第一章 继电保护基础知识

第一章继电保护基础知识

一、电力系统在运行中，不可避免地会发生故障和不正常工作情况。

1、最常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相接地短路、两相短路、单相接地短路、发电机和变压器的绕组匝间短路等。此外，输电线路还可能发生一相或两相断线以及断线和短路同时发生的复杂故障。

2、最常见的不正常工作情况是过负荷，长时间过负荷会使载流设备和绝缘温度升高，加速绝缘老化或设备遭到损坏，严重时甚至引起故障。此外，水轮发电机突然甩负荷引起过电压，电力系统有功缺额会引起频率降低，这也是不正常工作情况。

二、继电保护的概念。

继电保护装置是反应电力系统中电气设备故障或不正常工作情况而作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

电力系统继电保护——是继电保护技术和继电保护装置的统称。

三、主保护和后备保护的概念。

1、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或线路故障的保护。

2、后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护，又分为远后备和近后备。

3、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。

4、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；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。

5、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。

四、故障的性质分类：暂时性故障、永久性故障

五、对继电保护的基本要求，可分为安全性、可靠性、速动性、选择性与灵敏性。

1、安全性、可靠性和保护的双重化。

安全性与可靠性是对继电保护最根本的要求。安全性指的是断电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。可靠性指的是继电保护在需要它动作时能可靠动作，即不发生拒绝动作。

为保证短路故障时跳闸的可靠性，许多220KV以上的超高压线路继电保护采用了二中取一的双重化配置原则，即在每一回线路上装设两套完全独立的性能均满足电力系统稳定要求的继电保护。每一套保护所用的直流电源、互感器二次绕组、控制电缆、出囗回路等完全分开，而且两套保护的动作原理一般也不相同。这样两套保护可互为备用，性能上也互为补充。

我们电站的金石线的主保护就是采用一套高频距离和一套光纤分相差动，金洪线采用一套光纤距离和一套光纤分相差动。二中取一的双重化方式保证了短路故障时继电保护动作的可靠性，同时带来了便利检修的特点，可以停用一套继电保护进行维护试验而不影响输电线路的正常运行。二中取一的双重化方式要着重注意每一套保护的安全性，采取相应措施防止误动作。

2、选择性

选择性是指继电保护在可能最小的区间内将故障元件从电力系统中断开，使停电范

围最小，以保证系统中无故障部份仍能继续安全运行。它包含了两方面的内容：其一，只应是装设在故障元件上的继电保护动作切除故障；其二，考虑继电保护或断路器有拒动的可能，要力争相邻元件的继电保护能起后备作用。如图说明：

当d1短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性

当d2短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性

当d3短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性

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，则越级跳闸（非选择性）

选择性就是故障点在区内就动作，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。

3、速动性

是指继电保护以可能最短的时限将短路故障或不正常工作情况从电力系统中切除或消除。

实践证明，许多相间短路故障是由单相短路发展而成，若继电保护动作快速，就可减少相间短路故障机率，充分发挥单相重合闸的效能，这对于单回的电源网络线是尤为重要的。

短路故障切除的总时间等于继电保护和断路器动作时间之和。一般快速保护动作时间为0.08～0.12S，最快的为0.015～0.04S；一般的断路器跳闸时间为0.06～0.15S，最快的为0.02～0.05S。

4、灵敏性

灵敏性是指继电保护对在其保护范围内发生短路故障或系统不正常工作状态的反应能力，习惯用灵敏系数来表示，又可称之为灵敏度。

整定计算时，要保证在最不利条件下仍能可靠动作。各类保护的灵敏度均有具体规定。

六、继电保护技术发展概况。

1、机电型保护阶段

2、整流型保护阶段

3、晶体管型保护阶段

4、集成电路型继电保护

5、微机型继电保护（1979年我国开始注意微机保护发展动向，到1984年微机距离保护样机经过试运行后通过科研鉴定，投入生产。）

七、继电保护的基本原理

继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。

为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别：特征。

① 增加 故障点与电源间 —>过电流保护

② U 降低 —>低电压保护

③ φφI U arg 变化； 正常：20°左右 —>短路：60°～85°—>方向保护.

④ Z=I U

模值减少 增加ψ —>阻抗保护

⑤ 出入I I = —>出入I I ≠ ——电流差动保护

⑥ I 2 、I 0 序分量保护等。

另非电气量：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。

第二章 保护原理说明

一、发电机保护

1. 配置保护的重要性

水轮发电机是电厂最主要的设备之一，水轮发电机组发生故障后，如果不能及时停机和隔离，不仅使设备的故障扩大，而且会波及其他设备，破坏系统的稳定性，扩大事故范围，同时修复工作复杂且工期长，经济损失也较大。因此，为保证水轮发电机组在故障时能可靠从系统中解列停机，必须配置一套完整的水轮发电机保护。

水轮发电机组保护分为电气保护和水机保护，水机保护主要有断水保护、轴承温度保护、事故低油压保护、过速保护、剪断销剪断保护、电气事故。结果分为跳出口、跳灭磁、停机。本次主要讲电气保护。

2. 故障类型及不正常运行状态：

2.1. 故障类型

1) 定子绕组相间短路：危害最大，会破坏绝缘，烧损铁芯和绕组，甚至毁坏机组。

2) 定子绕组一相的匝间短路：会使绝缘损坏，并可能发展为单相接地短路和相间短路

3) 定子绕组单相接地：较常见，是指绕组对铁芯的短路，当发生单相接地短路时，接