电力系统继电保护与自动装置

一次设备的特点：所施加的电压等级很高、通过 的电流很大，所以其体积一般较大。
电力生产过程
电力生产过程实质上是电能的生产、分配和销售过程。 电力生产的主要特点是生产、流通和消费同时进行， 并由此决定了电力生产过程是一个不可分割的有机整 体。它可以概括为电能的产生(发电)、电能的传输(送 电)、电压的变换(变电)、电能的分配(配电)和电能的 销售(营业)等五个环节，构成了完整的电力生产过程。
2、动作不可靠的主要原因：
▲继电器及元件质量差；
▲安装调试质量不高；
▲运行维护不当以及设计和整定计算的错误等。 3、提高可靠性的措施： ▲选用最简单的保护方式、质量高、动作可靠的 继电器或元件和简单的回路来构成，并采取必要的检 测闭锁和双重化等措施； ▲保护装置要便于整定、调试和运行维护；
▲要正确地进行设计和整定计算，保证安装、调 试质量，提高运行维护水平。
(a)
电力系统正常运行时的特点：
◆ 每条线路上的电流——负荷电流
◆ 各母线上电压——在额定电压的±5%~±10%范围 内变化 ◆线路始端电压与电流之间的相位角——决定于由它 供电的负荷的功率因数角和线路的参数。
A
I K
B
I K
C
0 I 0 I
(b)
ZK
U (B)
0 U K
四、对继电保护装置的基本要求
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，即可靠性、迅速性、选择性、灵敏性。 一)可靠性
1、定义：是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，它能可靠动作,即它不应 该拒绝动作(简称拒动)，而不在该保护范围内故障或 在其保护范围内发生的故障类型不属于它所保护的职 责时,它不应该动作(简称为误动)。
1KS
1KM
出口回路
图6-6 端子排表示方法示意图
二）电力系统的运行状态
1、定义：电力系统在不同运行条件（如负荷水平、 出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工 作状况。 2、类型：有正常运行状态、不正常运行状态、故 障状态三种。 ◆正常运行状态——在此状态下，电力系统的有 功功率和无功功率处于平衡，各发电、输电和用电设 备均在规定的长期安全工作限额内运行，电压、频率 均在规定的范围内变化，电能质量合格。
二、继电保护装置的组成
二、继电保护的基本原理及组成
1、基本原理 利用故障时电气量的变化与正常时不同来构成保护，以区分正常或故障状态。 2、基本组成 主要由三大部分组成。 （1） 测量元件：测量输入信号，并与已给定的整定值进行比较，从而判断保 护是否应该启动。 （2） 逻辑元件：根据测量部分输出量的大小、性质等，确定保护是否动作或 如何动作，即应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。 （3） 执行元件：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。
原理设计
整定
技术
配置 电力 系统 继电 保护 装置 调试 获取电量信息的电流电压 互感器的二次回路 经过继电保护装置直到开关 跳闸的一整套具体设备
通信设备
三)电力系统继电保护装置的基本任务是： ★ 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电 力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保 证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（故障时， 跳闸） ★ 反应电气元件的不正常运行状态，并根据 运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳 闸。此时一般不要求迅速动作,而是根据对电力系 统及其元件的危害程度规定一定的延时,以免短暂 的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。 （异状时，发信号）
◆不正常运行状态——在此状态下，电力系统中 的电气元件的正常工作遭到了破坏，但还没有发生故 障的情况，其电气参数偏离了额定值。
如★负荷上升超过了规定值，形成了过负荷—— 表现为电流上升。
★中性点不直接接地系统发生单相接地时，非 故障相对地电压上升形成了过电压——大小为原来相 电压的 3 倍；
★系统发生振荡——表现为电流、电压幅值作 周期性变化，全盘波动等。
一、电力系统继电保护及自动装置的作用与任务
一）一次设备与二次设备的基本概念
一次设备：是指直接参与生产、输送和分配电能 的生产过程的高压电气设备。 它包括发电机（发电）、变压器（变换）、断 路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线 （汇集、重新分配电能） 、输电线路（输送电） 、 电力电缆、电抗器、电动机（用电）等。
三、继电保护装置的类型
1、按被保护的对象分，有
输电线路的保护、发电机的保护、变压器的保护、 母线保护、电动机的保护等；
2、按保护原理分，有 电流保护、电压保护、距离保护、高频保护、差动 保护、方向保护等；
3、按保护所反应的故障类型分，有
相间短路保护、接地保护、匝间短路保护、断线保 护、失步保护等；
图 1.1 电 力 传 输 过 程
从发电厂到用户的发、输、配电过程
电力系统示意图
电力系统接线图
发电机
升压变压器 输电线路 L
降压变压器 负荷 T D
G
T 地方负荷 发电厂 输电
配电系统
发电厂类型
发电厂：将一次能源转换为电能，是电能生产的 核心 火力发电厂（煤、石油、天然气等） 火力发电厂生产过程：它是一个能量转换的 过程，这一转换过程主要是通过锅炉、汽轮机 和发电机三大主要设备来完成的。
第一讲 继电保护基础知识
本节应掌握的内容：
1、一次设备与二次设备的概念
2、电力系统的运行状态
3、短路、事故、不正常工作状态的概念（重点）
4、继电保护装置的概念及基本任务（重点）
5、自动装置的任务
6、对继电保护装置的四个基本要求（重点与难点）
7、继电保护装置的组成
第一讲
第一节 电力系统继电保护的作用
四)电力系统自动装置的基本任务是：
★ 配合继电保护提高供电的可靠性（如备用 电源自动投入装置、自动重合闸等）。 ★ 保证电能质量、提高系统经济运行水平、 减轻运行人员的劳动强度（如自动励磁调节装置、 按频率自动减负荷装置、自动并列等）。
★ 自动记录故障过程，以便于分析处理事故 （如故障录波装置等）
电力系统继电保护 与自动装置
电力工程系
本课程主要内容
• • • • • • • • • • • 一、继电保护基础知识 二、 发电机保护 三、 变压器保护 四、输电线路保护 五、母线、断路器保护 六、微机保护概述 七、备用电源自动投入装置 八、自动并列装置 九、自动调节励磁装置 十、 输电线路自动重合闸装置 十一、 综合自动化概述
化学能
蒸汽热能
蒸汽热能
机械能
机械能
电能
锅 炉
汽轮机
发电机
二次设备：是指对一次设备的工作进行监测、控 制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况 或生产指挥信号所需的低压电气设备——是为一次设 备服务的
它包括熔断器、控制开关、继电器、控制电缆、 各种仪表等。 二次设备的特点：所施加的电压低、通过的电流 小，因此体积也较小。
◆故障状态——电力系统的所有一次设备在运行 过程中由于外力、绝缘老化、误操作、设计制造缺陷 等原因而形成的。包括各种形式的短路和断线。
最常见同时也是最危险的故障是发生了各种类 型的短路。 带负荷拉隔离开关引起电弧
单相接地
人工短路实验
人工短路实验（线路）
变压器短路(6)
短路——是指电力系统中一切相与相或相与地之 间的短接 类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、 两相接地短路四种。
Ⅲ段动作信号 + 3KS + 2KT t _
+
+
+
I>
1KA 2KA
I>
3KA
I>
4KA
I>
5KA
I>
6KA
I>
TAa
TAc
（a）归总式原理接线图 TAa 1KA 3KA 5KA 交 流 回 路 A相 2KS 3KS C相 信号回路 WC+ 1KA 2KA 1KT 3KA 4KA 1KT 2KT 5KA 6KA 2KM 2KT （b）展开式原理图 电流Ⅲ段 3KS 2KS 直 流 逻 辑 电流Ⅱ段 回 路 WC－ 电流Ⅰ段 WC+ 1KM 2KM QF YR WS+ 1KS TAc 2KA 4KA 6KA 至 中 央 信 号 回 路 WC－
短路的后果:
●短路点流过很大的短路电流，可以达到额定电流 的几十倍（几十甚至上百KA），产生热量，使故障设 备发热损坏；
● 在短路点处还会产生强烈的电弧（开关电器在 断开的瞬间，触头处由于强电场导致空气被击穿，形 成电子发射，在电子运动过程中和气体分子相碰撞， 形成高温，温度可达上千到上万摄氏度），使故障元 件发热损坏； ●短路电流流过导体，产生很大的电动力，使非故 障元件受到机械性损坏； ● 短路时电压还会下降，破坏用户工作的稳定性 或导致产品质量下降； ●短路时还会破坏系统并列运行的稳定性，使系统 发生振荡，甚至使系统瓦解。
发电厂变电站二次系统的主要内容： １、控制系统 2、信号系统 3、测量与监测系统 4、继电保护与自动装置系统 5、调节系统 6、操作电源系统 wenku.baidu.com、综合自动化系统
主 变 保 护 屏
QF _ YR
QF
+ 1KM Ⅰ段动作信号 + 1KS _
Ⅱ段动作信号 + + 2KS + 1KT t _ 2KM _
. I
(3)
k
x x x
(a)
R R R
.
.
.
K
(3)
A B C
. I . I
x x x
(b)
R R R
(2) KB (2) KC
. .
R R R
A K
(2)
B C
x
R R R
A
. I
x x
(c)
(1) KC
.
B K
(1)
C
. I . I
x x x
(1.1)
KB (1.1) KC
. .
A K
(1,1)
近后备——当主保护拒动时，由本设备或线路的另 一套保护来实现的后备保护。当断路器拒动时，由断 路器失灵保护来实现的后备保护。 远后备——当主保护或断路器拒动时，由相邻设备 或线路的保护来实现的后备保护。 ◆辅助保护——为补充主保护某种性能的不足（如 方向元件的电压死区）或加速切除某部分故障而装设 的简单保护。
4、按继电保护装置实现的技术分，有
机电型保护（电磁型和感应型）、整流型保护、 晶体管型保护、集成电路型保护和微机保护等；
2、按保护所起的作用分，有 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 以最快速度有选择性地切除被保护设备和线路故障的 保护。 ◆后备保护——当被保护元件的主保护或断路器拒 动时用来切除故障的保护叫后备保护。 后备保护分近后备和远后备。
B C
(d)
大量的现场统计数据说明：在高压电网中，单相接 地短路次数占所有短路次数的85%以上。
表格1 2002年我国220KV电网输电线路故障统计表 三相短路 两相短路 两相接 地短路 故障次数 故障概率 17 1.14% 28 1.88% 91 6.12% 单相接 地短路 1319 88.7% 其它故障 32 2.16%
② 反应于电压降低而动作的低电压保护；
③ 反应于短路点到保护安装地点之间的距离(或测 量阻抗的减小)而动作的距离保护(或低阻抗保护)等。 在按照上述原理构成各种继电保护装置时，可以使 它们的参数反应于每相中的电流和电压，也可以仅反 应其中的某一个对称分量的电流和电压。
还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。 如瓦斯保护、过热保护等。
第二节
继电保护的基本原理和保护
装置的组成
一、 继电保护的基本原理 利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的 特征构成保护的判据，根据不同的判据就构成不同原 理的继电保护。
如图0-1(a)所示的网络接线
A
I L ( A B )
B
I L ( B C )
C
I L ( C 1 )
I L (C2 )
◆事故：指系统或其中一部分的正常工作遭到破 坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许 的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。 引发事故的可能原因如下：
故障状态 不正常状态 自然因素（如雷击、架空线倒杆等） 切除迟缓或错误切除设备
设备制造缺陷
设计和安装错误
事故
检修质量不良
运行维护不当
二）继电保护的作用
二）迅速性——指继电保护装置动作尽可能快
当系统发生故障时，如图0-1(b)所示。假定在线 路L(B—C）上发生了三相短路，其特点： ◆ 电流——短路电流（从电源出发，流向短路 点） ◆ 各母线上电压——降低，短路点处降低到零 ◆ 短路点到变电站B母线之间的阻抗ZK下降。
构成各种不同原理的继电保护，例如：
① 反应于电流增大而动作的过电流保护；