继电保护讲义新1.docx

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继电保护讲义新1

继电保护讲义

一、继电保护基础知识

1.继电保护装置的作用：

（1）当被保护的元件发生故障时（例如各种短路故障），自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统切除，以保证无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭受损害。

（2）当被保护的元件出现异常运行状态时（例如过负荷、变压器超温等），保护装置一般经一定延时动作于发出信号，以便值班人员采取措施恢复正常运行。

2.对继电保护的基本要求：

（1）每一电气元件一般都有两种继电保护装置：

主保护和后备保护。

另外还增设一些辅助保护（如过负荷，CT断线告警等）。

反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护。

主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。

（后面将详细介绍哪些属于主保护和后备保护）

（2）作用于跳闸的保护装置，应满足四个基本要求：

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不应该动作的情况下，则不应该误动作）；

选择性（指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，以保障系统中无故障部分仍能继续安全运行）；

灵敏性（通常用灵敏系数来衡量，满足灵敏性要求的保护装置应该在规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。

指出：

实际中的短路可能是非金属性的，而且故障参数计算中会有一定误差，因此，必须要求Km＞1，并且对各类短路保护装置的灵敏系数最小值都有具体规定）；

速动性（在满足选择性、灵敏性的同时，以最短时限动作。

动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般都结构比较复杂，价格比较昂贵，电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障，因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线及被保护元件的具体情况来确定）

（3）运行方式：

在继电保护的整定计算中，通常要考虑系统运行方式可能的两种极端情况，即最小运行方式和最大运行方式。

所谓最小运行方式，指系统中有线路或电力设备检修，发电容量最小，系统等值阻抗最大，短路电流最小时的运行方式。

反之，系统等值阻抗最小，短路电流最大时的运行方式为最大运行方式。

二、短路计算的若干简单假设

在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是不可缺少的基本计算。

在实际工作中，根据一定的任务进行短路计算时，为了简化，常采取以下一些简单假设：

（1）忽略发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数的电阻部分，忽略变压器的励磁电流但当电阻与电抗之比R/X＞0.3时，宜采用阻抗值

，如LGJ-240架空线路，R=0.132，X=0.386，R/X=0.34，宜采用Z（

），LGJ-400架空线路，R=0.08，X=0.414，R/X=0.19，可直接采用X（

）。

（2）发电机的正序电抗可采用t=0时的瞬时值（X″d），系统各元件的参数都是恒定的。

（3）发电机电动势标幺值可以假定等于1，且发电机的电动势相位一致。

（4）不考虑短路电流的衰减。

（5）各级电压可采用平均电压值，而不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。

（6）不计线路电容和负荷电流的影响。

（7）不计故障点的相间电阻和接地电阻，只考虑金属性短路。

（8）不计短路暂态电流中的非周期分量。

三、继电保护整定前准备工作

1.收集资料（例：

线路的型号、长度，变压器铭牌参数，CT变比等）。

2.仔细阅读保护设计图。

（例：

看配有什么保护，哪个厂家生产的何种型号保护装置，对保护设备有否有特殊要求，电压量取自何处，CT如何接线，变压器中性点CT取自何处等）。

3.仔细阅读装置说明书。

（1）看清名称

有些属于装置系列说明书的，要看清我们所选用的是哪一种，对应的保护清单、整定项目。

（2）看装置有哪些功能

（例：

线路相间（接地）距离保护、零序保护、电流保护等，变压器差动保护、本体保护、过流保护、中性点保护等）

（3）看各种保护的说明文字及逻辑框图

例常遇问题：

1.线路所配几段式相间（接地）距离保护，相间、接地距离是否公用一段；采用的动作特性是方向阻抗圆还是四边形，若为四边形则需要进行电阻与电抗的换算；

2.线路所配几段式零序保护，是否各段都带方向；

3.35KV、10KV线路保护所配几段式电流保护，是否各段均配有复压、方向闭锁；

4.装置中是否配有重合闸，采用何种重合方式（几相几次式重合闸），采用前加速还是后加速，是否固定选择加速距离、零序几段，重合时间是否为装置固定设置；

5.变压器各侧保护用CT取多大，差动保护CT如何接线有否规定；

6.变压器本体保护有哪些投跳闸、哪些投信号，有否固定选择；

7.变压器后备保护是否各电流段均配有复压、方向闭锁，各段跳闸的逻辑框图要看仔细，第几时限动作于跳何开关，是跳闸还是发信号要弄清楚。

对说明书中看不懂、不明白的问题，要请教厂家保护专业人员，不可不懂装懂，自以为是的下定值。

四、继电保护整定

1.35KV、10KV线路保护

（1）瞬时电流速断保护（I段）

根据对继电保护速动性的要求，在保证选择性及可靠性的前提下，保护装置切除故障的时间，原则上越短越好，因此，在输电线路上，一般总是首先考虑装设即能快速动作而又简单可靠的瞬时电流速断保护。

整定原则：

按照最大方式下躲过本线路末端三相短路电流整定。

Idz.I=KK×Id（3）

KK——可靠系数，一般取1.2~1.3

tI取0″

瞬时电流速断保护的主要优点是动作迅速，简单可靠。

缺点是一般不能保护线路全长，当系统运行方式变化很大，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围。

1．如图所示，当线路A的电流速断保护按最大运行方式下保证选择性的条件整定以后，动作电流I’dz.I与曲线2几乎没有交点，因此在最小运行方式下就没有保护范围。

速断保护最小保护范围可由下式推出

Zxt.min—系统最小方式下的等值阻抗

lmin—速断定值的最小保护范围

Z1—线路的正序阻抗值

Ext—系统等值电势

速断保护最小保护范围应大于线路全长的15%~20%。

2．在某些情况下，瞬时电流速断也可以保护线路全长，例如在电网的终端，为了节省变压器电源侧的断路器，采用线路—变压器组的接线方式时，如图将线路A—B和变压器看成是一个元件的网络，当变压器内部故障时，保护动作跳开线路断路器。

此时保护1的电流速断保护的动作电流可以按躲开变压器低压侧线路出口出d1点的短路来整定。

由于变压器的阻抗一般较大，d1点的短路电流就大为减小，这样整定后，电流速断就可以保护线路A—B的全长，并能保护变压器的一部分（变压器两端短路电流变化曲线较陡，保护1电流速断的整定值与曲线的交点在变压器阻抗内部）。

整定原则：

按照躲变压器低压侧母线上短路时的最大短路电流整定。

Idz.I=KK×Id.max

KK——可靠系数，一般取1.2~1.3

tI取0″

（2）限时电流速断保护（II段）

对这种保护的要求：

首先是在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性，其次是在满足上述前提下，动作时间要限制得尽可能短，正是由于它能以较小的时限快速切除全线路范围内的故障，因此，称为限时电流速断保护。

整定原则：

a.按照最小方式下保护本线路全长有足够的灵敏度来整定。

Idz.II=Id

（2）/Klm

Klm——灵敏系数，一般取1.3

tII取tI+△t△t一般取0.3″~0.5″

b.

校核与相邻线路的速断保护的配合。

Kk——可靠系数，取1.1~1.2

c.若与相邻线路的速断保护无配合，可以与相邻线路的限时速断保护配合。

d.要考虑分支线路对保护的影响

如图是具有分支电源的网络进行保护整定计算时的电路图，其中保护2电流速断的动作电流，按躲C母线短路时流经保护2的最大短路电流来计算，此最大短路电流是由两个电源供给的。

当计算保护1限时电流速断的动作电流时，应考虑B电源的影响。

此时保护1的限时电流速断保护

IAB—为IBC在保护1中的分流。

令

Kfz—分支系数，等于故障线路短路电流IBC与流经被保护线路短路电流IAB的比值，由于IBC＞IAB，所以分支系数大于1。

ZA—系统A的等效电抗

ZB—系统B的等效电抗

此时

可见，当线路上装设了瞬时电流速断和限时电流速断保护以后，它们的配合动作可以保证全线范围内任何点的短路都能在很短的时间（约0.3″~0.5″）内被切除，在一般情况下能满足速动性的要求。

这样的保护可以用作线路的主保护。

（3）定时限过电流保护（III段）

对这种保护的要求：

在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也可能保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。

整定原则：

按照躲最大负荷电流来整定。

Idz.II=KK×Kzq×Ifh.max/Kh

KK——可靠系数，一般取1.25

Kzq——自起动系数，应由网络具体接线和负荷性质决定取1－3之间

Kh——返回系数，一般取0.85~0.95（根据装置实际情况选取）

tIII取tII+△t△t一般取0.3″~0.5″

（4）整定中注意事项

（1）有条件的，均应投三段式电流保护。

（2）若装置配置的为两段式电流保护，则整定瞬时电流速断保护和过电流保护，并且要校验过电流保护的灵敏度。

I

（2）d.min—系统最小方式下线路末端（主线或最长支线线末）两相短路时的最小短路电流。

当过电流保护作为本线路的主保护时，要求Klm≥1.3~1.5；当过电流保护作为相邻线路的后备保护时，要求Klm≥1.2，若灵敏系数不能满足要求，可适当降低过电流保护的动作电流值。

（3）根据继电保护反措要求，限时电流速断保护还应校验与变压器10KV母线快速保护的配合（10KV母线快速保护按最小方式下10KV母线两相故障有足够的灵敏度整定）。

Idz.II=KK×I′dz.IKK≥1.1

（4）供末端变电站的35kv线路，其过流保护对线末变电站低压侧母线故障应有1.2倍灵敏度；如时间级差不够，可不考虑与线末变压器高后备在时限上的配合。

举例1：

米庄57开关（米油一回线）

一、原始参数

导线型号：

2×YJV-3*240/0.35+LGJ-185/12.37+YJV-3*240/0.18

+2×YJV-3*240/0.25KM

CT变比：

600/5最大负荷电流600A

保护型号：

WXB-121A

米庄10KV母线阻抗值：

0.300324/0.31307

二、整定计算

1.电流保护I段

方式控制字：

投入

按最大方式下保护本线路全长的80％来整定。

XL=（0.6×0.0754/2+12.37×0.429+0.18×0.0754）/（100/10.52）=4.846188

X∑=0.300324+4.846188=5.146512

取10.7A/0″

2.电流保护II段（停用）

方式控制字：

退出

加速控制字：

退出

3.电流保护III段

方式控制字：

投入

加速控制字：

退出

按躲最大负荷电流来整定。

校验小方式下两相短路过流保护灵敏度。

X∑=0.31307+4.846188=5.159258

按保证线末故障有足够的灵敏度整定。

取5.9A/1.0″（有用户高压室）

（则实际线路的最大负荷电流为481A）

举例2：

晋58开关（炼钢线）

一.原始参数

导线型号：

YJV22-3×70/0.13KM

CT变比：

600/5最大负荷电流：

210A

保护型号：

GCL-110

立晋10KVI段正序归算值：

0.46473/0.5512

二.整定计算

10KV母线快速保护算法：

按最小方式下母线故障有足够的灵敏度整定。

反推立晋变电站10KV出线限时速断不大于：

16.6×2000/5/1.15=5773.9A

4.瞬时速断

a.按最大方式下保护本线路全长80%来整定。

XL=（0.13×0.308）×100/10.52=0.03632

X∑=0.46473+0.03632=0.50105

b.校验与立晋10KV母线快速保护配合。

Idz=100×600/5=12000A＞5773.9A无配合

c.校验最小方式该速断保护定值的保护范围

取100A/0″

5.限时速断

a.按最小方式下保护本线路全长有足够的灵敏度整定。

X∑=0.5512+0.03632=0.58752

b.校验与立晋10KV母线快速保护配合。

Idz=52×600/5=6240A＞5773.9A无配合

c.按与立晋10KV母线快速保护配合整定。

Idz=5773.9/（600/5）=48A

取48A/0.3″

3.相间过流

按躲最大负荷电流来整定。

取2.6A/1.0″

4.电压闭锁

校验线末三相短路时10KV母线残压。

X∑=0.46473+0.03632=0.50105

电压闭锁取40V

（5）电流电压联锁保护

当系统运行方式变化很大时，瞬时电流速断保护可能没有保护区，限时电流速断保护、过电流保护的灵敏系数可能不能满足要求，为了提高保护装置在发生短路时的灵敏度，可以在电流保护的基础上，附加一个电压保护，采用低电压闭锁的电流保护。

电流元件各段整定原则同普通电流保护，电压元件动作电压一般可以取经验值Udz=（0.6~0.7）Ue，

但必须校验灵敏度（保证本线路末端故障时有足够的灵敏度）。

相间电压元件

Ud.max—保护区末端金属性三相短路时保护安装处最大残余电压。

由于这种保护装置较为复杂，所以只有当单纯的电流保护不能满足灵敏度要求时，才考虑采用。

（6）方向性电流保护

在具有两个以上电源的网络接线中，必须采用方向性保护才有可能保证各保护之间动作的选择性，这是方向保护的主要优点。

当双侧电源网络上的电流保护装设方向元件以后，就可以把它们拆开看成两个单侧电源网络的保护，两组方向保护之间不要求有配合关系。

但当继电保护中应用方向元件以后将使接线复杂，同时保护安装地点附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，方向元件将失去判别相位的依据，从而不能动作，将导致整套保护装置拒动，出现“死区”。

鉴于上述缺点的存在，在实际保护整定中将根据具体情况来决定方向元件的加装。

（1）以图中保护1为例,d1点短路时,如果由电源E2供给的最大短路电流小于本保护装置的起动电流（按E1供电整定或者由电源E2给A母线供电的方式不会出现时），则反方向任何地点短路时由电源E2供给的短路电流都不会引起保护1误动作，这实际上已经从整定值上躲开了反方向的短路，可以不带方向，同理，保护1也可以不带方向。

（2）对于过电流保护，一般很难从电流整定值躲开，而主要取决于动作时限的大小。

以图中保护2、保护3为例，如果保护2过电流保护时限t2≥t3+△t，则保护2可以不带方向。

因为当d2点短路时，它能以较长的时限来保证动作的选择性。

但在这种情况下，保护3必须有方向，否则d3点短路时，由于t3＜t2，它将先于保护2动作，扩大停电范围（保护7线路可以继续运行）。

（3）由上分析还可以看出，当t2＝t3时，保护2、保护3都需要带方向。

（4）分支线路上可以不带方向，如保护7，无反方向电源。

2.110KV线路保护

（1）相间距离保护

整定原则：

I段按可靠躲过本线路末端相间故障整定。

Zdz.I=KK×ZLKK可靠系数，一般取0.8~0.85

tI取0″

II段按本线路末端相间故障有足够的灵敏度整定，并与相邻线路相间距离I段或II段配合，动作时间按配合关系整定。

Zdz.II=Klm×ZLKlm灵敏系数，一般取1.3

tII取t′I+△t或t′II+△t△t一般取0.3″~0.5″

Zdz.II=KK×（ZL+Kfz.min×Z′dz.I）

Zdz.II=KK×（ZL+Kfz.min×Z′dz.II）

Kfz.min——最小分支系数，为相邻线路距离保护I段保护区末端短路时，流过相邻线路的短路电流与流过被保护线路的短路电流实际可能的最小比值。

Kfz.min简单算法示例：

III段按可靠躲线路的最小负荷阻抗整定。

tIII取t′III+△t

t′III—为相邻线路距离III段动作时间

Ufh.min—保护安装处的最低工作电压，一般取为额定相电压的0.9倍。

Kk—可靠系数，一般取1.2~1.3

Kh—返回系数，一般取1.1~1.15

Φlm、Φfh—线路灵敏角、负荷阻抗角

带入公式得

（2）零序电流保护

整定原则：

I段按躲过本线路末端（单相或两相）接地故障最大零序电流整定。

Idz0.I=KK×3I0.maxKK可靠系数，一般取1.2~1.3

tI取0″

II段按本线路末端接地故障有足够的灵敏度整定，并与相邻线路零序电流I段或II段配合，动作时间按配合关系整定。

Idz0.II=3I0.min/KlmKlm灵敏系数，一般取1.3

Idz0.II=KK×Kfz.max×I′dz.I

Idz0.II=KK×Kfz.max×I′dz.II

tII取t′I+△t或t′II+△t△t一般取0.3″~0.5″

Kfz..mav——最大分支系数，为相邻线路零序保护I段保护区末端短路时，流过本保护线路的短路电流实际可能的最大比值。

III段按线末短路产生的最大不平衡电流整定。

Idz0.III=KK×Ibp.max

tIII取t′III+△t

t′III—为相邻线路零序III段动作时间

Ibp.max—最大不平衡电流，可取10%Id（3）

KK—可靠系数，一般取1.2~1.3

（3）对110KV线路保护的说明

（1）距离保护的保护区精确而稳定，基本上不受系统运行方式变化的影响。

（2）执行国家电力公司下达的“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则:

“没有振荡问题的线路，要求距离保护的一、二段不经振荡闭锁控制”。

在不存在振荡问题的线路，投入不经振荡闭锁的距离一、二段保护。

（3）距离保护采用多边形特性阻抗继电器时XDZ与Z定值的关系

常规保护中阻抗元件定值是以Z和灵敏角φlm表示，而微机保护则以XDZ、RDZ两项表示，如果要求微机保护与常规保护具有相同的保护范围，XDZ与Z、ψlm之间的关系如图

φlm

XDZ=ZDZsinψlm+ZDZcosψlm×tgα

=（sinψlm+cosψlm×tgα）*ZDZ

ZDZ—为常规保护阻抗整定值

cosψlm—灵敏角

tgα—一般取1/8

（4）对县调所辖的110KV线路的保护要严格执行地调所下的限制值，避免造成越级动作。

（5）对于单一电源的馈供线路可以采用不带方向的零序电流保护。

（6）确定最大零序电流时，要考虑系统正序阻抗Z1最小，保护安装侧变压器中性点接地数最多，而线路末端变压器中性点接地数最少或不接地的条件。

还应注意选取最大零序电流是单相接地短路时的3I0

（1），还是两相接地短路时的3I0（1.1）。

一般取系统的正序电抗与负序电抗相等，X1=X2，得单相、两相接地短路时流过保护安装处的零序电流分别为

可见，当X1Σ＞X0Σ时，3I0（1.1）＞3I0

（1），当X1Σ＜X0Σ时，3I0

（1）＞3I0（1.1）

确定最小零序电流时同上。

3.变压器保护

变压器故障分为内部故障和外部故障两类。

内部故障是指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：

各相绕组之间发生的相间短路、单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。

内部故障是指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。

变压器的异常运行状态有过负荷、外部短路引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、冷却系统故障引起的温度升高、外部接地故障引起的中性点过电压，以及外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。

为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，变压器一般应装设以下继电保护装置：

（1）瓦斯保护

用来反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的保护。

其中，轻瓦斯保护（动作值的大小用气体容积表示）作用于信号，重瓦斯保护（动作值的大小用油流速度表示）作用于跳开变压器各侧断路器。

变压器油箱内发生短路故障时，短路电流及故障点电弧会使变压器油和绝缘材料受热分解，产生气体。

气体的多少和故障的性质及严重程度有关。

故障轻微时，产生的气体较少，这些气体慢慢地扩散，通过变压器油箱和油枕；而当故障严重时，有大量气体产生，同时变压器油迅速膨胀，形成强烈的油流通过联接管道冲向油枕。

瓦斯保护的主要优点是灵敏度高、动作迅速、简单经济。

当变压器油箱内部发生铁芯过热烧伤、严重漏油等，或匝数很少的匝间短路时，虽然短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击，但表现在相电流上却并不大，往往差动保护等其它保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作，但是瓦斯保护只反应变压器油箱内的故障，不能反应油箱外套管与断路器间引线上的故障，因此它也不能作为变压器唯一的主保护。

通常瓦斯保护须和差动保护配合共同用作变压器的主保护。

（2）电流速断保护

电流速断保护的动作电流按躲过外部（d1点）短路时的最大短路电

流I（3）d.max整定，即Idz=KkI（3）d.max

Kk可靠系数，一般取1.3~1.4。

灵敏度按保护安装处（d2点）处两相金属短路时，流过保护装置的最小短路电流I

（2）d.min校验，要求

变压器速断保护具有接线简单、动作迅速等优点，与瓦斯保护配合，构成变压器的快速保护，但它不能用作变压器的主保护，因为它的灵敏度比较低，特别是当系统最大、最小运行方式差别大时，保护区往往伸不到变压器内部，灵敏度达不到要求。

（3）纵差动保护

纵差动保护用来反应变压器绕组的相间短路、匝间短路、引出线上的相间短路以及中性点直接接地系统侧绕组和引出线上的接地短路，是大、中型变压器的主要保护方式。

差动保护的灵敏度按保护范围内两相金属短路时，流过保护装置的最小短路电流I

（2）d.min校验，要求

（4）电流和电压保护

用来反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时是变压器内部相间短路的后备保护。

实现保护的方式有：

过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护以及负序过电流保护（用于大容量的变压器和发电机组）等。

例如对于两台并列运行的变压器，其中一台因检修或其它故障退出运行时，所有的负荷由一台变压器负担，很可能因过负荷而使过电流保护起动跳闸。

为了防止误动作，需将过电流定值提高，但提高了定值，动作的灵敏度就要降低，采用电压闭锁就可以解决这个矛盾，既使保护不误动，又能提高灵敏度。

与低电压起动的过电流保护相比，复合电压起动的过电流保护由于负序电压的整定值小，在发生短路故障时，电压元件的灵敏度高，且接线比较简单，已得到比较广泛的应用。

三圈