继电保护基础知识

电力系统继电保护ProtectionofPowerSystem•继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工、电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通信技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。•继电保护是一门理论和实践并重的学科。继电保护工作稍有差错，即可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来不可估量的建议：到现场之后和技术人员搞好关系，多拷贝一些文档资料大家共享第一章绪论第一节电力系统继电保护的作用第二节继电保护的基本原理和保护装置的组成第三节对继电保护装置的基本要求第四节继电保护技术发展简史第一节继电保护的任务和作用一、电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果电力系统的故障：三相短路f(3)、两相短路f(2)、单相短路接地f(1)、两相短路接地f(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。发生故障可能引起的后果1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。事故：指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。二、继电保护装置及其任务继电保护装置：就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。基本任务：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。（3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。第二节继电保护的基本原理和保护装置的组成一、继电保护的基本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。故障后，工频电气量变化的主要特征及可以构成的保护（1）电流增大，构成电流保护。（2）电压降低，构成低电压保护。（3）电流与电压之间的相位角改变，构成功率方向保护。（4）测量阻抗发生变化，构成距离保护。（5）故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，构成差动保护。（6）不对称短路时，出现相序分量，构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。二、继电保护装置的组成继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。测量被保护元件工作状态的物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该动作。根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号。执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。电力系统的继电保护根据被保护对象不同分为发电厂、变电所电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。按作用的不同继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护主保护是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳定及设备安全要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。后备保护可分为远后备和近后备保护两种。远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件的保护部分实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。继电保护装置需有操作电源供给保护回路，断路器跳、合闸及信号等二次回路。按操作电源性质的不同，可以分为直流操作电源和交流操作电源。通常在发电厂和变电所中继电保护的操作电源是由蓄电池直流系统供电，因蓄电池是一种独立电源，最大的优点是工作可靠，但缺点是投资较大、维护麻烦。交流操作电源的优点是投资少、维护简便，但缺点是可靠性差。因此，交流操作电源的继电保护适合于小型变电所使用。第三节对继电保护装置的基本要求选择性速动性灵敏性可靠性一、选择性(Selectivity)选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。当d1点发生短路故障时，应由故障线路上的保护P1和P2动作，将故障线路WL1切除，这时变电所B则仍可由非故障线路WL2继续供电。当d2点发生短路故障时，应由线路的保护P6动作，使断路器6QF跳闸，将故障线路WL4切除，这时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。考虑后备保护的问题:当d2点发生短路故障时，距短路点最近的保护P6应动作切除故障，但由于某种原因，该处的保护或断路器拒动，故障便不能消除，此时如其前面一条线路(靠近电源测)的保护P5动作，故障也可消除。此时保护P5所起的作用就称为相邻元件的后备保护。同理保护P1和P3又应该作为保护P5的后备保护。二、速动性（Speed)速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s～0.08s，最快的可达0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～0.15s，最快的可达0.02s～0.06s。三、灵敏性(Sensitivity)灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。对过量继电器：值同一物理量保护的最小值内部故障某突变保护Klm整定物理量范围对欠量继电器：量的最大值故障某突变保护同一物理量保护一物理Klm物理范围内部四、可靠性(Reliability)可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。第四节继电保护技术发展简史继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。1890年后出现了电磁型过电流继电器。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了电流差动保护原理。1910年方向电流保护开始得到应用，1920年后距离保护装置出现。在1927年前后，出现了高频保护装置。20世纪70年代诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通信将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构形式和制造工艺也发生了巨大的变革。经历了机电式保护装置、静态保护装置和数字式保护装置三个发展阶段。20世纪50年代，随着晶体管的发展，出现了晶体管保护装置。20世纪70年代，晶体管保护在我国被大量采用。随着集成电路的发展，出现了体积更小、工作更可靠的集成电路保护。在20世纪70年代后期，便出现了性能比较完善的微机保护样机并投入运行。进入90年代，微机保护已在我国大量应用，主运算器由8位机、16位机发展到目前的32位机；数据转换与处理器件由A/D转换器、压频转换器(VFC)，发展到数字信号处理器(DSP)。这种由计算机技术构成的继电保护称为数字式继电保护。这种保护可用相同的硬件实现不同原理的保护，使制造大为简化，生产标准化、批量化，硬件可靠性高；具有强大的存储、记忆和运算功能，可以实现复杂原理的保护，为新原理保护的发展提高了实现条件。除了实现保护功能外，还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录和保护管理中心计算机及调度自动化系统通信等功能，这对于保护的运行管理、电网事故分析及事故后的处理等均有重要意义。另外它可以不断地对本身的硬件和软件自检，发现装置的异常情况并通知运行维护中心。由于网络的发展与电力系统中的大量采用，微机硬件和软件功能的空前强大并成为维护电力系统整体安全稳定运行的计算机自动控制系统的基本组成单元。微机保护不仅要能实现被保护设备的切除、或自动重合，还可作为自动控制系统的终端，接收调度命令实现跳、合闸等操作，以及故障诊断、稳定预测、安全监视、无功调节、负荷控制等功能。此外，由于计算机网络提供数据信息共享的优越性，微机保护可以占有全系统的运行数据和信息，应用自适应原理和人工智能方法使保护原理、性能和可靠性得到进一步的发展和提高，使继电保护技术沿着网络化、智能化、自适应和保护、测量、控制、数据通信于一体的方向不断发展。第二章电网的电流保护第一节单侧电源网络相间短路的电流保护第二节电网相间短路的方向性电流保护第三节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护第四节中性点非直接接地电网中单相接地短路的零序电压、电流及方向保护第一节单侧电源网络相间短路的电流保护一、无时限电流速断保护（电流Ⅰ段）二、限时电流速断保护(电流Ⅱ段)三、定时限过电流保护（电流Ⅲ段）四、电流三段保护小结五、电流保护的接线方式六、反时限特性的过电流保护一、电流速断保护(电流I段)(InstantaneouslyOver-currentProtection)1.几个基本概念系统最大运行方式：就是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。电流速断保护：反应电流增大而瞬时动作的电流保护。系统最小运行方式：就是被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。2.工作原理发生短路时，流过保护安装地点的短路电流为：lXXEIsxd13min.)(max.lXXEIsxd1223max.)(min.结论：流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置变化，且与系统的运行方式和短路类型有关。3.整定计算动作电流为保证选择性，保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处短路时，通过保护的最大短路电流来整定。结论:电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路。动作时限无时限电流速断保护没有人为延时，只考虑继电保护固有动作时间，由于动作时间较小可认为t=0s。线路中管型避雷器放电时间为0.04~0.06S，在避雷器放电时速断保护不应该动作，为此在速断要躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作。5.对电流速断保护的评价优点：简单可靠，动作迅速。缺点：（1）不能保护线路全长；（－－除了特殊的情况外，线变组接线中）（2）运行方式变化较大时，可能无保护范围。（3）在线路较短时，可能无保护范围。特殊情况电流速断可以保护线路全长。在采用线路—变压器组的接线方式的电网中，把线路和变压器可以看成是一个元件。速断保护按躲开变压器低压侧短路出口处d1点短路来整定，可以保护线路的全长。二、限时电流速断保护(电流II段)电流速断保护在许多情况下均能保证选择性，且接线简单，动作迅速可靠。但是电流速断保护不能保护本线路的全长，怎么办？解决办法：增设一套新的保护——限时电流速断保护。限时电流速断保护：按与相邻线路电流速断保护相配合且以较短时限获得选择性的电流保护。（使用延时的方法获得选择性－如主变多保护区配合）1.工作原理（1）保护范围必须延伸到下一条线路中去。（2）动作带有一定的时限。（3）为了保证速动性