文軌車書交通天下Copyright2018西南交大出版社

文軌車書·交通天下Copyright?2018

西南交大出版社.Allrightsreserved.

@西南交大出版社028-8760056487600533swjtucbsfx@163.com第一章緒論一、繼電保護(hù)的作用二、繼電保護(hù)的基本原理三、繼電保護(hù)的組成及分類四、繼電保護(hù)的基本要求五、繼電保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史一、繼電保護(hù)的作用背景：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、復(fù)雜的聯(lián)合系統(tǒng)。電力生產(chǎn)的特點(diǎn)：電能無法大容量存儲(chǔ)，電能的生產(chǎn)與消耗幾乎是時(shí)刻保持平衡。因此，不能中斷——>可靠性要求極高！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(dòng)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(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制與保護(hù)的設(shè)備（從TA、TV獲得成正比的“小信號(hào)”——>相額定電壓57.7V，額定電流1A或5A）。

根據(jù)不同的運(yùn)行條件，可以將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分為：正常狀態(tài)工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)、故障狀態(tài)。正常狀態(tài)：電力系統(tǒng)在規(guī)定的限度內(nèi)可以長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。最關(guān)鍵的指標(biāo)：Ue±10%,△f≤±0.2Hz，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。不正常工作狀態(tài)：正常運(yùn)行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。最常見的就是過負(fù)荷。例如：發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起頻率升高；系統(tǒng)功率缺額導(dǎo)致頻率降低；電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩等等。故障狀態(tài)：

一次設(shè)備運(yùn)行中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作，以及自然災(zāi)害等各種，導(dǎo)致原因發(fā)生短路、斷線。

正常狀態(tài)和大部分的不正常狀態(tài)可以由以下措施予以調(diào)節(jié)和控制：

1）有功、無功潮流和電壓、頻率的調(diào)整

——調(diào)整發(fā)電機(jī)出力、變壓器分接頭、負(fù)荷等；

2）自動(dòng)化裝置

——備用電源自動(dòng)投入（備自投）、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、低頻減載（低壓減載）、自動(dòng)解列、過電壓檢測(cè)等。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障是不可避免的，如雷擊、臺(tái)風(fēng)、地震、絕緣老化，人為因素等引起。伴隨著短路

——>出現(xiàn)電流增大、電壓降低

——>從而導(dǎo)致設(shè)備損壞、絕緣破壞、斷電和穩(wěn)定破壞，甚至使整個(gè)電力系統(tǒng)癱瘓等。

在發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下的后果:

(1)通過故障點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。(2)短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命。(3)電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。(4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。不正常運(yùn)行狀態(tài)可能產(chǎn)生以下的后果:電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài)。如：過負(fù)荷、頻率降低、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等是常見的不正常狀態(tài)。過負(fù)荷：因負(fù)荷超過電氣設(shè)備的額定值造成的電流增大；危害：造成載流導(dǎo)體的熔斷或加速絕緣材料的老化和損壞從而導(dǎo)致故障。頻率降低：由于系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起的危害：1）影響產(chǎn)品質(zhì)量；2）降到47Hz～48Hz以下會(huì)引起頻率崩潰；3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。過電壓：發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生；危害：造成絕緣擊穿導(dǎo)致短路。系統(tǒng)振蕩：因系統(tǒng)受到擾動(dòng)而失去功率平衡。當(dāng)發(fā)生短路或突然有大負(fù)荷切除或投入時(shí)，發(fā)電機(jī)與大系統(tǒng)之間的功角會(huì)發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)的輸出功率就會(huì)沿著發(fā)電機(jī)的功角特性曲線來回?cái)[動(dòng)稱為電力系統(tǒng)的振蕩。發(fā)電機(jī)輸出功率是由負(fù)載決定的.電網(wǎng)需要多少功率,發(fā)電機(jī)就輸出多少功率.電網(wǎng)需要的功率改變時(shí),電站自動(dòng)控制汽輪機(jī)的功率變化,從而保證發(fā)電機(jī)輸出相應(yīng)的功率,而轉(zhuǎn)速保持不變.轉(zhuǎn)速不變,發(fā)出的交流電的頻率就不變.整個(gè)過程是一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制過程.發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)汽輪機(jī),進(jìn)汽量的改變,只會(huì)改變發(fā)電機(jī)輸出功率。電力系統(tǒng)的振蕩可能有兩種結(jié)果：一個(gè)是發(fā)電機(jī)的輸出功率和負(fù)載能重新在一個(gè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)平衡，經(jīng)過一段時(shí)間的振蕩后重新達(dá)到穩(wěn)定，保持同步運(yùn)行。一個(gè)是發(fā)電機(jī)的輸出功率和負(fù)載能無法再在任何一個(gè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)平衡，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去同步。

當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，切除故障的時(shí)間通常要求幾十到幾百毫秒，——>這就必須靠自動(dòng)裝置來完成切除故障的任務(wù)，——>實(shí)現(xiàn)這種功能的自動(dòng)裝置就是繼電保護(hù)裝置。由于繼電保護(hù)的特殊性，故，從自動(dòng)化裝置中“分離出來”，進(jìn)行專門的研究與分析。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是繼電保護(hù)技術(shù)或繼電保護(hù)裝置的統(tǒng)稱。

繼電保護(hù)技術(shù)是一個(gè)完整的體系，它主要由電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)、繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)運(yùn)行及維護(hù)等技術(shù)構(gòu)成。繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。﹡繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心。

繼電保護(hù)的作用（或稱為任務(wù)）是：

1）自動(dòng)、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。

2）反應(yīng)元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出信號(hào)，或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，甚至跳閘。3)繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

本課程重點(diǎn)討論和研究：

電力系統(tǒng)短路的識(shí)別與故障區(qū)域（元件）的判斷。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的主要措施之一。繼電保護(hù)必須時(shí)時(shí)刻刻護(hù)衛(wèi)著電力系統(tǒng)，在沒有繼電保護(hù)情況下，電力系統(tǒng)不能直接投入使用。類似于軍隊(duì)與國(guó)家安全的關(guān)系。繼電保護(hù)通過斷路器實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)最小范圍的隔離（切除），包括實(shí)現(xiàn)停電范圍最小，并可以完成自動(dòng)恢復(fù)供電。

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：

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(hào)：故障類型三相短路兩相短路兩相短路接地單相接地短路其他故障百分比5%10%10%65%10%輸電線路故障統(tǒng)計(jì)表

繼電器：?jiǎn)蝹€(gè)元件。如：家庭中的電視機(jī)、空調(diào)等電源的控制。自動(dòng)控制中經(jīng)常采用的元件。繼電保護(hù)裝置：反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)：泛指繼電保護(hù)技術(shù)以及由各種繼電保護(hù)裝置構(gòu)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)及相關(guān)設(shè)備。幾個(gè)名詞的區(qū)分二

繼電保護(hù)的基本原理

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(cè)參量(電氣量和非電氣量)的“差異”。根據(jù)可測(cè)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)。下面，先簡(jiǎn)單了解正常與短路的“差異”。（一）繼電保護(hù)的基本原理

利用正常運(yùn)行與區(qū)內(nèi)、外短路故障電氣參數(shù)變化的特征構(gòu)成保護(hù)的判據(jù)，根據(jù)不同的判據(jù)就構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。電流增加（過電流保護(hù)）：故障點(diǎn)與電源直接連接的電氣設(shè)備上的電流會(huì)增大；電壓降低（低電壓保護(hù)）當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。

電壓與電流的比值會(huì)發(fā)生變化(距離保護(hù)或阻抗保護(hù))：系統(tǒng)正常運(yùn)行是負(fù)荷阻抗，其值較大，系統(tǒng)短路時(shí)Z是保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的阻抗，其值較?。?/p>

電流差動(dòng)保護(hù)：正常運(yùn)行I入=I出，短路時(shí)I入≠I出；電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化（方向保護(hù)）:正常20°左右；三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

序分量保護(hù):不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及兩相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。高頻保護(hù)：利用高頻通道來傳遞線路兩端電流相位﹑大小和短路功率方向信號(hào)的一種保護(hù)。另外非電氣量保護(hù)：瓦斯保護(hù)，過熱保護(hù)。

——過電流保護(hù)

——低電壓保護(hù)

——阻抗（距離）保護(hù)

——縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(高頻、微波、光纖)——零序或負(fù)序分量保護(hù)

——瓦斯保護(hù)、過熱保護(hù)等短路的主要特征歸納：1）電流增大2）電壓降低3）阻抗減小4）兩側(cè)電流大小和相位的差別

5）不對(duì)稱分量出現(xiàn)6）非電氣量

繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成示意圖測(cè)量部分：測(cè)量有關(guān)電氣量，與整定值比較，給出“是”或“非”，“0”或“1”，“大于”、“不大于”、“等于”等性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。三繼電保護(hù)的組成及分類邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分輸出信號(hào)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(hào)，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(dòng)作信息，或發(fā)出告警信號(hào)。控制跳閘、調(diào)整，或通知值班人員。

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(hào)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(hào)繼電器時(shí)間繼電器1.根據(jù)控制信號(hào)分類1）模擬型繼電保護(hù)2）數(shù)字型繼電保護(hù)2.根據(jù)保護(hù)對(duì)象分類1）元件保護(hù)2）線路保護(hù)33/61

繼電保護(hù)的分類3.根據(jù)保護(hù)作用分類1）主保護(hù)2）后備保護(hù)3）輔助保護(hù)主保護(hù)：能有選擇性地快速切除全線故障的保護(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)。輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)不足而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。34/61

繼電保護(hù)的分類4.根據(jù)操作電源的不同分類1）直流操作電源的繼電保護(hù)2）交流操作電源的繼電保護(hù)35/61

繼電保護(hù)的分類四繼電保護(hù)的基本要求1、選擇性2、速動(dòng)性3、靈敏性4、可靠性簡(jiǎn)稱為：繼電保護(hù)“四性要求”1、選擇性

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，使停電范圍盡可能小，并保證系統(tǒng)中非故障部分繼續(xù)安全運(yùn)行。

有選擇性：最靠近短路點(diǎn)的斷路器跳閘。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于各種原因可能存在保護(hù)或斷路器拒動(dòng)的情況，所以，必須要考慮后備保護(hù)（替代功能）的配備。

——目的是：不允許長(zhǎng)期存在短路的情況

于是出現(xiàn)了：近后備保護(hù)遠(yuǎn)后備保護(hù)斷路器失靈保護(hù)等優(yōu)缺點(diǎn)分析1）近后備保護(hù)：優(yōu)點(diǎn)：后備保護(hù)功能由本地實(shí)現(xiàn)，不擴(kuò)大故障范圍。缺點(diǎn)：斷路器失靈時(shí)無法起到后備保護(hù)作用，需要與斷路器失靈保護(hù)相配合。（主保護(hù)拒動(dòng)，則由本處的后備保護(hù)起作用，斷路器拒動(dòng)則由本站裝設(shè)的斷路器失靈保護(hù)首先動(dòng)作跳開失靈斷路器，如果斷路器仍然拒動(dòng)，則讓相鄰斷路器跳閘）2）遠(yuǎn)后備保護(hù)：優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)ο录?jí)保護(hù)元件及斷路器起到后備保護(hù)的作用。缺點(diǎn)：易擴(kuò)大故障范圍。2、速動(dòng)性要求繼電保護(hù)裝置以盡可能短的時(shí)限將故障切除，減少用電設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(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(dòng)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)生的故障等?？焖偾谐收?，有利于提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。2、速動(dòng)性故障切除時(shí)間＝保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間＋斷路器動(dòng)作時(shí)間

0.02～0.12s0.06～0.15s對(duì)于高電壓等級(jí)

0.01～0.04s0.02～0.06s220kV及以上系統(tǒng)，要求的標(biāo)準(zhǔn)：動(dòng)作時(shí)間≤30毫秒。3、靈敏性

指對(duì)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(dòng)作。通常靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，可按如下原則考慮：1.在可能的運(yùn)行方式下，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的運(yùn)行方式；2.在所保護(hù)的短路類型中，選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的短路類型；3.在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇最不利于保護(hù)動(dòng)作的那點(diǎn)作為靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)（計(jì)算所選的短路點(diǎn)）②反應(yīng)故障參數(shù)降低的保護(hù)裝置（如低電壓保護(hù)）

增加靈敏性，即增加了保護(hù)動(dòng)作的信賴性，但有時(shí)與安全性相矛盾。對(duì)不同作用的保護(hù)及被保護(hù)的設(shè)備和線路，所要求的靈敏系數(shù)不同。

①反應(yīng)故障參數(shù)增加的保護(hù)裝置（如電流保護(hù)）4、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(dòng)作，不拒動(dòng)(可信賴性)；而在保護(hù)范圍之外的故障，應(yīng)能夠可靠的不動(dòng)作，不誤動(dòng)(安全性)。可靠性是評(píng)價(jià)繼電保護(hù)性能的主要指標(biāo)：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(jiǎn)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。

提高不誤動(dòng)的安全措施與提高不拒動(dòng)的信賴性措施往往是矛盾的。由于不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在電力系統(tǒng)中的位置不同，誤動(dòng)和拒動(dòng)的危害程度不同，因而提高安全性和信賴性的側(cè)重點(diǎn)在不同的情況下有所不同。四性要求之間的關(guān)系：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性是分析、研究、評(píng)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(dòng)性是一對(duì)矛盾體；靈敏性與可靠性是一對(duì)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。在保證可靠性和選擇性的前提下，強(qiáng)