繼電保護(hù)緒論

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)Electric Power System Relay ProtectionElectric Power System Relay Protection邵仕泉邵仕泉1535120506915351205069 電力系統(tǒng)由各種電氣元件組成，包括發(fā)電力系統(tǒng)由各種電氣元件組成，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸電線路等一次設(shè)電機(jī)、變壓器、母線、輸電線路等一次設(shè)備。對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)備。對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的設(shè)備稱(chēng)為電力系統(tǒng)的二量、控制和保護(hù)的設(shè)備稱(chēng)為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備。次設(shè)備。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài)、不

2、正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。1.1 電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài) 根據(jù)運(yùn)行條件，系統(tǒng)有四種運(yùn)行狀態(tài)：根據(jù)運(yùn)行條件，系統(tǒng)有四種運(yùn)行狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)（額定正常運(yùn)行狀態(tài)（額定U U、f f） 能夠提供合格的電能，滿(mǎn)足負(fù)荷的供電需求，保證系統(tǒng)中的能夠提供合格的電能，滿(mǎn)足負(fù)荷的供電需求，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。備用容量。不正常運(yùn)行狀態(tài)不正常運(yùn)行狀態(tài)不正常、無(wú)故障，可短時(shí)運(yùn)行，但可能發(fā)展為故障。不正常、無(wú)故障，可短時(shí)運(yùn)行，但可能發(fā)展為故障。告警告警故障狀態(tài)

3、故障狀態(tài)橫向故障：包括相間短路和接地故障橫向故障：包括相間短路和接地故障縱向故障：斷線故障縱向故障：斷線故障事故狀態(tài)事故狀態(tài)嚴(yán)重的可導(dǎo)致大面積停電、重大經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。嚴(yán)重的可導(dǎo)致大面積停電、重大經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。1.1.1 正常工作狀態(tài)等式約束條件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ1.1.1 正常工作狀態(tài)0SLjGiPPP0SLjGiQQQ等式約束條件：1.1.1 正常工作狀態(tài)0SLjGiPPP0SLjGiQQQ1.1.1 正常工作狀態(tài)不等式約束條件：max.kkSS用電設(shè)備的功率及其上限用電設(shè)備的功率及其上限max.min.iiiUUU母線電壓及其上、下限母線電壓及其上、下限ma

4、x.ijijII線路電流及其上限線路電流及其上限maxminfff系統(tǒng)頻率及其上、下限系統(tǒng)頻率及其上、下限1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害所有的等式約束條件均滿(mǎn)足，部分的不等式約束條件不滿(mǎn)足但又不是故障的工作狀態(tài)稱(chēng)為不正常運(yùn)行狀態(tài)。過(guò)負(fù)荷：因負(fù)荷超過(guò)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1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害過(guò)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1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害頻率降低：系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起危害：1）影響產(chǎn)品質(zhì)量 2）低于47Hz48Hz時(shí)會(huì)引起頻率崩潰 3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰

5、1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害系統(tǒng)振蕩：因系統(tǒng)受到擾動(dòng)而失去功率平衡危害：系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流和電壓周期性擺動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害1.1.3 故障狀態(tài)及其危害常見(jiàn)的十種短路類(lèi)型常見(jiàn)的十種短路類(lèi)型縱向不對(duì)稱(chēng)故障（斷線）縱向不對(duì)稱(chēng)故障（斷線）復(fù)雜故障：在電力系統(tǒng)的不同地點(diǎn)（兩處或兩處以上）同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障的情況 短路的后果 數(shù)值很大的短路電流通過(guò)短路點(diǎn)將燃起電弧，使故障設(shè)備損壞 短路電流通過(guò)故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí)，產(chǎn)生熱和電動(dòng)力的作用，致使其絕緣遭到損壞或使設(shè)備縮短使用壽命 電力系統(tǒng)中大部分地區(qū)的電壓下降，使大量電能用戶(hù)的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品 破壞電力

6、系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)瓦解事 故變壓器著火變壓器著火系統(tǒng)或其中的一部分的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶(hù)少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人員傷亡和電氣設(shè)備的損壞。一旦故障發(fā)生，要一旦故障發(fā)生，要求在十分之幾甚至求在十分之幾甚至百分之幾秒內(nèi)切除百分之幾秒內(nèi)切除故障設(shè)備。故障設(shè)備。運(yùn)行人員運(yùn)行人員繼電保護(hù)裝置繼電保護(hù)裝置1.1.4 繼電保護(hù)的概念及作用 繼電保護(hù)技術(shù) 包括電力系統(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) 繼電保護(hù)裝置 繼電保護(hù)裝置就是能反應(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)

7、出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置 1.1.4 繼電保護(hù)的概念及作用二、繼電保護(hù)的作用 自動(dòng)、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行 反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)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1.2.1 基本原理 電流增大電流增大過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)電壓降低電壓降低低電壓保護(hù)低電壓保護(hù)電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化方向保護(hù)方向保護(hù)電流差動(dòng)保護(hù)電流差動(dòng)保護(hù)正常：正常： I = 0；短路：；短路： I = Id 序分量保護(hù)序分量保護(hù) 出現(xiàn)出現(xiàn)I2、I0IUZ會(huì)發(fā)生變化阻抗保護(hù)阻

8、抗保護(hù)非電氣量：瓦斯保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等。非電氣量：瓦斯保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等。 原則上說(shuō)：只要找出正常運(yùn)原則上說(shuō)：只要找出正常運(yùn)行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或行與故障時(shí)系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差非電氣量的變化特征（差別），即可找出一種原理，別），即可找出一種原理，且差別越明顯，保護(hù)性能越且差別越明顯，保護(hù)性能越好。好。1.2.2 繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成跳閘或信號(hào)跳閘或信號(hào)測(cè)量測(cè)量比較比較元件元件邏輯邏輯判斷判斷元件元件執(zhí)行執(zhí)行輸出輸出元件元件被測(cè)物理量被測(cè)物理量整定值測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等）

9、，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是是”、“非非”、“大于大于”、“不大于不大于”等具有等具有“0 0”或或“1 1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。 根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類(lèi)型和范圍，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類(lèi)型和范圍，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。信號(hào)，并將有關(guān)命

10、令傳給執(zhí)行元件。常用邏輯回路有：或、與、非、延時(shí)啟動(dòng)、延時(shí)返回、記憶等。常用邏輯回路有：或、與、非、延時(shí)啟動(dòng)、延時(shí)返回、記憶等。 根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí), ,動(dòng)作動(dòng)作于跳閘并發(fā)出信號(hào)；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。于跳閘并發(fā)出信號(hào)；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。 1.2.3 繼電保護(hù)的工作回路繼電保護(hù)的工作回路KAKTKS信號(hào)1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按被保護(hù)的對(duì)象分類(lèi) 輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等 按保護(hù)原理分類(lèi) 電流保護(hù)、電壓保

11、護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、零序保護(hù)等 1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按保護(hù)所反應(yīng)故障類(lèi)型分類(lèi) 相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)等 按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類(lèi) 機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等 1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按繼電保護(hù)測(cè)量值與整定值的關(guān)系分類(lèi) 過(guò)量保護(hù)（測(cè)量值整定值時(shí)動(dòng)作） 欠量保護(hù)（測(cè)量值整定值時(shí)動(dòng)作）主保護(hù)：反映被保護(hù)元件本身的故障，并以盡可能短的時(shí)限切除故障的保護(hù)1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按保護(hù)所起的作用分類(lèi) 主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按保護(hù)所起的

12、作用分類(lèi) 主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等后備保護(hù)：主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù) 1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按保護(hù)所起的作用分類(lèi) 主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等近后備保護(hù)：在本元件處裝設(shè)兩套保護(hù)，當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)動(dòng)作遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù) 1.2.4 繼電保護(hù)的分類(lèi) 按保護(hù)所起的作用分類(lèi) 主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)繼電保護(hù)裝置繼電保護(hù)裝置按保護(hù)按保護(hù)對(duì)象分對(duì)象分按保護(hù)按保護(hù)原理分原理分按故障按故障類(lèi)型

13、分類(lèi)型分按保護(hù)按保護(hù)技術(shù)分技術(shù)分按保護(hù)按保護(hù)作用分作用分輸輸電電線線路路保保護(hù)護(hù)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)保保護(hù)護(hù)變變壓壓器器保保護(hù)護(hù)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)保保護(hù)護(hù)母母線線保保護(hù)護(hù)機(jī)機(jī)電電型型保保護(hù)護(hù)整整流流型型保保護(hù)護(hù)晶晶體體管管型型保保護(hù)護(hù)集集成成電電路路型型保保護(hù)護(hù)微微機(jī)機(jī)保保護(hù)護(hù)電電流流保保護(hù)護(hù)電電壓壓保保護(hù)護(hù)距距離離保保護(hù)護(hù)差差動(dòng)動(dòng)保保護(hù)護(hù)方方向向保保護(hù)護(hù)零零序序保保護(hù)護(hù)主主保保護(hù)護(hù)后后備備保保護(hù)護(hù)輔輔助助保保護(hù)護(hù)相相間間短短路路保保護(hù)護(hù)接接地地故故障障保保護(hù)護(hù)匝匝間間短短路路保保護(hù)護(hù)斷斷線線保保護(hù)護(hù)失失步步保保護(hù)護(hù)失失磁磁保保護(hù)護(hù)及及過(guò)過(guò)激激磁磁保保護(hù)護(hù)1.2.5 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合保護(hù)范圍劃分的

14、基本原則是任一個(gè)元件的故障都能可靠地被切除且造成的停電范圍最小。保護(hù)區(qū)間的重疊是為了保證任意處的故障都置于保護(hù)區(qū)內(nèi)，同時(shí)重疊區(qū)越小越好對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿(mǎn)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 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。 1.3.1 選擇性 例： 有選擇性1.3.1 選擇性 例： 有選擇性1.3.1 選擇性 例： 有選擇性1.3.1 選擇性 例： 有選擇性拒動(dòng)停電停電有選擇性1.3.1 選擇性 例： 正確動(dòng)作非選擇性停電停電小結(jié)：選擇性就是故障點(diǎn)在區(qū)

15、內(nèi)就動(dòng)作，區(qū)外就不動(dòng)作。當(dāng)主保護(hù)未動(dòng)作時(shí)，由近后備或遠(yuǎn)后備切除故障，使停電面積最小。因遠(yuǎn)后備保護(hù)比較完善（對(duì)保護(hù)裝置、斷路器、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動(dòng)作均起后備作用）且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先采用。 1.3.2 速動(dòng)性 作用于斷路器跳閘的保護(hù)都要求動(dòng)作迅速其主要原因如下： 可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 減少用戶(hù)在低電壓下工作的時(shí)間 減少故障元件的損壞程度 避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大 QFprttt故障切除時(shí)間故障切除時(shí)間：tpr-保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 tQF-斷路器動(dòng)作時(shí)間 最快1.3.2 速動(dòng)性 快速保護(hù)：spr12. 006. 0tspr04. 001. 0tsQF15. 006. 0t斷路器：最快sQ

16、F06. 002. 0t1.3.3 靈敏性 靈敏性是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿(mǎn)足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類(lèi)型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來(lái)。 1.3.3 靈敏性 對(duì)反應(yīng)于數(shù)值上升而動(dòng)作的過(guò)量保護(hù)（如電流保護(hù)） opk.minsenIIK保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)故障參數(shù)的最小計(jì)算值保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬性短路時(shí),其中故障參數(shù)的最小計(jì)算值是根據(jù)實(shí)際可能的最不利運(yùn)行方式、故障類(lèi)型和短路點(diǎn)來(lái)計(jì)算的。 對(duì)反應(yīng)數(shù)值下降而動(dòng)作的欠量保護(hù)（如低電壓保護(hù)）其中故障參數(shù)的最大計(jì)算值是根據(jù)實(shí)際可能的最不利運(yùn)行方式、故障類(lèi)型和短路點(diǎn)來(lái)計(jì)算的。 k.maxopsenUUK故障參數(shù)的最

17、大計(jì)算值保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬性短路時(shí)保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)1.3.3 靈敏性 1.3.3 靈敏性 在GB14285-1993繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程中，對(duì)各類(lèi)保護(hù)的靈敏系數(shù)的要求都作出了具體規(guī)定，一般要求靈敏系數(shù)在1.22之間。1.3.4 可靠性 可靠性是指發(fā)生了屬于它該動(dòng)作的故障，它能可靠動(dòng)作，即不發(fā)生拒絕動(dòng)作（簡(jiǎn)稱(chēng)拒動(dòng)）；而在不該動(dòng)作時(shí)，它能可靠不動(dòng)，即不發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作（簡(jiǎn)稱(chēng)誤動(dòng)）。 1.3.4 可靠性 影響可靠性的因素 內(nèi)在的：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、制造工藝水平內(nèi)外接線簡(jiǎn)明觸點(diǎn)多少等 外在的：運(yùn)行維護(hù)水平調(diào)試是否正確正確安裝等1.3.4 可靠性 提高可靠性的辦法 選用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)原理，在盡可能的情況下盡量簡(jiǎn)化接線，減少元器件的數(shù)量和觸點(diǎn)的數(shù)量 提高保護(hù)裝置所選用的器件質(zhì)量和工藝水平，并有必要的抗干擾措施 提高保護(hù)裝置安裝和調(diào)試的質(zhì)量，并加強(qiáng)維護(hù)和管理 采取保護(hù)裝置多重化 上述四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，也是貫穿繼電保護(hù)的一個(gè)基本線索。在它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。例如強(qiáng)調(diào)快速性時(shí)，有時(shí)會(huì)影響可靠性、選擇性和靈敏性，強(qiáng)調(diào)選擇性時(shí)又會(huì)影響快速性和靈敏性。繼電保護(hù)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的絕大部分工作是圍繞著如