電力系統繼電保護-第一章緒論課件

電力系統繼電保護主講：石玉秋教材：《電力系統繼電保護》張保會主編中國電力出版社1電力系統繼電保護主講：石玉秋1第一章緒論2第一章緒論2主要內容1電力系統的運行狀態(tài)2繼電保護的基本原理、組成及分類3對電力系統繼電保護的基本要求4繼電保護發(fā)展簡史3主要內容1電力系統的運行狀態(tài)3主要內容1電力系統的運行狀態(tài)2繼電保護的基本原理、組成及分類3對電力系統繼電保護的基本要求4繼電保護發(fā)展簡史4主要內容1電力系統的運行狀態(tài)4電力系統廠網分開以后廠：五大發(fā)電集團；網：國家電網公司、南方電網公司中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司

5電力系統廠網分開以后中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國電力系統概況特點：（1）發(fā)、送、供、使用在同一時間完成（2）電能不能大量存貯設備分類：一次設備：電能通過的設備二次設備：對一次設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的設備發(fā)電機、變壓器、斷路器、母線、輸電線路、補償電容器、電動機及其他用電設備等6電力系統概況特點：設備分類：發(fā)電機、變壓器、斷路器、母線、輸電力系統的運行狀態(tài)電力系統的運行條件一般可用3組方程式描述一組微分方程式用來描述系統元件及其控制的動態(tài)規(guī)律兩組代數方程式則分別構成電力系統正常運行的等式和不等式約束條件。7電力系統的運行狀態(tài)電力系統的運行條件一般可用3組方程式描述7等式和不等式約束條件等式約束條件：不等式約束條件電力系統正常頻率偏差允許值為±0.2Hz。當系統容量較小時，偏差值可以放寬到±0.5Hz

8等式和不等式約束條件等式約束條件：不等式約束條件電力系統正常1.正常運行能夠提供合格的電能，滿足負荷的供電需求，保證系統中的相關設備均在規(guī)定的長期安全工作限額內運行，并保持一定的備用容量。所有的等式和不等式約束條件均滿足電力系統運行狀態(tài)91.正常運行能夠提供合格的電能，滿足負荷的供電需求，保證系統2.不正常運行過負荷、過電壓頻率降低、系統振蕩等所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。電力系統運行狀態(tài)102.不正常運行過負荷、過電壓所有的等式約束條件均滿足，部常見的不正常工作狀態(tài)及其危害過負荷：由于負荷超過電氣設備的額定值所造成的電流增大危害：造成載流導體的熔斷或加速絕緣材料的老化和損壞從而導致故障。11常見的不正常工作狀態(tài)及其危害過負荷：由于負荷超過電氣設備的額常見的不正常工作狀態(tài)及其危害過電壓：中性點不接地系統和非有效接地系統中單相接地引起的非接地相對地電壓的升高；危害：造成絕緣擊穿導致短路變壓器和電動機鐵芯飽和，損耗和溫升都增加無功潮流改變，增加有功損耗12常見的不正常工作狀態(tài)及其危害過電壓：中性點不接地系統和非有效常見的不正常工作狀態(tài)及其危害頻率降低：由于系統中出現有功功率缺額而引起的；危害：1）影響產品質量；2）降到47Hz～48Hz以下會引起頻率崩潰；3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。13常見的不正常工作狀態(tài)及其危害頻率降低：由于系統中出現有功功率常見的不正常工作狀態(tài)及其危害系統振蕩：因系統受到擾動而失去功率平衡。危害：系統振蕩時，電流和電壓周期性擺動，嚴重影響系統的正常運行。14常見的不正常工作狀態(tài)及其危害系統振蕩：因系統受到擾動而失去功直接連接（不考慮過渡電阻）的短路稱為金屬性短路。

電力系統的正常工作遭到破壞，但未形成故障，稱為異常運行狀態(tài)。

與其他電氣元件相比，輸電線路是電力系統中最容易發(fā)生故障的一環(huán)。短路故障的最大特點是：短路點的短路電流很大，電壓降低。15直接連接（不考慮過渡電阻）的電力3.故障斷線

短路三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發(fā)電機和電動機以及變壓器繞組間的匝間短路等單相斷線兩相斷線電力系統運行狀態(tài)電力系統的所有一次設備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作等原因會發(fā)生故障163.故障斷線短路三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接大電流電網中的單相接地短路兩相短路17大電流電網中的單相接地短路兩相短路17兩相接地短路

18兩相接地短路18三相短路三相接地短路19三相短路三相接地短路19短路產生的后果通過短路點的很大短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短使用壽命電力系統中部分地區(qū)的電壓大大降低，使得大量的電力用戶的正常工作遭到破壞或產生廢品破壞電力系統中各個發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，引起系統振蕩，甚至使系統瓦解20短路產生的后果通過短路點的很大短路電流和所燃起的電弧，使故障2002年220kV電網輸電線路故障統計表212002年220kV電網輸電線路故障統計表214.事故對用戶少送電或電能質量變壞到不能允許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備損壞故障和不正常運行狀態(tài)都可能引起事故如：2003.8.14美加大停電事故，損失負荷61.8GW，停電8州1省5000萬人，停電面積24000平方公里，最長停電29小時，損失300億美元。電力系統運行狀態(tài)224.事故對用戶少送電或電能質量變壞到不能允許的地步，甚至造成232324242525

2626刀開關帶熔斷器fuse式刀開關——用作電源開關、隔離開關和應急開關，并作電路保護用。27刀開關27空氣開關（英文名：Airswitch），又名空氣斷路器，是斷路器的一種。是一種只要電路中電流超過額定電流就會自動斷開的開關?？諝忾_關是低壓配電網絡和電力拖動系統中非常重要的一種電器，它集控制和多種保護功能于一身。除能完成接觸和分斷電路外，尚能對電路或電氣設備發(fā)生的短路、嚴重過載及欠電壓等進行保護，同時也可以用于不頻繁地啟動電動機。28空氣開關（英文名：Airswitch），又名空氣斷路器，是29293030繼電保護泛指繼電保護技術或各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統。31繼電保護泛指繼電保護技術或各種繼電保護裝置組成的繼繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應被保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并動作與斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。32繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應被保護元件故障或不繼電保護裝置由測量繼電器與邏輯繼電器通過合理組合而成的裝置。繼電保護對測量繼電器與邏輯繼電器進行合理整定，使之完成特定功能。電力系統繼電保護應用在電力系統線路、元件上的保護。33繼電保護裝置由測量繼電器與邏輯繼電器繼電保護對測量繼電器與邏

繼電保護是一種能反應電力系統中電氣元件發(fā)生短路故障或異常狀態(tài)，動作于跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。三、繼電保護的任務任務2）當電力系統出現異常運行狀態(tài)時，并根據運行維護條件，動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。

(不正常運行)1）當電力系統被保護對象發(fā)生故障時，能自動地、有選擇地、快速地通過斷路器將故障元件從電力系統中切除。(故障)34繼電保護是一種能反應電力系統中電氣元件發(fā)生短路繼電保護的概念一旦故障發(fā)生，要求在十分之幾甚至百分之幾秒內切除故障設備。（運行人員繼電保護裝置）電力系統繼電保護：繼電保護技術和各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統。繼電保護技術：包括電力系統故障分析、繼電保護原理及實現、繼電保護配置設計、繼電保護運行及維護等技術繼電保護裝置：繼電保護裝置就是能反應電力系統中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。35繼電保護的概念一旦故障發(fā)生，要求在十分之幾甚至百分之幾秒內切主要內容1電力系統的運行狀態(tài)2繼電保護的基本原理、組成及分類3對電力系統繼電保護的基本要求4繼電保護發(fā)展簡史36主要內容1電力系統的運行狀態(tài)36繼電保護的基本原理原則：只要找出正常運行與故障時系統中可測參量（主要測電氣量）的差異，就可以構成不同原理的繼電保護。如電氣量：相電流、序電流、功率及其方向；相電壓幅值、序電壓幅值；電壓與電流的比值（測量阻抗）37繼電保護的基本原理原則：3738383939

利用正常運行與區(qū)內外短路故障電氣參數變化的特征構成保護的判據，根據不同的判據就構成不同原理的繼電保護。例如:

電流增加（過電流保護）:故障點與電源直接連接的電氣設備上的電流會增大；

電壓降低（低電壓保護）:各變電站母線上的電壓也將在不同程度上有很大的降低，短路點的電壓降低到零；

一、繼電保護的基本原理40

利用正常運行與區(qū)內外短路故障電氣參數變化的特征構成保電流電壓間的相位角會發(fā)生變化（方向保護）:正常20°左右，短路：60°～85°；

電壓與電流的比值會發(fā)生變化；

(距離保護或阻抗保護):系統正常運行是負荷阻抗，其值較大，系統短路時Z是保護安裝處到短路點之間的阻抗，其值較?。?/p>

電流差動保護:正常運行時I入=I出，短路時I入≠I出

；

分量保護:出現I2、I0分量。

另外非電氣量保護：瓦斯保護，過熱保護。

41電流電壓間的相位角會發(fā)生變化（方向保護）:正常20°左右，短4242繼電保護的基本原理1、繼電保護基本原理繼電保護基本原理是利用被保護線路或設備故障前后某些變化的物理量為信息量，當信息量達到一定值時，起動邏輯環(huán)節(jié)，發(fā)出相應的命令。43繼電保護的基本原理1、繼電保護基本原理繼電保護基本原理是利用（1）利用基本電氣參數量的區(qū)別

發(fā)生短路故障后，利用電流、電壓、線路測量阻抗、電壓電流間相位、負序和零序分量的出現等的變化，構成相應的保護。1）過電流保護反應電流增大而動作的保護稱為過電流保護。44（1）利用基本電氣參數量的區(qū)別發(fā)生短路故障后，利用電

如圖在BC線路上發(fā)生三相短路故障，則從電源到短路點之間將流過短路電流。

保護1和保護2都能反應(測量)到這個電流，保護2首先動作于斷路器QF2跳閘。45如圖在BC線路上發(fā)生三相短路故障，則從電源到短路點之2）低電壓保護

低電壓保護是反應電壓降低而動作的保護。

此時A、B母線上的電壓將降低，保護1、2都能反應到電壓降低，從選擇性要求，保護2應首先動作。462）低電壓保護低電壓保護是反應電壓降低而動作的保護3）距離保護

距離保護也稱低阻抗保護，是反應保護安裝處到短路點之間的阻抗下降而動作的保護。B母線上電壓為：473）距離保護距離保護也稱低阻抗保護，是反應保護安裝處到短路保護2測量阻抗為：

其大小等于保護安裝處到短路點間的阻抗，正比于短路點到保護2之間的距離。48保護2測量阻抗為：其大小等于保護安裝處到短路點間（2）利用比較兩側的電流相位

正常運行時，線路AB兩側的電流大小相等，相位差為49（2）利用比較兩側的電流相位正常運行時，線路AB兩側外部發(fā)生短路故障時:

顯然外部短路時，結論與正常運行相同。保護區(qū)內部短路時：50外部發(fā)生短路故障時:顯然外部短路時，結論與正常運行相同。

從分析可知，若兩側電流相位相同，則判為內部故障；若兩側電流相位相反，則判為外部故障。

利用被保護線路兩側電流相位，可構成縱差保護、相差高頻保護、方向保護等。（3）反應序分量或突變量是否出現特點接地短路時，將出現零序分量；發(fā)生短路時，正序分量將出現突變。不對稱短路時，將出現負序分量；51從分析可知，若兩側電流相位相同，則判為內部故障；繼電保護的分類

（1）按被保護的對象分類：

輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等；

（2）按保護原理分類：

電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；

（3）按保護所反應故障類型分類：

相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；

（4）按繼電保護裝置的實現技術分類：

機電型保護（如電磁型保護和感應型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；

52繼電保護的分類

（1）按被保護的對象分類：

輸電5）按保護所起的作用分類：

主保護、后備保護、輔助保護等；

主保護－－－滿足系統穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。

后備保護－－－主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種。

輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。535）按保護所起的作用分類：

主保護、后備保護、輔助保繼電保護裝置的構成54繼電保護裝置的構成54（1）測量部分：測量被保護對象的有關物理量，與給定量進行比較，給出“是”或“非”信號。（2）邏輯部分：根據測量輸出的大小、性質、輸出邏輯狀態(tài)，使保護按一定邏輯關系工作，然后確定跳閘或發(fā)信號。55（1）測量部分：測量被保護對象的有關物理量，與給定量進行比較(3)執(zhí)行部分:根據邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所承擔的任務。56(3)執(zhí)行部分:根據邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所承

測量部分測量被保護組件運行參數，并與整定值相比較，以判斷被保護組件是份發(fā)生故障。如果運行參數達到或超過（或低于）整定值，測量部分向邏輯部分發(fā)信號，并起動保護裝置。邏輯部分接受測量部分的信號后，按照規(guī)定的邏輯條件，判斷保護裝置是否動作于跳閘或動作于發(fā)信號，執(zhí)行部分根據邏輯部分送來的信號而動作。57測量部分測量被保護組件運行參數，并與整定繼電保護的工作回路信號

電流互感器電流繼電器中間繼電器信號繼電器58繼電保護的工作回路信號電流互感器電流繼電器中間繼電器信號繼5959K160K160K161K161K162K162K163K163K164K164K165K165K166K166繼電保護與一次側電力系統設備之間的聯接簡圖。繼電保護就是通過二次側弱電系統來控制（如跳開、閉合）一次側強電系統設備。繼電保護的接線簡圖67繼電保護與一次側電力系統設備之間的聯接簡圖。繼電保護的工作配合保護范圍劃分的基本原則是任一個元件的故障都能可靠地被切除且造成的停電范圍最小。保護區(qū)間的重疊是為了保證任意處的故障都置于保護區(qū)內，同時重疊區(qū)越小越好。68繼電保護的工作配合保護范圍劃分的基本原則是任一個元件的故障都繼電保護的工作配合69繼電保護的工作配合69§3對繼電保護的基本要求一、選擇性二、速動性三、靈敏性四、可靠性五、四“性”的關系70§3對繼電保護的基本要求一、選擇性70一、選擇性

概念：所謂選擇性是指繼電保護動作時，只能把故障元件從系統中切除，使系統的無故障部分繼續(xù)運行。保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除，使停電范圍盡量縮小。即跳開離故障位置最近的斷路器。71一、選擇性保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統1.獲得選擇性的前提條件：凡是有斷路器的地方必須裝設繼電保護裝置。例如在如圖示為單側電源電網圖中，1QF～7QF處均裝設了繼電保護裝置。2.獲得選擇性的途徑：離故障點最近的保護動作。例如在圖1-1所示的電網中，當d1點短路時，應該由保護1、2動作；d2點短路時，應由保護6動作；d3點短路時，應由保護5動作。3.必須指出，繼電保護裝置和斷路器都可能因失靈而拒動。因而，在裝設繼電保護裝置時，一般都不止裝設一種，應該裝兩種以上，即有主保護和后備保護。7272當k1短路時，保護1、2動→跳1QF、2QF，有選擇性；

當k2短路時，保護5、6動→跳5QF、6QF，有選擇性；

當k3短路時，保護7、8動→跳7QF、8QF，有選擇性；

若保護7拒動或7QF拒動，保護5動→跳5QF（有選擇性）；

若保護7和7QF正確動作于跳閘，保護5動→跳5QF，則越級跳閘（非選擇性）。73當k1短路時，保護1、2動→跳1QF、2QF，有選擇性；

主保護：反應整個被保護對象的故障并以最短的時延有選擇地切除故障的保護。后備保護：當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。74主保護：反應整個被保護對象的故障并以最短的時延有選擇地切近后備：主保護或斷路器拒動時，由本保護對象的另一套保護實現后備。遠后備：主保護或斷路器拒動時，由相鄰元件或線路的保護實現后備的。輔助保護：為補充主保護或后備保護的不足而增設的比較簡單的保護。75近后備：主保護或斷路器拒動時，由本保護對象的另一套保護實現后7676主保護:反映元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護后備保護：主保護不動作時備用的保護，由相鄰設備的保護來完成。77主保護:反映元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護77為了保證可靠性，選擇性包含2種意思：（1）正常情況下只應由裝在故障元件上的保護裝置動作切除故障；（2）當電氣設備的主保護不能切除故障時，力爭相鄰設備的保護裝置對它起到后備保護的作用。遠后備保護：位于其它變電站、發(fā)電廠中的后備保護；近后備保護：位于本變電站、發(fā)電廠中的的后備保護；78為了保證可靠性，選擇性包含2種意思：遠后備保護：位于其它變

二、速動性

概念：是指要求繼電保護快速切除故障。也稱為快速性。縮短故障切除時間的前提是在保證保護具有選擇性。79二、速動性79二、速動性定義：繼電保護裝置要以盡可能短的時間將故障從電網中切除。

優(yōu)點：（1）提高電網的穩(wěn)定性；（2）加快非故障部分的恢復供電；（3）減輕故障設備的損壞程度。故障切除時間＝保護裝置動作時間＋斷路器動作時間保護裝置的動作時間為：微機保護最快：0.01～0.04秒，即0.5～2個周期就動作；電磁式保護：0.06～0.12秒，即3～6個周期就動作斷路器的動作時間為：最快：0.02～0.06秒，即1～3個周期斷開電流；一般：0.06～0.15秒，即3～7個周期斷開電流80二、速動性定義：繼電保護裝置要以盡可能短的時間將故障從電網三、靈敏性1.概念：繼電保護裝置對于保護范圍內的故障應有足夠的反應能力，不論故障點的位置和故障的性質如何，都能敏感地作出反應，即具備足夠的靈敏性。2.作用：評價一套保護的可行性，通常用靈敏系數（靈敏度）ksen來衡量。定義如下：81三、靈敏性81反應過量的保護：82反應過量的保護：82反應欠量的保護：

由于多數短路故障是非金屬性短路，計算或測量參數有誤差等，要求靈敏度要大于1。83反應欠量的保護：由于多數短路故障是非金屬性短路，計四、可靠性1.概念：繼電保護的可靠性是指：保護在應該動作時，不拒動；而在不應動作時，不誤動的性能。2.獲得可靠性的途徑：保護裝置越簡單越可靠。84四、可靠性84影響可靠性的因素：

內在的：裝置本身的質量，包括元件好壞、結構設計的合理性、制造工藝水平、內外接線簡明，觸點多少等；

外在的：運行維護水平、調試是否正確、正確安裝。

85影響可靠性的因素：

內在的：裝置本身的質量，包括元件提高可靠性的措施：

①選用適當的保護原理，在可能條件下盡量簡化接線，減少元器件和觸點的數量；

②提高保護裝置所選用的器件質量和工藝水平，并有必要的抗干擾措施；

③提高保護裝置安裝和調試的質量，并加強維護和管理；

④采取保護裝置多重化。

86提高可靠性的措施：

①選用適當的保護原理，在可能條件五、四“性”的相互關系

以上四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎，也是貫穿全課程的一個基本線索。在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統一的一面。

相互統一，相互矛盾。87五、四“性”的相互關系87復雜綜合理論與實踐并重責任電力系統繼電保護工作的特點88復雜電力系統繼電保護工作的特點88主要內容1電力系統的運行狀態(tài)2繼電保護的基本原理、組成及分類3對電力系統繼電保護的基本要求4繼電保護發(fā)展簡史89主要內容1電力系統的運行狀態(tài)899090