電力系統(tǒng)繼電保護總復(fù)習(xí)

電力系統(tǒng)繼電保護總復(fù)習(xí)第一頁，共87頁。一、繼電保護的作用

自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。(故障)反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件（例如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。（不正常運行）第一章緒論第二頁，共87頁。二、繼電保護裝置的構(gòu)成測量比較元件邏輯判斷元件執(zhí)行輸出元件相應(yīng)輸入量跳閘或信號測量從被保護對象輸入的有關(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，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。

根據(jù)測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，使保護裝置按一定的布爾邏輯及時序邏輯工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。常用邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。

根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如：故障時,動作于跳閘并發(fā)出信號；不正常運行時,發(fā)出信號；正常運行時,不動作等。

第三頁，共87頁。三、繼電保護基本要求

對動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求：

選擇性、速動性、靈敏性、可靠性，

即保護的“四性”。

第四頁，共87頁。故障切除時間tpr-保護動作時間tQF-斷路器動作時間最快快速保護：斷路器：最快第五頁，共87頁。四、繼電保護的分類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、母線保護等

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

第六頁，共87頁。按保護所反應(yīng)故障類型分類

相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、失步保護、失磁保護等按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術(shù)分類

機電型保護（如電磁型保護和感應(yīng)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第七頁，共87頁。按繼電保護測量值與整定值的關(guān)系分類過量保護（測量值≥整定值時動作）欠量保護（測量值≤整定值時動作）第八頁，共87頁。主保護：反映被保護元件本身的故障，并以盡可能短的時限切除故障的保護。按保護所起的作用分類主保護、后備保護、輔助保護等第九頁，共87頁。按保護所起的作用分類主保護、后備保護、輔助保護等后備保護：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。第十頁，共87頁。按保護所起的作用分類主保護、后備保護、輔助保護等近后備保護：在本元件處裝設(shè)兩套保護，當(dāng)主保護拒動時，由本元件的另一套保護動作。遠后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。第十一頁，共87頁。按保護所起的作用分類主保護、后備保護、輔助保護等輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當(dāng)主保護和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護第十二頁，共87頁。電力系統(tǒng)的運行方式最大運行方式對于繼電保護而言，在相同地點發(fā)生同類型短路時流過保護安裝處的電流最大，稱為系統(tǒng)最大運行方式。對應(yīng)的系統(tǒng)等效阻抗最小，對于繼電保護而言，在相同地點發(fā)生同類型短路時流過保護安裝處的電流最小，稱為系統(tǒng)最小運行方式。對應(yīng)的系統(tǒng)等效阻抗最大，最小運行方式第二章電網(wǎng)的電流保護第十三頁，共87頁。短路電流計算最大短路電流最小短路電流短路電流計算公式第十四頁，共87頁。電網(wǎng)的電流保護電流速斷保護（電流Ⅰ段保護）限時電流速斷保護（電流Ⅱ段保護）定時限過電流保護（電流Ⅲ段保護）主保護后備保護第十五頁，共87頁。啟動電流的整定計算(電流I段)最小短路電流曲線最大短路電流曲線1ABC按躲開下一條線路出口處短路的條件整定第十六頁，共87頁。保護范圍的校驗1ABC最小短路電流曲線最大短路電流曲線最小的保護范圍：在各種運行方式下發(fā)生各種短路短路保護都能動作切除故障的短路點位置的最小范圍。第十七頁，共87頁。最大短路電流曲線

限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）

Timedelayinstantaneousovercurrentprotection1工作原理?=答案:實際中不可行第十八頁，共87頁。滿足：引入可靠系數(shù)來滿足上面的不等式其中2整定原則1）動作電流的整定躲過下一條線路電流速斷保護的整定值來整定第十九頁，共87頁。2）靈敏度校驗為了能保護本線路全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，有足夠的反應(yīng)能力。第二十頁，共87頁。

限時電流速斷保護的時限特性第二十一頁，共87頁。

定時限過電流保護（電流Ⅲ段）Kre為返回系數(shù)Kss為自啟動系數(shù)第二十二頁，共87頁。Lt定時限過電流保護的時限特性第二十三頁，共87頁。

靈敏度校驗對于保護4，其靈敏系數(shù)：近后備:遠后備:第二十四頁，共87頁。雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護

問題的提出LⅠk結(jié)論：k1點相間短路時，電流保護1、5的Ⅰ段會誤動；

k2點相間短路時，電流保護6的Ⅰ段可能誤動ⅠⅡ第二十五頁，共87頁。分析一下可能誤動的保護具有的共同特征方向性電流保護=電流保護+方向元件利用了電流幅值的差異利用了功率方向的差異規(guī)定正方向為母線指向線路，可能誤動的保護上流過的電流(功率)方向均與正方向相反第二十六頁，共87頁。方向性電流保護的基本原理兩組保護之間不需要有配合關(guān)系方向性電流保護的特點：將電流保護加裝一個可以判別短路功率流動方向的元件只當(dāng)功率方向為正方向時才動作保證在反方向故障時把保護閉鎖使其不致誤動作第二十七頁，共87頁。

距離保護的基本概念

距離保護是反應(yīng)保護安裝處至短路點之間的距離，并根據(jù)短路點至保護安裝處的距離確定動作時限的一種保護。第三章電網(wǎng)距離保護第二十八頁，共87頁。整定距離Lset：與距離保護的范圍相對應(yīng)的距離。1)故障發(fā)生在保護區(qū)正方向，設(shè)法測出故障點至保護安裝處的距離Lk，并與Lset比較：

Lk<Lset：保護范圍內(nèi)故障，保護動作（k1）

Lk>Lset：保護范圍外故障，保護不動作（k2）2)故障發(fā)生在保護區(qū)反方向，直接判區(qū)外故障不動作（k3）第二十九頁，共87頁。1)正常運行時：Um：近似為額定電壓Im：為負荷電流Zm：為負荷阻抗，量值較大，其阻抗角為數(shù)值較小的功率因數(shù)角，阻抗性質(zhì)以電阻性為主。（ZL）

測量阻抗及其與故障距離的關(guān)系測量阻抗：保護安裝處測量電壓Um和測量電流Im的比值第三十頁，共87頁。

故障類型判別和故障選相第三十一頁，共87頁。零序分量有無負序分量K(1)K(1,1)有：K(2)無：K(3)第三十二頁，共87頁。

距離保護的時限特性距離保護的動作時間t與保護安裝處到故障點之間的距離的關(guān)系稱為距離保護的時限特性，目前獲得廣泛應(yīng)用的是階梯型時限特性，稱為距離保護的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。由三段構(gòu)成Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段主保護后備保護第三十三頁，共87頁。距離Ⅰ段：（1）保護本線路全長的80～85％；（2）瞬時動作，即動作時限為0s。距離Ⅱ段：（1）保護本線路全長，但不超過下一條線路距離Ⅰ段的保護范圍；（2）延時t動作，一般動作時限為0.5s。距離Ⅲ段：（1）保護本線路全長，下一級線路全長，甚至更遠；（2）延時動作，一般動作時限為：第三十四頁，共87頁。I段：保護區(qū)不能伸出本線路，即測量阻抗小于本線路阻抗時動作?？煽肯禂?shù)，0.8～0.9第三十五頁，共87頁。II段保護區(qū)不能伸出相鄰線路I段保護區(qū)，即測量阻抗小于本線路阻抗與相鄰線路I段動作阻抗之和?？垦訒r保證選擇性可靠系數(shù)，0.8第三十六頁，共87頁。III段:

在系統(tǒng)正常時不啟動，故障時啟動，即測量阻抗小于最小的負荷阻抗時保護動作。依靠時間的階梯性來保證選擇性第三十七頁，共87頁。I段：保護區(qū)為本線路全長的80%-85%瞬時動作于本線路出口斷路器；II段：保護區(qū)為本線路全長，t=0.5s動作于本線路出口斷路器；III段：躲最小負荷阻抗，階梯時限特性，延時動作于本線路出口斷路器I、II段為主保護，III段為后備保護。第三十八頁，共87頁。阻抗繼電器的主要作用：直接或間接測量短路點到保護安裝地點之間的阻抗，并與整定阻抗值進行比較，以確定保護是否應(yīng)該動作，又稱距離繼電器。第三十九頁，共87頁。距離保護的實質(zhì)是用測量阻抗與被保護線路的整定阻抗比較。當(dāng)短路點在保護范圍以外時，即時，繼電器不動作；當(dāng)短路點在保護范圍以內(nèi)時，即時，繼電器動作。距離保護又稱為低阻抗保護.Zk1234kZk第四十頁，共87頁。阻抗繼電器動作區(qū)域的概念前面分析，保護范圍內(nèi)故障時，Zm<Zset，阻抗繼電器動作；實際上，由于互感器誤差、故障點過渡電阻等原因，Zm一般并不會嚴(yán)格地落在與Zset同向的直線上，而是落在該直線附近的一個區(qū)域中。為保證區(qū)內(nèi)故障時繼電器能可靠動作，其動作范圍應(yīng)該是一個包括Zset的對應(yīng)線段在內(nèi)的一個區(qū)域。第四十一頁，共87頁。

圓特性：方向圓特性

全阻抗圓特性偏移圓特性常見動作特性：第四十二頁，共87頁。1、全阻抗繼電器RjXABC全阻抗繼電器的特點：（2）為常數(shù)與無關(guān)（1）沒有死區(qū)（3）沒有方向性第四十三頁，共87頁。方向阻抗繼電器的特點：（1）有死區(qū)（3）有明確的方向性（2）隨變化而不同RjXABC第四十四頁，共87頁。偏移特性阻抗繼電器的特點：（1）沒有死區(qū)（3）有不明確方向性（2）隨變化而不同ARjXBC第四十五頁，共87頁。一、距離保護的整定計算1.距離保護I段：

按躲過線路末端短路整定其中第四十六頁，共87頁。一、距離保護的整定計算2.距離保護II段：

其中(1)定值計算：

①與相鄰線路的距離I段配合第四十七頁，共87頁。一、距離保護的整定計算2.距離保護II段：

其中k①與相鄰線路的距離I段配合第四十八頁，共87頁。一、距離保護的整定計算2.距離保護II段：

其中(1)定值計算：

②按躲過線路末端變電所變壓器低壓母線短路整定取上述兩項中數(shù)值小者作為保護的定值。

第四十九頁，共87頁。一、距離保護的整定計算2.距離保護II段：

(2)動作時間：

第五十頁，共87頁。一、距離保護的整定計算2.距離保護II段：

(2)靈敏度校驗：

若靈敏度不滿足要求，則與相鄰線路距離保護II段配合。故障點選取本線路末端第五十一頁，共87頁。①與相鄰下級線路距離保護II段或III段配合②與相鄰下級變壓器的電流、電壓保護配合

（1）定值計算變壓器的電流、電壓保護的最小保護范圍。3.距離保護III段：

一、距離保護的整定計算第五十二頁，共87頁。3.距離保護III段：

③按躲過最小負荷阻抗整定?？紤]外部故障切除后，電動機自啟動時，應(yīng)可靠返回。最小負荷阻抗：返回阻抗：動作阻抗：第五十三頁，共87頁。一、距離保護的整定計算3.距離保護III段：

(1)定值計算：

其中

③按躲過最小負荷阻抗整定?？紤]外部故障切除后，電動機自啟動時，應(yīng)可靠返回。第五十四頁，共87頁。對全阻抗繼電器對方向阻抗繼電器一、距離保護的整定計算3.距離保護III段：

(1)定值計算：

按躲過最小負荷阻抗整定

第五十五頁，共87頁。對全阻抗繼電器對方向阻抗繼電器一、距離保護的整定計算3.距離保護III段：

(1)定值計算：

按躲過最小負荷阻抗整定

結(jié)論：躲同樣負荷阻抗，方向阻抗繼電器的靈敏度比采用全阻抗繼電器提高

倍。第五十六頁，共87頁。一、距離保護的整定計算3.距離保護III段：

(2)靈敏度校驗：

①近后備②遠后備

故障點取本線路末端故障點取相鄰線路末端第五十七頁，共87頁。（3）動作時間：①應(yīng)比與之配合的相鄰設(shè)備保護動作時間大一個時間級Δt。②考慮躲開振蕩閉鎖，一般應(yīng)大于1.5-2s。③與多條相鄰線路保護配合時，取最大時間做為動作時間。3.距離保護III段：

一、距離保護的整定計算第五十八頁，共87頁。二、對距離保護的評價保護區(qū)穩(wěn)定，靈敏度高，受運行方式影響小一段不能保護全長，首末端共30％－40％的范圍故障保護動作有時延接線復(fù)雜，可靠性低可用于發(fā)電機、變壓器保護中作后備第五十九頁，共87頁。第四章輸電線路縱聯(lián)保護縱聯(lián)保護基本原理（一）高壓輸電線路對保護的要求

高壓輸電線路故障的快速切除，對于維持同步穩(wěn)定，防止元件故障發(fā)展為系統(tǒng)事故具有特殊意義。

（二）反映單端電氣量保護的不足

距離、電流保護等反映單端電氣量的保護無法識別線路末端、對側(cè)母線、下級線路出口故障。因而無法實現(xiàn)全線速動，其根本原因是其動作判據(jù)本身不具備絕對的選擇性。PROBLEM：如何實現(xiàn)全線速動第六十頁，共87頁。

研究和實踐表明，利用線路兩側(cè)的電氣量可以快速、可靠地區(qū)分本線路內(nèi)部任意短路與外部短路，達到有選擇、快速切除全線路任意點短路的目的。為此需要將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，安裝于兩側(cè)的保護對兩側(cè)的電氣量同時比較、聯(lián)合工作，也就是說在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向聯(lián)系，以這種方式構(gòu)成的保護，成為輸電線路的縱聯(lián)保護。第六十一頁，共87頁。

輸電線路縱聯(lián)保護概述縱聯(lián)保護的基本構(gòu)成第六十二頁，共87頁?？v聯(lián)保護的分類

導(dǎo)引線縱聯(lián)保護電力載波縱保護微波縱聯(lián)保護光纖縱聯(lián)保護按通信媒介分類方向比較式縱聯(lián)保護縱聯(lián)電流差動保護縱聯(lián)電流相位差動保護距離縱聯(lián)保護按工作原理分類第六十三頁，共87頁。輸電線路短路時兩端電氣量的故障特征分析所選電氣量區(qū)內(nèi)故障特征區(qū)外或正常運行時特征保護原理功率方向均指向被保護元件一端指向被保護元件反方向方向比較式縱聯(lián)保護

電流縱聯(lián)電流差動保護電流相位相差0度相差180度電流相位比較縱聯(lián)保護測量阻抗正向II段內(nèi)一端反向距離縱聯(lián)保護第六十四頁，共87頁。第五章自動重合閘

（一）輸電線路故障的特點

瞬時性故障起因：雷電引起的閃絡(luò)、大風(fēng)引起的碰線，鳥、樹枝等物體落在導(dǎo)線上引起短路。特點：故障被切除后，電弧自行熄滅，絕緣強度得以恢復(fù)，此時重新合上斷路器，則可以恢復(fù)供電。發(fā)生幾率：架空線路80%以上65第六十五頁，共87頁。（一）輸電線路故障的特點

永久性故障起因：斷線、倒桿，絕緣子擊穿等引起的故障。特點：故障被切除后，故障線路的絕緣強度無法恢復(fù)。即故障仍然存在。發(fā)生幾率：架空線路低于20%由于輸電線路故障大多為瞬時性故障，因此采用自動重合閘可以大大提高輸電線路供電可靠性66第六十六頁，共87頁。（二）自動重合閘的作用

優(yōu)點①大大提高供電可靠性，減少停電次數(shù)。對單側(cè)電源系統(tǒng)效果尤為明顯②在高壓線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性③對斷路器由于機構(gòu)不良或保護誤動引起的誤跳閘，可以其糾正作用缺點

①重合于永久故障，可能使電力系統(tǒng)遭受二次沖擊

②使斷路器工作條件惡化。67第六十七頁，共87頁。5.1自動重合閘的作用及基本要求

5.1.2對重合閘的基本要求

為了能夠滿足要求，應(yīng)優(yōu)先采用由控制開關(guān)的位置和斷路器位置不對應(yīng)原則來啟動重合閘，即當(dāng)控制開關(guān)在合閘位置而斷路器實際上在斷開位置的情況下，使重合閘啟動，這樣就保證不論是任何原因使斷路器跳閘以后，都可以進行一次重合。

68第六十八頁，共87頁。5.1自動重合閘的作用及基本要求

5.1.3重合閘的分類

根據(jù)重合閘控制斷路器所接通或斷開的電力元件不同，可將重合閘分為線路重合閘、變壓器重合閘和母線重合閘。69第六十九頁，共87頁。5.1自動重合閘的作用及基本要求

5.1.3重合閘的分類

根據(jù)重合閘控制斷路器連續(xù)合閘次數(shù)的不同，將重合閘分為多次重合閘和一次重合閘。多次重合閘一般使用在配電網(wǎng)中與分段器配合，自動隔離故障區(qū)段，是配電自動化的重要組成部分。一次重合閘主要用于輸電線路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。70第七十頁，共87頁。5.1自動重合閘的作用及基本要求

5.1.3重合閘的分類

根據(jù)重合閘控制斷路器相數(shù)的不同，可將重合閘分為單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘和分相重合閘。三相重合閘：不論故障類型如何，故障后均跳開三相開關(guān)，然后重合，重合不成功，跳開三相。單相重合閘：單相接地故障，只跳開故障相，然后單相重合，重合不成功，跳開三相。相間故障不重合。綜合重合閘：單相接地故障，只跳開故障相，然后單相重合，重合不成功，跳開三相；相間故障跳開三相，然后三相重合，重合不成功，跳開三相。

實現(xiàn)單相重合閘和綜合重合閘，要求裝置具有選相能力。71第七十一頁，共87頁。5.2三相一次重合閘

5.2.4重合閘和保護的配合方式（一）重合閘前加速保護方式優(yōu)點：快速切除瞬時性故障；可能使瞬時性故障來不及發(fā)展成永久性故障，提高重合閘的成功率；能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線電壓在0.6~0.7倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質(zhì)量；使用設(shè)備少，只需裝設(shè)一套重合閘裝置，簡單，經(jīng)濟缺點：斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多重合于永久性故障時，故障切除的時間可能較長重合閘裝置或斷路器拒絕合閘，擴大停電范圍。

72第七十二頁，共87頁。5.2三相一次重合閘

5.2.4重合閘和保護的配合方式（二）重合閘后加速保護方式優(yōu)點：第一次是有選擇性的切除故障，不會擴大停電范圍，特別是在重要的高壓電網(wǎng)中，一般不允許保護無選擇性的動作而后以重合閘來糾正（即前加速的方式）；保證了永久性故障能瞬時切除，并仍然是有選擇性的；和前加速相比，使用中不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負荷條件的限制，一般說來是有利而無害的。缺點：每個斷路器上都需要裝設(shè)一套重合閘，與前加速相比略為復(fù)雜；第一次切除故障可能帶有延時。73第七十三頁，共87頁。第六章電力變壓器保護6.1電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)（一）變壓器內(nèi)部故障油箱內(nèi)故障： 繞組相間、匝間短路、繞組接地（繞組和外殼短路）鐵芯燒損。油箱外故障： 套管和引出線上發(fā)生相間和接地故障。本質(zhì)上講，油箱外的故障已經(jīng)不是變壓器本身的故障，但按照繼電保護配置及保護區(qū)域的劃分原則，上述區(qū)域的故障屬于變壓器保護的保護范圍，所以歸入變壓器故障。74第七十四頁，共87頁。第六章電力變壓器保護6.1電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)（二）變壓器不正常運行方式外部短路引起的過電流外部接地引起的過電流和中性點過電壓過負荷、過勵磁、油面降低，冷卻系統(tǒng)故障75第七十五頁，共87頁。第六章電力變壓器保護6.1電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)

變壓器油箱內(nèi)部故障時，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生變化。因此，變壓器保護分為電量保護和非電量保護兩種。76第七十六頁，共87頁。第六章電力變壓器保護6.1電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)（三）變壓器保護的分類和配置分類非電量保護：瓦斯保護電量保護：（根據(jù)變壓器容量及電壓等級來配置）保護配置主保護：差動保護、電流速斷保護、瓦斯保護后備保護：過電流保護，零序過電流，零序過電壓等。77第七十七頁，共87頁。6.2變壓器縱差動保護6.2.1變壓器縱差動保護基本原理電流縱差動保護不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要其他元件配合，就可以無延時的切除區(qū)內(nèi)各種故