华北电力大学国家级精品课《电力系统继电保护》课件 (第一章)

3. 继电保护装置的基本任务 (1) 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损坏，保证其它无故障 部分迅速恢复正常运行。 即内部故障时发出跳闸命令。 (2) 反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的 具体条件（例如有无经常值班人员）和设备的承受能力， 发出警报信号、减负荷或延时跳闸。 即不正常工作时发出告警信号。
电磁型继电保护 （现在已很少应用）
微机型继电保护 （现在被大量应用）
2、继电保护原理发展 、
过电流保护原理，1901年 电流差动保护原理，1908年 方向性电流保护，1910年 距离保护，1920年 高频保护，1927年 行波保护，1950年 工频变化量保护，1980年，由我国专家提出。 继电保护硬件装置不断变化，但保护原理不变。
3、 灵敏性 指对于其保护范围内发生故障的反应能力。 任何运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论短 路点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能动作于跳闸或发 出信号。 保护的灵敏度通常用灵敏系数来衡量。 灵敏系数 Klm：常见不利运行方式和不利故障类型下通入 装置的故障量和整定动作值之比。
反应数值上升的保护： 反应数值下降的保护：
短路点 K2 K3
短路电流 1～5 1～6
主保护 跳 5 跳 6
远后备 跳 1、3 跳 5
近后备 跳 2、4 /
远后备保护：位于其它变电站、发电厂中的后备保护； 近后备保护：位于本变电站、发电厂中的的后备保护；
2、速动性（迅速性） 速动性（迅速性） 定义：继电保护装置要以尽可能短的时间将故障从电网中切除。 优点： 优点 （1）提高电网的稳定性； （2）加快非故障部分的恢复供电； （3）减轻故障设备的损坏程度。 故障切除时间＝保护装置动作时间＋断路器动作时间 故障切除时间＝保护装置动作时间＋ 保护装置的动作时间为： 保护装置的动作时间为： 微机保护最快： 01～ 04秒 微机保护最快：0.01～0.04秒，即0.5～2个周期就动作； 个周期就动作； 电磁式保护： 0.06～0.12秒，即3～6个周期就动作 0.06～0.12秒 断路器的动作时间为： 断路器的动作时间为： 最快： 最快： 一般： 0.02～0.06秒，即1～3个周期断开电流； 02～ 06秒 个周期断开电流； 0.06～0.15秒 0.06～0.15秒，即3～7个周期断开电流
正常状态： （ 3 ） 正常状态 ：电力系统的电压、频率正常。不需采取措 施。
2. 电力系统继电保护的作用 能够反应电力系统中电气元件发生的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。 QF表示断路器，它的 作用是接收跳闸命令后， 迅速切断短路电流。
当线路L1上发生短路故障时，继电保护迅速反应这个短路 故障，发出跳闸命令给断路器QF1，断路器QF1接收了命令后， 打开触头，切断短路电流。 由于要求切除故障的速度要很快，只能通过自动的继电保护 装置来完成。
基本原理的总结 电流 I ： 故障时增大 - 过电流保护 正常状态时 两侧电流相位相同 内部故障时 两侧电流相位相反 电压U ：故障时降低 －低电压保护 阻抗Z ：Z模值减小 －阻抗（距离）保护 阻抗（距离） －差动保护
非电气量：温度升高 － 瓦斯保护
2. 继电保护装置的原理结构
测量部分：测量有关电气量,与整定值比较,给出 “是”、 测量部分 “非”、“大于”、“不大于”、“等于”、 “0”、“1” 性质的一组逻辑信号,判断保护是否应该启动。 逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的 逻辑部分 顺序或它们的逻辑组合，确定是否应该使断路 器跳闸或发出报警信号，并将有关命令传达给 执行部分。 执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信 执行部分 号和跳闸信号（故障、不正常运行时）。
二、基本原理和保护装置的组成
继电保护的基本原理：正确区分正常运行 故障 正常运行和故障 正常运行 或不正常运行状态，当确认被保护设备发生内部 或不正常运行状态 故障或不正常运行状态时，发出跳闸命令或告警 信号。 继电保护的基本原理的核心：区分正常运行 故 正常运行和故 正常运行 障或不正常运行状态。 障或不正常运行状态 如何区分正常运行和故障或不正常运行状态？ 必须利用电力系统在正常运行和故障或不正常运行 状态时，其电气量（如电流、电压、阻抗等）的不同 来加以区分。
2、综合性科学
电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、 电工、电机、电子、电力系统、数学、计算机、通讯新 理论、新技术、 理论、新技术、新材料的引用都基于以上各学科的发展
3、理论和实践并重
实验室实验、动模实验、现场人Leabharlann Baidu故障实验、 实验室实验、动模实验、现场人工故障实验、试运行
4、继电保护工作责任重大
微机保护： 微机保护： 计算、分析、逻辑判断能力强，有存储记忆功能， （1） 计算、分析、逻辑判断能力强，有存储记忆功能，可实 现复杂原理的保护； 现复杂原理的保护； 维护调试方便，可靠性高； （2） 维护调试方便，可靠性高； 统一硬件，保护装置硬件易标准化； （3） 统一硬件，保护装置硬件易标准化； 有强大辅助功能，简化调试、事故分析和事故后处理。 （4） 有强大辅助功能，简化调试、事故分析和事故后处理。
继电保护的接线简图 继电保护与一次侧 电力系统设备之间的 联接简图。
继电保护就是通过 二次侧弱电系统来控 制（如跳开、闭合） 一次侧强电系统设备。
三、对继电保护的基本要求
1、选择性 2、速动性 3、灵敏性 4、可靠性
1、选择性 保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除， 使停电范围尽量缩小。即跳开离故障位置最近的断路器。
五、继电保护学习的特点
1、理论要求高
各设备的原理、性能、参数计算、故障状态的分析。 各设备的原理、性能、参数计算、故障状态的分析。 电工原理、电机学、电力系统稳态/暂态分析、 电工原理、电机学、电力系统稳态/暂态分析、经济调 安全控制、电力系统规划设计原则、 度、安全控制、电力系统规划设计原则、运行方式制定 的依据等等。 的依据等等。
电力系统的三种状态：故障、不正常运行、 电力系统的三种状态：故障、不正常运行、正常状态
不正常运行状态： （ 2 ） 不正常运行状态 ： 电力系统设备的电流过大、电压过 高等不正常状态。 不正常运行状态产生的后果： 不正常运行状态产生的后果：电力设备的电流过大会使设备 载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和 损坏，可能发展成故障。 不正常运行状态产生的对策： 不正常运行状态产生的对策：一旦电力系统设备发生不正常 运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。
短路点 K1 K2 K3
短路电流 1～4 1～5 1～6
主保护 跳 1、2 跳 5 跳 6
后备 / 跳 1、3 跳 5
主保护:反映元件严重故障，快速动作于跳闸的保护 后备保护：主保护不动作时备用的保护，由相邻设备的保护来 完成。
为了保证可靠性，选择性包含2种意思： （1）正常情况下只应由装在故障元件上的保护装置动作 切除故障； （2）当电气设备的主保护不能切除故障时，力争相邻设 备的保护装置对它起到后备保护的作用。
微机保护
第三代静态保护
各种硬件继电保护的特点： 各种硬件继电保护的特点：
电磁型：体积大，消耗功率大， 动作慢，机械转动部分、 电磁型：体积大，消耗功率大， 动作慢，机械转动部分、 触点部分容易磨损或粘连，调试维护比较杂。 触点部分容易磨损或粘连，调试维护比较杂。 晶体管型：动作快 无机械转动部分，易发生特性变化。 晶体管型：动作快, 无机械转动部分，易发生特性变化。 集成电路型：体积更小, 集成电路型：体积更小, 工作更可靠，抗干扰能力差。 工作更可靠，抗干扰能力差。
需要根据电力系统和负荷的具体情况， 需要根据电力系统和负荷的具体情况，对这两方面 不拒动、不误动）的性能要求适当地予以协调。 （不拒动、不误动）的性能要求适当地予以协调。
在系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十 分紧密的情况下，应着重强调不拒动的可靠性；反之， 则应强调不误动的可靠性。 对于传送大功率的输电线路保护，一般宜于强调不 误动；而对于其它线路保护，则往往强调不拒动。 对于大型发电机组的继电保护，无论拒动或误动跳 闸，都会引起巨大的经济损失，可信赖性和安全性同样 重要，因此可采用三中取二的双重化方案或双倍的二中 取一双重化方案。
4、可靠性 定义：当保护范围内部故障时必须动作（不拒动）， 定义：当保护范围内部故障时必须动作（不拒动）， 当外部故障时不动作（不误动）。 当外部故障时不动作（不误动）。 包括两个方面： 包括两个方面： （1）不拒动，即可信赖性 ）不拒动， （2）不误动，即安全性 ）不误动， 影响可靠性的因素： 影响可靠性的因素： 内在：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：运行维护水平、调试是否正确、正确安装
四、继电保护的发展简史
1、继电保护硬件发展 、
1901年发明 年发明
电磁型 机电型
电磁型
感应型
电动型
1960年发明 年发明
晶体管型 保护
晶体管型
70年代 第一代静态保护 年代
1970年发明 年发明
集成电路 型保护
集成 电路型
80年代后 第二代静态保护 年代后
1972年发明 年发明 90后大量应用 后大量应用
附录一：继电器的分类、 附录一：继电器的分类、型号和表示方法
一、电力系统继电保护的作用
电力系统的三种状态：故障、不正常运行、 1. 电力系统的三种状态：故障、不正常运行、正常状态 故障状态：发生短路故障，各种型式的相间、单相短路 （ 1 ） 故障状态 故障。 .故障产生的后果： 故障产生的后果： 故障产生的后果 ①通过故障点的很大的短路电流使故障元件进一步损坏； ②短路电流流过相邻非故障元件，可能损坏或缩短其使用寿命； ③故障附近地区电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响 工厂产品的质量； ④破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整 个系统瓦解。 故障的对策：一旦故障发生，必须迅速而准确地切除故障设备， 故障的对策 保证电力系统的安全。切除故障的时间要求小到十分之几甚至百 分之几秒。
电 力 系 统
继电保护原理
主讲人：肖仕武 主讲人： 电力工程系四方研究所
Office: 教五B309
North China Electric Power University
第一章 绪论
一、电力系统继电保护的作用 二、基本原理和保护装置的组成 三、对继电保护的基本要求 四、继电保护的发展简史 五、继电保护学习的特点
1. 继电保护的基本原理
正常运行状态： 正常运行状态： 电流：负荷电流，电源侧负荷电流大； 电压：±5％内，靠近电源侧的母线电压较高； 测量阻抗：负荷阻抗，阻抗模值很大 短路故障状态： 短路故障状态： 电流：Id 剧增 过电流保护 电压：Ud 降低 低电压保护 测量阻抗：阻抗模值减小 距离保护
确定线路两侧电流参考正方向：母线→线路（如绿色箭头） 正常运行： 正常运行 电流：为负荷电流，两侧电流大小相等，方向相反（即相位相差 180°）。 内部d1短路： d1短路 内部d1短路 电流：线路BC两侧电流大小一般不等，方向相同（即相位相同）； 差动保护原理
“四性”之间的关系：矛盾、统 四性”之间的关系：矛盾、 四性 一 需要根据电力系统和负荷的具体情况，对这4个方面的要
求适当地予以协调。 经济性考虑： 经济性考虑： 选择并配置继电保护装置时，应考虑经济条件，按被 保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式。 对于重要的系统元件，如果选用简单价廉的保护装置， 由于技术性能不佳，出现拒动或误动所带来的损失是惊人 的。而对较为次要的数量很多的电气元件，则不应装设过 于复杂昂贵的保护装置。