继电保护原理基础详解

继电保护的基本原理、 构成和分类
1 继电保护的基本原理
基本原则： 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
1 继电保护的基本原理
电流增大
过电流保护
电压降低
低电压保护
电流电压间的相位角会发生变化
正常运行时： arg U ≈ 20°
I
线路正方向 三相短路：
arg U ≈ 60° ~ 85° I
所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约 束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常 运行状态。
常见的不正常状态及其危害：
过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成 的电流增大； 危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障； 频率降低：系统中出现有功功率缺额而引起； 危害：1）影响产品质量；
出现负序和零序分量
序分量保护
正常运行时：只有正序分量
发生不对称故障时：有负序、零序分 量出现
两相短路时有负序分量出现
接地短路时有零序分量出现
2 继电保护的分类
z 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、 母线保护、 电动机保护等。
z 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。
继电保护原理基础
用
输
电
变
电
发
电
电
一次设备：包括发电机、变压器、断路器、母 线、输电线路、电动机等。
二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、 测量、控制和保护的设备。
根据电力系统在不同运行条件下的系统与 设备的工作状况，电力系统的运行状态分为
正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。
1. 正常工作状态
＊近后备保护：
在本元件处装设两套保护，当主保护拒 动时，由本元件的另一套保护动作；
＊远后备保护：
当主保护或断路器拒动时，由上一级相邻电 力设备或线路的保护来实现的后备保护。
＊主保护： 反映被保护元件本身的故障，并以尽 可能短的时限切除故障的保护；
2 继电保护的分类
z按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。
＊后备保护： 主保护或断路器拒动时用来切除故 障的保护。又分为近后备保护和远 后备保护。
2 继电保护的分类
z按保护所起的作用分类：
主保护、后备保护、辅助保护等。
3.故障状态和故障类型
(2)
(2)
ab
ca
a
(2)
b
bc
c
(1)
a
a
(1)
b
b
c
a
(1) b
c
c
(2,0)
(2,0)
ab
ca
(2,0) bc
两相短路
Phase -to-phase
单相接地短路
Phase -to-ground
常见的十种短路类型
两相接地短路
Phase -to-phaseto-ground
z 电力系统正常运行的约束条件
z 不等式约束条件：
S k ≤ S k . max 用电设备的功率及其上限；
Ui.min ≤Ui ≤Ui.max 母线电压及其上、下限；
I ij ≤ I ij .max
线路电流及其上限；
f min ≤ f ≤ f max 系统频率及其上、下限；
2 不正常工作状态及其危害
∑ ∑ ∑ QGi − QLj − ΔQS = 0
负荷使用的有功功率和无功功率
1. 正常工作状态
z 电力系统正常运行的约束条件
z 等式约束条件：
∑ ∑ ∑ P − Gi
PLj −
ΔPS = 0
∑ ∑ ∑ QGi − QLj − ΔQS = 0
源自文库
电力系统中各种有功功率和无功功率损耗
1. 正常工作状态
a
a
b
b
c
c
一相断开
两相断开
纵向不对称故障（断线）
复杂故障：在电力系 统的不同地点（两处 或两处以上）同时发 生不对称故障的情况
最常见且最危险的故障是各种类型的短路
短路的后果
z 数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故 障设备损坏；
z 短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和 电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短 使用寿命；
z 电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用 户的正常工作遭到破坏或产生废品；
z 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡， 甚至造成整个电力系统瓦解。
继电保护的概念及作用
一、继电保护的概念
是继电保护技术与继电保护装置的总称。
z 继电保护技术 包括电力系统故障分析、继电保护原理及设计、配置整定 、运行维护及调试等技术。
方向保护
1 继电保护的基本原理
测量阻抗发生变化
阻抗保护
Z =U I
正常运行时：负荷阻抗 短路时：短路阻抗
测量阻抗变小
1 继电保护的基本原理
元件流入电流与流 出的关系发生变化
电流差动保护
正常运行时：流入电流＝流出电流 内部故障时：流入电流≠流出电流
正常：∑I = 0
短路：∑I = Id
1 继电保护的基本原理
2 继电保护的分类
z 按保护所反应故障类型分类 相间短路保护、 接地短路保护、 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
z 继电保护测量值与整定 值的关系分类：
过量保护： （测量值﹥整定值）
欠量保护： （测量值﹤整定值）
2 继电保护的分类
z按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。
2）降到47～48HZ以下会引起频率崩溃； 3）使电压下降可能引发电压崩溃。
2 不正常工作状态及其危害
所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约 束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常 运行状态。
常见的不正常状态及其危害：
过电压：发电机突然甩负荷而产生； 危害：造成绝缘击穿导致短路。 系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。 危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行；
z 继电保护装置 能反应电力系统中电气设备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。
继电保护的概念及作用
二、继电保护的作用
z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，保证无 故障部分迅速恢复正常运行。
z反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维 护条件，而动作于发出信号或跳闸。
z 电力系统正常运行的约束条件
z 等式约束条件：
∑ ∑ ∑ P − Gi
PLj −
ΔPS = 0
∑ ∑ ∑ QGi − QLj − ΔQS = 0
发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率
1. 正常工作状态
z 电力系统正常运行的约束条件
z 等式约束条件：
∑ ∑ ∑ P − Gi
PLj −
ΔPS = 0