第一章 繼電保護基礎(chǔ)知識

1、繼電保護和微機繼電保護Power system繼電保護基礎(chǔ)繼電保護基礎(chǔ)發(fā)電變電輸電用電一次設(shè)備：生產(chǎn)、輸送、分配、消耗電能的設(shè)備。包括發(fā)電機、變壓器、斷路器、母線、輸電線路、電動機等。 二次設(shè)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。 根據(jù)電力系統(tǒng)在不同運行條件下的系統(tǒng)與設(shè)備的工作狀況，電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。1. 1. 正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài)l電力系統(tǒng)正常運行的約束條件電力系統(tǒng)正常運行的約束條件l等式約束條件：等式約束條件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ1. 1. 正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài)l電力系統(tǒng)正常運行的約束條件電力系統(tǒng)正常運

2、行的約束條件l等式約束條件等式約束條件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ1. 1. 正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài)l電力系統(tǒng)正常運行的約束條件電力系統(tǒng)正常運行的約束條件l等式約束條件等式約束條件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ1. 1. 正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài)l電力系統(tǒng)正常運行的約束條件電力系統(tǒng)正常運行的約束條件l不等式約束條件不等式約束條件：max.kkSSmax.min.iiiUUUmaxminfffmax.ijijII 2 2 不正常工作狀態(tài)及其危害不正常工作狀態(tài)及其危害常見的不正常狀態(tài)及其危害：常見的不正常狀態(tài)及其危害：過負(fù)荷：因負(fù)荷超過電氣設(shè)備的額定值造成過負(fù)荷：因負(fù)荷超過電氣

3、設(shè)備的額定值造成 的電流增大；的電流增大；危害危害：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；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：系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起；頻率降低：系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起；危害：危害：1）影響產(chǎn)品質(zhì)量；）影響產(chǎn)品質(zhì)量； 2）降到）降到4748HZ以下會引起頻率崩潰；以下會引起頻率崩潰； 3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。 所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約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)稱為束條件不滿足但又不是故障的工作狀態(tài)稱為不正常不正常運行

4、狀態(tài)。運行狀態(tài)。2 2 不正常工作狀態(tài)及其危害不正常工作狀態(tài)及其危害常見的不正常狀態(tài)及其危害：常見的不正常狀態(tài)及其危害：過電壓：發(fā)電機突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生；過電壓：發(fā)電機突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生；危害：危害：造成絕緣擊穿導(dǎo)致短路。造成絕緣擊穿導(dǎo)致短路。系統(tǒng)振蕩：因系統(tǒng)受到擾動而失去功率平衡。系統(tǒng)振蕩：因系統(tǒng)受到擾動而失去功率平衡。危害：危害：系統(tǒng)振蕩時，電流和電壓周期性擺動，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運行；系統(tǒng)振蕩時，電流和電壓周期性擺動，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運行； 所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約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)稱為束條件不滿足但又不是故障的工作狀

5、態(tài)稱為不正常不正常運行狀態(tài)。運行狀態(tài)。 3. 3.故障狀態(tài)和故障類型故障狀態(tài)和故障類型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）最常見且最危險的故障是各種類型的短路最常見且最危險的故障是各種類型的短路 復(fù)雜故障：復(fù)雜故障：在電力系在電力系統(tǒng)的不同地點（兩處統(tǒng)的不同地點（兩處或兩處以上）同時發(fā)或兩處以上）同時發(fā)生不對稱故障的情況生不對稱故障的情況 短路的后果短路的后果l數(shù)值很大的短路電流通過短路點將燃起電弧，使故數(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；障設(shè)備損壞；l短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時，產(chǎn)生熱和短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時

6、，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；使用壽命；l電力系統(tǒng)中大部分地區(qū)的電壓下降，使大量電能用電力系統(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；戶的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品；l破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，破壞電力系統(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。甚至造成整個電力系統(tǒng)瓦解。 繼電保護的概念及作用繼電保護的概念及作用l繼電保護技術(shù)繼電保護技術(shù)包括電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護原理及設(shè)計、配置整定、運行維護及調(diào)試等技術(shù)。l繼電保護裝置繼電保護裝置 能反應(yīng)電力系統(tǒng)中

7、電氣設(shè)備發(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)出信號的一種自動裝置。繼電保護的概念及作用繼電保護的概念及作用二、繼電保護的作用l自動、迅速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)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。故障部分迅速恢復(fù)正常運行。l反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘?；驹瓌t：基本原則：找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣

8、量的變化特征或非電氣量的變化特征1 1 繼電保護的基本原理繼電保護的基本原理1 1 繼電保護的基本原理繼電保護的基本原理 20argIU正常運行時：正常運行時： 線路正方向線路正方向三相短路：三相短路：8560argIUIUZ 1 1 繼電保護的基本原理繼電保護的基本原理正常運行時：負(fù)荷阻抗正常運行時：負(fù)荷阻抗 短路時：短路阻抗短路時：短路阻抗測量阻抗變小I = 01 1 繼電保護的基本原理繼電保護的基本原理正常運行時：流入電流流出電流正常運行時：流入電流流出電流 內(nèi)部故障時：流入電流內(nèi)部故障時：流入電流流出電流流出電流I = Id1 1 繼電保護的基本原理繼電保護的基本原理正常運行時：只有正

9、序分量正常運行時：只有正序分量 發(fā)生不對稱故障時：有負(fù)序、零序分發(fā)生不對稱故障時：有負(fù)序、零序分量出現(xiàn)量出現(xiàn)兩相短路時有兩相短路時有負(fù)序負(fù)序分量出現(xiàn)分量出現(xiàn) 接地短路時有接地短路時有零序零序分量出現(xiàn)分量出現(xiàn) 2 2 繼電保護的分類繼電保護的分類l按被保護的對象分類按被保護的對象分類 輸電線路保護、輸電線路保護、 發(fā)電機保護、發(fā)電機保護、 變壓器保護、變壓器保護、 母線保護、母線保護、 電動機保護等。電動機保護等。 l按保護原理分類：按保護原理分類： 電流保護、電流保護、 電壓保護、電壓保護、 距離保護、距離保護、 差動保護、差動保護、 方向保護、方向保護、 零序保護等。零序保護等。 2 2 繼

10、電保護的分類繼電保護的分類l按保護所反應(yīng)故障類型分類按保護所反應(yīng)故障類型分類 相間短路保護、相間短路保護、 接地短路保護、接地短路保護、 匝間短路保護、匝間短路保護、 斷線保護、斷線保護、 失步保護、失步保護、 失磁保護及過勵磁保護等失磁保護及過勵磁保護等l繼電保護測量值與整定繼電保護測量值與整定值的關(guān)系分類值的關(guān)系分類： 過量保護：過量保護：（測量值整定值）（測量值整定值） 欠量保護：欠量保護：（測量值整定值）（測量值整定值）主保護主保護反映被保護元件本身的故障，并以盡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；可能短的時限切除故障的保護；2 2 繼電保護的分類繼電保護的分類

11、l按保護所起的作用分類：按保護所起的作用分類： 主保護、后備保護、輔助保護等。主保護、后備保護、輔助保護等。后備保護后備保護主保護或斷路器拒動時用來切除故主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為障的保護。又分為近后備保護近后備保護和和遠(yuǎn)遠(yuǎn)后備保護。后備保護。 2 2 繼電保護的分類繼電保護的分類l按保護所起的作用分類：按保護所起的作用分類： 主保護、后備保護、輔助保護等。主保護、后備保護、輔助保護等。近近后備保護后備保護在本元件處裝設(shè)兩套保護，當(dāng)主保護拒在本元件處裝設(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；動時，由本元件的另一套保護動作；2 2 繼電保護的分類繼電保護的分類l

12、按保護所起的作用分類：按保護所起的作用分類： 主保護、后備保護、輔助保護等。主保護、后備保護、輔助保護等。遠(yuǎn)遠(yuǎn)后備保護后備保護當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由上一級相鄰電當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由上一級相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。輔助保護：輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當(dāng)主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。和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護。2 2 繼電保護的分類繼電保護的分類l按保護所起的作用分類：按保護所起的作用分類： 主保護、后備保護、輔助保護等。主保護、后備保護、輔助保護等。 電力系統(tǒng)繼電

13、保護的工作配合電力系統(tǒng)繼電保護的工作配合低壓母線保護區(qū)變壓器保護區(qū)高壓母線I保護區(qū)線路保護區(qū)發(fā)電機保護區(qū)高壓母線II保護區(qū)高壓母線保護區(qū)選擇性、速動性、靈敏性、可靠性選擇性、速動性、靈敏性、可靠性選擇性選擇性 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。 12345678ABCD例例： 1k12當(dāng)當(dāng)k1點短路時，保護點短路時，保護1、2動動跳跳1QF、2QF 有選擇性有選擇性12345678ABCD 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。 例例： 5k26當(dāng)當(dāng)k2點短路

14、時，保護點短路時，保護5、6動動跳跳5QF、6QF 有選擇性有選擇性選擇性選擇性 12345678ABCD 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。 例例： 7k38當(dāng)當(dāng)k3點短路時，保護點短路時，保護7、8動動跳跳7QF、8QF 有選擇性有選擇性選擇性選擇性 12345678ABCD 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置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。運行，以盡量縮小停電范圍。 例例： 當(dāng)當(dāng)k3點短路時，若保護點短路

15、時，若保護7拒動或拒動或7QF拒動，拒動，保護保護5動（遠(yuǎn)后備）動（遠(yuǎn)后備）跳跳5QF 有選擇性有選擇性 7k385選擇性選擇性 12345678ABCD 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置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。運行，以盡量縮小停電范圍。 例例： 當(dāng)當(dāng)k3點短路時，若保護點短路時，若保護7正確動作和正確動作和7DL跳跳閘，保護閘，保護5動動跳跳5DL，則越級跳閘，則越級跳閘（非選擇性非選擇性） 7k385停電停電選擇性選擇性 小結(jié)：小結(jié)：選擇性就是故障點在區(qū)內(nèi)就動作，選

16、擇性就是故障點在區(qū)內(nèi)就動作，區(qū)外就不動作。當(dāng)主保護未動作時，由區(qū)外就不動作。當(dāng)主保護未動作時，由近后備或遠(yuǎn)后備切除故障，使停電面積近后備或遠(yuǎn)后備切除故障，使停電面積最小。最小。選擇性選擇性 速動性是指速動性是指盡可能快地切除故障。盡可能快地切除故障。其主要原因如下：其主要原因如下： 提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性；提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性； 減少用戶在低電壓下運行的時間；減少用戶在低電壓下運行的時間； 降低設(shè)備的損壞程度；降低設(shè)備的損壞程度； 避免故障進一步擴大。避免故障進一步擴大。 速動性速動性 QFPRttt故障切除時間故障切除時間：一般為一般為0.060.060.12s0.12s，最快，最快0.010.0

17、10.04s0.04s。一般為一般為0.060.060.15s0.15s，最快，最快0.020.020.06s0.06s。PRt保護動作時間；斷路器動作時間；QFt速動性速動性 靈敏性是指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)，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。對故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要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。敏地正確地反應(yīng)出來。 靈敏性靈敏性 靈敏性用靈敏性用靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)來衡量，并表示為來衡量，并表示為K Ksensen。 對反應(yīng)于數(shù)值上升

18、而動作的過量保護（如對反應(yīng)于數(shù)值上升而動作的過量保護（如過電流保護）過電流保護） setksenIIKmin.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)金屬性短路時靈敏性靈敏性 靈敏性用靈敏性用靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)來衡量，并表示為來衡量，并表示為K Ksensen。 對反應(yīng)于數(shù)值下降而動作的欠量保護（如對反應(yīng)于數(shù)值下降而動作的欠量保護（如低電壓保護）低電壓保護） max. ksetsenUUK故障參數(shù)的最大計算值保護區(qū)內(nèi)金屬性短路時保護的動作參數(shù)靈敏性靈敏性 可靠性是對繼電保護性能的最根本可靠性是對繼電保護性能的最根本要求。包括要求。包括安全性安全性和和信賴性。信賴性。安全性：安全性：在不該動作時，可靠不動作，在不該動作時，可靠不動作，即不發(fā)生誤動作。即不發(fā)生誤動作。 信賴性：信賴性：當(dāng)發(fā)生了屬于它該動作的故障當(dāng)發(fā)生了屬于它該動作的故障時，可靠動作，即不發(fā)生拒動；時，可靠動作，即不發(fā)生拒動；可靠性可靠性 上述四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎(chǔ)。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何處理好這四個基本要求之間的辨證統(tǒng)一關(guān)系而進行的。 19011901年