华北电力大学电力系统继电保护课程教案

电力系统继电保护原理课程教案目录第一章绪论第二章电网的电流保护和方向性电流保护第三章电网的距离保护第四章输电线纵联保护第五章自动重合闸第六章电力变压器的继电保护第七章发电机的继电保护第八章母线的继电保护第一章绪论一、电力系统继电保护的作用1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。

﹡继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。

﹡继电保护装置是完成继电保护功能的核心。

P1继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件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。

2. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统）* 故障：各种短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1-1)）)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。

其后果：1.电流I增加危害故障设备和非故障设备；2．电压U降低或增加影响用户的正常工作；3．破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃）4．发生不对称故障时，出现I2，使旋转电机产生附加发热；发生接地故障时出现I0，—对相邻通讯系统造成干扰* 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，但没有发生故障的运行状态。

如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。

3．继电保护的作用：（1）当电力系统发生故障时，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，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；（2）反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

二、继电保护的基本原理、构成与分类：1． 基本原理：为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——必须找出两种情况下的区别。

① I 增加 故障点与电源间 —>过电流保护 ② U 降低 母线电压 —>低电压保护③ 相位变化，φφIU arg变化； 正常：为负荷的功率因数角一般为0-30°左右短路：为输电线路的阻抗角一般为60°～85°—>方向保护.④ 测量阻抗降低，Z=I U 模值减少 增加ψ —>阻抗保护⑤ 双侧电源线路外部故障：出入I I = 内部故障：出入I I ≠ ——电流差动保护。

⑥ 反映I 2 ，0 的 序分量保护等。

非电气量：瓦斯保护，过热保护原则上说：只要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（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。

2． 构成以过电流保护为例：正常运行：LH fh n I I /= LJ 不动故障时：dzj LH d I n I I >=/ LJ 动—>SJ 动（延时）—>XJ 动—>信号 TQ 动—> 跳闸 （常用继电器及触点的表示方法参考 附录1 P230）保护装置由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。

（1）测量元件作用：测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。

（2）逻辑元件作用：根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，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。

逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。

（3）执行元件：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：故障时→跳闸；不正常运行时→发信号；正常运行时→不动作。

3.分类：几种方法如下：（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；（4）按构成继电保护装置的继电器原理分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；（5）按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

后备保护主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。

又分为远后备保护和近后备保护两种。

①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。

②近后备保护：当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。

辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。

三、对电力系统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基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

即保护的四性。

（一）选择性：P4选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件从系统中切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。

例：当d1点短路时，保护1、2动→跳1DL 、2DL ，有选择性 当d2点短路时，保护5、6动→跳5DL 、6DL ，有选择性 当d3点短路时，保护7、8动→跳7DL 、8DL ，有选择性当d3点短路时，若保护7拒动或7DL 拒动，保护5动→跳5DL （有选择性）若保护7和7DL 正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL ，则保护5为误动，或称保护 5越级跳闸（保护5失去选择性）小结：选择性就是故障点在区内就动作，在区外不动作。

当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。

因远后备保护比较完善（对保护装置拒动、DL 拒动、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。

但远后备保护切除故障的时间较长。

在高压电网中，应加强主保护。

（二） 速动性：保护的动作速度应尽可能快速。

快速切除故障的好处： ○1提高系统稳定性；○2减少用户在低电压下的动作时间；○3减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。

DL bh t t t +=；t －故障总切除时间；t bh -保护动作时间； t DL -断路器动作时间；一般的快速保护动作时间为0.06～0.12s ，最快的可达0.01～0.04s 。

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 。

所以，切除故障的最快时间为：0 。

03—0。

1s 。

（三） 灵敏性：P5指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。

满足灵敏性要求的保护装置应在发生区内故障时，不论运行方式大小、短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地反应。

通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为K lm 。

对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）dzd lm I I K min＝保护的动作参数算值路时故障参数的最小计保护范围末端金属性短=对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）max.d dz lm U U K ＝算值路时故障参数的最大计保护范围末端金属性短保护的动作参数=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、故障类型和短路点位置来计算的。

在《继电保护和安全自动装置技术规程（DL400－91）》中，对各类保护的灵敏系数K lm 的要求都作了具体规定（参见附录2，P231）。

（四） 可靠性：P5指发生了属于某保护装置动作的故障，它应能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在发生不属于本保护动作的故障时，保护应可靠不动，即不发生错误动作（误动）。

影响可靠性有内在的和外在的因素：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、安装调试是否正确。

上述四个基本要求是设计、分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。

在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。

四、发展：原理：随电力系统的发展和科学技术的进步而发展从保护原理看：过电流保护（最早熔断器）电流差动保护方向性电流保护（1901年）（1908年）（1910年）距离保护高频保护微波保护行波保护、光纤保护（1920年）（1927年）（50年代）（70年代诞生、50年代有设想）从构成保护装置的元件看：机电型电子型微机型（我校80年代）(电磁型、感应型、电动型) 晶体管集成电路20世纪50年代60年代末提出70年代后半期出样机继电保护的基本知识一．互感器：（1）电流互感器：1作用：（一次）大电流变换为（二次）小电流（额定值为5A或1A）；隔离作用。

2工作特点和要求：1）一次绕组与高压回路串联，I1只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。

2）二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。

3）CT二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。

4）变换的准确性。

3极性：“减极性”原则：当同时从一、二次绕组的同极性端子通入相同方向电流时，它们在铁芯中产生磁通的方向相同。

当从一次绕组“*”标端通入交流电时，则在二次侧感应电流从“*”标端流出。

从两侧同极性端观察时，1I ，2I 反方向，称为减极性标记。

此时铁芯中的合成磁势为02211=-I N I N ，则'==11212I I N N I 。

这表明1I ，2I 同相位。

4 误差：表现在两方面：幅值误差和相位误差。

Z L 很小，Z `u 大。

%10%100*121≤'-'=∆I I I I 。

7≤δ （2） 电压互感器：1 作用：一次高电压变换为二次低电压（额定线电压100V ；相电压为57。

7V ）2 工作特点和要求：1） 一次绕组与高压电路并联。

2） 二次绕组不允许短路（短路电流会烧毁PT ）,装有熔断器。

3） 二次绕组有一点直接接地。

且只能有一点接地。

4） 变换的准确性。

3 电磁式电压互感器其工作原理与变压器相同。

Z L >>Z 1` ,Z 2 , Z u `大。

幅值误差ΔU,角度误差δ。

二． 各种小型变换器（1） 电压变换器 U U YB（2） 电流变换器 I I LB 通常在二次接有电阻，将二次电流变为电压信号。

（3） 电抗变压器 I U DKB 铁芯带气隙。

因带气隙，Z u `很小，Z L >>Z u `, Z Ⅱ近似零。

112I K I Z E I M ==，Z M 模拟阻抗，阻抗角为ФK I 阻抗量纲变换系数，又称转移阻抗。