电力系统继电保护的基本原理

一、使用单侧电量构成的保护
1.电流保护:
2.电压保护:
3.距离保护:
二、使用双侧电量构成的 差动原理保护
• 利用电气元件在内部、外部故障 ( 包括正常运
行情况) 两侧电流相位或功率方向的差别构成：
– 纵联差动保护 – 相差高频保护 – 方向高频保护等
• 只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反 应外部故障，具有绝对选择性。
• 灵敏性↑→ 抗干扰能力↓ → 可靠性↓
• 防误动可靠性↑→防拒动可靠性↓
• 如何处理这些关系，将在后续章节中具体讨论
课程学习要求
• 掌握继电保护基本工作原理 • 结合继电保护“四性”要求，深入理解 继电保护整定计算原则 • 掌握继电保护整定计算基本方法 • 一般性了解具体保护装置示例
• 防拒动方案 两套保护以“或”逻辑起动跳闸。
• “三取二”表决器方案 以硬件冗余方式提高可靠性。这种方案中， 任 意一套保护拒动或误动，都不会使整套保护 装 置拒动或误动。 • 实际应用的保护装置，特别是目前使用广泛 的微机保护，大都是在同一套保护中采用多
五、四个基本技术性要求 ( 或称“四性”要求 )， 是分析研究继电保护性能的基础，它们具有对 立统一的辩证关系： • 速动性↑→ 装置复杂性↑ → 可靠性↓
（2）发电机、变压器、电抗器等电气元件
绕组的匝间短路故障
2.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 （可能引起故障：如加快绝缘的老化和损坏 等）。包括: • 过负荷(I>IN) • 过电压(U>UN) • 频率低(f>fN) • 电力系统振荡等
3.电力系统故障后果
(1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起 的电弧，使故障元件损坏； (2) 短路电流通过非故障元件，由于发热和 电动力的作用，引起损坏或缩短使用寿命； (3) 故障区域电压大大降低，影响用户工作。 (4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起
系统振荡，甚至使整个系统瓦解。
二、电力系统继电保护的作用
• 在电力系统故障与不正常运行状态时利 用继电保护装置切除故障元件或动作于 信号、减负荷或跳闸, 保证电力系统正 常运行
1.继电保护装置：
反应电力系统中电气元件发生的故障或 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.电力系统继电保护的基本任务
(1) 自动、迅速、有选择性 地切除故障元件，使 故障元件免于继续遭受破坏，电力系统其余部分 保持正常运行；
(2)反应电气元件的不正常运行状态，并根据运 行维护的条件动作于发出信号、减负荷或延时跳 闸 (3)根据实际情况, 尽快恢复停电部分的供电
第二节 继电保护的基本原理和
构成方式
• 要求:正确区分正常运行与故障\不正常运行状态
（2）系统中旋转备用容量很少，各系 统、电源与负荷之间的联系薄弱：
• 由于保护装置的误动作使发电机、变压 器或输电线切除，将会引起对负荷供电 的中断，甚至造成系统稳定的破坏 • 当某一保护装置拒动时，其后备保护仍 可以动作而切除故障 • 提高保护装置不误动的可靠性更为重要
（3）可靠性方案 • 防误动方案 两套保护以“与”逻辑起动跳闸。
电力系统继电保护的基本原理
• 电网的电流保护和方向性电流保护 • 电网的距离保护
• 高频(载波)保护
• 自动重合闸
• 电力变压器保护
• 发电机保护
• 母线保护
第一章
绪
论
第一节 电力系统继电保护的作用
• 切除故障元件、保证电力系统正常运行
一、电力系统故障与不正常运行状态
1.电力系统故障类型
（1）输电线路的各种短路故障
•
保证选择性的技术措施（电流保护为例)）
1. 保护动作定值（Idz1> Idz5> Idz6 ） 2. 保护动作时间（ 1失去作用时，如过电流中： t 1> t 5 > t 6 ） 3. 保护动作方向（ 1，2失去作用时，应用于双回 线或双侧电源线路中, 注意保护正方向）
• 满足选择性要求的后备保护
– 远后备
• 保护或断路器拒动时，由前一条线路(靠近 电源侧)保护（远后备保护）动作切除故障
– 近后备 • 主保护拒动时，由同一条线路保护（近后备 保护）动作切除故障； • 断路器失灵时，由断路器失灵保护动作切除 故障（切除与失灵断路器相联的母线上的所 有其它断路器）
• 220KV以上高压系统保护的配置
• 执行部分
根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装 置所担负的任务 ( 跳闸或发出信号等)。
2.继电保护的基本类型
• 机电式:电磁型、感应型或电动型继电器 – 逻辑部分:继电器组合逻辑与时序逻辑 • 电子式静态保护 :晶体管 、集成电路型 – 逻辑部分:数字电路逻辑与时序逻辑 • 数字式静态保护 ：微机保护 – 逻辑部分:数字编程逻辑与时序逻辑
– 一般保护为60ms—120ms – 快速保护可达10ms—40m s – 超高速保护小于10ms（保护出口故障）
三、灵敏性
• 保护对于其保护范围内发生故障或不正常运行
状态的反应能力，以灵敏系数表示：
四、可靠性
• 保护区内故障时不拒动 • 保护区外故障时不误动 • 不误动可靠性和不拒动可靠性的措施常 常互相矛盾 • 电力系统的结构和负荷性质的不同，误 动和拒动的危害程度有所不同 ，应按系 统具体情况采用不同的可靠性措施
纵联差动保护原理说明
相关概念：保护正方向 故障电流由母线流向线路（元件）的方向
三、使用非电量的保护
• 根据电气设备的特点实现 • 变压器油箱内部的绕组短路 – 反应于变压器油被分解所产生的气体 及油流速度变化而构成的瓦斯保护
• 发电机、变压器过负荷或过热
– 反应于绕组温度的温度高保护
四、继电保护的原理结构
（1）系统中有充足的旋转备用容 量、输电线路很多，各系统、电 源与负荷之间联系很紧密：
• 由于保护装置的误动作，使发电机、变 压 器或输电线切除而给电力系统造成的影 响可能较小。 • 发电机、变压器或输电线故障时继电保 护装置拒动，将造成设备的损坏或系统 稳定的破坏 • 提高继电保护不拒动的可靠性更为重要
1.继电保护装置原理结构
• 整套继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执 行部分组成
• 测量部分
测量由被保护对象输入的有关电气量，与给 定整定值比较，给出一组逻辑信号，判断保 护是否应该起动。
• 逻辑部分
根据测量部分各输出量的大小、性质、输出 的逻辑状态、顺序或它们的组合，使保护装 置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否使 断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给 执行部分。
–
加强主保护，简化后备保护，实现完 备的保护双重化
• 高频保护双重化 • 后备保护双重化 • 保护电源、跳闸电源双重化 • 采用双跳闸线圈的断路器 双重化配置的保护、电源与跳闸回路互为后备， 大大提高了保护的可靠性
二、速动性
• 快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的 稳定性，缩小故障元件的损坏程度 • 主要用于必须快速切除的故障：
(1) 根据维持 系统稳定 的要求，必须快速切除 的高压输电线百度文库上发生的故障；
(2) 使发电厂或重要用户的母线电压低于允许 值(一般为0．7倍额定电压)的故障； (3) 大容量 的发电机、变压器以及电动机内部 发生的故障；
(4) 1—10kV 线路导线截面过小，为避免过 热不允许延时切除的故障等； (5)可能危及人身安全、对通讯系统等有强 烈干扰的故障等。 • 继电保护的动作时间
第三节
对继电保护的基本要求
动作于跳闸的继电保护，在技术上满足四个 基本要求，即 选择性： 正确选择故障元件 速动性： 快速反应并切除故障 灵敏性：灵敏反应故障 可靠性：可靠不误动/不拒动
常称为保护的“四性”要
求 一、选择性
保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除， 保证无故障部分仍能继续安全运行。