继电保护教材.docx

1、继电保护教材第一章 绪 论第一节 电力系统继电保护的作用一、电力系统的故障和不正常运行状态1.电力系统的故障：三相短路 f （3）、两相短路 f （2）、单相短路接地 f （1）、两相短路接地 f （1,1） 、断线、变 压器绕组匝间短路、复合故障等。2.不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率 降低等。二、发生故障可能引起的后果是：1、 故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；2、 系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；3、 因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生

2、振荡， 甚至使整个系统瓦解。事故： 指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏 到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。三、电保护装置及其任务1继电保护装置：就是指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。2它的基本任务是：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（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 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。第二节 继电保护的基

3、本原理和保护装置的组成一、继电保护的基本原理 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 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）过电流保护：反映电流的增大而动作，如图 1-1 所示，（ 2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。（ 3）距离保护（或低阻抗保护）：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。如图 1-2 所示双侧电源网络。规定电流的

4、正方向是从母线流向线路。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 两侧电流一般大小不相等， 相位相等， 从而可以利用两侧电流相位或功率方向的差别可以构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如 纵联差动保护，相差高频保护、方向高频保护等。3、对称分量是否出现 电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负 序和零序都较大。因此，根据这些分量的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反应变压器油箱内部故障时所产生的气

5、体而构成瓦斯保护； 反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷 保护等。二、继电保护装置的组成 继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行 部分，其原理结构如图 1-3 所示。图 1-3 继电保护装置的原理结构图1、测量部分 测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或 几个物理量，并和已给的整定值进行比较。从而判断保护是否应该起动。2、逻辑部分 逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序或它们的组合， 使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。3、执行部分 执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号

6、，最后完成保护装置所担负的任务。如发出 信号，跳闸或不动作等。举例说明：第三节 对继电保护的要求一、选择性 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。如图下图所示d3 点短路：保护 6 动作， 6QF 跳闸；保护 6 或 6QF 拒动， 5QF 跳闸； d2点短路：保护 5动作， 5QF跳闸；保护 5或 5QF拒动， 2QF、4QF跳闸；d1 点短路：保护 1和保护 2动作， 1QF跳闸、 2QF跳闸；保护 2或 2QF 拒动， 4QF跳闸。 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

7、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后备保护。二、速动性 速动性是指尽可能快地切除故障 短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电 力系统的稳定性。三、灵敏性 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。四、可靠性 可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝 动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。以上四个基本要求之

8、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。第四节 继电保护技术发展简史继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。在 20 世纪 50 年代及以前，电磁型继电器。60 年代，整流型元件组成的装置。70 年代以后，集成电路构成的装置。到 80 年代，微型机继电保护装置中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设 备的可靠性，运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。第二章 电网

9、的电流保护第一节 单侧电源电网相间短路的电流保护继电器的分类继电器是一种能自动断续的控制器件， 当其输入量达到一定值时， 能使输出回路的被控电量发生预计的 变化，是具有对被控电路实现“通” 、“断”控制的执行机构。按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。 按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。 按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。对继电器的要求（1）工作可靠。（2）动作值误差小。（3）接点可靠。（4）消耗的功率要小。（5）动作迅速。（ 6 ）热稳定、动稳定要好。（7）安装调试容易、运

10、行维护方便、价格便宜。、电磁型继电器电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如图 2-1 所示。图 2-1 电磁型继电器的原理结构电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件， 它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。 电磁型 继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如图 2-2 所示。图 2-2 电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线首先分析使继电器触点接通的力矩。在线圈 1 中通以电流 Ij，则产生与其成正比的磁通 ，即，由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转矩 Mdc 可表示为2Mdc=K1 =K 2使继电器触点闭合的阻力矩Mth=M th1+K 3

11、（ 1 2 ）在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩 Mm，其值可以认为是不随 变化的一个常数。1、继电器动作的条件： Mdc Mth+M m2、动作电流 能够满足上述条件， 使继电器动作的最小电流值 Ij，称为继电器的动作电流 （起动电流） ， 记作 IdzjJ。对应此时的电磁转矩为3、继电器的返回条件 继电器动作后， 当 IJ减小时， 继电器在弹簧的作用下将返回。 为使继电器返回，必须:Mth Mdc+M m 或 MdcMth-M m4、返回电流 满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记为 Ih.j.对应此时的电磁转矩为Mh=K 2（I2h j/2） （22）

12、总结： 当 I jI d。 d2max=K K Id。Bmax式中可靠系数 K K =1.21.3 ，继电器动作电流：dzdz jKjxKjx电流互感器的接线系数Lmax 和结论 :电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路，其最大和最小保护范围Lmin 。Lb%（ 15%20% ）时，为合乎要求，即1） （1） 保护范围（灵敏度 KLm）计算（校验） 规程规定，在最小运行方式下，速断保护范围的相对值由图 2-13 可知dzXs.maxXd2-7)其中 Xd=X1Lmin 代入式（ 2-7）整理得2-8)式中 U e输电线路的额定线电压； LAB一被保护线路的总长度。（ 2） （2

13、） 动作时限无时限电流速断保护没有人为延时 ,在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器。一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。 t=0s4、电流速断保护的接线图（ 1） 单相原理接线图 原理图以整体形式表示各二次设备之间的电气联接。（ 2） 展开图 展开图以分散形式表示二次设备之间的电气连接。分为交流回路和直流回路。5、对电流速断保护的评价 优点：是简单可靠，动作迅速。 缺点：（1）不能保护线路全长；（2）运行方式变化较大时，可能无保护范围。 注意 : （1） 在最大运行方式下整定后，在最小运行 方式下无保护范围。图 2-17 短路时保护范围较小的情况2-

14、17 所示在采用线路图 2-16 系统运行方式变化较大情况 （2）在线路较短时，可能无保护范围。如图（3）在特殊情况下， 电流速断可以保护线路全长。 在采用线路变压器组的接线方式的电网中， 如图 2-18 所示。速断保护按 d1 点短路来整定，保护的起动电流大为减小，以至保护线路的全长。六、限时电流速断保护 （电流 II 段 ）的电流速断保护限时电流速断保护：按与相邻线路电流速断保护相配合且以较短时限获得选择性的电流保护。1、工作原理2-19 所示。（ 1）为了保护本条线路全长， 限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线路中去如图（ 2）为了保证选择性，就必须使限时电流速断保护 的动作带有

15、一定的时限。如图 2-19（ 3）为了保证速动性，时限应尽量缩短。2、整定计算（ 1） （ 1） 动作电流动作电流 I dz按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定：I K I （2-9）I dz K KI dz下一线继电器动作电流：K lm1.5，是因为考虑了以下不利于保护动作的因素。（a）可能存在非金属性短路，使短路电流 Id 较小；（b）实际的短路电流小于计算值；（c）电流互感器有负误差，使短路时流入保护起动元件中的电流变小；（d）继电器的实际起动值可能有正误差，使 IdzJ 变大；（e） 考虑一定裕度。 思考问题： 灵敏性不满足要求，怎么办？ 解决方法 :（ 1 ）与下一条

16、线路的限时电流速断相配合I dz K K I dz下一线（2） 动作时限比下一条线路时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段 t，即t 本 t下一线 t3、限时电流速断保护的接线图（） 单相原理接线） 展开图4、对限时电流速断保护的评价（优点） 限时电流速断保护结构简单，动作可靠，能保护本条线路全长。（缺点） 不能作为相邻元件（下一条线路）的后备保护，受系统运行方式变化较大。七、定时限过电流保护（电流 III 段） 定义：其动作电流按躲过被保护线路的最大负荷电流整定，其动作时间一般按阶梯原则进行整定以 实现过电流保护的动作选择性，并且其动作时间与短路电流的大小无关。1、 工作原理反应电流增大

17、而动作 ,它要求能保护本条线路的全长和下一条线路的全长。作为本条线路主保护拒动的近后 备保护，其保护范围应包括下条线路或设备的末端。过电流保护在最大负荷时，保护不应该动作。1）动作电流按躲开被保护线路的最大负荷电流 I f.max ，且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定：低电压继电器正常时（得电）常开触点闭合，常闭触点断开。 当电压低于整定值时，常开触点断开，常闭触点闭合。 正常运行时， KV 触点打开， KA 触点打开。最大负荷电流： KV 触点打开， KA 触点闭合。 短路时： KV 触点闭合， KA 触点闭合。（ 3） 时间整定 为保证保护动作的选择性，过电流保护动作延时是按阶梯原则

18、整定的，即本线路的过电流保护动作 延时应比下一条线路的电流段的动作时间长一个时限阶段 t :3、接线图 电流段保护的原理接线、展开图与电流段保护相同。4、对定时限过电流保护的评价35优点： 结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路 的近后备（有时作为主保护） ，而且能作为下一条线路的远后备。在放射型电网中获得广泛应用，一般在 千伏及以下网络中作为主保护。经典文档 下载后可复制编辑 缺点： 动作时间长，而且越靠近电源端其动作时限越大，对靠电源端的故障不能快速切除。八、电流三段保护小结 电流速断保护只能保护线路的一部分， 限时电流速断保护能保护线路全长， 但却

19、不能作为下一相 邻线路的后备保护，因此，必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护。1、三段式电流保护 ： 由电流速断保护，限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护。2、电流三段式保护的保护特性及时限特性3、电流三段式保护接线图（1）单相原理接线图2）展开图。4、三段式电流保护的评价优点：简单，可靠，并且一般情况下都能较快切除故障。一般用于 35 千伏及以下电压等级的单侧电源电网中。缺点：灵敏度和保护范围直接受系统运行方式和短路类型的影响，此外，它只在单侧电源的网络中才有选择性。例 2-1如图 2-33 所示网络， 试对保护 1 进行电流速断， 限时电流速断

20、和定时限过电流保护整定计算 （起动电流，动作时限和灵敏系数） ，并画出时限特性曲线。 （计算电压取 115KV ）。解： 1、对保护 1 进行电流速断保护的整定计算九、电流保护的接线方式电流保护的接线方式就是指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈1、 1、 相间短路电流保护的主要接线形式（ 1） （1） 三相星形接线 （ 2）两相星形接线（不完全星形接线）三相星形接线方式的保护对各种故障都能动作。 两相星形接线的保护能反应各种相间短路，但 B 相发生单相短路时，保护装置不会动作。（ 3）电流差接线2 倍的短路电流；三相短路时流过继电器电流是 3 倍的短路电流； AC 两相短路时流过继电器电流是AB 或 CB 两相短路时流过继电器电流是 1 倍的短路电流。接线系数 Kjx ：流过继电器的电流 IJ 与电流互感器二次侧短路电流之比，数值为K jxIjI LH 2故对两相电流差接线方式，在对称运行或三相短路时 ，Kjx= ；3在 AC 两相短路时，或 BC 两相短路时 ，Kjx =1。对于三相和两相星形接线方式任何短路型式 Kjx=1.Kjx= 2；在 AB