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1、继电保护,主要内容,继电保护的基本知识三段式电流保护的原理分析距离保护的原理分析差动保护的的原理分析,继电保护的基本知识1-1 继电保护的作用一、电力系统的组成及其生产特点 1、组成：发电机、变压器、输配电线、母线、电动机等 2、生产特点：发、供、用同时完成，不能储存。3、要求：电力系统运行安全、可靠、连续。二、电力系统的故障和不正常工作状态 1、故障 电力系统最常见的故障是短路。,短路：相与相之间、相对地之间、电机或变压器同一相绕组不同线匝之间的短接，a、短路形式 d（1）（最常见）、d（1，1）、d（2）和d（3）（最危险）b、短路特点：Id，Uc、短路故障的后果事故 事故即指系统的全部或
2、部分的正常运行遭到破坏，以至于造成停电、少送电，电能质量严重下降，甚至损坏设备。2、不正常运行状态 指电气设备的正常运行状态遭到破坏，系统的运行参数偏离规定的允许值，但尚未发展成故障。a、其性质、后果及危害性有别于故障,b、长时间的不正常运行有可能造成故障 如长期过负荷温度升高绝缘老化故障 3、易出故障的元件 架空线、开关电器、旋转电机等三、继电保护的任务 继电保护装置是一种由继电器和其它辅助元件构成的安全自动装置。它能反映电气元件的故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号。故障将故障元件切除（借助断路器）不正常状态自动发出信号（以便及时处理），可预防事故的发生和缩小事故影响范围，保
3、证电能质量和供电可靠性。,1-2 保护装置构成基本原理和组成一、保护装置的原理 利用发生故障时，电力系统的一些基本参数（电流、电压、相角）与正常运行时的差别来实现保护。二、构成 1、测量单元：测量被保护元件运行参数的变化，并与保护的整定值进行比较 2、逻辑单元：对测量单元送来的信号进行综合判断，决定保护装置是否需要动作。3、执行单元：根据逻辑单元的决定，发出信号或跳闸命令 故障参数量测量逻辑执行跳闸或信号脉冲,三、各种保护装置简介 1、过电流保护：Id 2、低电压保护：U 3、功率方向电流保护：功率方向 电流大小 4、距离保护：X=U/I 正常X大（U=Ue，I=If）故障X小（U，Id）5、
4、差动保护：电流相位 电流大小 6、高频保护：利用高频信号监测各电气量情况,1-3 对继电保护的要求一、选择性 1、目的：缩小停电范围 2、措施：保护装置应断开离故障点最近断路器。主保护：能以最短的速度切除被保护元件范围内的故障的保护。后备保护：主保护或断路器拒绝动作时起作用的继电保护。后备保护分为近后备和远后备,d1，保护1和2动作,1QF和2QF跳闸，主保护d2,保护5动作，5QF跳闸,主保护d3,保护6或6QF拒绝动作，保护5动作，使5QF跳闸,远后备 有选择性的动作,二、速动性 1、目的：限制故障的不良后果，避免形成事故 2、故障切除时间：由保护装置动作时间、断路器固有的跳闸时间组成。三
5、、灵敏性 1、目的：保护反应故障或不正常运行状态能力。2、灵敏系数：指电力系统处于最小运行方式下，在整个保护范围内任一点发生故障时，都能可靠动作的能力。常用Klm表示。对于反应故障时参量增加而动作的保护装置：Klm=保护区末端金属性短路时最小故障参数计算值/保护装置动作参数整定值。,对于反应故障时参量减小而动作的保护装置：Klm=保护装置动作参数整定值/保护区末端金属性短路时最大故障参数计算值。要求Klm1（一般为1.22.0）四、可靠性 从两个方面考核：保护范围内不应拒动 保护范围外不应误动 上述四个要求必须同时具备，且解决好之间的矛盾：如：选择性、速动性可靠性 灵敏性可靠性、选择性 选择性
6、速动性,电网的电流保护 单侧电源线路相间短路的电流保护 输电线路一般设置三段式电流保护，即：瞬时电流速断保护（段）、限时电流速断保护（段）、定时限过电流保护（III段）。一、瞬时电流速断保护（I段）仅反应电流增大而能瞬时动作切除故障的保护，称为电流速断保护，也称为无时限流速断保护。（一）几个基本概念：1）系统最大运行方式 在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。,2）最小运行方式 在同样短路条件下，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的电流为最小的运行方式。系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少等有关。3）最小短路电流与最大短路电流 由于
7、在相同的条件下，两相短路电流 是三相短路电流 的 倍。因此有 对某一保护而言，在最大运行方式下三相时通过保护装置的电流为最大，称之为最大短路电流。而在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小，称之为最小短路电流。4）保护装置的起动值 对因电流升高而动作的电流保护来讲，使起动保护装置的最小电流值称为保护装置的起动电流，记作。保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的，当一次侧的短路电流 达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。,5）保护装置的整定 所谓整定就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置的起动值（一般情况下是指电力系统一次侧的参数）、灵敏性、动作时限等过程
8、。（二）工作原理 无时限速断保护是为了保证其动作的选择性，一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分，具体工作原理如下图所示。对于单侧电源供电线路，在每回电源侧均装有电流速断保护。在输电线上发生短路时，流过保护安装地点的短路电流可用下式计算,式中 最大三相短路电流；最小两相电流；电源等值计算相电势；从保护安装地点到电源的最小等值电抗；从保护安装地点到电源的最大等值电抗；输电线路单位长度的正序电抗；短路点至安装地点的距离。由上两式可看出，流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置而变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。从图可看出，短路点距保护安装点愈远，流过保护安装地点的短路电流愈小。,（三）
9、整定计算 动作电流的整定：IdzId.max（被保护线路外部短路时最大短路电流），保证动作的选择性。Idz 保护的动作电流：继电器的动作电流 最大保护范围Lmax50%L 最小保护范围Lmin15%L无意义 动作时限：t=0（四）原理接线 KM的作用：1）增大接点容量 2）增大装置动作时间（0.060.08s）3）防止管型避雷器放电（0.040.06s）误动作 QF辅助接点的作用：保护KM的接点。（五）评价 优点：动作迅速，简单可靠 缺点：不能保护线路全长，单独使用不能作为主保护。,二、限时电流速断保护（一）工作原理1、特点：既能保护线路全长，又能快速切除故障，兼作瞬时电流速断的后备。2、保护
10、范围：本线路全长及相邻线路一部分（不超过相邻线路瞬时电流速断保护范围）（二）动作电流及动作时限的整定：1、动作电流：动作电流 按躲开下一条线路无时限电流速断保护的电流进行整定 式中 下一条线路无时限电流速断保护的动作电流；可靠系数，一般取1.11.2；本线路限时电流速断保护的动作电流。,2、动作时限：0.5s 3、灵敏系数（比瞬时电流速断保护高，可保护线路全长，但速动性差）（三）原理接线,结论：两者配合，可在0.5s的短时间内切除全线路范围内任何点短路故障可作为线路的主保护三、定时限过电流保护（一）工作原理在系统正常运行时它不起动，而在电网发生故障时，则能反应电流的增大而动作，它不仅能保护本线
11、路的全长，而且也能保护下一条线路的全长。作为本线路主保护拒动的近后备保护，也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护。（二）整定原则 1、动作电流的整定：（1）按躲过被保护线路的最大负荷电流整定（2）相邻线路短路故障切除后保护能可靠返回,可靠系数，取1.15-1.25 电动机自起动系数，取1.5-3 kh 返回系数，取0.85 2、动作时限的整定：按阶梯原则整定保证动作的选择性，具有定时限特性，动作时限与流过电流大小无关。3、灵敏度：IOP小Ksen高 近后备 远后备,（三）保护范围：作为本线路的后备保护（近后备），也可作为相邻线路的后备保护（远后备）（四）原理接线：采用电磁型继电器构成的定
12、时限过电流保护组成：LJ、SJ、XJ、（ZJ）特点：短路点离电源越近的线路Idt，但同一条线路动作时限相同采用感应型电流继电器构成的反时限过电流保护。特点：接线简单，但时限配合较困难 被保护线路不同地点短路，动作时限不同 可加快切除线路首端短路故障,四、三段式电流保护接线图 1、三段式电流保护的构成、原理、动作过程。2、三段式电流保护整定计算实例(略),输电线路的距离保护复习：电流保护优点：简单，经济，工作可靠。缺点：受电网接线方式及系统运行方式影响大。35KV及以上电压复杂网络难于满足要求。3-1 距离保护概述一、距离保护的基本概念 1、作用：性能更为完善 2、概念：反应故障点至保护安装处之
13、间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。二、距离保护的基本原理 1、测量元件：测量故障点至保护安装处的距离（线路阻抗）。,2、动作原理：三、时限特性：三段式阶梯形时限特性：、段。（与电流保护、段区别：各段保护范围不随运行方式改变）四、距离保护的构成 1、主要元件（1）起动元件：电流继电器KA或阻抗继电器KI。（2）方向元件：功率方向继电器KP或方向阻抗继电器KI。（3）测量元件：阻抗继电器KI。（4）时间元件：时间继电器KT。2、动作过程：P92图52,4-2 阻抗继电器一、阻抗测量的基本方法及阻抗继电器的动作特性1、测量方法：2、构成方法：单相式多相式 3、动作特性
14、：二、阻抗继电器的特性方程及实现方法（一）全阻抗继电器。动作特性：以原点为圆心，为半径的圆 1、绝对值比较方式2、相位比较方式 3、绝对值比较方式与相拉比较方式之间的一般关系,（二）方向阻抗继电器。（既能测量测量短路点远近，又能判别短路方向1、绝对值比较方式2、相位比较方式：（三）偏移特性阻抗继电器。1、绝对值比较方式2、相位比较方式：（四）三个阻抗的意义和区别。1、测量阻抗 2、整定阻抗 3、动作阻抗。,4-3 阻抗继电器的接线方式一、要求 1、（短路点与保护安装处距离）2、与故障类型无关。二、反应相间故障的接线 1、三相短路 2、两相短路 3、中性点直接接地电网中而相接地短路三、反映接地故
15、障的接线方式 结论：零序补偿接线方式下能反映各种接地故障。（单相接地两相接地）及三相短路。,220kV及以上输电线路的继电保护,220kV及以上电压等级的输电线路一般按双侧具有电源考虑，所接电网为大电流接地系统，断路器一般采用分相操作，通常采用综合重合闸方式；故障的形式包括：三相故障、两相故障、两相接地故障、单相接地故障共有不同相别的十种故障类型，同时要考虑非全相运行的问题、同杆并架双回线的跨线故障问题等；,220kV及以上输电线路的继电保护,220kV及以上电压等级输电线路在电力系统中占据着十分重要的地位，对其继电保护有较高的要求，微机保护后，线路保护一般均设计为成套保护，即一套保护完成所有
16、的主保护和原理上的后备保护功能，为了实现设备上的后备，通常采用双重化配置或多重化配置。,220kV及以上输电线路的继电保护,每套保护的配置方式一般为：（1）主保护：能够全线速切的纵联差动或纵联比较式保护、快速跳闸的独立段保护（如工频变化量距离保护等）（2）后备保护：三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、多段式（方向）零序电流保护；（3）综合重合闸。,纵联电流差动保护,基于基尔霍夫电流定律的纵联电流差动保护，是到目前为止最为完善的继电保护原理，在发电机、变压器、母线、电抗器、大容量电动机和输配电线路等电气设备中都得到了应用。其基本工作原理如下：,纵联电流差动保护的基本原理,被保护设备,*,*,
17、*,*,I-I,纵联电流差动保护示意图,TA1,TA2,KD,被保护设备：发电机 变压器 电动机 母线 线路 电抗器等,纵联电流差动保护分析,即流入到差动继电器KD中的电流为0，继电器不会动作。,正常及外部故障时，,纵联电流差动保护分析,被保护设备发生故障时（区内故障时），流入KD的电流为故障电流的二次值，KD动作。即区内故障时，流入KD的就等于故障点的故障电流，所以从这一点上说，差动保护是一种反映故障分量的保护；,纵联电流差动保护问题,可见，在理想情况下，根据KD中是否有电流，就能够区分出是否有内部故障，是否应将被保护设备从系统中切除。在实际情况下，由于电流互感器误差等因素的存在，在正常运行
18、及外部故障时也会有一定量的不平衡电流流入差动继电器KD，特别是在外部故障电流互感器饱和的情况下，误差将会大大增加，会有比较大的不平衡电流流入KD。为防止差动保护误动，KD的动作电流必须按躲过外部故障的最大不平衡电流来整定。,纵联电流差动保护问题,带来的问题是动作值过大，内部故障的灵敏度降低。采用带制动特性的差动保护，是解决可靠性与灵敏性之间矛盾的有效措施。,即：,电流差动保护比率制动特性,单斜率差动保护动作特性,双斜率差动保护动作特性,1,2,3,、,Iunbmax,电流差动保护判据,在图示参考方向下动作量：通常情况下，制动量选为：动作表达式：K制动系数，0,电流差动保护故障分量的判据,动作量
19、：,制动量：,动作方程：,故障分量电流差动保护的分析,动作量：,制动量：,即动作量与全电流差动保护完全一样。,故障分量电流差动保护内部故障,内部故障时：,所以只要,满足动作条件，且有较高的灵敏度。,k,Z N,Z M,故障分量电流差动保护外部故障,外部故障时：,所以只要,不满足动作条件，且有较大的裕度。,故障分量电流差动保护动作特性,0.10.15,2,Kres=0.81.0,内部故障区,外部故障区域,纵联电流差动保护分析,被保护设备为发电机、变压器和母线时，其各侧的电流互感器均在同一个厂站内，这时可由两种方式实现上述的电流差动:一种方式是直接将设备各侧的电流接入到同一个装置中，由该装置按照差
20、动保护的公式进行分析比较，判断故障的区间；另一种方式是每个电流互感器的输出都接到一个采集装置中，然后通过通信网络将各个采集装置联系在一起，实现差动算法。,纵联电流差动保护分析,发电机、变压器一般采用第一种方式，母线既可以采用第一种方式，也可以采用第二种方式，第二种方式实现的差动保护成为分布式母线保护。而当被保护设备为输电线路时，由于两端相距甚远，需要在每一侧都装设采集装置，然后利用通信线路来交换两端的电流信息。,纵联电流差动保护通信,可用的通信手段：（1）导引线（2）载波（3）微波（4）光纤 光纤通道具有传输速率高、抗干扰性能好、安全可靠性高、能保持长期不间断地传输信号的特点,已成为纵联保护信
21、号传输通道的首选方式。,保护原理,影响差动保护灵敏度的主要因素电容电流TA饱和或两侧TA不平衡TA断线或采样异常电流差动继电器差动投入条件变化量相差动继电器稳态相差动继电器零序差动继电器电容电流补偿远跳、远传1、远传2差动继电器特点,差动投入条件,变化量差动,稳态差动段,稳态差动段,零序差动,纵联方向比较保护闭锁式,闭锁式纵联方向保护的工作方式是当任一侧方向元件判断为反方向时，不仅本侧保护不跳闸，而且由发信机向对侧发出闭锁信号，对侧保护接收到闭锁信号后，闭锁该侧保护。在外部故障时是近故障侧的方向元件判断为反方向故障，所以是近故障侧闭锁远故障侧；在内部故障时两侧方向元件都判为正方向，都不发送闭锁信号，两侧收信机接收不到闭锁信号，也就不会去闭锁保护，于是两侧方向元件均作用于跳闸。,纵联方向比较保护闭锁式,I1,W,&,收信,跳闸,I2,W+,&,&,发信(闭锁),谢 谢！,
