继电保护概述及基础知识

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 激 磁 保 护
机 电 型 保 护
整 流 型 保 护
晶 体 管 型 保 护
集 成 电 路 型 保 护
微 机 保 护
主 保 护
后 备 保 护
辅 助 保 护
主保护、后备保护
• 主保护：反应被保护元件自身的故障并以 尽可能短的延时，有选择性地切除故障的 保护称为主保护。 • 后备保护：当主保护拒动时起作用，从而 动作于相应断路器以切除故障元件。 • 近后备保护：当主保护拒动时，由本电力 设备或线路的另一套保护来实现后备的保 护。 • 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。
第一章 继电保护概述
第二节 继电保护装置的原理、组成及分类
继电保护装置的原理及组成
•被测物 能反应电力系统故障和不正常运行状态并作 跳闸或 信号 理量 用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置
测量 逻辑 执行
整定值
测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、 根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、 阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较， 根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负 出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关 根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不 的任务。如：故障时跳闸；不正常运行时发信号；正 系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命 常运行时不动作。 大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而 令传给执行元件。 判断保护是否应该启动。
第二章 继电保护的基础知识
第三节 对称分量滤过器
概述
• 为了提高保护装置的灵敏度，经常采用序分 量来作为保护的判据。要获得这些序分量就 当输入端三相电流、电压中 必须借助于各种序分量滤过器，称为对称分 零序电压滤过器 量滤过器。 含有三序分量时，输出端只
零序分量滤过器 输出零序分量 零序电流滤过器 负序电压滤过器 当输入端三相电流、电压中 含有三序分量时，输出端只 输出负序分量 负序电流滤过器
2016/5/30 9
主保护、后备保护示例
• 主保护、近后备、远后备示例图
第一章 继电保护概述
第三节 继电保护的基本要求
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 满足四个选择性、速动性、灵敏性、可靠性 四个基本要求。
选择性要求
• 继电保护动作的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，使停电的 若保护7和7QF正确动作于跳 若保护 7拒动或 7QF 拒动，保 当 k3 短路时，保护 7 、 8 动→跳 范围尽量小，以保证系统中的无故障部分仍 闸，保护 5 动→跳 5QF ，则越 当 k2 短路时，保护 5 ， 动→跳 当k1短路时，保护1、26 动→跳 护 5 动→跳 5QF( 有选择性 ) ； 7QF 、 8QF ，有选择性； 级跳闸 ( 非选择性 ) 。 5QF 、 6QF ，有选择性； 能继续工作。 1QF、2QF，有选择性；
继电保护的发展
• 继电保护的原理和结构形式发展如下
继电保护原理
第二章 继电保护的基础知识
培训内容
• • • • •
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
电流互感器及电压互感器 变换器 对称分量滤过器 幅值比较和相位比较 常用电磁型继电器
第二章 继电保护的基础知识
第一节 电流互感器及电压互感器
第二章 继电保护的基础知识
第二节 变换器
概述
• 1、变换器作用 • 保护装置动作判据主要为母线电压(线路电 压)、线路电流。因此需要将母线(线路)电压 互感器、电流互感器输出的二次电压、电流 再经变换器进行线性变换后送入继电保护装 置的测量电路。变换器的基本作用如下： • 1 ）电量变换：将互感器二次侧电压 (额定 • 2 ）电气隔离：电流、电压互感器二次侧的 •3 ）调节定值：整流型、晶体管型继电保护 100V) 、电流(额定5A或1A)，转换成弱电压 保安、工作接地，是用于保证人身和设备安 可以通过改变变换器一次或二次线圈抽头来 ( 数伏)，以适应弱电元件要求。 全的，而弱电元件往往与直流电源连接，直 改变测量继电器的动作值。 流回路不允许直接接地，故需要经变换器实 现电气隔离。
单相断线 两相断线
过负荷、 过电压 频率降低 、系统振荡等
继电保护的任务
1. 当电力系统中某电气元件发生故障时， 能自动地、迅速地、有选择地将故障元 件从电力系统中切除，避免故障元件继 续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正 常运行。
2. 当电力系统中电气元件出现不正常运行状 态时，能及时反应并根据运行维护的条件 发出信号或跳闸。
当保护装置动作时明显标示出继电器或保护装置动作状态反应被保护元件电压降低而动作的一种继电器电磁式过电流继电器电磁力矩满足下面关系时继电器动作电磁力矩满足下面关系时继电器返回电磁型过电流继电器的参数动作电流返回电流返回系数使电流继电器动合触点闭合的最小电流oper使电流继电器动合触点打开的最大电流res返回电流与动作电流之比oper实验接线220合上电源开关刚好亮时电流表指示的电流就是继电器的动作电流使输入电流继电器的电流减小电流表指示的电流就是继电器的返回电流电磁型低电压继电器参数动作电压返回电压返回系数使电压继电器动断触点闭合的最大电压使电压继电器动断触点打开的最小电压返回电压与动作电压之比实验接线合上电源开关输入电压继电器的电压升高至额定值这时继电器动断触点打开调整自耦调压器电压表指示的电压就是继电器的动作电压使输入电压继电器的电压升高电压表指示的电压就是继电器的返回电压220动作和返回条件返回条件
可靠性要求
2、提高可靠性的措施 1）选用适当的保护原理，在可能条件下尽量 简化接线，减少元器件和融点的数量； 2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水 平，并有必要的抗干扰措施； 3）提高保护装置安装和调试的质量，并加强 维护和管理； 4）采取保护装置多重化措施。 • 以上四个基本要下统一的一面。
2016/5/30 7
继电保护的分类
继电保护装置
按保护 对象分
按保护 原理分
按故障 类型分
按保护 技术分
按保护 作用分
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
电 流 保 护
电 压 保 护
距 离 保 护
差 动 保 护
方 向 保 护
零 序 保 护
相 间 短 路 保 护
m
电流互感器比值误差 为10%，角度误差小 于7°，电流互感器一 次电流倍数与允许的I 10% 0 7 二次负载阻抗之间的 0 关系曲线
I 10%
70
Z max
Z loa
电压互感器
A B C
电 压 互 感 器 的 接 线 方 式
V-V接线
A B
U U U U C 特点：可以获得对称的三个线电
负序分量滤过器
零序电压滤过器
• 零序电压滤过器的作用是为了获得零序电压， 它的输入是三相电压，输出只与输入电压中 构成依据： A 的零序电压成正比。
Uout Ua Ub Uc 3U0
概述
• 1、变换器作用 • 2、变换器的种类 • 电压变换器：将一次电压变换成装置所需要 的二次电压。 • 电流变换器：将一次电流变换成装置所需要 的二次电压。 • 电抗变压器：与电流变换器一样，将一次电 流变换成装置所需要的二次电压。
电压变换器 • 如图所示UV原方与电压互感器相联，TV二次侧有 工作接地，UV副方的“直流地”为保护电源的0V， 电容C容量很小，起抗干扰作用。 • 从UV原方看进去，输入阻抗很大，对于负载而言 UV可以看出一个电压源，UV两侧电压成正比：
灵敏性要求
• 在计算保护的灵敏系数时，可按如下原则考 虑： • 1.在可能的运行方式下，选择最不利于保护 动作的运行方式； • 2.在所保护的短路类型中，选择最不利于保 护动作的短路类型； • 3.在保护区内选择最不利于保护动作的那点 作为灵敏度校验点（计算所选的短路点）。
灵敏性要求
• 通常灵敏性用灵敏系数来衡量，表示为Ksen： 1）反应故障参数增加的保护装置(如电流保 护)，其灵敏系数：
速动性要求
• 快速地切除故障可以提高电力系统并联运行 的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工 作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。 • 对继电保护速动性的具体要求，应根据电 力系统的接线以及被保护元件的具体情况来 确定，例如： • 1）根据维持系统稳定的要求，必须快速切 除的高压输电线路上发生的故障； • 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；
Ik.min 保扩区末端金属性短路时保护安装处故障参数的最小值 Ksen= = I 保护装置的动作参数 act
2）反应故障参数降低的保护装置(如低电压保 护)，其灵敏系数：
Uact 保护装置的动作参数 Ksen= = 保护区末端金属性短路时保护安装处故障参数的最大值 Uk.man
• 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 点来计算的。
A BC
l
压，但不能获得相电压 U
U A
Ua n
V PV
a
U
U
U
a
b
b
V
a
星型接线
c 可以获得相电压、线电压和零序电压 U bn
UB
V
c
PV 1
b
PV 2
三相五柱式接线
U C
U C 可以获得相电压、线电
压和零序电压
V
PV 3
c n
电流互感器与电压互感器的工作特点
• 电压互感器二次电压可看成是电压源，而电 流互感器二次电流可看成是电流源； • 电压互感器在正常工作情况下铁芯的工作磁 密较电流互感器高得多； • 电压互感器工作在二次侧开路状态，电流互 感器工作在二次侧短路状态； • 电流互感器二次不能开路 。
继电保护原理
第一章 继电保护概述
培训内容 • 第一节 继电保护的任务 • 第二节 继电保护装置的原理、组成及分类 • 第三节 继电保护的基本要求
第一章 继电保护概述
第一节 继电保护的任务
电力系统的运行状态
1.正常运行 短路 2.故障
断线
3.不正常运行
系统的电流、电压均处于 电气设备正常承受范围内， 三相短路、 两相短路、 不会对电气设备造成危害 单相接地短路、两相接地 短路、发电机和电动机以 及变压器绕组间的匝间短 路等
小于10%
由于励磁电流的存在， 使一次电流折算值与二 次电流不等，即两者的 大小和相位不同。
I 2 I1' 比值误差 I I1' 100%
角度误差
I arg 2 I1
小于7º
电流互感器
2、电流互感器的误差 （1）电流互感器存在误差的原因 （2）电流互感器10%误差曲线
可靠性要求
• 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(拒动)，而在任何其他该保护不应该动 作的情况下，则不应该错误动作(误动)。 1、影响可靠性的因素 • 内在的：装置本身的质量，包括元件损坏、 结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接 线简明，融点多少等； • 外在的：运行维护水平、调试是否正确、正 确安装。
· · U2=KuU1
电流变换器 • 如图所示：从UA原方看进去，输入阻抗很小，对 于负载而言UA可以看成一个电流源。 • UA二次电流(一般为mA级)与一次电流成正比，二 次电流在电阻上形成二次电压：
· · U2=RKII1
电抗变压器
• VX等效电路如图所示，UX输入阻抗很小， 串于TA二次回路；对于负载，UX近似为电 压源。UX励磁阻抗相对于负载来说很小， 可以认为一次电流全部用于励磁，这样二次 电压 · · ·· U2=ZmI1=KII1 · • 其中KI称为UX的转移阻抗。与UA的电压变 换电路不同，UX输出电压超前输入电流一 定相位角，具有“电抗特性”。
电流互感器
• 将电力系统的一次电流按一定的变比变换成 二次较小电流，供给测量表计和继电器，同 时还可以使二次设备与一次高压隔离，保证 工作人员的安全。
电流互感器
1.电流互感器正方向规定
一次侧电流 同名端流进
极性端
等值电路 Z1a 二次侧电流 同名端流出
I1
Z 2a
I
I 2
I 1
速动性要求
• 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、对通讯系统或铁道 信号系统有强烈干扰的故障等。
速动性要求
• 故障切除的总时间等于保护装置动作时间和 断路器动作时间之和。 • 一般的快速保护的动作时间为0．04～ 0．08s，最快的可达0．01～0．02s； • 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。
I1
K1
Z
Z loa
L1
I 2
Z loa
由等值电路可见：
I I I 1 2
I 2
L2
由电磁平衡原理： I W I W 1 1 2 2 所以 I I 1 I
2
nTA
1
K2
相量图
nTA
电流互感器变比
电流互感器 2、电流互感器的误差 （1）电流互感器存在误 差的原因