电力系统继电保护原理

课程教案 目录

第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章

第一章绪论

一、电力系统继电保护的作用

1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。

﹡ 继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、

继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。 ﹡ 继电保护装置是完成继电保护功能的核心。P1

继电保护装置就是能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. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统）

* 故障：各种短路（d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1)）)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。其后果：

1.电流I增加 危害故障设备和非故障设备； 2．电压U降低或增加 影响用户的正常工作；

3．破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃）

4．发生不对称故障时，出现I2，使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现 I0，—对相邻通讯系统造成干扰

绪论

电网的电流保护和方向性电流保护 电网的距离保护 输电线纵联保护 自动重合闸

电力变压器的继电保护 发电机的继电保护 母线的继电保护

* 不正常运行状态：

电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。 3．继电保护的作用：

（1） 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的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，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；

（2） 反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而

动作于发出信号、减负荷或跳闸。

二、继电保护的基本原理、构成与分类：

1． 基本原理：

为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——必须找出两种情况下的区别。 ① I增加 故障点与电源间 —>过电流保护 ② U降低 母线电压 —>低电压保护

③ 相位变化，

?U?arg?I?变化； 正常：为负荷的功率因数角一般为0-30°左右

短路：为输电线路的阻抗角一般为60°～85°—>方向保护.

?U?④ 测量阻抗降低，Z=I 模值减少 ?增加 —>阻抗保护

⑤ 双侧电源线路外部故障：

I入?I出 内部故障：

I入?I出 ——电流差动保护。

⑥ 反映I2 ，0 的 序分量保护等。

非电气量：瓦斯保护，过热保护

原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。 2． 构成

以过电流保护为例：

正常运行：I?Ifh/nLH LJ不动

故障时：I?Id/nLH?Idzj LJ动—>SJ动（延时）—>XJ动—>信号 TQ动—> 跳闸 （常用继电器及触点的表示方法参考 附录1 P230）

保护装置由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。

（1） 测量元件

作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 （2） 逻辑元件

作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。 （3） 执行元件：

作用；根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时→跳闸；不正常运行时→发信号；正常运行时→不动作。 3.分类：

几种方法如下：

（1） 按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等； （2） 按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等； （3） 按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失

步保护、失磁保护及过励磁保护等；

（4） 按构成继电保护装置的继电器原理分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流

型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；

（5） 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；

主保护 满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。

①远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 ②近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。

三、对电力系统继电保护的基本要求：

对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、

可靠性。 即保护的四性。 （一） 选择性：P4

选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件从系统中切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。

例：

当d1点短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性 当d2点短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性 当d3点短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性

当d3点短路时，若保护7拒动或7DL拒动，保护5动→跳5DL（有选择性）

若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL，则保护5为误动，或称保护 5越级跳闸（保护5失去选择性）

小结：选择性就是故障点在区内就动作，在区外不动作。当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。因远后备保护比较完善（对保护装置拒动、DL拒动、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。但远后备保护切除故障的时间较长。在高压电网中，应加强主保护。 （二） 速动性：

1提高系统稳定性；○2减少用户在保护的动作速度应尽可能快速。快速切除故障的好处： ○

3减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。 低电压下的动作时间；○ t?tbh?tDL；

t－故障总切除时间；

tbh-保护动作时间； tDL-断路器动作时间；

一般的快速保护动作时间为0.06～0.12s，最快的可达0.01～0.04s。 一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，最快的可达0.02～0.06s。 所以，切除故障的最快时间为：0 。03—0。1s。

（三） 灵敏性：P5

指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在发生区内故障时，不论运行方式大小、短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地反应。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）

Klm?保护范围末端金属性短路时故障参数的最小计算值Idmin＝

保护的动作参数Idz对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）

Klm?U保护的动作参数＝dz

保护范围末端金属性短路时故障参数的最大计算值Ud.max其中故障参数的最小、最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点位置来计算的。

在《继电保护和安全自动装置技术规程（DL400－91）》中，对各类保护的灵敏系数Klm的要