電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第一章

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第一章第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一引子為什么要學(xué)習(xí)這門課程？這門課程講述什么內(nèi)容？怎樣學(xué)好這門課程？第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一選用教材：

中國(guó)電力出版社

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第二版）

主編：張保會(huì)尹項(xiàng)根

第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)繼電保護(hù)的基本原理及其組成對(duì)繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史前言第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)：是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電氣設(shè)備按照一定的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成的一個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)。

用電變輸電發(fā)電電第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一次設(shè)備電力系統(tǒng)二次設(shè)備一次設(shè)備：傳輸電能的設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線、輸電線路、電動(dòng)機(jī)等。二次設(shè)備：對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的設(shè)備。第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一運(yùn)行狀態(tài)不正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài)故障狀態(tài)第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.正常工作狀態(tài)等式約束條件由電能性質(zhì)本身決定，即系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率應(yīng)在任一時(shí)刻與系統(tǒng)中隨機(jī)變化的負(fù)荷功率（包括傳輸損耗）相等，即：第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

不等式約束條件涉及供電質(zhì)量和電氣設(shè)備安全運(yùn)行的某些參數(shù)，它們應(yīng)處于安全運(yùn)行的范圍（上限及下限）內(nèi)，例如：SkSk.max用電設(shè)備的功率及其上限；母線電壓及其上、下限；Ui.min

Ui

Ui.maxfminf

fmaxIijIij.max線路電流及其上限；系統(tǒng)頻率及其上、下限；第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.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(yùn)行狀態(tài)。常見(jiàn)的不正常狀態(tài)及其危害：過(guò)負(fù)荷：因負(fù)荷超過(guò)電氣設(shè)備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；頻率降低：系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起；危害：1）影響產(chǎn)品質(zhì)量；2）降到47～48HZ以下會(huì)引起頻率崩潰；3）使電壓下降可能引發(fā)電壓崩潰。第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.故障狀態(tài)及其危害電力系統(tǒng)的所有一次設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中由于外力、絕緣老化、過(guò)電壓、誤操作、設(shè)計(jì)制造缺陷等原因會(huì)發(fā)生如短路、短線等故障。原因：自然因素人為因素第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一故障狀態(tài)和故障類型(2)ab(2)ca(1)a(2,0)ab(2,0)caabc(2)bcabc

(1)b(1)cabc(2,0) bc

兩相短路Phase-to-phase

單相接地短路Phase-to-ground

兩相接地短路Phase-to-phase-

tto-groundd常見(jiàn)的十種短路類型aabc

b c一相斷開兩相斷開

縱向不對(duì)稱故障（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)稱故障的情況最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是各種類型的短路。第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

變壓器短路故障第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

帶負(fù)荷拉閘第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單相接地故障第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3241通過(guò)故障點(diǎn)很大的短路電流和燃起的電弧，使故障元件損壞。部分電力系統(tǒng)的電壓大幅度下降，使大量電力用戶的正常工作和生活遭到破壞或產(chǎn)生廢品。破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。短路電流通過(guò)系統(tǒng)中非故障元件時(shí)，由于發(fā)熱和電動(dòng)力作用引起它們的損壞或縮短使用壽命。發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生的后果：第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.繼電保護(hù)的作用

繼電保護(hù)裝置：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)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)：泛指繼電保護(hù)技術(shù)和由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括繼電保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過(guò)繼電保護(hù)裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備、如果需要利用通信手段傳送信息，還包括通信設(shè)備。第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一繼電保護(hù)裝置基本任務(wù)：

(1)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭受破壞，保證非故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行；

(2)對(duì)不正常運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘，且能與自動(dòng)重合閘相配合。第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)繼電保護(hù)的基本原理及其組成對(duì)繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史前言第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、繼電保護(hù)的基本原理

為了實(shí)現(xiàn)“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常和故障三中運(yùn)行狀態(tài)，“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件，必須尋找電力元件在這三種運(yùn)行狀態(tài)下的可測(cè)參量（繼電保護(hù)為主要測(cè)電氣量）的差別，提取和利用這些可測(cè)參量的“差異”。依據(jù)可測(cè)電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

不同運(yùn)行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過(guò)電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運(yùn)行相電壓幅值、元件的電壓與電流的比值即“測(cè)量阻抗”等。第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別（1）過(guò)電流保護(hù)（2）低電壓保護(hù)（3）距離保護(hù)2.利用內(nèi)部故障和外部故障時(shí)被保護(hù)元件兩側(cè)電流相位（或功率方向）的差別規(guī)定電流的正方向：從母線流向線路，線路AB兩側(cè)電流相位（或功率方向）。第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.序分量是否出現(xiàn)

電氣元件在正常運(yùn)行（或發(fā)生對(duì)稱短路）時(shí)，負(fù)序分量和零序分量為零；在發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，一般負(fù)序和零序都較大。根據(jù)這些分量的是否存在可以構(gòu)成零序保護(hù)和負(fù)序保護(hù)。此種保護(hù)裝置都具有良好的選擇性和靈敏性。4.反應(yīng)非電氣量的保護(hù)

反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障時(shí)所發(fā)生的氣體而構(gòu)成瓦斯保護(hù)；反應(yīng)于電動(dòng)機(jī)繞組的溫度升高而構(gòu)成過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。

第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、繼電保護(hù)裝置的組成繼電保護(hù)一般由三個(gè)部分組成:測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。

測(cè)量被保護(hù)元件工作狀態(tài)的物理量，并和已給的整定值進(jìn)行比較，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。根據(jù)測(cè)量回路的輸出信號(hào)，進(jìn)行邏輯判斷，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。

執(zhí)行邏輯回路的判斷，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖或指示不正常運(yùn)行情況的信號(hào)。

第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一繼電保護(hù)的工作回路動(dòng)畫：繼電保護(hù)的工作回路第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合

每一套保護(hù)都有預(yù)先嚴(yán)格劃定的保護(hù)范圍，只有在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，該保護(hù)才動(dòng)作。保護(hù)范圍劃分的基本原則是任一個(gè)元件故障都能可靠地被切除并且造成的停電范圍最小，或?qū)ο到y(tǒng)正常運(yùn)行的影響最小。一般借助于斷路器實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍的劃分。第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一低壓母線保護(hù)區(qū)高壓母線I保護(hù)區(qū)高壓母線保護(hù)區(qū)發(fā)電機(jī)保護(hù)區(qū)變壓器保護(hù)區(qū)高壓母線II保護(hù)區(qū)第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由后備保護(hù)啟動(dòng)斷路器跳閘；當(dāng)斷路器失靈時(shí)，由失靈保護(hù)啟動(dòng)跳開所有與故障元件相連的電源側(cè)斷路器。遠(yuǎn)后備保護(hù)：一般下級(jí)電力元件的后備保護(hù)安裝在上級(jí)（近電源側(cè)）元件的斷路器處。第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)繼電保護(hù)的基本原理及其組成對(duì)繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史前言第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、可靠性安全性：是要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不誤動(dòng)。安全性：是要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠性動(dòng)作，即不拒動(dòng)。提高不誤動(dòng)的安全措施與提高不拒動(dòng)的信賴性措施往往是矛盾的，由于不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在電力系統(tǒng)中的位置不同，拒動(dòng)和誤動(dòng)的危害程度不同，因而提高保護(hù)安全性與信賴性的側(cè)重點(diǎn)在不同情況下有所不同。第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、選擇性

選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。它包含兩種意思，其一為只應(yīng)由裝在故障元件上的保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障，其二要力爭(zhēng)相鄰元件的保護(hù)裝置對(duì)它起后備保護(hù)的作用。第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第35頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、速動(dòng)性

速動(dòng)性是指盡可能快地切除故障，可以減少設(shè)備及用戶在大短路電流、低電壓下運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。故障切除的總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。一般的快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.06~0.12s，最快的可達(dá)0.01~0.04s，一般的斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.06~0.15s，最快的可達(dá)0.02~0