第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論

第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論2023/12/27第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論聯(lián)系方式唐萃TelQ:283407482Email:283407482@注：請(qǐng)本班班長(zhǎng)或者學(xué)習(xí)委員課后留下聯(lián)系方式第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論教材及參考書籍教材：尹項(xiàng)根，曾克娥.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用(上冊(cè))華中科技大學(xué)出版社，2001年參考書：張保會(huì)，尹項(xiàng)根主編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)·北京：中國(guó)電力出版社，2005賀家李，宋從矩編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理·第三版·北京：中國(guó)電力出版社，1994陳德樹.計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù).華中理工大學(xué)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論繼電保護(hù)的主要特點(diǎn)繼電保護(hù)工作涉及到每個(gè)電氣主設(shè)備和二次輔助設(shè)備。繼電保護(hù)是一門綜合性的科學(xué)，它奠基于理論電工、電機(jī)學(xué)和電力系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論，還與電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)等新理論新技術(shù)有著密切的關(guān)系。繼電保護(hù)是一門理論和實(shí)踐并重的學(xué)科。繼電保護(hù)工作稍有差錯(cuò)，即可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來(lái)不可估量的損失。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論課程教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本課程學(xué)習(xí)：掌握電流保護(hù)、方向性電流保護(hù)、距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)等幾種常用保護(hù)的基本工作原理、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用范圍、整定計(jì)算的基本原則；深刻地認(rèn)識(shí)到,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中所起的重要作用；掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理、基本概念、基本實(shí)驗(yàn)技能，畢業(yè)后為從事本專業(yè)范圍內(nèi)的實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論課程內(nèi)容安排第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述第二章繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)第三章輸電線路的電流電壓保護(hù)第四章輸電線路的距離保護(hù)第五章輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)保護(hù)第六章輸電線路的自動(dòng)重合閘第七章＊電力變壓器的繼電保護(hù)習(xí)題課實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)總計(jì)48學(xué)時(shí)總學(xué)時(shí)：42（理論課）＋6（實(shí)驗(yàn)）學(xué)分：3平時(shí)成績(jī)：作業(yè)+考勤+提問(wèn)考核方式：筆試第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論Chapter1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論內(nèi)容提要：§1.1繼電保護(hù)的概念與作用§1.2對(duì)繼電保護(hù)的基本要求§1.3繼電保護(hù)的基本原理、構(gòu)成與分類§1.4繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論教學(xué)要求重點(diǎn)：繼電保護(hù)的基本原理，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求。難點(diǎn)：對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求。了解電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及引起的后果；掌握繼電保護(hù)裝置概念、繼電保護(hù)的任務(wù)（作用）、原理及組成；熟練掌握對(duì)繼電保護(hù)的基本要求。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論§1.1繼電保護(hù)的概念與作用

1.1.1繼電保護(hù)的基本概念與作用1.繼電保護(hù)基本概念

電力系統(tǒng)安全保障體系中最重要的專門技術(shù)之一。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一詞泛指繼電保護(hù)技術(shù)和由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括繼電保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過(guò)繼電保護(hù)裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備，如果利用通訊手段傳送信息，還包括通訊設(shè)備。

第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論2.繼電保護(hù)的基本作用

在電力系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定分區(qū)實(shí)時(shí)地檢測(cè)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，快速及時(shí)地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統(tǒng)穩(wěn)定、保持供電連續(xù)性、保障人生安全、防止或減輕設(shè)備損壞。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的定義:電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行條件下的系統(tǒng)與設(shè)備的工作狀態(tài)。正常運(yùn)行狀態(tài)故障狀態(tài)不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的約束有功平衡：無(wú)功平衡：功率、電流上限約束：電壓、頻率約束：1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論（1）系統(tǒng)正常工作狀態(tài)能夠滿足上述相關(guān)等式約束、不等式約束；能夠提供合格的電能，滿足負(fù)荷的供電需求；能夠保證系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備均在規(guī)定的長(zhǎng)期安全工作限額內(nèi)運(yùn)行，并保持一定的備用容量。1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論（2）電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)由于各種原因，系統(tǒng)中發(fā)生的各種形式的短路故障和斷線故障。其中最危險(xiǎn)的是各種類型的短路。故障特征量：電流增大、電壓降低、測(cè)量阻抗減小、功率方向發(fā)生變化、各物理量之間的相位變化。1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論短路可能產(chǎn)生的后果：1.很大短路電流和所燃起的電弧，危害故障設(shè)備和非故障設(shè)備；2．引起元件的發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，損壞或縮短其使用壽命；3．電力系統(tǒng)部分地區(qū)電壓大大降低，影響用戶的正常工作；4．破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大（引起系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)瓦解）1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論（3）不正常運(yùn)行狀態(tài)電氣元件的運(yùn)行狀態(tài)一定限度的超出正常運(yùn)行時(shí)的任一等式或不等式約束。包括：電流偏大、電壓偏低、頻率偏低、系統(tǒng)振蕩等等。a、其性質(zhì)、后果及危害性有別于故障b、長(zhǎng)時(shí)間的不正常運(yùn)行有可能造成故障如長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷→溫度升高→絕緣老化→故障1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論（4）電力系統(tǒng)的事故事故是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能允許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備損壞的事件。故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。1.1.2電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論面對(duì)故障或異常運(yùn)行該如何處理？減少人為因素引起的事故及異常運(yùn)行電力系統(tǒng)安全緊急控制的三道防線：——第一道防線：繼電保護(hù)裝置；——第二道防線：切機(jī)切負(fù)荷，低頻低壓減載；——第三道防線：系統(tǒng)解列等。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論⑴發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件（設(shè)備）從電力系統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。⑵反映電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件（例如有無(wú)經(jīng)常值班人員）而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。⑶采取預(yù)定措施，盡快恢復(fù)故障元件供電。1.1.3繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論§1.2繼電保護(hù)的基本原理及其組成1.2.1繼電保護(hù)構(gòu)成的基本原理

繼電保護(hù)基本原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些變化的物理量為信息量，當(dāng)信息量達(dá)到一定值時(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論利用正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（1）電流明顯增大—>過(guò)電流保護(hù)（2）電壓明顯降低—>低電壓保護(hù)（3）電壓與電流間的相位角會(huì)發(fā)生變化—>方向保護(hù)。（4）測(cè)量阻抗會(huì)發(fā)生變化—>阻抗保護(hù)（5）電氣元件流入與流出電流的關(guān)系發(fā)生變化—>電流差動(dòng)保護(hù)（6）出現(xiàn)負(fù)序和零序分量—>零序保護(hù)和負(fù)序保護(hù)1.2.1繼電保護(hù)構(gòu)成的基本原理

第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.2.2繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成圖2.3繼電保護(hù)裝置構(gòu)成示意圖繼電保護(hù)一般由三個(gè)部分組成:測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。測(cè)量被保護(hù)元件工作狀態(tài)的物理量，并和已給的整定值進(jìn)行比較，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小，性質(zhì)，出現(xiàn)的順序等，使保護(hù)裝置按一定的邏輯程序工作，最后傳到執(zhí)行部分。根據(jù)邏輯部分送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如發(fā)出信號(hào)，跳閘或不動(dòng)作等。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.2.2繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成以過(guò)電流保護(hù)裝置為例,來(lái)說(shuō)明繼電保護(hù)的組成和基本工作原理.It+_++_LH信號(hào)YRQF第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.2.3繼電保護(hù)的分類按被保護(hù)對(duì)象的類別：分為線路保護(hù)和設(shè)備保護(hù)。按保護(hù)原理，繼電保護(hù)可分為電流保護(hù)，電壓保護(hù)，距離保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)，縱聯(lián)保護(hù)等。按故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的類型，可分為相間短路保護(hù)，接地故障保護(hù)，匝間短路保護(hù)等。按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，繼電保護(hù)可分為機(jī)電型保護(hù)，整流型保護(hù)，晶體管保護(hù)等。按故障繼電保護(hù)的職責(zé)和重要性，分為主保護(hù)和后備保護(hù)。按繼電保護(hù)測(cè)量值和整定值的動(dòng)作關(guān)系，可分為過(guò)量繼電保護(hù)裝置和欠量繼電保護(hù)裝置。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論§1.3對(duì)繼電保護(hù)的基本要求

術(shù)語(yǔ)：主保護(hù)遠(yuǎn)后備保護(hù)近后備保護(hù)對(duì)于繼電保護(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。即保護(hù)的四性。1.3.1選擇性(Selectivity)選擇性是指保護(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。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.3.1選擇性(Selectivity)保護(hù)的配合主保護(hù)：能以最短的速度切除被保護(hù)元件范圍內(nèi)的故障的保護(hù)。后備保護(hù)：當(dāng)故障線路的主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用以切除故障的保護(hù)。分為近后備保護(hù)和遠(yuǎn)后備保護(hù)。近后備保護(hù)：作為本線路主保護(hù)的后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)：作為下一條相鄰線路主保護(hù)或開關(guān)拒跳的后備保護(hù)。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論k3點(diǎn)短路：保護(hù)6動(dòng)作，6QF跳閘；若保護(hù)6或6QF拒動(dòng)，5QF跳閘；k2點(diǎn)短路：保護(hù)5動(dòng)作，5QF跳閘；若保護(hù)5或5QF拒動(dòng)，保護(hù)1和保護(hù)3動(dòng)作于1QF、3QF跳閘；k1點(diǎn)短路：保護(hù)1和保護(hù)2動(dòng)作，1QF、2QF跳閘；若保護(hù)2或2QF拒動(dòng)，保護(hù)3動(dòng)作于3QF跳閘；第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論上下級(jí)保護(hù)之間的配合上一級(jí)保護(hù)的靈敏度要低于下一級(jí)；上一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限要高于下一級(jí)。后備保護(hù)之間保護(hù)的配合上下級(jí)電力元件的保護(hù)范圍必須交叉重疊。以保證系統(tǒng)中任意一點(diǎn)故障保護(hù)都能動(dòng)作。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.3.2速動(dòng)性(Speediness)在允許范圍內(nèi)，盡可能快速動(dòng)作。（1）需要快速切除的故障如大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生的故障。（2）故障切除時(shí)間：保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間+斷路器跳閘時(shí)間，即t=tbh+tDLt－故障總切除時(shí)間；tbh-保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；tDL-斷路器動(dòng)作時(shí)間；保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間：保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間+保護(hù)的整定時(shí)間第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.3.2速動(dòng)性(Speediness)一般的快速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間為0.06～0.12s，最快的可達(dá)0.01～0.04s。一般的斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.06～0.15s，最快的可達(dá)0.02～0.06s。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.3.3靈敏性(Sensitivity)

對(duì)故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在其保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)各種性質(zhì)的故障都能敏銳感覺、正確反應(yīng)。保護(hù)的靈敏度要求：參照GB14285-1993《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》取值范圍：主保護(hù)：1.5-2.0近后備：1.3-1.5；遠(yuǎn)后備：1.2第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論靈敏系數(shù)1.3.3靈敏性(Sensitivity)

反應(yīng)過(guò)量的保護(hù)：對(duì)于過(guò)電流的保護(hù)：反應(yīng)欠量的保護(hù)：對(duì)于低電壓的保護(hù)：由于多數(shù)短路故障是非金屬性短路，計(jì)算或測(cè)量參數(shù)有誤差等，要求靈敏度要大于1。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.3.4可靠性(Reliability)

保護(hù)裝置既不拒動(dòng)、又不誤動(dòng)。（1）從兩個(gè)方面考核：保護(hù)范圍內(nèi)→不應(yīng)拒動(dòng)保護(hù)范圍外→不應(yīng)誤動(dòng)（2）使保護(hù)裝置不誤動(dòng)與不拒動(dòng)的技術(shù)措施常互相矛盾，需要折中或側(cè)重。第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論此四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個(gè)基本線索。根據(jù)被保護(hù)元件在電力系統(tǒng)中的地位和作用來(lái)確定具體的保護(hù)方式，使以上四個(gè)基本要求在所配置的保護(hù)中得到統(tǒng)一。以上四個(gè)基本要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對(duì)不同的使用條件，分別地進(jìn)行協(xié)調(diào)。如：選擇性、速動(dòng)性↑→可靠性↓靈敏性↑→可靠性↓、選擇性↓選擇性↑→速動(dòng)性↓第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論§1.4繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展

1.4.1繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)況從構(gòu)成保護(hù)裝置的元件看：機(jī)電型(電磁型、感應(yīng)型、電動(dòng)型)→電子型(晶體管、集成電路）→微機(jī)型（90年代初）從保護(hù)原理看：過(guò)電流保護(hù)（最早熔斷器1901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）→高頻保護(hù)（1927年）→微波保護(hù)（20世紀(jì)50年代）→行波保護(hù)（20世紀(jì)70年代誕生、50年代有設(shè)想）→光纖保護(hù)第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論1.4.2行業(yè)發(fā)展情況國(guó)外主流繼電保護(hù)廠商：ABBSIMENSGEAREVASEL：只做保護(hù)TOSHIBA第一章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概論國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)廠家：原機(jī)械工業(yè)部下屬：阿城繼電器廠，許繼集團(tuán)，上海繼電器廠南自系：（南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠）國(guó)電南自