(完整版)电力系统继电保护技术及其维护管理毕业论文

电子科技大学

毕业设计（论文）

论文题目：电力系统继电保护技术及其维护管理

学习中心（或办学单位）：电子科技大学宁波学习中心指导老师：詹小平职称：讲师

专业：电力工程及其自动化

2015年03月13日

电子科技大学

毕业设计（论文）任务书题目：电力系统继电保护技术及其维护管理

任务与要求：

时间： 2014年12月12日至2015年03月13日共17周学习中心（或办学单位）：电子科技大学宁波学习中心

专业：电力工程及其自动化

指导单位或教研室：宁波电大

指导教师：詹小平职称：讲师

2015年3月13日

毕业设计(论文)进度计划表

摘要

继电保护对电力系统的安全有效运行影响重大,要确实保证电力系统的正常使用,就要在保护措施上做好工作,而继电保护是其中最主要,最有效的方式。因此,为保障电力系统的安全运行,必须对继电保护有一定的了解,才能有效使用。本文将对继电保护的作用意义和装置使用及维护,以及其技术发展前景进行分析。

城市电网配电系统由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不能完全避免的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保城市电网配电系统的正常运行。必须正确地设置继电保护装置。

关键词：继电保护；继电维护管理

Abstract

Relayprotectionforsafeandefficientoperationofthegreatimpactonthepowersystem,tor eallyensurethenormaluseoftheelectricpowersystem,wemustdoagoodjobintheprotectionm easures,andprotectionisoneofthemostimportant,themosteffectiveway.Therefore,inordert oensurethesafeoperationofthepowersystem,musthavecertainknowledgeofrelayprotection, canbeeffectivelyused.Thispaperwillbetheroleofsignificanceandofrelayprotectiondevicein operationandmaintenance,aswellasitstechnologydevelopmentprospectsanalysis.

Urbanpowerdistributionsystem,duetoitsgeographicalcoverageisextremelybroad,run ningenvironmentisextremelycomplexandvariousartificialfactors,occurrenceofelectricalfa ultisunavoidable.Theaccidenthappenedintheelectricpowersysteminanyoneplace,arelikely tohaveasignificantimpactontheoperationofpowersystem,inordertoensurethenormalopera tionofpowerdistributionsystemofcity.Mustbeproperlysetrelayprotectiondevice.

Keywords:relayprotection;relayprotectionmanagement

目录

第一章概述 (1)

第一节继电保护装置的作用与任务 (1)

第二节继电保护的组成及工作原理 (1)

第三节对继电保护装置的要求 (2)

第二章常用的保护继电器 (3)

第一节继电保护的基本概念 (3)

第二节常用继电器的结构与工作原理 (3)

第三节保护装置评价指标 (4)

第四节几种常用电流保护的分析 (5)

第三章继电保护装置使用条件和维护 (6)

第一节继电保护装置的灵敏性 (6)

第二节继电保护装置的日常维护 (7)

第四章电力系统继电保护技术的现状与发展 (8)

结束语 (10)

致谢 (11)

参考文献 (12)

第一章概述

第一节继电保护装置的作用与任务

随着我国电力工业和电力系统的快速发展，电力作为当今社会的主要能源，对发电厂、变电站的安全运行要求越来越高。另外，因电子、计算机和通信系统的快速发展，进而加快推进了发电厂、变电站监控系统的自动化水平不断提高。微机继电保护和安全自动装置成为提供电力系统安全运行和可靠供电的重要保障。

因为当电力系统发生故障或异常时,继电保护可以实现在最短时间和最小区域内,自动从系统中切除故障设备,也可以向电力监控警报系统发出信息,提醒电力维护人员及时解决故障,这样继电保护不仅能有效的防止设备的损坏,还能降低相邻地区供电受连带故障的机率。同时还可以有效的防止电力系统因种种原因,而产生时间长、面积广的停电事故,是电力系统维护与保障最实用最有效的技术手段之一。

所谓继电保护装置是一种能够反映电力系统中电气设备或线路发生故障或不正常运行状态，并能使断路器跳闸和发出信号的自动装置。

继电保护装置的基本任务：

（1）当被保护线路或设备发生故障时，继电保护装置能自动，迅速，准确而有选择地借助断路器将故障元件断开，以保证系统其他部分正常运行，减轻事故危害，防止事故蔓延，使故障元件免受进一步的损坏。

（2）当被保护设备或线路出现不正常运行状态时保护装置能够发出信号，及时提醒工作人员采取有效措施，以消除不正常运行状态，防止事故发生。

（3）继电保护装置与供电系统的自动化装置（如自动重合闸，备用电源自动投入装置等）相配合，缩短事故停电时间，提高供电系统运行的可靠性。

第二节继电保护的组成及工作原理

供电系统出现故障时，将引起电流的增加和电压的降低，以及电流，电压间相位角的变化。因此，利用故障时的参数与正常运行时的参数的差值，就可以组成不同原理和类型的继电保护装置。

例如，利用短路时电流增大的特征，可组成过电流保护；利用系统电压降低的特征，可组成低电压保护；利用比较被保护设备各端电流大小和相位的差别可组成差动保护。此外可根据电气设备的不同特点实现反应非电量的保护。如反应变压器油箱内故障的瓦斯保护，反应电机绕组温度升高的过负荷保护等。

继电保护装置的种类比较多，其原理结构如下图所示，基本上由测量元件，逻辑元件，执行元件组成。

继电保护装置原理机构框图

第三节对继电保护装置的要求

为了使继电保护装置能准确及时地完成上述任务，在设计和选择继电保护装置时，主要应满足四个基本要求，即选择性，速动性，灵敏性和可靠性。

选择性是指当供电系统发生故障时，要求继电保护装置应使离故障点最近的断路器首先跳闸，使停电范围尽量缩小，保证无故障部分继续运行，保护装置的这种性能称为选择性。

速动性是指系统中发生短路故障时，继电保护以尽可能短的时限将故障从电网中切除，以减轻故障的危害程度，加速系统电压的恢复，为电动机自启动创造条件。

切除故障的时间是指从发生短路起，至断路器跳闸，电弧熄灭为止所需的时间，它等于保护装置的动作时间与断路器跳闸时间之和。因此，为了保证速动性，除选用快速动作的继电保护装置之外，还应选择快速动作的断路器，目前这两者加在一起的最短时间为0.1s左右。

灵敏性是指保护装置对保护范围内发生故障的反应能力。

可靠性是指在保护范围内发生故障和不正常运行状态时，保护装置应正确动作，不应拒动；在不该动作时，不应误动。继电保护装置的拒动和误动都将使事故扩大，造成严重后果。

保护装置不能可靠工作的主要原因是安装调试质量不高，运行维护不当，继电器质量差以及设计不合理等。

以上对继电保护装置的四项基本要求，是互相联系而有时又互相矛盾的。在一个具体的保护装置中，不一定都是同等重要。在各要求发生矛盾时，应进行综合分析，选取最佳方案，首先要满足选择性，非选择性动作是决不允许的。但是，为了保证选择性，有时可能使故障切除的时间延长从而影响到整个系统，这是为了尽快回复系统的正常运行就必须保证速动性而暂时牺牲部分选择性，因为此时的速动性时照顾全局的措施。

第二章常用的保护继电器

第一节继电保护的基本概念

可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。

继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，拒动和误动所造成的危害往往不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量，输电线路很多，各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小；但如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下，继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障，因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。

第二节常用继电器的结构与工作原理

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

1、电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2、热敏干簧继电器的工作原理和特性

热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。

3、固态继电器（SSR）的工作原理和特性

固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。

第三节保护装置评价指标

继电保护装置属于可修复元件，在分析其可靠性时，应该先正确划分其状态，常见的状态有：①正常运行状态。这是保护装置的正常状态。②检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行，应定期对其进行检修，检修时保护装置退出运行。③正常动作状态。

这是指被保护元件发生故障时，保护装置正确动作于跳闸的状态。④误动作状态。是指保护装置不应动作时，它错误动作的状态。例如，由于整定错误，发生区外故障时，保护装置错误动作于跳闸。⑤拒动作状态。是指保护装置应该动作时，它拒绝动作的状态。例如，由于整定错误或内部机械故障而导致保护装置拒动。⑥故障维修状态。保护装置发生故障后对其进行维修时所处的状态。

目前常用的评价统计指标有：

正确动作率即一定期限内(例如一年)被统计的继电保护装置的正确动作次数与总

动作次数之比。用公式表示为：

正确动作率=(正确动作次数总动作次数)×100%

用正确动作率可以观测该继电保护系统每年的变化趋势，也可以反映不同的继电保护系统(如220kv与500kv)之间的对比情况，从中找出薄弱环节。

可靠度r(t)是指元件在起始时刻正常的条件下，在时间区间(0，t)不发生故障的概率。对于继电保护装置，注意力主要集中在从起始时刻到首次故障的时间。

可用率a(t)是指元件在起始时刻正常工作的条件下，时刻t正常工作的概率。可靠度与可用率的不同在于，可靠度中的定义要求元件在时间区间(0，t)连续的处于正常状态，而可用率则无此要求。

故障率是指元件从起始时刻直到时刻t完好条件下，在时刻t以后单位时间里发生故障的概率。

平均无故障工作时间建设从修复到首次故障之间的时间间隔为无故障工作时间，则其数学期望值为平均无故障工作时间。

修复率是指元件自起始时刻直到时刻t故障的条件下，自时刻t以后每单位时间里修复的概率

平均修复时间：平均修复时间是修复时间的数学期望值。

第四节几种常用电流保护的分析

反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。反时限过电流保护虽外部接线简单，但内部结构十分复杂，调试比较困难；在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。

定时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。

继电器的构成。定时限过电流保护是由电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。

定时限过电流保护的基本原理。在10kV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间，而与被保护回路的短路电流大小无关，所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。

动作电流的整定计算。过流保护装置中的电流继电器动作电流的整定原则，是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动，而在最大负荷电流出现时不应动作。

第三章继电保护装置使用条件和维护

继电保护装置是实现继电保护的基本条件,要实现继电保护的作用,就必须要具备有科学先进、行之有效的继电保护装置,所谓“工欲善其事,必先利其器”,有了设备的支持,才真正具备了维护电力系统的能力。因此,要做好继电保护的工作,就必须要重视保护的设备。而设备的质量问题,直接决定了继电保护的效果,因而必须对继电保护的装置提出较高的要求。

第一节继电保护装置的灵敏性

即要求继电器保护装置,可以及时的把继电保护设备,因为种种问题而出现的故障

和运行异常的情况,灵敏的反映到保护装置上去,及时有效的反映其保护范围内发生的

故障。以便相关部门和人员采取及时有效的防治措施。

可靠性：即要求继电器保护装置的正常,不能发生误动或拒动等不正常的现象,在继电器接线和回路接点上要保证其简练有效。

快速性：即要求继电设备能在最短时间内,消除故障和异常问题,以此保证系统运行的稳定,同时可以把故障设备的损坏降到最低限度,以最快的速度启动正常设备的正常运转,避免出现由局部故障而造成全面故障的情况出现。

选择性：即在要求继电器在系统发生故障后,可能选择性的断开离故障点最近的开关或断路器,有目标的,有选择性的切除故障部分,在实现最小区间故障切除的同时,保证系统其它正常部分最大限度地继续运行。

重要性：不仅要在选用上考虑其是否达到基本运行条件的要求,还要在日常的检测和维护上做好工作。

（1）首先,要全面了解设备的初始状态。继电保护设备的初始状态,影响其日后的正常和有效运行。因此必须注意收集整理设备图纸、技术资料以及相关设备的运行和检测数据的资料。对设备日常状态的检修,要对设备生命周期中各个环节都必须予以关注,进行全过程的管理。一方面是保证设备正常的、安全有效的使用,避免投入具有缺陷的设备。同时在恰当的时机进行状态检修,以便能真正的检测出问题的所在,并及时的找到应对方案。另一方面,在设备使用投入前,要记录好设备的型式试验和特殊试验数据、各部件的出厂试验数据、出厂试验数据以及交接试验数据和运行记录等信息。

（2）其次,要对设备运行状态数据进行及时全面的统计分析。首先要了解设备出现故障的特点和规律,进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析,预先判断分析故障出现的部分和时间,在故障未发生时,及时的排查。因此状态检修数据管理就显得非常重要,要把设备运行的记录、设备状态监测与诊断的数据等结合起来,通过正确的完整的技术数据进行状态检修。通过数据的把握和设备运行规律的把握,可以科学地制定设备的检修方案,提高保护装置的安全系数和使用周期,保证电力系统的正常运行。

（3）再次,要了解继电设备技术发展趋势,采用新的技术对设备进行监管和维护。在电力事业高度发展,继电保护日益严峻,继电保护设备不够完善的情况下,必须加强对新技术的应用,唯此才能保证保护装置的科学有效,在电力系统的保护中发挥应有的贡献。

(4)而且,目前我国在线监测技术上,使用还不够成熟,在日常的状态检修工作中还不能做出准确的判断,只能依靠在线数据与离线数据的相互配合,进行综合分析评价。因此,对各种新技术的使用是必要的,比如在离线监测装置和技术上的使用,运用红外热成像技术、变压器绕组变形测试等,进行日常的设备监测与维护,可以更有效的分析设备的状态,有利于设备和系统的安全。

第二节继电保护装置的日常维护

①当班运行人员定时对继电保护装置进行巡视和检查，对运行情况要做好运行记录。

②建立岗位责任制，做到人人有岗，每岗有人。

③做好继电保护装置的清扫工作。清扫工作必须由两人进行，防止误碰运行设备，注意与带电设备保持安全距离，避免人身触电和造成二次回路短路、接地事故。

④对微机保护的电流、电压采样值每周记录一次，对差动保护要记录差动电流值。

⑤定期对保护装置端子排进行红外测温，尽早发现接触不良导致的发热。

⑥每月对微机保护的打印机进行检查并打印。

⑦每月定期检查保护装置时间是否正确，方便故障发生后的故障分析。

⑧定期核对保护定值运行区和打印出定值单进行核对

继电保护故障处理要点

电力系统中继电保护的工作是一项技术性很强的工作，如果只想学会对设备的调试并不难，只要经过一段时间的培训，按照调试大纲依次进行就可实现。而一旦出现异常现象，想处理它并非易事。它要求工作人员有扎实的理论基础，更要有解决处理故障的有效方法。一个合适的方法，在工作中能帮你少走弯路，提高效率。可以说继电保护技术性很大程度上体现在故障处理的能力上。因此，如何用最快最有效最安全的方法去处理故障，体现技术水平，成为广大继电保护工作者所共同要探讨的课题。下面是常用的几种故障处理方法。

直观法：处理一些无法用仪器逐点测试，或某一插件故障一时无备品更换，而又想将故障排除的情况。比如10KV开关柜分或拒合故障处理。在操作命令下发后，观察到合闸接触器或跳闸线圈能动作，说明电气回路正常，故障存在机构内部。到现场如直接观察到继电器内部明显发黄，或哪个元器件发出浓烈的焦味等便可快速确认故障所在，更换损坏的元件即可。

掉换法：用好的或认为正常的相同元件代替怀疑的或认为有故障的元件，来判断它的好坏，可快速地缩小查找故障范围。这是处理综合自动化保护装置内部故障最常用方法。当一些微机保护故障，或一些内部回路复杂的单元继电器，可用附近备用或暂时处于检修的插件、继电器取代它。如故障消失，说明故障在换下来的元件内，否则还得继续在其它地方查故障。如一条110kV旁路LFP-941A微机保护运行指示灯忽闪忽灭，并

不打印任何故障报告，很难判断为何故障。正好附近有备用间隔，取各插件相应对换，查出故障在CPU插件上。用此项方法，要特别注意插件内的跳线、程序及定值芯片是否一样，确认无误方可掉换，并根据情况模拟传动。

逐项拆除(排除)法：将并联在一起的二次回路顺序脱开，然后再依次放回，一旦故障出现，就表明故障存在哪路。再在这一路内用同样方法查找更小的分支路，直至找到故障点。此法主要用于查直流接地，交流电源熔丝放不上等故障。如直流接地故障。先通过拉路法，根据负荷的重要性，分别短时拉开直流屏所供直流负荷各回路，切断时间不得超过3秒，当切除某一回路故障消失，则说明故障就在该回路之内，再进一步运用拉路法，确定故障所在支路。再将接地支路的电源端端子分别拆开，直至查到故障点。如电压互感器二次熔丝熔断，回路存在短路故障，或二次交流电压互串等，可从电压互感器二次短路相的总引出处将端子分离，此时故障消除。然后逐个恢复，直至故障出现，再分支路依次排查。如整套装置的保护熔丝熔断或电源空气开关合不上，则可通过各块插件的拔插排查，并结合观察熔丝熔断情况变化来缩小故障范围。又例如保护装置发控制回路断线信号，可以在保护屏用万用表测量到开关柜电缆的合、分闸回路的电位，初步就可以判断故障点在开关柜还是在保护装置上，然后进一步进行故障排除。

第四章电力系统继电保护技术的现状与发展

我国继电保护技术的发展是随着电力系统的发展而发展的,电力系统对运行可靠性和安全性的要求不断提高,也就要求继电保护技术做出革新,以应对电力系统新的要求。熔断器是我国最初使用的保护装置,随着电力事业的发展,这种装置已经不再适用,而继电保护装置的使用,是继电保护技术发展的开始。我国的继电保护装置技术经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式的发展历程。随着科技时代的来临,我国的继电保护技术,也开始走向了科技时代。在未来的一段时间内,我国继电保护的技术主要是朝微机继电保护技术方向发展。

与传统的继电保护相比,微机保护有其新的特点。一是全面提高了继电保护的性能和有效性。主要表现在其有很强的记忆力,可以更有效的采取故障分量保护,同时在自动控制等技术,如自适应、状态预测上的使用,使其运行的正确率得到进一步提高。二是结构更合理,耗能低。三是其可靠性和灵活性得到提高,比如其数字元件不易受温度变化影

响,具有自检和巡检的能力,而且操作人性化,适宜人为操作。而且可以实现远距离的实效监控。

微机继电保护技术的这些特点,使得这项技术在未来有着广阔的发展前途,特别是在计算机高度发达的21世纪,微机继电保护技术将会有更大的拓展空间。在未来继电保护技术将向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展的趋向发展。

我国应当在继电保护技术上增加投入,以便建立一套适应现代电力系统安全运行保障要求的继电保护技术,在继电保护装置的使用上要注意及时的更新,适应我国各方面对电力安全使用的要求,为在未来切实的做好继电保护工作提供最基本的设备支持。同时还应该掌握世界继电保护技术的发展,在微机继电保护技术上进一步的增强研究引进的力度,使我国的电力系统的安全系数达到世界先进水平,为我国强势的经济增长速度提供更完善的电力支持。

结束语

随着电力系统的发展和计算机通信技术的进步，继电保护技术的发展向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展，这对继电保护工作提出了新的挑战。只有对继电保护装置进行定期检查和维护，按时巡检其运行状况，及时发现故障并做好处理，保证系统无故障设备正常运行，这对防止继电保护不正确动作，提高继电保护的安全运行，提高供电可靠性，具有十分重要的意义。

致谢

本文是在我的指导老师的精心指导下完成的。无论在选题、确定研究内容，还是在研究过程中都凝聚了老师的辛勤与汗水。导师渊博的知识、活跃的学术思想、严谨求实的治学态度、丰富的教学经验、敏锐的科学前瞻性使我受益很多，导师的谆谆教海和精心指导将使我永生难忘。指导老师教导我学习的同时还指导我正确的工作态度和方法，从他身上我可以感受到一个真正科学工作者的一丝不苟，这对我一生都受益匪浅。在此我要向指导老师表示最诚挚的敬意和谢意。

参考文献

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