1、電電 力力 系系 統統 繼繼 電電 保保 護護1第一章第一章 緒論緒論一、繼電保護的作用一、繼電保護的作用二、繼電保護的基本原理及其組成二、繼電保護的基本原理及其組成三、對繼電保護的基本要求三、對繼電保護的基本要求 四、繼電保護的發展簡史四、繼電保護的發展簡史五、繼電保護工作的特點五、繼電保護工作的特點2一、繼電保護的作用一、繼電保護的作用電力系統是發電、輸電、配電、用電組成的一個實電力系統是發電、輸電、配電、用電組成的一個實時的聯合系統。時的聯合系統。電力生產的特點：電力生產的特點：電能無法大容量存儲，電能的生電能無法大容量存儲，電能的生產與消耗幾乎是時刻保持平衡。產與消耗幾乎是時刻保持平衡

2、。電力系統一次設備：電力系統一次設備：發電機、變壓器、母線、輸電發電機、變壓器、母線、輸電 線路、電動機、電抗器、電容器等組成線路、電動機、電抗器、電容器等組成 的電能傳輸設備（屬于高壓設備）。的電能傳輸設備（屬于高壓設備）。電力系統二次設備：電力系統二次設備：對一次設備的運行狀態進行監對一次設備的運行狀態進行監 視、測量、控制與保護的設備（視、測量、控制與保護的設備（從從TATA、 TVTV獲得成正比的獲得成正比的“小信號小信號”）。）。31 電力系統工作狀態 正常工作狀態：正常工作狀態：電壓、電流、頻率、設備功率在允許范圍內，此時能承受負荷波動和操作類擾動。0GiLiSPPP0GiLiSQ

3、QQ.maxkkSS.min.maxiiiUUU.maxijijIIminmaxfff功率平衡方程式功率平衡方程式：不等式約束：不等式約束：有功平衡有功平衡無功平衡無功平衡在最大容量范圍內在最大容量范圍內在最大工作電流范圍內在最大工作電流范圍內在允許工作電壓范圍內在允許工作電壓范圍內在允許工作頻率范圍內在允許工作頻率范圍內正常工作狀態時以上等式和不等式都滿足。正常工作狀態時以上等式和不等式都滿足。4不正常運行工作狀態：不正常運行工作狀態：正常運行條件受到破壞，但還未發生故障。等約束條正常運行條件受到破壞，但還未發生故障。等約束條件滿足，部分不等約束條件不滿足。件滿足，部分不等約束條件不滿足。

4、負荷潮流越限致使電流升高（過負荷）；負荷潮流越限致使電流升高（過負荷）； 發電機突然甩負荷引起發電機頻率升高；發電機突然甩負荷引起發電機頻率升高； 系統出現有功功率缺額引起的頻率降低；系統出現有功功率缺額引起的頻率降低； 單相接地引起的非接地相電壓升高；單相接地引起的非接地相電壓升高； 電力系統發生振蕩；電力系統發生振蕩；不正常運行狀態產生的不正常運行狀態產生的后果后果：電力設備的電流過大會：電力設備的電流過大會使設備載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕使設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，可能發展成短路故障。緣的老化和損壞，可能發展成短路故障。 5不正常運行狀態的

5、對策：不正常運行狀態的對策：一旦電力系統設備發生不正常運行狀態，應該發出告一旦電力系統設備發生不正常運行狀態，應該發出告警信號、減負荷或跳閘。警信號、減負荷或跳閘。 6故障狀態：故障狀態：一次電氣設備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過一次電氣設備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設計制造缺陷等原因而發生電壓、誤操作、設計制造缺陷等原因而發生短路、斷短路、斷線線等故障。等故障。故障的原因：故障的原因：（1）自然因素的影響）自然因素的影響 大風的影響：風力過大，使空氣絕緣間隙變小。大風的影響：風力過大，使空氣絕緣間隙變小。 雨的影響：毛毛細雨將使臟污絕緣子閃絡、放電。雨的影響：毛毛細

6、雨將使臟污絕緣子閃絡、放電。 雷電影響雷電影響 大霧影響：大霧天氣，空氣濕度較大，絕緣子沿面閃絡放電。大霧影響：大霧天氣，空氣濕度較大，絕緣子沿面閃絡放電。 覆冰影響：線路上發生嚴重覆冰時，使導線發生斷線事故。覆冰影響：線路上發生嚴重覆冰時，使導線發生斷線事故。（2）人為、周圍環境及外物的影響）人為、周圍環境及外物的影響 78短路的危害：短路的危害：（1 1）短路電流大，燃弧，易使元件損壞；）短路電流大，燃弧，易使元件損壞；（2 2）電壓降低，破壞電力用戶正常的生產、生活；）電壓降低，破壞電力用戶正常的生產、生活；同時影響工廠產品的質量；同時影響工廠產品的質量；（3 3）破壞電力系統并列運行的

7、穩定性，引起系統）破壞電力系統并列運行的穩定性，引起系統振蕩，甚至系統崩潰。振蕩，甚至系統崩潰。9 各種類型的短路是最常見也是最危險的故障狀態。各種類型的短路是最常見也是最危險的故障狀態。 短路類型：短路類型：(3)(2)(1)(1,1),KKKK不對稱性短路對稱性短路(3)K(2)K(1)K(1,1)K 高壓電網中，高壓電網中，單相接地短路單相接地短路次數占總短路次次數占總短路次數的數的8585以上。以上。 有時，為了明確具體的故障相別，采用帶下有時，為了明確具體的故障相別，采用帶下標的符號：標的符號：(1)AK11故障的對策故障的對策：一旦故障發生，必須迅速而準確地切除故障設備，一旦故障發

8、生，必須迅速而準確地切除故障設備，保證電力系統的安全。切除故障的時間要求小到十分保證電力系統的安全。切除故障的時間要求小到十分之幾甚至百分之幾秒。之幾甚至百分之幾秒。 繼電保護裝置：繼電保護裝置：當某一設備發生故障時，當某一設備發生故障時，切除故障的時間通常要切除故障的時間通常要求小到幾十到幾百毫秒求小到幾十到幾百毫秒，這就，這就必須靠自動裝置來完必須靠自動裝置來完成切除故障的任務，實現這種功能的自動裝置就是成切除故障的任務，實現這種功能的自動裝置就是繼電保護裝置。繼電保護裝置。12繼電器：繼電器：繼電器是各種繼電保護裝置的基本組成元件。繼電器是各種繼電保護裝置的基本組成元件。當其輸入量達到一

9、定值時，能使其輸出的被當其輸入量達到一定值時，能使其輸出的被控制量發生預計的狀態變化，如：觸點的打控制量發生預計的狀態變化，如：觸點的打開和閉合。開和閉合。13對繼電器的基本要求是對繼電器的基本要求是工作可靠工作可靠（動作門（動作門檻值穩定，接點接觸良好），其動作過程具有檻值穩定，接點接觸良好），其動作過程具有良好的良好的“繼電特性繼電特性”。141rereopIKI1)“1)“繼電特性繼電特性”：繼電器的動作是繼電器的動作是明確的明確的，例如觸點只能，例如觸點只能處于閉合和斷開位置。無論起動和返回，繼電器不可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中間位置。能停留在某一個

10、中間位置。 垂直躍變。垂直躍變。（克服機械阻力，一旦被克服了，就形成躍（克服機械阻力，一旦被克服了，就形成躍變，不會緩變）變，不會緩變）返回系數：返回系數：觸點閉合觸點閉合觸點斷開觸點斷開2.繼電器的繼電特性繼電器的繼電特性15 欠量型繼電器欠量型繼電器（反應于測量量的減小而動作）（反應于測量量的減小而動作） 過量型繼電器過量型繼電器（反應于測量量的增大而動作）（反應于測量量的增大而動作） 繼電器的表示方法繼電器的表示方法: :常開接點常開接點常閉接點常閉接點示意圖示意圖接點符號接點符號名稱名稱“常?！辈粠щ姞顟B不帶電狀態不是不是“正常狀態正常狀態”常開觸點常開觸點 當繼電器輸入量未達到整定當

11、繼電器輸入量未達到整定值時，斷開的觸點稱為值時，斷開的觸點稱為常開觸點常開觸點。常開觸點，也稱動合觸點。常開觸點，也稱動合觸點。常閉觸點常閉觸點 當繼電器輸入量未達到整定當繼電器輸入量未達到整定值時，閉合的觸點稱為值時，閉合的觸點稱為常閉觸點常閉觸點。常閉觸點也稱動斷觸點。常閉觸點也稱動斷觸點。17繼電器型號含義：繼電器型號含義：181、時間繼電器、時間繼電器 作用是建立必要的延時，以保證保護動作的選擇性和某種邏作用是建立必要的延時，以保證保護動作的選擇性和某種邏輯關系。輯關系。 延時動作。線圈通電后主觸點經過一段延時后閉合。延時動作。線圈通電后主觸點經過一段延時后閉合。 瞬時返回。對正在動作

12、的繼電器，一旦線圈所加電壓消瞬時返回。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。失，則迅速返回原始狀態。幾種常見的繼電器幾種常見的繼電器1920212、電磁型電流繼電器、電磁型電流繼電器222、電磁型電流繼電器、電磁型電流繼電器線圈通過電流時，產生線圈通過電流時，產生電磁力，力矩表示為電磁力，力矩表示為22122reIMKK 當轉矩大于反作用力當轉矩大于反作用力矩和摩擦力矩時，常矩和摩擦力矩時，常閉觸點閉合。閉觸點閉合。232425動作電流調整方法：動作電流調整方法：1)改變線圈的連接方式改變線圈的連接方式 2)通過調整把手改變彈簧的通過調整把手改變彈簧的反作用力矩反作用

13、力矩 3）改變舌片初始位置）改變舌片初始位置263、信號繼電器、信號繼電器作用：保護裝置動作的作用：保護裝置動作的信號指示信號指示，接通聲，接通聲光信號回路。光信號回路。274、中間繼電器、中間繼電器特點：觸點容量大，觸點數量多，可直接接特點：觸點容量大，觸點數量多，可直接接通跳閘回路?？蓪崿F小延時。通跳閘回路。可實現小延時。2829302、電力系統繼電保護的作用電力系統繼電保護的作用 繼電保護裝置（繼電保護裝置（Relay protectionRelay protection）：能夠反應電力系統中）：能夠反應電力系統中電氣元件發生的故障或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘電氣元件發生的故障或

14、不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置?；虬l出信號的一種自動裝置。313、繼電保護裝置的基本任務、繼電保護裝置的基本任務 1)1)自動、迅速、有選擇地向斷路器發出跳閘命令，將故障元件自動、迅速、有選擇地向斷路器發出跳閘命令，將故障元件從電力系統中切除，保證其他無故障部分迅速地恢復正常運行。從電力系統中切除，保證其他無故障部分迅速地恢復正常運行。 即內部故障時發出跳閘命令。即內部故障時發出跳閘命令。2) 2) 反應電氣元件的不正常運行狀態，根據運行維護的具體條反應電氣元件的不正常運行狀態，根據運行維護的具體條件（例如有無經常值班人員）和設備的承受能力，發出警報信件（例如有無經

15、常值班人員）和設備的承受能力，發出警報信號、減負荷或延時跳閘。號、減負荷或延時跳閘。 即不正常工作時發出報警信號。即不正常工作時發出報警信號。32二、繼電保護的二、繼電保護的基本原理及其組成基本原理及其組成 為完成繼電保護的基本任務，為完成繼電保護的基本任務，必須正確區分必須正確區分正常運正常運行、不正常運行和故障狀態，行、不正常運行和故障狀態，尋找這三種運行狀態下尋找這三種運行狀態下的可測參量（電氣量和非電氣量）的的可測參量（電氣量和非電氣量）的“差異差異”。 根據可測參量（電氣量）的不同差異，可以構成不根據可測參量（電氣量）的不同差異，可以構成不同原理的繼電保護。同原理的繼電保護。 33

16、正常運行正常運行 線路流過負荷電流母線電壓額定電壓附近 感受阻抗（電壓與電流比） 短路故障短路故障線路流過短路電流母線電壓降低感受阻抗NN(5 10)%UUNmmmUUZZIIIdIdUmdmdmdUUZZIIIop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top134 另外，還可以利用不對稱短路時，出現零序、另外，還可以利用不對稱短路時，出現零序、負序分量，可構成序分量的保護。負序分量，可構成序分量的保護。歸納：歸納： 電流增大電流增大 過電流保護過電流保護 電壓降低電壓降低 低電壓保護低電壓保護 阻抗減小阻抗減小 阻抗（距離）保護阻抗（距離）保護 兩側電流大小和相

17、位的差別兩側電流大小和相位的差別 縱聯差動保護（高頻、微波、光纖）縱聯差動保護（高頻、微波、光纖） 不對稱分量出現不對稱分量出現 零序或負序分量保護零序或負序分量保護 非電氣量：非電氣量： 瓦斯保護、過熱保護等瓦斯保護、過熱保護等35繼電保護裝置的構成繼電保護裝置的構成測量部分：測量部分：測量有關物理參量測量有關物理參量, ,與整定值比較與整定值比較, ,給出給出 “ “是是”、 “ “非非”、“大于大于”、“不大于不大于”、“等于等于”、 “0”0”、“1”1” 性質的一組邏輯信號性質的一組邏輯信號, ,判斷保護是否應該啟動。判斷保護是否應該啟動。邏輯部分：邏輯部分：根據測量部分輸出信號的大

18、小、性質、先后根據測量部分輸出信號的大小、性質、先后 順序等，使保護按一定的邏輯關系判定故障類順序等，使保護按一定的邏輯關系判定故障類 型和范圍，確定是否應該使斷路器跳閘或發出型和范圍，確定是否應該使斷路器跳閘或發出 告警信號，并將有關指令傳達給執行部分。告警信號，并將有關指令傳達給執行部分。執行部分：執行部分：根據邏輯部分的輸出結果，發出跳閘脈沖及相根據邏輯部分的輸出結果，發出跳閘脈沖及相 應動作信息，或發出告警信號。應動作信息，或發出告警信號。36 繼電保護的工作回路示意圖繼電保護的工作回路示意圖： 包括包括 TV 、 TA、二次電纜、保護裝置、信號設、二次電纜、保護裝置、信號設備、工作電

19、源等。備、工作電源等。 斷路器斷路器 電流互感器電流互感器電流繼電器電流繼電器中間繼電器中間繼電器信號繼電器信號繼電器時間繼電器時間繼電器37繼電保護的工作配合（預設責任范圍，不能遺漏）繼電保護的工作配合（預設責任范圍，不能遺漏）每套保護都有預先劃分的保護范圍，保護范圍每套保護都有預先劃分的保護范圍，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劃分的基本原則是任一個元件的故障都能可靠地被切除，并且保證停電范圍最小。保護范圍相互重疊，切除，并且保證停電范圍最小。保護范圍相互重疊，保證任意點的故障都置于保護區內。保證任意點的故障都置于保護區內。38 每一電氣元件一般都有裝設：主保護、主保護

20、、后備保護后備保護，必要時增加輔助保護輔助保護。Iop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top1主保護主保護：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。繼電保護的配備：繼電保護的配備：39 后備保護后備保護：當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。Iop1IklIop2Iop1lop1lop2tltop1top2top2top1近后備近后備：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。40輔助保護輔助保護：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

21、運行而增設的簡單保護。 。例如：切除主保護死區內的故障保護，或在某些設備上加速主保護工作的保護。 41三、對繼電保護的基本要求三、對繼電保護的基本要求1 1、選擇性、選擇性2 2、速動性、速動性3 3、靈敏性、靈敏性4 4、可靠性、可靠性簡稱為：簡稱為：繼電保護繼電保護“四性要求四性要求”421、選擇性、選擇性 保護裝置動作時，保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除僅將故障元件從電力系統中切除，使，使停電范圍盡可能小，并保證系統中非故障部分繼續安全運行。停電范圍盡可能小，并保證系統中非故障部分繼續安全運行。近后備舉例：近后備舉例：K3點故障，保護點故障，保護6由于設計原理缺陷或裝置損由于

22、設計原理缺陷或裝置損壞拒動，可由安裝在此處的另一種保護元件動作切除故障。壞拒動，可由安裝在此處的另一種保護元件動作切除故障。432、速動性、速動性 要求要求繼電保護裝置繼電保護裝置要以盡可能短的時限將故障切除。要以盡可能短的時限將故障切除。 優點優點: : (1)(1)減少用電設備的損壞程度；減少用電設備的損壞程度； (2)(2)加快非故障部分的恢復供電；加快非故障部分的恢復供電； (3)(3)提高系統并列運行系統提高系統并列運行系統( (電網電網) )的穩定性的穩定性 。 必須快速切除的故障情況：必須快速切除的故障情況： 1 1） 發電廠或變電站母線故障；發電廠或變電站母線故障； 2 2）

23、大容量發電機、變壓器和電動機內部故障；大容量發電機、變壓器和電動機內部故障； 3 3） 電網并列運行的重要聯絡線發生的故障；電網并列運行的重要聯絡線發生的故障； 故障切除時間保護裝置動作時間斷路器動作時間故障切除時間保護裝置動作時間斷路器動作時間 0.060.060.12s(0.12s(電磁電磁)/ 0.06)/ 0.060.15s0.15s對于高電壓等級對于高電壓等級 0.010.010.04s(0.04s(微機微機)/ 0.02)/ 0.020.06s0.06s220kV220kV及以上系統，要求：動作時間及以上系統，要求：動作時間3030毫秒。毫秒。443 3、靈敏性、靈敏性 靈敏性指對

24、于其保護范圍內發生故障或不正常運靈敏性指對于其保護范圍內發生故障或不正常運行狀態的反應能力。行狀態的反應能力。 任意運行方式下，被保護設備范圍內發生故障，任意運行方式下，被保護設備范圍內發生故障，不論故障點的位置、類型、是否有過渡電阻，都能不論故障點的位置、類型、是否有過渡電阻，都能敏銳感覺、正確動作。敏銳感覺、正確動作。 靈敏性通常用靈敏性通常用靈敏系數靈敏系數或或靈敏度靈敏度來衡量。來衡量。45靈敏系數靈敏系數/ /靈敏度靈敏度常見不利運行方式和不利故障類型下通入裝置的故常見不利運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。障量和整定動作值之比。反應數值上升的保護：反應數值上升

25、的保護：( (如過電流保護）如過電流保護）反應數值下降的保護反應數值下降的保護：（如低壓保護）：（如低壓保護）dmindz=lmIKI保護區內金屬短路時故障參數的最小計算值保護動作值dzdmax=lmUKU保護動作值保護區內金屬短路時故障參數的最大計算值464 4、可靠性、可靠性 指保護裝置在其規定的保護范圍內發生故障，應指保護裝置在其規定的保護范圍內發生故障，應能夠可靠動作，不拒動；而在保護范圍之外的故障，能夠可靠動作，不拒動；而在保護范圍之外的故障，應能夠可靠的不動作，不誤動。應能夠可靠的不動作，不誤動。 包括兩個方面：包括兩個方面： （1 1）不拒動，可信賴性）不拒動，可信賴性 （2 2

26、）不誤動，安全性）不誤動，安全性影響可靠性的因素：影響可靠性的因素：1 1）內在：）內在：裝置本身的質量，包括元件好壞、結構裝置本身的質量，包括元件好壞、結構 設計的合理性、制造工藝水平、接線回設計的合理性、制造工藝水平、接線回 路簡明等。路簡明等。2 2）外在：）外在：運行維護水平、調試是否正確、正確安運行維護水平、調試是否正確、正確安 裝等。裝等。47“四性四性”歸納：歸納：1 1、選擇性、選擇性讓最靠近短路點的斷路器跳閘。讓最靠近短路點的斷路器跳閘。2 2、速動性、速動性盡量快。盡量快。3 3、靈敏性、靈敏性有足夠的故障反應能力。有足夠的故障反應能力。4 4、可靠性、可靠性不誤動、不拒動

27、。不誤動、不拒動。評價繼電保護性能的主要指標：評價繼電保護性能的主要指標： 該指標除了不反映速動性之外，在很大程度上該指標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。反映了可靠性、靈敏性、選擇性。48四個特性之間的關系：四個特性之間的關系：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性是分析、研究、選擇性、速動性、靈敏性、可靠性是分析、研究、評價繼電保護性能的基礎，它們之間既有矛盾的一面評價繼電保護性能的基礎，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一對矛盾體），又要根據系統的實際運行情況、被保），又要根據系統的實際運行情況、被保護元件的作用，使以上四個基本要求在所配置的保護護元件的作用，使以上四個基本要求在所配置的保護中得到辨證的統一。中得到辨證的統一。必須保證可靠性和選擇性，強調靈敏性，必須保證可靠性和選擇性，強調靈敏性，力爭速動性。力爭速動性。49四、繼電保護的發展簡史四、繼電保護的發展簡史 1、硬件發展、硬件發展晶體管型晶體管型