繼電保護(hù)第一章

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)1第一章緒論一、繼電保護(hù)的作用二、繼電保護(hù)的基本原理及其組成三、對繼電保護(hù)的基本要求四、繼電保護(hù)的發(fā)展簡史五、繼電保護(hù)工作的特點(diǎn)2一、繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)是發(fā)電、輸電、配電、用電組成的一個(gè)實(shí)時(shí)的聯(lián)合系統(tǒng)。電力生產(chǎn)的特點(diǎn)：電能無法大容量存儲，電能的生產(chǎn)與消耗幾乎是時(shí)刻保持平衡。電力系統(tǒng)一次設(shè)備：發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸電線路、電動機(jī)、電抗器、電容器等組成的電能傳輸設(shè)備（屬于高壓設(shè)備）。電力系統(tǒng)二次設(shè)備：對一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制與保護(hù)的設(shè)備（從TA、

TV獲得成正比的“小信號”）。31電力系統(tǒng)工作狀態(tài)

正常工作狀態(tài)：電壓、電流、頻率、設(shè)備功率在允許范圍內(nèi)，此時(shí)能承受負(fù)荷波動和操作類擾動。功率平衡方程式：不等式約束：有功平衡無功平衡在最大容量范圍內(nèi)在最大工作電流范圍內(nèi)在允許工作電壓范圍內(nèi)在允許工作頻率范圍內(nèi)正常工作狀態(tài)時(shí)以上等式和不等式都滿足。4不正常運(yùn)行工作狀態(tài)：正常運(yùn)行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。等約束條件滿足，部分不等約束條件不滿足。

①負(fù)荷潮流越限致使電流升高（過負(fù)荷）；

②發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起發(fā)電機(jī)頻率升高；

③系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額引起的頻率降低；

④單相接地引起的非接地相電壓升高；

⑤電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩；不正常運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的后果：電力設(shè)備的電流過大會使設(shè)備載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，可能發(fā)展成短路故障。

5不正常運(yùn)行狀態(tài)的對策：一旦電力系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)該發(fā)出告警信號、減負(fù)荷或跳閘。

6故障狀態(tài)：一次電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計(jì)制造缺陷等原因而發(fā)生短路、斷線等故障。故障的原因：（1）自然因素的影響

①大風(fēng)的影響：風(fēng)力過大，使空氣絕緣間隙變小。

②雨的影響：毛毛細(xì)雨將使臟污絕緣子閃絡(luò)、放電。

③雷電影響

④大霧影響：大霧天氣，空氣濕度較大，絕緣子沿面閃絡(luò)放電。

⑤覆冰影響：線路上發(fā)生嚴(yán)重覆冰時(shí)，使導(dǎo)線發(fā)生斷線事故。（2）人為、周圍環(huán)境及外物的影響78短路的危害：（1）短路電流大，燃弧，易使元件損壞；（2）電壓降低，破壞電力用戶正常的生產(chǎn)、生活；同時(shí)影響工廠產(chǎn)品的質(zhì)量；（3）破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至系統(tǒng)崩潰。9

各種類型的短路是最常見也是最危險(xiǎn)的故障狀態(tài)。

短路類型：不對稱性短路對稱性短路

高壓電網(wǎng)中，單相接地短路次數(shù)占總短路次數(shù)的85％以上。有時(shí)，為了明確具體的故障相別，采用帶下標(biāo)的符號：11故障的對策：一旦故障發(fā)生，必須迅速而準(zhǔn)確地切除故障設(shè)備，保證電力系統(tǒng)的安全。切除故障的時(shí)間要求小到十分之幾甚至百分之幾秒。繼電保護(hù)裝置：當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，切除故障的時(shí)間通常要求小到幾十到幾百毫秒，這就必須靠自動裝置來完成切除故障的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)這種功能的自動裝置就是繼電保護(hù)裝置。12繼電器：繼電器是各種繼電保護(hù)裝置的基本組成元件。當(dāng)其輸入量達(dá)到一定值時(shí)，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計(jì)的狀態(tài)變化，如：觸點(diǎn)的打開和閉合。13對繼電器的基本要求是工作可靠（動作門檻值穩(wěn)定，接點(diǎn)接觸良好），其動作過程具有良好的“繼電特性”。

啟動繼電器量度繼電器時(shí)間繼電器中間繼電器信號繼電器出口繼電器按照繼電器在保護(hù)回路中所起的作用分為：141)“繼電特性”：繼電器的動作是明確的，例如觸點(diǎn)只能處于閉合和斷開位置。無論起動和返回，繼電器不可能停留在某一個(gè)中間位置。

垂直躍變。（克服機(jī)械阻力，一旦被克服了，就形成躍變，不會緩變）返回系數(shù)：觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)斷開2.繼電器的繼電特性15

欠量型繼電器（反應(yīng)于測量量的減小而動作）過量型繼電器（反應(yīng)于測量量的增大而動作）

繼電器的表示方法:常開接點(diǎn)常閉接點(diǎn)示意圖接點(diǎn)符號名稱“常”——不帶電狀態(tài)不是“正常狀態(tài)”常開觸點(diǎn)

當(dāng)繼電器輸入量未達(dá)到整定值時(shí)，斷開的觸點(diǎn)稱為常開觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)，也稱動合觸點(diǎn)。常閉觸點(diǎn)

當(dāng)繼電器輸入量未達(dá)到整定值時(shí)，閉合的觸點(diǎn)稱為常閉觸點(diǎn)。常閉觸點(diǎn)也稱動斷觸點(diǎn)。17繼電器型號含義：

第一個(gè)字母第二、三個(gè)字母

D——電磁型

L——整流型

B——半導(dǎo)體型

J——極化型或晶體管型L——電流繼電器

Z——阻抗繼電器Y——電壓繼電器

FY——負(fù)序電壓繼電器G——功率方向繼電器

CD——差動繼電器X——信號繼電器

ZB——中間繼電器181、時(shí)間繼電器

作用是建立必要的延時(shí)，以保證保護(hù)動作的選擇性和某種邏輯關(guān)系。

①延時(shí)動作。線圈通電后主觸點(diǎn)經(jīng)過一段延時(shí)后閉合。

②瞬時(shí)返回。對正在動作的繼電器，一旦線圈所加電壓消失，則迅速返回原始狀態(tài)。幾種常見的繼電器1920212、電磁型電流繼電器222、電磁型電流繼電器線圈通過電流時(shí)，產(chǎn)生電磁力，力矩表示為當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于反作用力矩和摩擦力矩時(shí)，常閉觸點(diǎn)閉合。232425動作電流調(diào)整方法：1)改變線圈的連接方式

2)通過調(diào)整把手改變彈簧的反作用力矩3）改變舌片初始位置263、信號繼電器作用：保護(hù)裝置動作的信號指示，接通聲光信號回路。274、中間繼電器特點(diǎn)：觸點(diǎn)容量大，觸點(diǎn)數(shù)量多，可直接接通跳閘回路?？蓪?shí)現(xiàn)小延時(shí)。2829302、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用

繼電保護(hù)裝置（Relayprotection）：能夠反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或不正常運(yùn)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。313、繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)

1)自動、迅速、有選擇地向斷路器發(fā)出跳閘命令，將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證其他無故障部分迅速地恢復(fù)正常運(yùn)行。

即內(nèi)部故障時(shí)發(fā)出跳閘命令。2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的具體條件（例如有無經(jīng)常值班人員）和設(shè)備的承受能力，發(fā)出警報(bào)信號、減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。

即不正常工作時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。32二、繼電保護(hù)的基本原理及其組成

為完成繼電保護(hù)的基本任務(wù)，必須正確區(qū)分正常運(yùn)行、不正常運(yùn)行和故障狀態(tài)，尋找這三種運(yùn)行狀態(tài)下的可測參量（電氣量和非電氣量）的“差異”。根據(jù)可測參量（電氣量）的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。

33

正常運(yùn)行線路流過負(fù)荷電流母線電壓額定電壓附近

感受阻抗（電壓與電流比）

短路故障線路流過短路電流母線電壓降低感受阻抗34

另外，還可以利用不對稱短路時(shí)，出現(xiàn)零序、負(fù)序分量，可構(gòu)成序分量的保護(hù)。歸納：電流增大

－過電流保護(hù)電壓降低

－低電壓保護(hù)阻抗減小

－阻抗（距離）保護(hù)兩側(cè)電流大小和相位的差別

－縱聯(lián)差動保護(hù)（高頻、微波、光纖）不對稱分量出現(xiàn)

－零序或負(fù)序分量保護(hù)非電氣量：

－瓦斯保護(hù)、過熱保護(hù)等35繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成測量部分：測量有關(guān)物理參量,與整定值比較,給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、“等于”、“0”、“1”

性質(zhì)的一組邏輯信號,判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動。邏輯部分：根據(jù)測量部分輸出信號的大小、性質(zhì)、先后順序等，使保護(hù)按一定的邏輯關(guān)系判定故障類型和范圍，確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出告警信號，并將有關(guān)指令傳達(dá)給執(zhí)行部分。執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分的輸出結(jié)果，發(fā)出跳閘脈沖及相應(yīng)動作信息，或發(fā)出告警信號。36

繼電保護(hù)的工作回路示意圖：

包括TV、TA、二次電纜、保護(hù)裝置、信號設(shè)備、工作電源等。

斷路器

電流互感器電流繼電器中間繼電器信號繼電器時(shí)間繼電器37繼電保護(hù)的工作配合（預(yù)設(shè)責(zé)任范圍，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)。38

每一電氣元件一般都有裝設(shè)：主保護(hù)、后備保護(hù)，必要時(shí)增加輔助保護(hù)。主保護(hù)：反應(yīng)整個(gè)被保護(hù)對象的故障并以最短的時(shí)延有選擇地切除故障的保護(hù)。繼電保護(hù)的配備：39

后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動時(shí)，用來切除故障的保護(hù)。近后備：主保護(hù)或斷路器拒動時(shí)，由本保護(hù)對象的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。遠(yuǎn)后備：主保護(hù)或斷路器拒動時(shí)，由相鄰元件或線路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。40輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡單保護(hù)。。例如：切除主保護(hù)死區(qū)內(nèi)的故障保護(hù)，或在某些設(shè)備上加速主保護(hù)工作的保護(hù)。

41三、對繼電保護(hù)的基本要求1、選擇性2、速動性3、靈敏性4、可靠性簡稱為：繼電保護(hù)“四性要求”421、選擇性

保護(hù)裝置動作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡可能小，并保證系統(tǒng)中非故障部分繼續(xù)安全運(yùn)行。近后備舉例：K3點(diǎn)故障，保護(hù)6由于設(shè)計(jì)原理缺陷或裝置損壞拒動，可由安裝在此處的另一種保護(hù)元件動作切除故障。432、速動性

要求繼電保護(hù)裝置要以盡可能短的時(shí)限將故障切除。

優(yōu)點(diǎn):(1)減少用電設(shè)備的損壞程度；

(2)加快非故障部分的恢復(fù)供電；

(3)提高系統(tǒng)并列運(yùn)行系統(tǒng)(電網(wǎng))的穩(wěn)定性。

必須快速切除的故障情況：

1）發(fā)電廠或變電站母線故障；

2）大容量發(fā)電機(jī)、變壓器和電動機(jī)內(nèi)部故障；

3）電網(wǎng)并列運(yùn)行的重要聯(lián)絡(luò)線發(fā)生的故障；

故障切除時(shí)間＝保護(hù)裝置動作時(shí)間＋斷路器動作時(shí)間

0.06～0.12s(電磁)/0.06～0.15s對于高電壓等級0.01～0.04s(微機(jī))/0.02～0.06s220kV及以上系統(tǒng)，要求：動作時(shí)間≤30毫秒。443、靈敏性

靈敏性指對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。任意運(yùn)行方式下，被保護(hù)設(shè)備范圍內(nèi)發(fā)生故障，不論故障點(diǎn)的位置、類型、是否有過渡電阻，都能敏銳感覺、正確動作。

靈敏性通常用靈敏系數(shù)或靈敏度來衡量。45靈敏系數(shù)/靈敏度常見不利運(yùn)行方式和不利故障類型下通入裝置的故障量和整定動作值之比。反應(yīng)數(shù)值上升的保護(hù)：(如過電流保護(hù)）反應(yīng)數(shù)值下降的保護(hù)：（如低壓保護(hù)）464、可靠性

指保護(hù)裝置在其規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，應(yīng)能夠可靠動作，不拒動；而在保護(hù)范圍之外的故障，應(yīng)能夠可靠的不動作，不誤動。包括兩個(gè)方面：（1）不拒動，可信賴性（2）不誤動，安全性影響可靠性的因素：1）內(nèi)在：裝置本身的質(zhì)量，包括元件好壞、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、制造工藝水平、接線回路簡明等。2）外在：運(yùn)行維護(hù)水平、調(diào)試是否正確、正確安裝等。47“四性”歸納：1、選擇性——讓最靠近短路點(diǎn)的斷路器跳閘。2、速動性——盡量快。3、靈敏性——有足夠的故障反應(yīng)能力。4、可靠性——不誤動、不拒動。評價(jià)繼電保護(hù)性能的主要指標(biāo)：

該指標(biāo)除了不反映速動性之外，在很大程度上反映了可靠性、靈敏性、選擇性。48四個(gè)特性之間的關(guān)系：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性是分析、研究、評價(jià)繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，它們之間既有矛盾的一面（選擇性與速動性是一對矛盾體；靈敏性與可靠性是一對矛盾體），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。必須保證可靠性和選擇性，強(qiáng)調(diào)靈敏性，力爭速動性。49四、繼電保護(hù)的發(fā)展簡史

1、硬件發(fā)展晶體管型電磁型感應(yīng)型電動型集成電路型