抑止共模干扰；突变量—消除频率偏移影响

②相电流差有效值突变量起动元件

③零序电流辅助起动元件

中性点采用哪种接地方式主要取决于

供电可靠性和限制过电压

第4章电网接地故障的电流、电压保护

4.1中性点接地方式

保护动作于跳闸

大电流接地方式

小电流接地方式

中性点直接接地110kV及以上

中性点经小电阻接地城市电流供电网络

保护动作于警报

短时不予以切除故障

中性点不接地35kV及以下

中性点经消弧线圈接地35kV及以下

4.2中性点有效接地系统的接地保护

（取较大值）灵敏Ⅰ段

4.2.1三段式零序保护定值的整定原则

重合闸后加速?

不灵敏Ⅰ段

Ⅰ段 按照躲开下一条线路出口处最大零序电流整定

当线路上采用单相自动重合闸时，按照躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时的最大零序电流

按照躲开断路器三相触头不同期合闸时的最大零序电流整定

Ⅱ段 按照躲开下一级各相邻元件Ⅰ段（Ⅱ段）保护范围末端的最大零序电流整定

Ⅲ段 按照躲开线路末端相间短路时出现的最大不平衡电流整定

本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路零序Ⅲ段的保护范围

4.2.2中性点有效接地系统的故障特征

a.故障点的零序电压最高，距离故障点越远零序电压越低

（经小电阻接地>90°）

b.忽略回路电阻，以母线流向线路方向为正方向，零序电流超前零序电压90°

零序电流的分布，主要取决于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗

c.对于发生故障的线路，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的

d.零序电流与零序电压的相位差由背侧阻抗的阻抗角决定

中性点电阻的接入不影响零序电压的分布规律，只影响零序电流大小和电压、电流相位关系

4.2.3零序功率方向元件的特点

①零序功率方向继电器接于零序电压和零序电流，当区内故障时，零序电流超前零序电压95°~110°（对应于保护背侧的零序阻抗角为85°~70°的情况），继电器应正确动作，最灵敏角为钝角

②零序方向元件没有死区，因为越靠近故障点的零序电压越高

③当作为相邻元件的后备保护时，应采用相邻元件末端短路时在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率（经TA、TV转换到二次侧的数值）与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比计算灵敏系数，并要求Ksen≥2。

不管是否双侧电源网，若线路两侧存在中性点接地的变压器时，两侧保护都必须加设功率方向元件

（本侧零序Ⅰ段先动作跳闸，对侧零序电流增大，提高对侧零序Ⅰ段灵敏性）

4.2.4零序电流保护的评价

优点：

①灵敏度高，故障切除时间短

②受系统运行方式变化的影响小（零序Ⅰ段保护范围大、稳定，Ⅱ段灵敏系数易满足）

③不受系统振荡、过负荷等不正常运行状态影响

缺点：

①短线路或运行方式变化较大时，灵敏性低

②单相重合闸后，灵敏Ⅰ段闭锁，不灵敏Ⅰ段灵敏性低

③自耦变联系的两个电压等级网咯，任一网络接地短路都会在另一网络产生零序电流，使零序电流保护的整定配合复杂化

4.3中性点经小电阻接地系统

①高阻接地故障 指电力线路通过非金属性导电介质所发生的接地故障，呈电弧性、间歇性、瞬时性特点

②针对高阻接地故障的保护

a.零序反时限过电流保护：

起动电流整定得小，通过长动作时间保证选择性和可靠性

b.基于三次谐波电流或者三次谐波电流对系统电压相位所构成的保护：

过渡电阻、电弧引入谐波

c.利用采样值突变量的保护：

高阻故障电弧产生高频分量

故障相电压为零 非故障相电容电流升高1.732倍

非故障相电压升高1.732倍 故障相电容电流升高（3倍）

三相间电压保持不变 故障相电容电流与正常方向相反

4.4中性点不接地系统中的接地保护

①单相接地故障的特征

a.在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压

b.在非故障相的元件上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路

c.故障线路的零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，电容性无功功率的实际方向由线路流向母线

②单相接地保护

a.绝缘监视装置 没有选择性，带延时动作于信号

b.零序电流保护 为保证动作的选择性，保护装置的起动电流按照躲开本线路的对地电容电流整定

c.零序功率方向保护 只有发生接地故障时才将方向元件投入工作，动作延时，稳定性高

零序电流元件的起动电流按照躲开相间短路时零序电流