繼電保護第一章

電力系統(tǒng)繼電保護1第一章緒論一、繼電保護的作用二、繼電保護的基本原理及其組成三、對繼電保護的基本要求四、繼電保護的發(fā)展簡史五、繼電保護工作的特點2一、繼電保護的作用電力系統(tǒng)是發(fā)電、輸電、配電、用電組成的一個實時的聯(lián)合系統(tǒng)。電力生產(chǎn)的特點：電能無法大容量存儲，電能的生產(chǎn)與消耗幾乎是時刻保持平衡。電力系統(tǒng)一次設(shè)備：發(fā)電機、變壓器、母線、輸電線路、電動機、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)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制與保護的設(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)，此時能承受負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)時以上等式和不等式都滿足。4不正常運行工作狀態(tài)：正常運行條件受到破壞，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負荷潮流越限致使電流升高（過負荷）；

②發(fā)電機突然甩負荷引起發(fā)電機頻率升高；

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

6故障狀態(tài)：一次電氣設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計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，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；同時影響工廠產(chǎn)品的質(zhì)量；（3）破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(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，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。切除故障的時間要求小到十分之幾甚至百分之幾秒。繼電保護裝置：當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時，切除故障的時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)，實現(xiàn)這種功能的自動裝置就是繼電保護裝置。12繼電器：繼電器是各種繼電保護裝置的基本組成元件。當(dāng)其輸入量達到一定值時，能使其輸出的被控制量發(fā)生預(yù)計的狀態(tài)變化，如：觸點的打開和閉合。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中間位置。

垂直躍變。（克服機械阻力，一旦被克服了，就形成躍變，不會緩變）返回系數(shù)：觸點閉合觸點斷開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:常開接點常閉接點示意圖接點符號名稱“?！薄粠щ姞顟B(tài)不是“正常狀態(tài)”常開觸點

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

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

第一個字母第二、三個字母

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輯關(guān)系。

①延時動作。線圈通電后主觸點經(jīng)過一段延時后閉合。

②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(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，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，常閉觸點閉合。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：觸點容量大，觸點數(shù)量多，可直接接通跳閘回路?？蓪崿F(xiàn)小延時。2829302、電力系統(tǒng)繼電保護的作用

繼電保護裝置（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)正常運行。

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

即不正常工作時發(fā)出報警信號。32二、繼電保護的基本原理及其組成

為完成繼電保護的基本任務(wù)，必須正確區(qū)分正常運行、不正常運行和故障狀態(tài)，尋找這三種運行狀態(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。

33

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，出現(xiàn)零序、負序分量，可構(gòu)成序分量的保護。歸納：電流增大

－過電流保護電壓降低

－低電壓保護阻抗減小

－阻抗（距離）保護兩側(cè)電流大小和相位的差別

－縱聯(lián)差動保護（高頻、微波、光纖）不對稱分量出現(xiàn)

－零序或負序分量保護非電氣量：

－瓦斯保護、過熱保護等35繼電保護裝置的構(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

繼電保護的工作回路示意圖：

包括TV、TA、二次電纜、保護裝置、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間繼電器37繼電保護的工作配合（預(yù)設(shè)責(zé)任范圍，不能遺漏）每套保護都有預(yù)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(qū)內(nèi)。38

每一電氣元件一般都有裝設(shè)：主保護、后備保護，必要時增加輔助保護。主保護：反應(yīng)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：39

后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。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(xiàn)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(xiàn)后備。40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。。例如：切除主保護死區(qū)內(nèi)的故障保護，或在某些設(shè)備上加速主保護工作的保護。

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

保護裝置動作時，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)安全運行。近后備舉例：K3點故障，保護6由于設(shè)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。432、速動性

要求繼電保護裝置要以盡可能短的時限將故障切除。

優(yōu)點:(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、變壓器和電動機內(nèi)部故障；

3）電網(wǎng)并列運行的重要聯(lián)絡(luò)線發(fā)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

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

靈敏性指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。任意運行方式下，被保護設(shè)備范圍內(nèi)發(fā)生故障，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。

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：(如過電流保護）反應(yīng)數(shù)值下降的保護：（如低壓保護）464、可靠性

指保護裝置在其規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，應(yīng)能夠可靠動作，不拒動；而在保護范圍之外的故障，應(yīng)能夠可靠的不動作，不誤動。包括兩個方面：（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)計的合理性、制造工藝水平、接線回路簡明等。2）外在：運行維護水平、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。評價繼電保護性能的主要指標(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、評價繼電保護性能的基礎(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中得到辨證的統(tǒng)一。必須保證可靠性和選擇性，強調(diào)靈敏性，力爭速動性。49四、繼電保護的發(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