電力系統(tǒng)繼電保護(hù)繼電保護(hù)概述

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第一章繼電保護(hù)概述第一節(jié)繼電保護(hù)的任務(wù)第二節(jié)繼電保護(hù)裝置的基本原理第三節(jié)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求第四節(jié)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)繼電保護(hù)的任務(wù)電力系統(tǒng)一次設(shè)備：

對(duì)用戶供電的電路，是發(fā)電、變電和輸電的主體，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電抗器、電力電纜以及母線、輸電線路等設(shè)備，這些設(shè)備相互連接構(gòu)成一次系統(tǒng)。電力系統(tǒng)二次設(shè)備：對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制與保護(hù)的設(shè)備（從TA、TV獲得成正比的“小信號(hào)”——>相額定電壓57.7V，額定電流1A或5A）。一次設(shè)備：

二次設(shè)備：對(duì)一次系統(tǒng)實(shí)施測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)的電路，是發(fā)電、變電和輸電的測(cè)量和控制設(shè)備，包括測(cè)量?jī)x表、測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置……防誤設(shè)備，這些設(shè)備相互連接構(gòu)成二次系統(tǒng)。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)1.正常運(yùn)行。2.故障3.不正常運(yùn)行斷線

短路三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)以及變壓器繞組間的匝間短路等單相斷線兩相斷線過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓頻率降低、系統(tǒng)振蕩等上頁(yè)下頁(yè)返回繼電保護(hù)的任務(wù)1.當(dāng)電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)地、迅速地、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。2.當(dāng)電力系統(tǒng)中電氣元件出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能及時(shí)反應(yīng)并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件發(fā)出信號(hào)或跳閘。上頁(yè)下頁(yè)返回電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置

能反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置

2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院8

——

過(guò)電流保護(hù)

——

低電壓保護(hù)

——

阻抗（距離）保護(hù)

——縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(高頻、微波、光纖)

——零序或負(fù)序分量保護(hù)

——

瓦斯保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等一、短路的主要特征歸納：1）電流增大2）電壓降低3）阻抗減小4）兩側(cè)電流大小和相位的差別

5）不對(duì)稱分量出現(xiàn)6）非電氣量第二節(jié)保護(hù)裝置的基本原理及分類根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作。第二節(jié)保護(hù)裝置的基本原理及分類測(cè)量邏輯執(zhí)行被測(cè)物理量整定值跳閘或信號(hào)測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)

根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。上頁(yè)下頁(yè)返回二、保護(hù)裝置構(gòu)成、基本原理和組成

繼電保護(hù)裝置的分類繼電保護(hù)裝置按保護(hù)對(duì)象分按保護(hù)原理分按故障類型分按保護(hù)技術(shù)分按保護(hù)作用分輸電線路保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)變壓器保護(hù)電動(dòng)機(jī)保護(hù)母線保護(hù)機(jī)電型保護(hù)整流型保護(hù)晶體管型保護(hù)集成電路型保護(hù)微機(jī)保護(hù)電流保護(hù)電壓保護(hù)距離保護(hù)差動(dòng)保護(hù)方向保護(hù)零序保護(hù)主保護(hù)后備保護(hù)輔助保護(hù)相間短路保護(hù)接地故障保護(hù)匝間短路保護(hù)斷線保護(hù)失步保護(hù)失磁保護(hù)及過(guò)激磁保護(hù)上頁(yè)下頁(yè)返回主保護(hù)、后備保護(hù)主保護(hù)：反應(yīng)被保護(hù)元件自身的故障并以盡可能短的延時(shí)，有選擇性地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)起作用，從而動(dòng)作于相應(yīng)斷路器以切除故障元件。近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院12主保護(hù)、后備保護(hù)示例2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院13繼電保護(hù)的工作配合

（預(yù)設(shè)范圍，不能遺漏）每套保護(hù)都有預(yù)先劃分的保護(hù)范圍，保護(hù)范圍劃分的基本原則是任一個(gè)元件的故障都能可靠地被切除，并且保證停電范圍最小。保護(hù)范圍相互重疊，保證任意點(diǎn)的故障都置于保護(hù)區(qū)內(nèi)。第三節(jié)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求:

選擇性速動(dòng)性靈敏性可靠性電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍的一種性能。

保護(hù)快速切除故障的性能。故障切除時(shí)間包括繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。要求保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來(lái)發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作；而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)，即不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。該動(dòng)則動(dòng)，不該動(dòng)則不動(dòng)上頁(yè)下頁(yè)返回

選擇性：保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。速動(dòng)性：故障后,為防止并列運(yùn)行的系統(tǒng)失步,減少用戶在電壓降低情況下工作的時(shí)間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障。(快速保護(hù):幾個(gè)工頻周期，微機(jī)保護(hù)：30ms以下)

故障切除時(shí)間＝保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間＋斷路器動(dòng)作時(shí)間0.02～0.12s0.06～0.15s對(duì)于高電壓等級(jí)0.01～0.04s0.02～0.06s220kV及以上系統(tǒng)，要求的標(biāo)準(zhǔn)：動(dòng)作時(shí)間≤30毫秒。選擇性舉例1、2跳閘5、6跳閘7、8跳閘若7QF拒動(dòng)，保護(hù)5動(dòng)作跳開(kāi)5QF將故障切除，停電范圍擴(kuò)大了。但是如果保護(hù)5不動(dòng)作跳閘，故障線路就無(wú)法切除，因此，此時(shí)保護(hù)5的動(dòng)作也是有選擇性動(dòng)作，若保護(hù)7和7QF正確動(dòng)作于跳閘同時(shí)，保護(hù)5也動(dòng)作跳開(kāi)5QF，則保護(hù)5的動(dòng)作就是非選擇性動(dòng)作，習(xí)慣稱為越級(jí)跳閘。靈敏性：保護(hù)裝置對(duì)于其應(yīng)保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護(hù)不該動(dòng)作情況與應(yīng)該動(dòng)作情況所測(cè)電氣量相差越大→靈敏度↑）一般用靈敏系數(shù)來(lái)衡量靈敏度可靠性：不拒動(dòng)、不誤動(dòng)。（主保護(hù)對(duì)動(dòng)作快速性要求相對(duì)較高；后備保護(hù)對(duì)靈敏性要求相對(duì)較高）關(guān)于靈敏性

靈敏性用靈敏系數(shù)來(lái)衡量，并表示為，也稱為靈敏度。在計(jì)算保護(hù)的靈敏系數(shù)時(shí)，可按如下原則考慮：1.在可能的運(yùn)行方式下，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的運(yùn)行方式；2.在所保護(hù)的短路類型中，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的短路類型；3.在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的那點(diǎn)作為靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)（計(jì)算所選的短路點(diǎn)）。上頁(yè)下頁(yè)返回

在保護(hù)整定計(jì)算中常用到最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式：最大運(yùn)行方式：流過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大時(shí)的運(yùn)行方式。最小運(yùn)行方式：流過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小時(shí)的運(yùn)行方式。關(guān)于靈敏性反應(yīng)故障參數(shù)增加的保護(hù)：(如過(guò)電流、過(guò)電壓等）反應(yīng)故障參數(shù)減小的保護(hù)：（如低電壓、國(guó)標(biāo)GB/T14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中對(duì)各類保護(hù)靈敏度系數(shù)有具體規(guī)定。靈敏系數(shù)四性要求之間的關(guān)系：

選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性是分析、研究、評(píng)價(jià)繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，它們之間既有矛盾的一面（選擇性與速動(dòng)性是一對(duì)矛盾體；靈敏性與可靠性是一對(duì)矛盾體），又要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況、被保護(hù)元件的作用，使以上四個(gè)基本要求在所配置的保護(hù)中得到辨證的統(tǒng)一。

在保證可靠性和選擇性的前提下，強(qiáng)調(diào)靈敏性，力爭(zhēng)速動(dòng)性?！八男浴睔w納：“四性”是分析和研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。

選擇性——讓最靠近短路點(diǎn)的斷路器跳閘。

速動(dòng)性——盡量快。

靈敏性——有足夠的故障反應(yīng)能力。

可靠性——不誤動(dòng)、不拒動(dòng)。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展1、保護(hù)原理方面過(guò)電流保護(hù)（最早熔斷器）1920年電流差動(dòng)保護(hù)1908年方向性電流保護(hù)1910年距離保護(hù)1920年行波保護(hù)、光纖保護(hù)20世紀(jì)70年代微波保護(hù)20世紀(jì)50年代高頻保護(hù)1927年上頁(yè)下頁(yè)返回繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展2、結(jié)構(gòu)型式方面機(jī)電型（電磁型、感應(yīng)型）整流型

微機(jī)型集成電路型

晶體管型上頁(yè)下頁(yè)返回2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院27一、電流互感器第一節(jié)電流互感器及電壓互感器2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院29

電流互感器第一節(jié)電流互感器及電壓互感器（一）電流互感器正方向規(guī)定

極性端極性端一次側(cè)電流同名端流進(jìn)二次側(cè)電流同名端流出等值電路相量圖由等值電路可見(jiàn)：

將電力系統(tǒng)的一次電流按一定的變比變換成二次較小電流，供給測(cè)量表計(jì)和繼電器，同時(shí)還可以使二次設(shè)備與一次高壓隔離，保證工作人員的安全。

由電磁平衡原理：所以電流互感器變比，二次額定值：5A或1A上頁(yè)下頁(yè)返回減極性（或減磁）1、電流互感器存在誤差的原因（二）電流互感器的誤差比值誤差角度誤差由于勵(lì)磁電流的存在，使一次電流折算值與二次電流不等，即兩者的大小和相位不同。小于10%小于7o2、電流互感器10%誤差曲線電流互感器比值誤差為10%，角度誤差小于7°，電流互感器一次電流倍數(shù)與允許的二次負(fù)載阻抗之間的關(guān)系曲線0上頁(yè)下頁(yè)返回（二）電壓互感器電壓互感器的接線方式星型接線三相五柱式接線V-V接線（二）電壓互感器上頁(yè)下頁(yè)返回電壓互感器的接線方式星型接線三相五柱式接線V-V接線（二）電壓互感器上頁(yè)下頁(yè)返回電壓互感器的接線方式星型接線三相五柱式接線V-V接線可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓（二）電壓互感器上頁(yè)下頁(yè)返回電壓互感器的接線方式星型接線三相五柱式接線V-V接線

特點(diǎn)：可以獲得對(duì)稱的三個(gè)線電壓，但不能獲得相電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓（二）電壓互感器上頁(yè)下頁(yè)返回電壓互感器二次電壓可看成是電壓源，而電流互感器二次電流可看成是電流源；電壓互感器在正常工作情況下鐵芯的工作磁密較電流互感器高得多，二次側(cè)開(kāi)路狀態(tài)，不能短路。電流互感器工作在二次側(cè)短路狀態(tài)；電流互感器二次不能開(kāi)路。（三）電流互感器與電壓互感器的工作特點(diǎn)上頁(yè)下頁(yè)返回

變換器作用第二節(jié)變換器1．按照保護(hù)裝置構(gòu)成原理的要求，進(jìn)行電氣量的變換與綜合；2．將被保護(hù)設(shè)備的強(qiáng)電交流二次回路與保護(hù)裝置的直流弱電回路相隔離；3．利用測(cè)量變換器一、二次線圈的屏蔽層，抑制干擾信號(hào)的侵入，提高保護(hù)裝置的抗干擾能力。

變換器的種類：電流變換器電壓變換器電抗變壓器

上頁(yè)下頁(yè)返回一、電壓變換器電壓變換器用于將一次電壓變換成裝置所需要的二次電壓。上頁(yè)下頁(yè)返回

當(dāng)忽略其比值誤差和角度誤差時(shí)，則二次輸出電壓：二次輸出電壓中間變壓器變比一次輸入電壓二、電流變換器

電流變換器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。上頁(yè)下頁(yè)返回

當(dāng)忽略其比值誤差和角度誤差時(shí)，則二次輸出電壓：122212WWnnRnITTIT==.&二次輸出電壓變換系數(shù)中間變流器變比nI1IRnU==&三、電抗變壓器（UR）

電抗變壓器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。

上頁(yè)下頁(yè)返回調(diào)節(jié)電抗變壓器一、二次繞組的匝數(shù)可以改變

通過(guò)調(diào)節(jié)電抗變壓器繞組所接的電阻可以改變的角度

三、電抗變壓器（UR）

電抗變壓器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。

上頁(yè)下頁(yè)返回

電抗變壓器鐵芯具有氣隙，其勵(lì)磁回路的勵(lì)磁電抗數(shù)值很小，相對(duì)于二次較大的負(fù)荷阻抗來(lái)說(shuō)，完全可以忽略不計(jì)，故一次電流全部作為勵(lì)磁電流，電抗變壓器在工作時(shí)二次繞組可認(rèn)為處于開(kāi)路狀態(tài)電流變換器與電抗變壓器都是將一次電流成比例的變換成二次電壓的，但是在應(yīng)用上有些不同。電流變換器在磁路未飽和時(shí)，勵(lì)磁電流可以忽略，其二次輸出電壓波形基本保持了一次電流信號(hào)的波形。三、電抗變壓器（UR）

電抗變壓器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。

上頁(yè)下頁(yè)返回電抗變壓器一次電流全部作為勵(lì)磁電流，在暫態(tài)情況下，忽略鐵芯有功損耗，其二次輸出電壓為：電抗變壓器二次輸出電壓對(duì)一次電流中的諧波成分有放大作用，對(duì)一次電流中的非周期電流有抑制作用當(dāng)輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時(shí)，輸出端只輸出負(fù)序分量

為了提高保護(hù)裝置的靈敏度，經(jīng)常采用序分量來(lái)作為保護(hù)的判據(jù)。要獲得這些序分量就必須借助于各種序分量濾過(guò)器，稱為對(duì)稱分量濾過(guò)器。當(dāng)輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時(shí)，輸出端只輸出零序分量第三節(jié)對(duì)稱分量濾過(guò)器

零序分量濾過(guò)器負(fù)序分量濾過(guò)器上頁(yè)下頁(yè)返回

為了提高保護(hù)裝置的靈敏度，經(jīng)常采用序分量來(lái)作為保護(hù)的判據(jù)。要獲得這些序分量就必須借助于各種序分量濾過(guò)器，稱為對(duì)稱分量濾過(guò)器。第三節(jié)對(duì)稱分量濾過(guò)器

零序分量濾過(guò)器零序電壓濾過(guò)器

零序電流濾過(guò)器

負(fù)序分量濾過(guò)器負(fù)序電壓濾過(guò)器

負(fù)序電流濾過(guò)器

上頁(yè)下頁(yè)返回上頁(yè)下頁(yè)返回零序電壓濾過(guò)器零序電壓濾過(guò)器的作用是為了獲得零序電壓，它的輸入是三相電壓，輸出只與輸入電壓中的零序電壓成正比。構(gòu)成依據(jù)：

構(gòu)成元件

：

三個(gè)單相式電壓互感器或三相五柱式電壓互感器都可以獲得上頁(yè)下頁(yè)返回零序電流濾過(guò)器零序電流濾過(guò)器的作用是為了獲得零序電流，它的輸入是三相電流，輸出只與輸入電流中的零序電流成正比。

構(gòu)成依據(jù)：

構(gòu)成元件

：

由三臺(tái)具有相同型號(hào)和變比的電流互感器構(gòu)成零序電流濾過(guò)器。

零序電流互感器四幅值比較與相位比較幅值比較：就是通過(guò)比較兩個(gè)電壓的大小來(lái)決定繼電器是否動(dòng)作；相位比較：就是通過(guò)比較兩個(gè)電壓的相位來(lái)決定繼電器是否動(dòng)作。

2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院4949上頁(yè)下頁(yè)返回幅值比較與相位比較之間的關(guān)系

幅值比較的動(dòng)作方程：相位比較的動(dòng)作方程2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院5050上頁(yè)下頁(yè)返回

幅值比較與相位比較之間的關(guān)系2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院5151上頁(yè)下頁(yè)返回

第五節(jié)常用電磁型繼電器

按照反應(yīng)的物理量可分為按照作用可分為：電流繼電器電壓繼電器功率方向繼電器阻抗繼電器頻率繼電器瓦斯（氣體）繼電器起動(dòng)繼電器量度繼電器時(shí)間繼電器中間繼電器信號(hào)繼電器出口繼電器

量度繼電器過(guò)量繼電器欠量繼電器過(guò)電流繼電器過(guò)電壓繼電器高周波繼電器低電壓繼電器阻抗繼電器低周波繼電器返回系數(shù)<1返回系數(shù)>1反映故障參數(shù)增大而動(dòng)作反映故障參數(shù)降低而動(dòng)作電流繼電器過(guò)電流繼電器

電壓繼電器中間繼電器時(shí)間繼電器信號(hào)繼電器過(guò)電壓繼電器

低電壓繼電器

反應(yīng)被保護(hù)元件電流升高而動(dòng)作的一種繼電器

反應(yīng)被保護(hù)元件電壓升高而動(dòng)作的一種繼電器

接點(diǎn)多容量大,可實(shí)現(xiàn)短延時(shí),及自保持。多用于出口回路和邏輯回路建立保護(hù)所需要的延時(shí)時(shí)間。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，明顯標(biāo)示出繼電器或保護(hù)裝置動(dòng)作狀態(tài)

常用電磁型繼電器反應(yīng)被保護(hù)元件電壓降低而動(dòng)作的一種繼電器

上頁(yè)下頁(yè)返回一、電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)及工作原理

它是利用電磁鐵的鐵心與銜鐵間的吸力作用而工作的繼電器。

2023/6/19沈陽(yáng)工程學(xué)院56(a)螺管線圈式(b)吸引銜鐵式(c)轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式圖2-1