电力系统继电保护原理(第四版)-3(最详细版)
电力系统继电保护原理
电力系统继电保护原理引言电力系统继电保护是电力系统中非常重要的一部分，它的作用是保护发电、输电和配电设备以及负载设备，以防止电力系统发生故障。
本文将详细介绍电力系统继电保护的原理以及其在电力系统中的应用。
一、继电保护的概述继电保护是电力系统中的一项重要技术，用于及时发现和切除发电、输电和配电系统中的故障。
它起着安全、稳定运行电力系统的作用。
继电保护系统主要由继电保护装置、CT（Current Transformer）和PT（Potential Transformer）、配电自动化装置和通信装置等组成。
二、继电保护原理1. 继电保护装置继电保护装置是实现继电保护功能的关键设备。
它通过对电力系统各个部分电压和电流的测量，来实现故障的检测和切除。
根据检测到的电压和电流信号，继电保护装置会发出指令来切断电路，防止故障进一步扩大。
2. CT和PTCT（Current Transformer）和PT（Potential Transformer）是继电保护装置中的关键设备，用于将电流和电压信号转换为继电保护装置可处理的信号。
CT和PT通常与高压电力系统中的电流和电压传感器配合使用，将高电压和高电流信号降低到继电保护装置可处理的范围。
3. 配电自动化装置配电自动化装置是电力系统中常用的继电保护装置之一。
它可以实现对配电系统的自动化控制、故障检测和切除。
配电自动化装置通过测量电流和电压信号，来判断是否有电力系统故障，并根据设定的保护动作条件，自动切除故障电路，保证电力系统的安全运行。
4. 通信装置通信装置在电力系统继电保护中起着重要的作用。
它通过与其他继电保护装置和监控系统进行通信，实时传输电力系统状态信息，以实现对电力系统的远程监控和故障处理。
通信装置可以使继电保护系统具备远程操作、远程监控和远程维护等功能。
三、继电保护在电力系统中的应用1. 发电系统在发电系统中，继电保护主要用于保护发电机和变压器等重要设备。
电力系统继电保护原理
一、选择性
选择性 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，使停电的范围尽量 小，以保证系统中的无故障部分仍能继续工作 。
一、选择性
一、选择性
当k1短路时，保护1、2动 →跳1QF、2QF，有选择性；
当k2短路时，保护5、6动 →跳5QF、6QF，有选择性；
当k3短路时，保护7、8动→跳 7QF、8QF，有选择性； 若保护7拒动或7QF拒动，保护5 动→跳5QF（有选择性）； 若保护7和7QF正确动作于跳闸， 保护5动→跳5QF，则越级跳闸 （非选择性）。
二、保护的分类
• 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；
常用继电器和保护装置示例
名称
低电压继电 器
图形符号 U＜
过电压继电
U＞
器
低功率继电
P＜
器
低阻抗继电
Z＜
器
功率方向继电
P
器
说明 =IEC
名称
瞬时过电 流保护
图形符号 I＞
=IEC
延时过电
I＞
流保护
• 影响可靠性的因素：
–内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结 构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简 明，触点多少等；
–外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确 安装。
四、可靠性
• 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，减少元器件和触点的数量； – 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。
电力系统继电保护课件第三章 电流保护
电力网
输电网
220kV及以上
配电网
高压 中压 低压
35kV~110kV或更高 6~20kV 380/220V
2020/10/27
3-1单侧电源网络相间短路的电流保护
1.单侧电源网络相间短路时电流量值特征
E
A
I m1
QF1
k3
Im2 B QF2
k2
C Im3 k1
QF3
xS
xABlABx1 x k
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（3）中性点非直接接地系统中的异地两点接地短路 情形2：放射形线路上发生不同线路不同相两点接地
5．电流保护的接线方式
E A QF1
I1
B QF2
I2
I1 n TA
I2
nTA IA IB IC
C
QF3
IA IC IB
继电器的动作电流
I op
I set n TA
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【分析】三相星形接线和两相星形接线方式的性能
3
IA
IA
IB
IC
IC
（1）发生各种相间短路时，两种接线方式均能正确反应，对于不同的 故障类型，动作的继电器个数可能不同。
KrIeI l1.1~1.2
l
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3-1单侧电源网络相间短路的电流保护
3．限时电流速断保护
E A QF1 xS
B QF2 xABlABx1
C
QF3
xBClBCx1
IA
I II set
IB
I II set
IC
I II set
1
t II 0
保护跳闸
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电力系统继电保护原理(第四版)-4(最详细版)
一、中性点接地方式与接地故障种类 按单相接地短路时接地电流的大小分 大电流接地方式中性点直接接地中性点经小电阻接地小电流接地方式中性点不接地中性点经消弧线圈接地国际上的定量标准不同接地方式下的接地故障特点大电流接地方式不同接地方式下的接地故障保护策略零序分量特征零序分量的参数特点零序电压故障点零序电压最高，距离故障点越远零序电压越低零序电流零序电流超前于零序电压其分布取决于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关零序功率方向故障线路，两端零序功率的方向与正序功率的相反零序电压、电流的相位关系系统运行方式的影响系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地变压器数目不变，零序阻抗和零序网络就不变。
12二、中性点有效接地系统的接地保护1.零序电流瞬时速断（零序I段）保护采用单相自动重合闸时2.零序电流限时速断（零序II 段）保护 工作原理与相间限时电流速断保护一样其启动电流首先考虑和下一条线路的零序电流速断配合并线路的零序电流速断配合，并延迟一个时限以保证动作的选择性。
整定原则：12⋅⋅′′′=′′act rel act I K I 当保护间的变电站母线上接有中性点接地变压器时，存在“助增电流”，整定原则变为：210rel act act brK I I K ⋅⋅⋅′′′′′=000k BCbr k ABI K I ⋅⋅⋅= 分支系数零序II 段的灵敏系数校验3. 零序过电流（零序III段）保护保护只需从该变压器高压侧开始考虑动作延时的配合 在同一线路上零序过电流保护比相间短路过电流保护具有较小的动作延时4.方向性零序电流保护零序电流实际的流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，在变压器接地数目较多的复杂网络，需要考虑零序电流保护动作的方向性。
在零序电流保护的基础上增加零序功率方向元件，利用正反方向故障时，零序功率方向的差别，闭锁可能误动作的保护，保证动作的选择性。
零序方向元件的电压死区问题5. 零序电流保护的优缺点三、零序电压、电流的获取实现接地短路零序保护的关键零序电压过滤器3U U U U &&&&=++ 加法器0C B A各种获取方式电压互感器开口三角形接法电压互感器接于发电机中性点集成电路和微机保护中的加法器实现电压互感器开口三角形接法电压互感器接于发电机中性点零序电流过滤器3I I I I C B A &&&&=++零序电流的获取获取方式电流互感器三相星形接法电缆的零序电流互感器 不平衡电流问题由电流互感器的传变特性不一致产生致产生相间故障时最严重一、高阻接地故障二、零序反时限过电流保护为提高灵敏度，起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定动作延时采用甚反时限特性.relk act unbreK I I K =13.51Kt I =−25.()k actI单相接地时（A 相）A 相对地电压为零对地电一、中性点不接地电网中单相接地故障的特点正常时，线电压对称，每相负荷电流和对地电容电流均对称，三相电流之和（零序）为零⎧=−0D A U & 相对地电压为零，对地电容短接3 B 、C 相对地电压和电容电流增倍三相负荷电流和线电压仍然对称具体分析：相接地后各⎪⎨=−==°−1503j e E E E U U &&&&& A 相接地后，各&&&C B D I I I +=03C U I D ωϕ=AE &E &ADB U −&DC U −&I & 从接地点流回的电流为线路端的零序电流？030=I&D 0A D U −=&BE &CCBBC U &B CI &BI &CI &D I &DI &−实际的网络存在发电机和多条支路CIBI I 0IC 0ω0=AII &电容性无功功率从母线路始端存在零序电D BI CI BII CII BG CG故障线路II ：II C U I 0033ωϕ=&&&&&−=3)C C (U I II II 00033−=∑ωϕ0=AII &电容性无功功线路始端存在零序电流，其大小为全系统非故障元件对地电容电流之总和电容性无功功率)I I I I (I CGBG CI BI II +++0率从线路流向母线DAII I I &&−=电容性无功功率发电机G 的特征与非故障线路相同件的对地电容构成32中性点不接地电网的单相接地特点：二、中性点不接地系统中的单相接地保护利用接地后出现的零序电压带延时动作于信号不能实现故障选线——无法知道故障是在那一条线路34点实现有选择性地发出信号或动作于跳闸为了提高可靠性和灵敏性——采用延时和电流元件控制方向元件相位比较回路的方案36一、中性点经消弧线圈接地电网的单相接地故障特点电弧，引起弧光过电压，从而对电网造成进步破坏。
《电力系统继电保护原理》贺家李第四版课后答案(学霸整理)
简答题第二章1.什么是继电器的返回系数？采用什么方法可以提高电磁型过电流继电器的返回系数？答：（1）返回电流与动作电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为act K re K I I ∙∙=re K 。
幅度降低的短路；限时速断是主保护；过电流是本线路的后备保护，也作为下级线路保护的远后备。
如果在下条线路末端短路时远后备灵敏度不足，则应设置近后备保护。
由于瞬时速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此为保证迅速有选择性的切除故障，常采用三段组合，构成阶段式电流保护。
4.速断和过电流在整定条件方面有什么根本区别？P42答：瞬时电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。
他们之间的区别主要在于按照不同的原则来选择起动电流。
瞬时速断是按照躲过被保护元件末端最大短路电流整定，限时速断是按照躲过下级各相邻元件瞬时电流速断最小保护范围末端的最大短路电流整定，而过电流则是按照躲过最大负荷电流整定。
5.什么是可靠系数？什么是配合系数？两者有何区别？他们是为了考虑什么情况而设置的？答：11.在过电流整定公式中都应有哪些系数？答：max .1L re Ms rel re re act I K K K I K I ==Krel ——可靠系数，一般采用1.25~1.5（1.3）；保护动作于断路器，供电可靠性低；适用于110kV 及以上电网。
（2）小电流接地系统包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地，单相短路时有过电压，短路电流为容性短路电流，较小，保护一般动作于信号，可持续运行一段时间，供电可靠性高；适用于10kV ，35kV 配网。
答：中性点接地方式有：中性点直接接地、中性点经小电阻接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地。
110kV 及以上电压等级采用中性点直接接地系统。
35kV 及以下的系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可采用经小电阻接地方式。
电力系统继电保护原理(第四版)
电力系统继电保护原理(第四版)第二章继电保护的硬件构成第一节继电器的类别和发展历程继电器能反应一个弱信号(电、磁、声、光、热)的变化而突然动作，闭合或断开其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。
继电器的分类按输入信号性质分：非电量继电器和电量继电器按功能分量度继电器在继电保护和自动装置中作为主要元件，与辅助元件有或无继电器配套电流、电压、频率、功率继电器等有或无继电器在保护装置中作为辅助元件中间、时间、信号继电器等电磁式继电器衔铁弹簧电磁铁工作回路电磁继电器触点信号电源一、电磁型继电器(Relay)继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置动作电流：使继电器动作的最小电流值最小短路电流返回电流：使继电器返回原位的最大电流值最大负荷电流返回系数(恒小于1) I K re= K re= 0.85~ 0.9 I K act 触发特性曲线返回动作旋转衔铁式电流继电器结构6二、感应型继电器用电磁铁在一铝制圆盘中或圆筒中感应产生电流，电流产生转矩使圆盘或圆筒转动，使接点闭合的继电器。
四极感应圆筒式感应继电器工作原理与鼠笼式感应电机相似相当于两相式的电动机，垂直方向两磁极的线圈和水平两级的绕组磁通在空间上相差900,如果两磁通在时间上也相差900则可产生最大的旋转磁场圆筒上的转矩：M= KΦ1Φ 2 sinθ动作条件：电流大于定值(转矩大于弹簧反作用转矩),且θ为正(900时转矩最大)可反应两个电气量，如电压、电流，可实现方向继电器、阻抗继电器、差动继电器等电磁式电流继电器侧面正面电磁式中间继电器正面侧面五、微机保护将反应故障量变化的数字式元件和保护中需要的逻辑元件、时间元件、执行元件等和在一起用一个微机实现，成为微机保护，是继电器发展的最高形式。
20世纪70年代初、中期开始了微机保护研究的热潮源于计算机技术重大突破：价格大幅度下降、可靠性提高70年代中后期，国外已有少量样机试运行。
电力系统继电保护(详细版)
1. 电力系统的三种状态：正常运行，不正常运行和故障运行。
2. 继电保护的任务和作用：①当电力系统发生故障时，自动，迅速、有选择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，保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。
②反应电气元件的不正常运行状态，并根据不正常运行情况的类型和电气元件的维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动进行调整。
反应不正常运行状态的继电保护装置允许带有一定个延时动作。
③继电保护装置还可以和电力系统中其他自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。
3. 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，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。
4. 继电保护装置一般由测量比较元件，逻辑判断元件和输出元件三部分组成。
测量比较元件测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出是非或0或1性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，是保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该是断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。
执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲即相应的动作信息，发出警报或不动作。
5. 电流保护的接线方式有三种：①两相一继电器的两相电流差接线②三相三继电器的完全星形接线③；两相两继电器的不完全星形接线。
6. 90°接线方式是指在三相对称的情况下，当cos ψ=1时，加入继电器的电流如ÌA 和电压ÚA 相位相差90°。
7. 90°接线方式的主要优点是：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相见电压，其值很高；第二，适当地选择继电器的内角α后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。
电力系统继电保护原理
电力系统继电保护原理1. 引言在现代电力系统中，继电保护是确保电力系统运行安全和稳定的重要部分。
它的主要作用是在电力系统发生故障时，迅速检测、定位并切除故障，以保护电力设备和人员的安全。
本文将介绍电力系统继电保护的基本原理和常见的保护方式。
2. 继电保护基本原理电力系统继电保护的基本原理是使用继电器来实现。
继电器是一种能够根据电流、电压或其他物理量的变化来控制电路开关状态的设备。
当电力系统中发生故障时，故障电流或电压的变化会引起继电器动作，进而触发保护动作。
继电保护的基本原理可以归纳为以下几点：•故障检测：继电保护需要能够快速检测电力系统中的故障。
常见的故障包括短路、接地故障等。
通过测量电流、电压和其他物理量来检测故障。
•故障定位：一旦检测到故障，继电保护需要能够准确地确定故障的位置。
通过分析故障电流、电压的变化，继电保护可以定位故障发生的位置。
•保护动作：一旦确定了故障的位置，继电保护需要能够迅速触发保护动作，切除故障。
常见的保护动作包括断路器的跳闸、开关的切换等。
3. 继电保护方式根据所保护的电力设备和故障类型的不同，继电保护可以分为多种方式。
以下是一些常见的继电保护方式：过流保护是最常见的继电保护方式之一。
它通过测量电力系统中的电流大小，一旦电流超过设定的阈值，继电保护会触发保护动作。
过流保护可以用于检测短路故障和过载故障。
3.2 过压保护和欠压保护过压保护和欠压保护是主要用于保护电力系统中的变压器和其他电气设备。
当电压超过或低于设定的阈值时，继电保护会触发保护动作，以避免设备损坏或安全事故发生。
3.3 频率保护频率保护用于监测电力系统中的频率变化。
当频率超过设定的阈值时，继电保护会触发保护动作。
频率保护可以用于检测电力系统运行异常或发生故障的情况。
差动保护是一种用于保护变压器和发电机等关键设备的继电保护方式。
它通过比较设备输入端和输出端电流之差，一旦差值超过设定的阈值，继电保护会触发保护动作。
电力系统继电保护原理
§2-2 电网相间短路的方向性电流保护 一、方向性问题的提出（以双侧电源电网为例）
E1单独供电：由保护1、3、5起线路保护作用 E2单独供电：由保护6.4、2起线路保护作用 E1、E2同时供电：（以B母线两侧保护2,3为例 ） 假设: ┌ 电流I段保护: IIdz.3>IIdz.2
└ 电流III段保护: tIII >tIII 32 d1点短路时（要求: 2动作，3不动），虽然此时可能满足选择性（3 不误动）； 但若出现d2点短路，则: 2误动 → 非选择性动作。
若Klm不满足要求，可继续延伸保护范围使得: IIIdz.1= KkII·IIIdz.2 (与下条线路的电流II段保护配合）
同时进一步提高时限: tII1=tII2+ t≈2 t （保证重叠区内故障的动作选择性）
四、定时限过流保护
（电流III段，主要作为后备保护，对灵敏性要求高） 1.动作电流的整定原则
运行参数: I、U、Z∠φ 反应I↑→过电流保护 反应U↓→低电压保护
反应Z↓→低阻抗保护( 距离保护)
二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端 所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原 理, 也称差动式原理）
以A-B线路为例：
规定电流正方向：保护处母线→被保护线路规定电压正
• 不完全星形接线两继电器方式时继电器的动作 电流
• 动作时间 : • 灵敏度校验: • 系统最小运行方式下，本线路末端发生两相短
路 (最不利情况下，动作最不灵敏)
满足要求
3.线路AB的保护A的I I I 段保护
• 求动作电流 • 躲过本线路最大负荷电:
• 不完全星形接线两继电器方式时继电器的动作 电流
(2) 动作电流整定
电力系统继电保护原理
dz . A
4>动作时限 2.1 秒
整理课件
10〉反时限过电流保护 反时限电流保护故障越严重，动作时间越短。 动作特性见图
11〉电网相间短路的电流电压联锁保护 电压速断保护：动作特性图 电流电压联锁保护：
整理课件
t
Idz
Ij
整理课件
XL
最大运方
Udz
最小运方
整理课件
第二节 电网相间短路的方向电流保护 1〉 方向性电流保护的工作原理 (1)正方向的定义： 双侧电源的误动问题：图形分析 (2)解决方法：方向元件的引入
9 8
2.1 秒
1.1 秒
10 1.1 秒
t5 应该比 t10 大 Δt ,为 1.6 秒 t3 比 t9 大Δt ,比 t5 大Δt , 2.1 秒
t1 应比 t8 和 t3 大Δt ,2.6 秒 t2 应比 t7 大Δt , 2.1 秒
t4 应比 t8 和 t2 大Δt , 2.6 秒 t6 应比 t9 和 t4 大Δt , 3.1 秒
整理课件
在下图所示的电网中，已知线路L1的I段电流速断的动作电流为700A,III段的动作时限为 1.6秒。变压器B装有差动保护，其III段的动作时限为1.1秒，线路L2的最大的输送功率 Pmax=9MW，功率因数0.9，最低工作电压Umin=0.95Ue(Ue为电网的额定电压)。自启动 系数Kzq=1.3，CT的变比300/5=60，电网的等值电路如图，试整定线路L2的I ,II,III段电 流保护。其中L2长度20KM,正序阻抗8欧姆，线路L1正序阻抗12欧姆，变压器为30欧姆， 故障计算电压按照平均电压计算，即37KV，最小系统阻抗7欧姆，最大9欧姆。
整理课件
.
整理课件
电力系统继电保护第四章 4-3,4-4
•
•
I KC B
I KC
C
L1
K L2
2.大电流接地电网中发生单相接地时，非故障相中不
仅有负荷电流，还有一部分故障电流，故影响更严重。
2、大接地电流电网中 发生单相接地时，非
故障相中不仅有负荷电流， 还有一部分故障电流，故影
响更严重。
通过 故障点的 短路电流
•(1)
• •(1)
•
IkA3I0， Ik 滞后Ea 相角 900，如取电流指向的 短路点
2.方向电流保护灵敏度，主要取决于电流元件的灵敏度，其校验方法与不带方向
的过流保护相同。即当作本线路主保护时，在本线路末端发生短路时，电流启动元 件的最小灵敏度不应小于1.5，作相邻线路后备保护时，在相邻线路末端短路时最小 灵敏度为1.2。
I
' k
例4-1
例4-1 求图示网络方向过电流保护动作时间，时限级 差取0.5s。并说明哪些保护需要装设方向元件。
U a
Ug超前Ig的相角为， g (90ok)
• 在一般情况下，00 k 900
g的变化范围 900 g 00
K
Ia ( Ig )
g
U B .1
k 700，则g 200,若 300
U C
60 0
U B
就可使可使继电器பைடு நூலகம்处灵于敏状
态附近。
Ubc (U g )
图4-13 三相短路时KW的电 流、电压向量图
Ig Ib
U g U ca
d
g (90ok)
E bc
当k在0 ~ 90 0 变化时， 90 0 g 00
E b
当K 70 0时，
Ib、Ic分别落在最大灵敏线的附近， 继电器接近最灵敏状态
电力系统继电保护原理(第四版)-1(最详细版)
电力系统继电保护原理
主讲人：李海锋
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第一章绪论
一、电力系统继电保护的作用
故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中
二、继电保护的基本原理
故障分析——分析被保护对象的一些参量，故障
保护原理判据——根据被保护对象故障时不同各种保护原理可以由一个或者若干个继电器执行部分输出信号
电流保护装置制回路
电流保护装置
测量被保护设备相应的电气量，并与整定
根据各测量部分输出量的大小、性质、输
出逻辑状态、出现顺序等，确定是否跳闸三、继电保护装置的组成
完成保护所承担的任务，如跳闸、发告警信号等。
信号电源
触点
工作回路衔铁
电磁继电器
近后备：在主保护安装处实现，要同时装设必要的断路器失2. 速动性
4. 可靠性
总结：
五、继电保护工作的特点。
《电力系统继电保护原理》-3-2
1、记忆回路
它是由一个R，L，C组成的工频串联谐振电路。
IR R Uk C L U JYB ﹒ Up ﹒
Uk Up t
因为ωL=1/ ω c，电路呈纯阻 性，所以当出口短路时，Uk=0。 借助谐振，Up在一定时间内逐 渐衰减，其相位保持原先的相 位不变。这就相当于把原先的 电压记忆下来，故称为“记忆回 路”。
• •
•
相电压和具有 K3I0补偿的相 电流接线 UY IY + K 3 I 0
U A IA +K3Io U B
IB+K3I0 U C IA+K3I0
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v相间短路阻抗继电器的0º接线
假设：电压互感器和电流互感器的变比为1 结论：在三相短路时， Zm1，Zm2，Zm3的测量阻 设：线路每千米的正序阻抗为 Z1， 抗均等于短路点到保护 以K1为例进行分析： 安装处点的线路正序阻 抗，三继电器均能动作。 • • • • • U m = U AB U AB = U A − U B A B C • • • • Z (3) • • Im = I A−IB IA K • = I A Z 1l − I B Z 1l • • IB U m = U BC • • • • • • = ( I A − I B ) Z 1l IC Im = I B−IC
Zset 0.9Zset
每个阻抗继电器都有其 Zop = f (Im ) 动作曲线，为了将动作阻抗和整定阻 抗的差距限制在一定的范围内规定了 最小精工电流Iac.min的概念。
Iac.min 图3－30 方向阻抗继电器的 Z op = f ( I m ) 曲线
Im
电力系统继电保护原理(第四版)-3(最详细版)
短路电流计算对称故障：三相短路，计算最简单不对称故障：两相短路、两相短路接地、单相接采用对称分组合电抗值。
不对称短路造成系统参数在故障点处不对称利用对称分量法可以将故障点处的不对称电压等值成正序负序零序电压分量正常电力系统不对称故障电压源序、负序、零序电压分量正常电力系统故障部分6如果满足迭加原理就好了！怎么求解？采用迭加原理进行分析，即对于三相参数对称电力系统个系统的解。
分析关键是形成正序、负序和零序网络，然后根据故障的边界条件形成相应的复合序网。
叠加原理单相接地故障三个序网串联正序负序和零序分正序、负序和零序分量相等两相短路没有零序分量两相短路接地正负零序分量均存在 正、负、零序分量均存在正序等效定则不对称短路时，短路点正序电流的大小与在短路点串联一附加电抗X Δ并在其后发生三相短路时的电流大小相等。
k t>⎩图中，线路AB 和BC 均装设了瞬时电流速断保护1f 2f短路电流的变化特点E K I K k =ϕ而对应不同的相间故障类型以及运行方式下则可以得到 而对应不同的相间故障类型以及运行方式下，则可以得到一系列的短路电流曲线，图中I、II为所有曲线的边界。
.max 32()k S L E I Z z l ϕ=+最小运行方式两相短路.min k S L E I Z z lϕ=+最大运行方式、三相短路时瞬时电流速断保护定值分析（保护2为例）解决办法：保证下一条线路出口处短路时不启动动作条件：选择性要求！短路电流大最小运行方式两相短路最大运行方式、三相短路时k act I I >.m in act B I I =.m axact B I I =.m ax act B I I >临界点于将大于保护2的定值.min ()S AB BC Z Z Z ++171.2~1.3rel K ′=由于不同故障条件下，相同地点发生的短路电流是不动作条件：因此，瞬时电流速断保护必然不能保护线路全长 在最小运行方式下相间短路时范围最小18max αminα最小保护范围最大保护范围k actI I >K K E i l K ′−′K E ′k S L I Z Z ϕα=+.min kk S rel Srel rel LK Z K Z K K Z α=+′′ 影响因素：故障类型、系统运行方式及线路长度 系统运行方式变化越大，被保护线路越短，保护范围越小.2actI =.min rel S L Z Z ϕ=+19.maxS Z 增大长短线路对比无保护范围α 只需给定运行方式和故障类型即可算出在该情况下的K K 只需给定行方式和故障类即可算出在该情况下的保护范围min max0.8660.866Z K Z ′− 保护校验 原则：考虑最不利于保护动作的情况？短路电流最小时！ 最小保护范围：相间短路及最小运行方式20.min .max min S rel S rel rel L K K Z α=+′′%15min >α一般要求：minα单相原理图电流继电器动作后，先启动中间继电器，然后再由中间继电器的触点去跳闸。
电力系统继电保护基本原理
第一章概述1、本章学习要求〔1〕应熟悉的内容了解电力系统继电保卫的作用，明确继电保卫在在电力系统发生故障或不正常运行时的根基任务和作用。
〔2〕应掌握的内容了解实现继电保卫的根基原理和组成：继电保卫的根基原理。
利用单侧、双侧电气量或非电气量变化的特征能够判定电力系统有、无故障或不正常运行情况。
继电保卫装置的三个组成局限以及各局限的作用。
〔3〕应熟练掌握的内容深刻理解电力系统对继电保卫的根基要求和“四性〞之间的关系。
对继电保卫的根基要求：选择性、快速性、灵敏性和可靠性(即“四性〞)等极其重要的根基概念。
“四性〞之间的关系以及它们之间有时是矛盾而又统一的概念。
后备保卫的作用；近后备和远后备。
2、本章重点难点分析对继电保卫装置应当具有的性能，必须提出严格的要求，确实是根基所谓的“四性〞，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
其中可靠性是最重要的，选择性是要害，灵敏性必须足够，速动性要抵达必要的程度，所谓“必要的程度〞，有时是指快到几十或十几毫秒，有时也能够是几秒或更长些，依据被保卫对象的重要性具体确定。
“四性’是设计、分析与评价继电保卫装置是否先进、有用和完善的动身点和依据。
3、本章典型例题解答例：何谓继电保卫装置、继电保卫系统、继电保卫？答：继电保卫装置是当电力系统中发生故障或出现异常状态时能自动、迅速而有选择地切除故障设备或发出告警信号的一种专门的反事故用自动装置。
继电保卫系统为多种或多套继电保卫装置的组合。
继电保卫用来泛指继电保卫技术或继电保卫系统。
也常用作继电保卫装置的简称，有时直截了当称为“保卫〞。
4、本章作业(p.5)第二章电网相间短路的电流电压保卫和方向性电流保卫1、本章学习要求〔1〕应熟悉的内容了解电磁型继电器的作用和工作原理，理解起动值、返回值和返回系数及继电特性等根基概念。
理解电流(电压)互感器的极性和误差。
了解相间短路方向电流保卫的作用和构成。
了解电抗型电流电压变换的作用、构造及工作原理。
电力系统继电保护原理
微机保护的优点 微机继电保护装置是通过数字量输出实现对 断路器等的控制。易于解决常规保护难于解决的 问题，对于相同的硬件，可以通过算法的不同， 实现不同的保护。这样，也就可以通过改善算法 来不断完善保护性能，而不需改动硬件。通过软 件算法的改善，可以较好地解决原有模拟继电保 护装置难于解决的问题。在各种保护方法中，考 虑到了电力系统的各种情况，具有很强的综合分 析和判断能力。由于计算机的通用性，因此，在 继电保护硬件的基础上，可以很方便地通过增加 软件的方法获得保护之外的功能。 目前的微机保护装置均设有通信接口，这样 可方便地将各地保护装置纳入变电站综合自动化 系统，实现远方修改定值、投切保护装置。
一、过电流保护 当流过被保护元件中的电流超过预先整 定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报 警信号的装置称为过电流保护装置，它有 定时限和反时限两种。 ⒈定时限过电流保护装置 定时限过电流是电流继电器本身的动作 时限是固定的，与通过它的电流大小无关。 ⒉反时限过电流保护装置
二、电流速断保护 定时限过电流保护装置的时限一经整 定便不能变动，为了减小本段线路故障下 的事故影响范围，当过电流保护的动作时 限大于0.7s时，便需设置电流速断保护，以 保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。
对过量继电器：
K lm 保护范围内部故障某突变物理量的最小值 同一物理量保护整定值
对欠量继电器：
K lm 同一物理量保护整定值 保护范围内部 故障某突变物理量的最大值
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，而在其它 不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。
电力变压器的保护 包括：主变压器内部故障的差动保护、主变压器零 序保护、主变压器瓦斯保护、高压厂用变压器保 护； 发电机保护 包括：相间短路的纵联差动保护、发电机定子绕组 匝间短路保护、发电机定子绕组的单相接地保护、 发电机低励失磁保护、励磁回路一点接地保护、 励磁回路两点接地保护、转子表层过热（负序电 流）保护、发电机的逆功率保护、发电机失步异 常运行保护、定子绕组对称过负荷保护、发电机 变压器组公用继电保护； 母线的继电保护 包括：母线差动保护、电流相位比较式母线保护； 异步电动机和电容器的保护
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第三章电网的相间电流、电压保护和方向性相间电流、电
压保护
第一节单侧电源网络相间短路的电流、电压保护
短路电流计算——故障分析的基础短路过程本质上是动态过程，典型短路电流曲线周期分量衰减非周期分量
障的时间
短路电流计算——故障分析的基础组合电抗值。
S jX T jX L jX E 网络等值变换
不对称短路造成系统参数在故障点处不对称7
如果满足迭加原理就好了！怎么求解？
采用迭加原理进行分析，即对于三相参数对称电力系统叠加原理
单相接地故障两相短路
两相短路接地
正、负、零序分量均存在
正序等效定则
不对称短路时，短路点正序电流的大小与在短路点大小相等。
一、瞬时电流速断保护
继电保护的原则：在简单、可靠和保证选择性的前提下，
k t
>⎩图中，线路AB 和BC 均装设了瞬时电流速断保护1
f 2f 短路电流的变化特点E K I K k =ϕ
.max 3)
L E z l ϕ
+最小运行方式两相短路.min k S I Z =最大运行方式、三相短路时
解决办法：保证下一条线路出口处短路时不启动最小运行方
式两相短路
最大运行方式、
三相短路时瞬时电流速断保护定值分析（保护2为例）如果要确保线路AB内的故障保护2都能动作，该如何整定.m in act B I I =.m ax
act B I =.m ax act B I I >短路电流大
于将大于保护2的定值 瞬时电流速断保护整定原则：躲开下一条线路出口处的最大短路电流（最大运行方式下的三相短路电流） 所谓躲开，在这里体现在引入大于1的可靠性系数：考虑理论计算与现场实际存在的各种误差影响。
18
.2..max .min rel act rel k B S AB
K E I K I Z Z ϕ
′′′==+1.2~1.3
rel K ′= 保护1： 保护2：.1..max .min ()
rel act rel k C S AB BC K E I K I Z Z Z ϕ
′′′==++
由于不同故障条件下，相同地点发生的短路电流是不max αmin
α最小保
护范围最大保
护范围20 系统运行方式变化越大，被保护线路越短，保护范围越小
.max
Z 增大
长短线路
对比
无保护范围α
K K
α
min
21
三、限时电流速断保护
首要任务：保护线路全长，且有足够灵敏性
其定值必须小于保护范围内的最小短路电流，从而导致保护范围必然要延伸到下一条线路 且定值越小，保护范围越大，则灵敏度越高限时电流速断保护工作原理
.2
act I ′′有什么问题？ 保护的选择性：此时当下一线路出口处发生短路时，它就要启动
解决办法：使保护动作带有
一定的时限，即其动作时限
比下一段线路中与其保护范
围重叠的保护高一个时间段
如何具有最小的动作时限？ 跟动作时间最短的保护配合
首先考虑保护范围不超过下一
段线路的瞬时速断保护范围
动作电流：体现了保护范围，确保能保护线路末端
12k act
t t >⎩因此，电流速断和限时电流速断构成线路的主保护
逻
辑
为了保证保护本线路的全长，限时电流速断保护必须
t
四、定时限过电流保护
起动电流按躲开最大负荷电流来整定的电流保护
（选择性要求）
躲开最大负荷电流：引入可靠系数K rel
考虑电动机的自起动电流大于正常工
作电流：引入自起动系数K
Ms
>1
考虑返回问题：电流继电器起动电流大于返回电流，要保
证外部故障切除后继电器能够返回，引入返回系数K
re <1
正常时不起动，一旦故障则能反应于
电流的增大而灵敏地起动。
动作时限
电网终端也可作主保护
阶梯式动作时限配合
灵敏系数校验
近后备远后备
五、阶段式电流保护
三段式电流保护整定是在保证选择性的前提下，实三段式电流保护接线图
七、电流保护的接线方式
三相星形接线
优点：每相都装有电流
继电器，可以反应相间
故障和单相接地故障。
三相星形接线方式原理图
两相星形接线方式原理图
八、低电压保护在系统中的应用
最大运
行方式
最小运
行方式
最大运行方式
最小运行方式
且不考虑故障类型
)
BC 第二节电网相间短路的方向性
电流、电压保护
三段式电流保护以单侧电源网络为基础进行分析
现代电力系统实际上为多电源复杂网络
感性功率
2
f 2
f 在上述情况下按选择性条件和灵敏性要求配合协调工作
单纯电流保护对多电源复杂网络的不适应性
路流向母线，与被保护线路内部故障时的方向相反。
解决办法
44
模拟式方向电流保护的原理接线
二、功率方向继电器的工作原理
保护安装处到故障线路阻抗角
°<<°9001k ϕ°
<+°<°2701801802k ϕ利用判别短路功率的方向或电流、电压之间的相位关系，
就可以判别发生故障的方向
°=60k ϕ三相短路时的
矢量图相角的测量
按电工技术中测量功率的概念加入继电器的为同名的2
k ϕ+k
k k ϕϕϕ
==21
继电器的最大灵敏角ϕ
范
k
max
sen
ϕϕ
⋅
取最常见短路情况下的相位差
功率方向继电器的动作特性“电压死区”
三相短路时问题依然存在，可以采用电压记忆回路记住故
采用非故障相电压后，最大灵敏角变为°
−=⋅90k max sen ϕϕ四、相间短路功率方向继电器的接线方式
优点
能保证动作的方向性
线方式时，
五、双侧电源网络电流保护的整定 瞬时电流速断保护
类似于单电源网络，可画出线路上各点短路时的短路电流分布曲线
电源容量不同，电流大小不同
线路任一侧相邻线路出口处短路时，短路电流均通过线路两侧的保护，按选择性要求，两个保护均不应动作 两保护定值相同，
且按较大的短路
电流值进行整定
max
.22.1.k rel act act I K I I ′=′=′max
.1max .2k k I I >假设
保护2装设方向元件，保护1不需要小电源
限时电流速断保护
仍应与下一级保护的电流速断保护配合，但要考虑保断保护内，即应该按M点短路的短路电流整定
引入分支系数
整定时K br
I′′
act
2.
外汲——使故障线路电流减少的现象取最小分支系数
第三节微机电流方向保护
一、数据处理
基波和所需谐波。
一个周波内
积分为一常数，且正比于其幅值。
2. 傅立叶算法（傅氏算法）
a
1
2N −∑时域
频域
()
I f f
需要一个周波的数据窗长度，运算工作量中等
68
⎞⎟
⎠
目前，微机保护装置中常采用差分傅氏算法来削弱非
11
k N
N =⎜⎟⎝
⎠
∑3. 半波傅氏算法
1N −能滤除奇次谐波，但不能滤除直流和各偶次谐波
二、保护的起动判定
继电保护装置的起动元件用于反应电力系统中的故障或扰动，作为起动微机保护各种算法模块的元件。
相电流差瞬时值突变量起动元件N
caK N caK N caK caK ca N bcK N bcK N bcK bcK bc N abK N abK N abK abK ab i i i i I i i i i I i i i i I 222−−−−−−−−−−−−=Δ−−−=Δ−−−=Δ
以A、B相电流为例
正常情况下突变量很小
正常运行但频率偏离50Hz时,突变量也很小；
系统发生故障时，故障电流产生很大的突变量。
相电流差有效值突变量起动。