继电保护基本原理及应用

(3) 电流III段：由动作时限的配合来保证动作的选择性，动作
电流按躲开负荷电流整定，其值较小，灵敏度较高，然而动作 时限较长，且越靠近电源短路，动作时限反而越长，一般作为 后备保护，但是在电网终端可作为主保护。
反时限过电流保护
是动作时限与被保护线路 中电流大小有关的一种保 护，其动作时限与电流呈 反时限特性，即当电流大 时，保护的动作时限短， 而电流小时动作时限长。
方向电流保护
在双侧电源供电情况下，仅靠电流保护无法保证选择
性，需要增加故障方向判别元件，构成方向电流保护 。
A单独供电：由保护1、3、5起线路保护作用 B单独供电：由保护6、4、2起线路保护作用
A/B同时供电情况下：当K1点短路时，对A侧电源来说，如果保证保护的选择 性，要求保护3动作时间大于保护4的动作的时间。 当K2点故障时，却要求保护3的动作时间小于保护4的动作时间。 解决方案是给电流保护加装一个短路电流方向闭锁元件，并将动作方向规定为 短路电流由母线流向线路。
反时限过电流保护的整定
反时限过电流保护起动电流的整定与定时限过电 流保护类似。为保证选择性，保护的动作时限的整定 配合较复杂，当系统最小运行方式下短路时，其动作 时限可能较长。因此，主要用于单侧电源供电的终端 线路和较小容量的电动机上，作为主保护和后备保护 使用。 保护的反时限动作特性与电气设备发热特性相 吻合，因此适合用于保护电动机等电气设备；当作为 终端线路保护时，容易与分支线路上的熔断器配合， 保证其动作的选择性。
I段保护（无时限电流 速断保护）
反应于短路电流幅值增大而瞬 时动作。 为了保证选择性，被保护 线路的保护动作电流要躲过（ 即大于）下级线路出口处（可 等同于被保护线路末端母线处 ）短路时可能出现的最大短路 电流。 动作电流的整定：
I
I set.1
K I
I rel k.C.max
I I I set.2 K rel I k.B.max
零序电流限时速断保护（零序电流II段）
动作电流整定原则：与下条线路的零序电流I段配合。躲开下条线路零序电流I段保护 范围末端接地短路时（即流过下条线路的零序电流刚好为其零序电流I段整定值时） 流过本保护的最大零序电流
零序过电流保护（零序电流III段）
动作电流整定原则：躲开下条线路出口处相间短路时所测的最大不平衡电流： 实际整定时还应考虑满足各级线路灵敏系数按逐级配合的原则，即本保护零序电流 III段的保护范围不超出下条线路零序电流III段的保护范围，即本线路零序电流III 段与下条线路的零序电流III段配合
1 ）主要优点是不仅能够保护本线路的全长，而且 也能保护相邻线路的全长，从而起到远后备保护的作用。 缺点是动作速度较慢。另外，由于要躲过电动机的自启 动电流，因而降低了反应故障的灵敏性。 2）对于靠近电源端的定时限过电流保护来说，不 管短路电流多大，其动作延时都是很长的。因此，定时 限过电流保护仅用作本线路和相邻元件的后备保护。由 于它作为相邻元件后备保护的作用是在远处实现的，因 此是属于远后备保护。 3）对于电网终端的过电流保护来说，动作延时并 不长。因此，可以作为主保护兼后备保护，而无需再装 设无时限和带时限速断保护。
零序电流和零序电压一般通过专门的零序电流互感器和零序
电压互感器（三相五柱式电压互感器）获得。在微机保护装 置中，也可以分别利用三相电流和三相电压来合成：
零序电流保护一般由三段构成，第Ⅰ段为无时限零序电流速 断保护，第 II 段为带时限零序电流速断保护，第 III 段为定时 限零序过电流保护。三段式零序电流保护的基本工作原理， 与一般的三段式电流保护工作原理基本相同。
电力系统的故障类型
电力系统的常见故障类型分为： 短路--中性点直接接地系统的单相短路、两相
短路、三相短路。 断路—即断线及中性点不直接接地系统的单相 接地。 电网的频率或电压超过规定的范围。 电力系统发生振荡，稳定运行状态被破坏
保护原理
在分析电网发生故障或不正常运行状态 下各种电气量或其他特征物理量（如变压器油 箱内的瓦斯）的变化规律的基础上，找出它们 与正常运行状态的之间的差别，然后制定出合 理的保护动作判据。 正确配置保护装置 根据已经提出的保护原理，设计实际装 置来实现继电保护功能。
II段保护（带时限电流速断保护）
从选择性出发，通过与下级线路保护在 动作电流与动作时限上的配合，将保 护范围延伸到下级线路中去，从而能 够以较小的时限快速切除被保护线路 全线范围内的故障。 动作电流配合表示要躲过下级保 护的动作电流。 动作时限配合表示在下级保护动 作时限的基础上，增加一定的动作延 时。
一、电力系统继电保护基础知识 4、继电保护装置的分类
1） 按保护对象分类 2）按保护原理分类 3）按保护所反映的故障类型分类 4）按保护所起的作用分类 5）按通信通道分类
一、电力系统继电保护基础知识 4、1 按保护对象分类
发电机保护 电力变压器保护 输电线路保护 母线保护 电力电容器保护 高压电动机保护
动作电流的整定：
动作时限的整定：
△t 通常取为0.5s。随着技术的发展，保护和断路器动作速度以及 定时精度有了很大的提高。为了缩短故障持续时间，减少故障引 起的电压骤降对用电设备的影响，人们开始倾向于将△t 选得更 小一些，如选为 0.3s甚至更短。
II段保护评价：
主要优点是能够保护线路全长，动作比较迅速(仅当与下级 线路I段配合时 )，缺点是保护范围受电网运行方式变化及短路型 式的影响。 当被保护线路同时配备了 I 段和 II 段保护时，它们的联合 工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在设定的时限（<0.5s） 内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求。具有这种 性能的保护称为该线路的“主保护”。
即规定保护正方向为：保护安装处母线 → 被保护线路 被保护线路在其正方向短路时：保护动作；
反方向短路时：由对侧电源供给的短路电流可能造成该保
护误动作，此时的功率方向：线路 → 母线 则要求闭锁 保护 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，这两组方向保护 之间不要求有配合关系，这样就可以采用单侧电源网络的三 段式电流保护的工作原理和整定计算原则。 方向电流保护可通过判别短路功率的方向或电流、电压之 间的相位关系来实现。
I 式中 K rel 为可靠系数： I K rel 1.2 ~ 1.3
动作时限的整定： t I 取决于保护装置本身固有的动作时 间，一般小于10 ms。考虑到躲过线路中避 雷器的放电时间为（40～60）ms，一般人 为地加入（60～80）ms的动作延时，以防 止保护误动作。 I段保护评价： 主要优点是动作迅速，缺点是不可能 保护线路的全长，并且保护范围受电网运 行方式变化及短路型式的影响。
继电保护
基本原理与应用
主讲人：侯成锋
一、电力系统继电保护基础知识 二、变压器保护
三、线路保护 四、母线保护 五、电力电容器保护
六、高压电机保护
一、电力系统继电保护基础知识
1、什么是继电保护装置
“继电”源于继电器（Relay）。最早诞生的继电器是电 磁型过电流继电器。在正常情况下，其触点是打开的。当输 入电流大于预先设定的动作电流（称为整定值）时，其触点 将闭合（启动）。只有当输入电流减小到小于返回电流时， 继电器触点才重新打开（返回）。返回电流小于启动电流。 继电保护（Relay Protection）就是能反应电力系统中电气 设备发生的故障（如短路、断线）或不正常运行状态（如过 负荷），并动作于相应断路器跳闸或发出告警信号的一种自 动化技术和装置。 继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备， 任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。
2、继电保护装置的组成
测量比较环节：测量特征量，并与整定值比较，
以判断是否应该启动。 逻辑判断环节：按一定逻辑关系判断是否发生区 内故障。
执行输出环节：负责发出保护动作脉冲信号。
被测物 理量 测 量 1 逻 辑 2 执 行 3 跳闸或信号
整定值
3、继电保护装置各组成部分的作用
1）测量元件的作用： 测量从被保护对象输入的有关物理量并与已给 定的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。 2）逻辑元件的作用： 根据测量部分输出量的情况使保护装置按一定 逻辑关系工作，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。 3）执行元件的作用： 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。如在故障时动作于跳闸，不正常运 行时发出告警信号。
零序电流保护
在中性点直接接地（如 110 kV系统）或经小电阻接地的
配电网中，当线路发生单相或两相接地故障时，将出现很 大的零序电流。 对于采用单三角形接线的补偿电容器组，当任一台或数台 电容器内部串联元件发生击穿故障时，因三条支路电流失 去平衡而同样会出现零序电流 在正常运行情况下，电网中并不存在零序电流。因此，可 以利用零序电流构成继电保护。 与相电流保护相比，零序电流保护具有灵敏度高、动作速 度快、受系统运行方式影响小，较稳定，且保护范围广， 不受负荷电流及系统振荡的影响的优点。
4、2 按保护原理分类（构成保护判据
的特征物理量）
电流保护 电压保护 距离保护 差动保护 方向保护 零序保护
4、2、1
电流保护
（1）三段式电流保护 （2）反时限过电流保护 （3）方向电流保护 （4）零序电流保护 (5) 复合电压闭锁过流保护
三段式电流保护
1）无时限电流速断保护（ I段保护） 2）带时限电流速断保护（ II段保护） 3）定时限过电流保护（III段保护） 它们可组合成两段或三段电流保护。 这三种电流保护都是反应电流增大而动 作，区别主要在于按照不同的原则来整定动作 电流及动作时限
阶段式电流保护的应用及评价概述
(1) 电流I段：由动作电流的整定来保证动作选择性，按躲开某
点的短路电流整定，动作迅速（无时限），但不能保护本线路 全长，作为主保护的一部分。
(2) 电流II段：由动作电流整定与时限配合来保证动作选择性
，动作电流按躲开某点的短路电流整定，能保护本线路全长， 动作时限较小，作为主保护的另一部分（电流I段的补充）
动作时限按“阶梯原则”配合（保证各级线路保护的动作选择性）
方向性零序电流（零序功率方向）保护
多台变压器中性点接地的复杂网中零序保护的方向问题
d1短路：若 IIdz.2 > IIdz.3 ,保护3的I段会误动 若 tIII2 > tIII3， 保护3的III段会误动 d2短路：若 IIdz.3 > IIdz.2 ,保护2的I段会误动 若 tIII3 > tIII2， 保护2的III段会误动 为防止误动，在可能误动的保护上增设零序功率方向元件GJ0 （规定保护正方向：安装处母线→被保护线路） 三段式方向性零序电流保护的原理与一般的三段式电流保护工作 原理基本相同。
在双电源或多电源电网中，一般有多台变压器中性点接地运 行，零序电流保护往往需要加装方向元件才能满足线路保护 选择性要求。当被保护线路正方向发生短路时，零序电压落 后于零序电流；而当反方向发生短路时，零序电压超前于零 序电流。因此，通过测量零序电压、电流之间的相位关系， 即可以判断接地故障的方向。
2、继电保护装Biblioteka 的硬件构成 保护装置的主要构成：电源板，CPU板，交流采
集板，开入板，开出板、显示面板。 数据采集系统—即模拟量输入系统 CPU主系统—即逻辑运算控制系统 开入板—即开关量光隔输入系统 开出板—即开关量光隔功放输出系统 电源板—即提供整个装置所需的直流稳压电源系 统 显示面板—即人机接口和通讯系统
III段保护（定时限过电流保护）
即是一种过负荷保护，其动作电流按 照躲开最大负荷电流来整定。其动作时限 按选择性要求来整定，是固定的（与电流 的大小无关）。 它在正常运行时不启动，而在电网发 生故障时，则能反应于电流的增大而动作 。
动作电流的整定：
动作时限的整定：
III段保护（定时限过电流保护）评价：
零序电流速断保护（零序电流I段）
动作电流整定原则： (1)躲开下条线路出口处(即本线末端)接地短路时,本保护所测的最大零序电流 (2) 躲开QF三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流 (3)当线路具有单相重合闸ZCH时（例如220kV及以上线路），躲开非全相运行状态下系 统又发生振荡时所出现的最大零序电流