繼電保護緒論

1、電力系統(tǒng)繼電保護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、變壓器、母線、輸電線路等一次設(shè)電機、變壓器、母線、輸電線路等一次設(shè)備。對一次設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測備。對一次設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的二量、控制和保護的設(shè)備稱為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備。次設(shè)備。 電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài)電力系統(tǒng)的運行狀態(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)運行條件，系統(tǒng)有四種運行狀態(tài)：根據(jù)運行條件，系統(tǒng)有四種運行狀態(tài)：正常運行狀態(tài)（額定正常運行狀態(tài)（額定U U、f f） 能夠提供合格的電能，滿足負荷的供電需求，保證系統(tǒng)中的能夠提供合格的電能，滿足負荷的供電需求，保證系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備均在規(guī)定的長期安全工作限額內(nèi)運行，并保持一定的相關(guān)設(shè)備均在規(guī)定的長期安全工作限額內(nèi)運行，并保持一定的備用容量。備用容量。不正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)不正常、無故障，可短時運行，但可能發(fā)展為故障。不正常、無故障，可短時運行，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)嚴重的可導(dǎo)致大面積停電、重大經(jīng)濟損失或人員傷亡。嚴重的可導(dǎo)致大面積停電、重大經(jīng)濟損失或人員傷亡。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足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常運行狀態(tài)。過負荷：因負荷超過電氣設(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1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害過電壓：發(fā)電機突然甩負荷而產(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時會引起頻率崩潰 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)受到擾動而失去功率平衡危害：系統(tǒng)振蕩時，電流和電壓周期性擺動，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行1.1.2 不正常工作狀態(tài)及其危害1.1.3 故障狀態(tài)及其危害常見的十種短路類型常見的十種短路類型縱向不對稱故障（斷線）縱向不對稱故障（斷線）復(fù)雜故障：在電力系統(tǒng)的不同地點（兩處或兩處以上）同時發(fā)生不對稱故障的情況 短路的后果 數(shù)值很大的短路電流通過短路點將燃起電弧，使故障設(shè)備損壞 短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時，產(chǎn)生熱和電動力的作用，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)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至造成整個電力系統(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，并造成對用戶少送電或電能質(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。運行人員運行人員繼電保護裝置繼電保護裝置1.1.4 繼電保護的概念及作用 繼電保護技術(shù) 包括電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護原理及實現(xiàn)、繼電保護配置設(shè)計、繼電保護運行及維護等技術(shù) 繼電保護裝置 繼電保護裝置就是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)

7、出信號的一種自動裝置 1.1.4 繼電保護的概念及作用二、繼電保護的作用 自動、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，保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運行 反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件（例如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘1.2.1 基本原理 電流增大電流增大過電流保護過電流保護電壓降低電壓降低低電壓保護低電壓保護電流電壓間的相位角會發(fā)生變化電流電壓間的相位角會發(fā)生變化方向保護方向保護電流差動保護電流差動保護正常：正常： I = 0；短路：；短路： I = Id 序分量保護序分量保護 出現(xiàn)出現(xiàn)I2、I0IUZ會發(fā)生變化阻抗保護阻

8、抗保護非電氣量：瓦斯保護，過熱保護等。非電氣量：瓦斯保護，過熱保護等。 原則上說：只要找出正常運原則上說：只要找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或行與故障時系統(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，保護性能越且差別越明顯，保護性能越好。好。1.2.2 繼電保護裝置的構(gòu)成跳閘或信號跳閘或信號測量測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物理量被測物理量整定值測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并測量從被保護對象輸入的有關(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行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出與已給定的整定值進行比較，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，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。 根據(jù)測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，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。信號，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、延時啟動、延時返回、記憶等。常用邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。 根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如：故障時根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任務(wù)。如：故障時, ,動作動作于跳閘并發(fā)出信號；不正常運行時發(fā)出信號；正常運行時不動作等。于跳閘并發(fā)出信號；不正常運行時發(fā)出信號；正常運行時不動作等。 1.2.3 繼電保護的工作回路繼電保護的工作回路KAKTKS信號1.2.4 繼電保護的分類 按被保護的對象分類 輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、發(fā)電機保護、母線保護等 按保護原理分類 電流保護、電壓保

11、護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等 1.2.4 繼電保護的分類 按保護所反應(yīng)故障類型分類 相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、失步保護、失磁保護等 按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術(shù)分類 機電型保護（如電磁型保護和感應(yīng)型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等 1.2.4 繼電保護的分類 按繼電保護測量值與整定值的關(guān)系分類 過量保護（測量值整定值時動作） 欠量保護（測量值整定值時動作）主保護：反映被保護元件本身的故障，并以盡可能短的時限切除故障的保護1.2.4 繼電保護的分類 按保護所起的作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等1.2.4 繼電保護的分類 按保護所起的

12、作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等后備保護：主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護 1.2.4 繼電保護的分類 按保護所起的作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等近后備保護：在本元件處裝設(shè)兩套保護，當(dāng)主保護拒動時，由本元件的另一套保護動作遠后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護 1.2.4 繼電保護的分類 按保護所起的作用分類 主保護、后備保護、輔助保護等輔助保護：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)的簡單保護繼電保護裝置繼電保護裝置按保護按保護對象分對象分按保護按保護原理分原理分按故障按故障類型

13、分類型分按保護按保護技術(shù)分技術(shù)分按保護按保護作用分作用分輸輸電電線線路路保保護護發(fā)發(fā)電電機機保保護護變變壓壓器器保保護護電電動動機機保保護護母母線線保保護護機機電電型型保保護護整整流流型型保保護護晶晶體體管管型型保保護護集集成成電電路路型型保保護護微微機機保保護護電電流流保保護護電電壓壓保保護護距距離離保保護護差差動動保保護護方方向向保保護護零零序序保保護護主主保保護護后后備備保保護護輔輔助助保保護護相相間間短短路路保保護護接接地地故故障障保保護護匝匝間間短短路路保保護護斷斷線線保保護護失失步步保保護護失失磁磁保保護護及及過過激激磁磁保保護護1.2.5 電力系統(tǒng)繼電保護的工作配合保護范圍劃分的

14、基本原則是任一個元件的故障都能可靠地被切除且造成的停電范圍最小。保護區(qū)間的重疊是為了保證任意處的故障都置于保護區(qū)內(nèi)，同時重疊區(qū)越小越好對動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性，即保護的“四性”。 1.3.1 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，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： 有選擇性拒動停電停電有選擇性1.3.1 選擇性 例： 正確動作非選擇性停電停電小結(jié)：選擇性就是故障點在區(qū)

15、內(nèi)就動作，區(qū)外就不動作。當(dāng)主保護未動作時，由近后備或遠后備切除故障，使停電面積最小。因遠后備保護比較完善（對保護裝置、斷路器、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起后備作用）且實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，應(yīng)優(yōu)先采用。 1.3.2 速動性 作用于斷路器跳閘的保護都要求動作迅速其主要原因如下： 可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 減少用戶在低電壓下工作的時間 減少故障元件的損壞程度 避免故障進一步擴大 QFprttt故障切除時間故障切除時間：tpr-保護動作時間 tQF-斷路器動作時間 最快1.3.2 速動性 快速保護：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)定的保護范圍內(nèi)，對故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。 1.3.3 靈敏性 對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護（如電流保護） opk.minsenIIK保護的動作參數(shù)故障參數(shù)的最小計算值保護區(qū)內(nèi)金屬性短路時,其中故障參數(shù)的最小計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。 對反應(yīng)數(shù)值下降而動作的欠量保護（如低電壓保護）其中故障參數(shù)的最大計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。 k.maxopsenUUK故障參數(shù)的最

17、大計算值保護區(qū)內(nèi)金屬性短路時保護的動作參數(shù)1.3.3 靈敏性 1.3.3 靈敏性 在GB14285-1993繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程中，對各類保護的靈敏系數(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)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作（簡稱拒動）；而在不該動作時，它能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作（簡稱誤動）。 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)計的合理性、制造工藝水平內(nèi)外接線簡明觸點多少等 外在的：運行維護水平調(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原理，在盡可能的情況下盡量簡化接線，減少元器件的數(shù)量和觸點的數(shù)量 提高保護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 提高保護裝置安裝和調(diào)試的質(zhì)量，并加強維護和管理 采取保護裝置多重化 上述四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎(chǔ)，也是貫穿繼電保護的一個基本線索。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。例如強調(diào)快速性時，有時會影響可靠性、選擇性和靈敏性，強調(diào)選擇性時又會影響快速性和靈敏性。繼電保護的科學(xué)研究、設(shè)計、制造和運行的絕大部分工作是圍繞著如