电力系统继电保护原理 第六章 发电机的继电保护
电力系统继电保护基本原理
电力系统继电保护基本原理电力系统继电保护是电力系统中重要的安全保护措施，其基本原理是通过检测电力系统中的异常故障状态，并采取控制措施来迅速、准确地切除故障点，保护电力系统的安全运行。
下面将从基本概念、分类、原理以及应用等方面进行详细介绍。
一、基本概念继电保护是电力系统中用来对故障进行保护的设备。
它可以检测系统中的故障，并通过切除故障点、发送报警信号等手段来保护电力系统的安全运行。
二、分类根据继电保护的功能和应用，可以将其分为主保护、备用保护以及辅助保护。
1. 主保护：主保护是对电力系统中的主要设备（如变压器、发电机、电动机等）进行保护的措施。
主保护对应用最为严格的要求，需要快速、准确地切除故障点，并能适应系统的各种工作条件。
2. 备用保护：备用保护是为了当主保护出现故障或失效时，起到替代保护作用的设备。
备用保护的要求相对较低，主要是为了保证在主保护失效时仍能有效地保护电力系统。
3. 辅助保护：辅助保护是对系统中的辅助设备和线路进行保护的措施。
辅助保护的主要作用是检测系统中的异常情况，并发出相应的信号进行报警，以减少故障对系统的影响。
三、原理继电保护的工作原理是基于电气量的变化检测和测量。
通过对电流、电压、频率、功率因数等电气量的测量，判断系统中是否存在故障，并能够快速、准确地切除故障点。
1. 故障检测：继电保护能够检测到电力系统中的各种故障类型（包括短路、过载、接地故障等）。
通过对电流、电压等电气量进行检测和测量，在故障发生时能够及时判断故障类型和位置。
2. 故障切除：当继电保护检测到故障时，会通过控制开关进行故障点的切除。
切除故障的方式包括断开故障电路、切除故障设备、切换备用设备等。
3. 报警通知：继电保护还能够通过发送报警信号或故障信息来通知操作人员。
操作人员在接收到报警信息后，可以及时采取相应的措施来处理故障。
四、应用继电保护广泛应用于电力系统中的各个环节，包括输电线路、变电站、发电机等。
发电机的继电保护
6. 反应100%定子绕组的接地保护 一是零序电压保护，能保护定子绕组的85%以上 二是用来消除零序电压保护不能保护的死区
发电机中性点加固定的工频偏移电压 附加直流或低频电源，将其电流注入定子绕组 利用发电机固有的三次谐波电势
23
发电机三次谐波电势的分布特点
US3
C0 f
1
U N 3 C0 f 2C0S
42
系统振荡时机端测量阻抗
X s 0 Z f gmin jX d / 2
43
4. 失磁保护的构成方式
44
转子低电压判据失磁保护方案
45
1.6 发电机-变压器组继电保护 的特点
1. 发电机-变压器组纵差保护的特点
47
2. 发变组中定子单相接地保护的特点
发变组中，发电机的中性点以不安不接地或经消 弧线圈接地
1. 发电机的故障类型及保护方式
定子绕组
• 定子绕组及引出线相间短路：采用纵差保护 • 定子绕组匝间短路：采用横差保护 • 定子绕组单相接地：采用零序电流和零序电压保护
转子绕组
• 转子绕组一点或两点接地：采用定期检测装置，或采 用一点和两点接地保护
• 转子绕组励磁电流消失：自动灭磁开关断开时连锁断 开发电机的断路器，或采用发电机失磁保护
i22dt
I
2 2*
t
A
发电机 凸级式发电
机或调相机
A
40
空气或氢气表面 冷却的隐极式发 电机
30
导线直接冷却的 100~300MW汽 轮发电机
6~15
发电机组容量越大，承受负序过负荷的能力越小，即A值越小
29
定子负序过电流保护的作用
主保护：对定子绕组电流不平衡而引起转子过热 的一种保护，是发电机的主保护之一
电力系统继电保护的原理
电力系统继电保护的原理
电力系统继电保护的原理是基于监测电力系统中的电流、电压等参数，一旦这些参数超过了设定的阈值，继电保护设备就会发出信号，触发断路器等设备进行动作，以保护电力系统的安全稳定运行。
继电保护设备通常由电流互感器和电压互感器等传感器、测量单元、比较单元、逻辑单元以及执行单元等组成。
其中，电流互感器和电压互感器负责将电力系统中的电流和电压信号转化为测量信号，传送给测量单元进行处理。
测量单元将测量信号转化为数字信号，并与事先设定的保护阈值进行比较。
比较单元负责对比测量信号和阈值的大小关系，当测量信号超过设定阈值时，比较单元会发出触发信号。
逻辑单元接收触发信号，并根据预设的保护逻辑进行判断，决定是否需要进行保护动作。
最后，执行单元接收逻辑单元的指令，通过操纵断路器等设备进行相应的动作。
继电保护设备的阈值设置是根据电力系统的运行要求和设备的额定参数进行调整的。
不同的电力设备，如发电机、变压器、线路等，具有不同的保护要求，因此需要针对性地设置保护阈值。
阈值的设置需要综合考虑设备的稳定工作范围、起动过电流、过负荷电流等因素，并根据实际情况进行适当调整。
继电保护系统的关键在于快速、准确地检测电力系统中的异常情况，并及时采取相应的保护措施。
通过使用互感器转化电路参数为可测量的信号，再经过测量、比较和逻辑判断等步骤，
能够快速、有效地实现对电力系统的保护。
这种原理能够大大提高电力系统的可靠性和安全性，确保电力系统的正常运行。
电力系统 继电保护最全复习题.
1.继电保护复习资料2.电力系统对继电保护的要求答：一、选择性选择性是指保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除使停电范围尽量缩小以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
主保护能有选择性地快速切除全线故障的保护。
后备保护当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。
近后备保护作为本线路主保护的后备保护。
远后备保护作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳后备保护。
二、速动性速动性是指尽可能快地切除故障短路时快速切除故障可以缩小故障范围减轻短路引起的破坏程度减小对用户工作的影响提高电力系统的稳定性。
三、灵敏性灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。
保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量灵敏系数越大则保护的灵敏度就越高反之就越低。
四、可靠性可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时它不应该拒绝动作而在其他不属于它应该动作的情况下则不应该误动作。
以上四个基本要求之间有的相辅相成有的相互制约需要针对不同的使用条件分别地进行协调。
此四个基本要求是分析研究继电保护的基础也是贯穿全课程的一个基本线索。
根据保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式以满足其相应的要求3. 2.功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死区”？什么时候要求它动作最灵敏？答：功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位Φ，并且根据一定关系[cos(Φ+a)是否大于0]判别出短路功率的方向。
为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。
当短路点越靠近母线时电压越小，在电压小于最小动作电压时，就出现了电压死区。
在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏.4. 3.简述下列电流保护的基本原理，并评述其优缺点: (l)相间短路的三段式电流保护; (2)零序电流保护; (3)中性点非直接接地系统中的电流电压保护。
电力系统继电保护原理课后答案
第一章填空题:1.电力系统继电保护应满足（选择性 )（速动性）（灵敏性) ( 可靠性）四个基本要求。
2.电力系统发生骨子后，总伴随有电流(增大）电压（降低）线路始端测量阻抗的（减小）电压与电流之间相位角(变大）3.电力系统发生故障时，继电保护装置应(切除故障设备）,继电保护装置一般应（发出信号）4.电力系统切除故障时的时间包括（继电保护动作)时间和（断路器跳闸)的时间5.继电保护灵敏性指其对保护范围内发生故障或不正常工作状态的反应能力6.继电保护装置一般由测量部分，逻辑环节和执行输出组成。
7.继电保护装置的测量部分是由被保护原件的（某些运行参数）与保护的整定值进行比较。
选择题：8我国继电保护技术发展过了五个阶段，其发展顺序是CA机电型晶体管型整流型集成电路型微机型B机电型整流型集成电路型晶体管型微机型C机电型整流型晶体管型集成电路型微机型9电力系统最危险的故障CA单相接地 B两相短路 C 三相短路10电力系统短路时最严重的后果是CA电弧使故障设备损坏 B使用户的正常工作遭到破坏C破坏电力系统运行的稳定性11.继电保护的灵敏度系数K1m要求(C)（A）K1m<1 (B）K1m=1 (C）K1m〉112.线路保护一般装设两套，它们是 (B)(A)主保护(B）一套为主保护，另一套为后备保护(C)后备保护判断题:13.电气设备过负荷时，继电保护应将过负荷保护设备切除. （错）14.电力系统继电保护装置通常应在保护选择性的前提下,使其快速动作。
（对)15.电力系统在不正常工作状态时，继电保护不但发出信号，同时也把不正常工作的设备切除（错）16.能使电流继电器从释放状态改变至动作状态的最大电流称为继电器的动作电流。
（错)第二章1。
瞬时电流速断保护的保护范围随运行方式和故障类型而变。
2。
瞬时电流速断保护的保护范围在被保护线路始端,在最小运行方式下,保护范围最小。
3.本线路限时电流速断保护的保护范围一般不超过相邻下一条线路的电流速断保护的保护范围，故只需带 0。
第六章 继电保护与二次回路
图6—2有限反时限过电流保护接线方式
由图6-2可见，当被保护设备发生短路事故时，电流 互感器一、二次侧流过很大电流，二次侧电流经KA1、 KA2的动断触点和电流线圈成回路。当继电器电流线圈流 过的电流达到继电器的整定电流后，继电器动作，动合 触点首先闭合，动断触点随之打开。于是TAu、TAw的二 次电流经过闭合的KA1、KA2动合触点、跳闸线圈Y1、Y2 和继电器YT1、YT2的电流线圈而成回路，于是Y1、Y2动 作，断路器跳闸。
由上述动作过程看出，继电器一旦启动保护装置的动作时间只取决 于时间继电器的整定时间，与短路电流的大小无关．因此称为定时限电 流保护．
图6-1(b)为展开图。图中+BM、-BM为直流操作电源。QF1为断路器 QF的动合辅助触点，当QF跳闸后，QF1断开，保证Y断电，避免长时间通 电而烧坏跳闸线圈YT。
式中：Kf ——返回系数；
If ——继电器的返回电流(A)； IDZ——继电器的动作电流(A)。
因为过电流继电器的返回电流总是小于动作电流，因此 返回系数总是小于1。对于电磁型电流继电器的返回系数要 求在0.85～0.9之间，如低于0.85，则返回电流太小，容易 引起误动作；如大于0.9，应注意可动触点桥与静触点触指 闭合时接触压力是否足够。如果压力不够，接触不良，影 响工作可靠性，必须进行调整。
(2)电磁型中间继电器
作用：在继电保护装置中，中间继电器用以增加触点 数量和触点容量，也可使触点闭合或断开时带有不大的 延时，或者通过继电器的自保持，以适应保护装置动作 程序的需要。
电磁型中间继电器的结构如 图6-5所示。当线圈2加上工 作电压后，电磁铁1产生电磁 力，将衔铁3吸合带动触点5， 使其中的动合触点闭合，动 断触点断开。当外施电压消 失后，衔铁3受反作用弹簧6 的拉力作用而返回原来位置， 动触点也随之返回到原来状 态，动合触点打开，动断触 点闭合。
电力系统继电保护第六章 距离保护
中国电力出版社
第二节 阻抗继电器
一、阻抗继电器的动作特性 可以是相电压或线电压) 单相式阻抗继电器是指加入继电器只有一个电压 （可以是相电压或线电压 可以是相电流或两相电流差) 的阻抗继电器， Um和一个电流 Im（可以是相电流或两相电流差 的阻抗继电器，加入继 电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。 电器的电压与电流比值称为继电器的测量阻抗。 & U
Z
U&
m
m
中国电力出版社
当线路正方向0.85 Z NP 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 处发生短路时，阻抗继电器的测量阻抗为： 当线路正方向
UN U n U n n Z m = m = TV = N TA = 0.85Z NP TA I NP I NP nTV Im nTV nTA
I段阻抗继电器的整定值为 Z 段阻抗继电器的整定值为
中国电力出版社
第六章学习主要内容及学习要点
1、要求了解距离保护的工作原理，主要组成元件及动作时限特性 2、重点掌握下述内容： （1）常用阻抗继电器名称、特点及动作参数（动作阻抗、返回阻 抗、测量阻抗和整定阻抗）的基本概念。 （2）熟练掌握用幅值比较原理和相位比较原理，在复平面上分析 单相阻抗继电器的动态特性。以及用这两种原理构成常用单相 式阻抗继电器的方法。 （3）掌握阻抗继电器用于相间短路的基本接线方式；用于接地保 护的基本接线方式。 （4）掌握方向阻抗继电器产生死区原因及消除死区的措施，并了 解由于引入极化电压对阻抗继电器暂态特性的影响。 （5）了解过渡电阻、电力系统振荡、电压回路断线，分支电流对 距离保护工作的影响及其防止措施。 （6）熟练掌握三段式距离保护的整定计算。
TA
• •
动作量： U 1 = I m Z set 制动量： U = U 2 m
继电保护的作用及原理
继电保护的作用及原理当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。
实现这种自动化措施的成套设备，一般通称为继电保护装置。
本期就为大家详细介绍继电保护的基本原理、基本要求、基本任务、分类和常见故障分析及其处理。
1、基本原理。
继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。
保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。
电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：a.电流增大短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
b.电压降低当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
c.电流与电压之间的相位角改变正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。
d.测量阻抗发生变化测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。
正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。
这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。
此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护，如瓦斯保护。
2、基本要求。
继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发电机的不正常工作状态： a、定子绕组过电流和定子过负荷； b、定子绕组负序过电流和负序过负荷； 由于外部不对称短路和不对称负荷引起。 c、调速系统惯性较大的发电机突然甩负荷引起的过电压； d、由于主汽门突然关闭引起的发电机逆功率 ； e、由于励磁回路故障或强行励磁时间过长引起的转子过负荷； f、 发电机频率上升或下降
发电机的电流、电压保护
二、负序电流保护 对于容量为5万kW以上的发电机，需配臵负序电流保护。 不对称负荷或故障引起的定子绕组负序电流的危害：在转子 本体和各部件上感应电流，导致转子过热，甚至烧伤转子。 负序电流危害产生的原因： （1）定子绕组负序电流产生的定子合成磁场与正序电流产生 的磁场转向相反，即逆转子旋转方向的旋转。相对于转子来 说以2倍同步转速相对旋转。 （2）负序电流产生的定子合成磁场切割转子，会在转子本 体和各部件（如阻尼条）上感应两倍工频的涡流。 （3）由于转子本体和各部件的自阻抗很小，涡流很大，导 致转子过热，甚至烧坏转子本体表面及阻尼条。 （4）使发电机转子产生100HZ的交变振动
单相接地基波零序电压保护 只能保护定子绕组靠近机端 的85%左右。
发电机定子绕组接地保护
100%保护区的定子单相接保护： 由两种保护共同组成 （1）基波零序过电压保护 （2）三次谐波零序电压保护
基波零序过电压保护负责定子绕组靠近机端85 的部分； 三次谐波零序电压保护负责定子绕组靠近中性点的15 部分。
6.2 发电机的差动保护
电流差动原理应用在发电机中构成发电机差动保护。
发电机差动保护只能反映发电机内部相间短路故障。
发电机的匝间短路保护
一、裂相横联差动保护，可以反应相间短路和匝间短路故障
I I ，如果 I cd . A 0 ，认为故障。 A相裂相差动电流：I cd . A a1 a2 I I ，如果 I cd .B 0 ，认为故障。 B相裂相差动电流：I cd . B b1 b2 I I ，如果 I cd . A 0 ，认为故障。 C相裂相差动电流：I cd .C c1 c2
6.4 发电机的电流、电压保护
发电机后备保护也可采用低电压起动的过电流保护、复合电 压起动的过电流保护、负序电流加单相式低电压起动的过电 流保护、阻抗保护。 一、复合电压起动的过电流保护 同变压器的复合电压起动的过电流保护。 动作条件是： （1）（相）过电流，I I act , I act 是相电流动作整定值。 U U act ,U act (0.5 ~ 0.6)U N （2）（相）低电压， （3）负序过电压，U 2 U act.2 ,U act.2 0.1U n 复合电压起动的过电流保护必须同时满足上述3个条件 后才能起动。 复合电压起动的过电流保护的灵敏度比过电流保护高。
第六章
发电机的继电保护
6.1 发电机的故障、不正常工作状态及保护方式
发电机保护是保护发电机免受短路故障损坏的重要自 动装臵。当发电机内部短路故障时，继电保护装臵在很短 的时间内发出动作命令，保护发电机免受短路电流的损坏。
发电机的故障类型： a、发电机定子绕组相间短路（d1故障）； b、发电机定子绕组匝间短路 （1）绕组同相同分支匝间短路（d2故障） ； （2）绕组同相不同分支匝间短路（d3故障） ； c、发电机定子绕组单相接地短路； d、发电机转子励磁回路一点或两点接地（d4故障） ； e、失磁（低励）故障。
发电机承受负序电流的能力：发电机定子绕组流过一定负序 电流时，不使转子损坏的可以经受该负序电流存在的时间。
定子负序电流越大，发电机可以承受的时间越短；定子负序 电流越小，发电机可以承受的时间越长。 发电机转子发热所容许的负序电流 I 2 （标么值）和时间t 之 间的关系可以表示为：
A t 2 I 2
发电机的匝间短路保护
二、单元件横联差动保护
动作条件是：I HC I set ，其中 I set 是动作整定值 单元件横联差动保护三、反应零序电压的匝间短路保护（纵向零序过电压保护）
当发电机内部发生匝间短路 或发生对中性点不对称的各 种相间短路时，TV输出纵向 基波零序电压，纵向零序电 压保护正确动作。 动作判据： 3U0 U Z
针对发电机故障和不正常运行状态，应该配置的发电机保护： a、纵联差动保护，反应发电机定子绕组及引出线相间短路； b、定子绕组匝间短路； c、定子单相接地保护； d、过电流保护 ； e、对称过负荷保护； f、 励磁回路接地保护 g、失磁保护 h、 失步保护 I、转子过负荷保护 j、逆功率保护 k、定子绕组过电压保护 L、发电机过励磁保护
发电机失磁阻抗判据的工作原理：
根据发电机失磁后机端测量阻抗Z的变化轨迹来识别失磁故障。
发电机失磁保护的逻辑原理图
防止定子负序电流危害 的措施是配臵负序电流 保护。 （1）负序定时限过电流保护，分为两段。 （2）负序反时限过电流保护
6.6 发电机的失磁保护
发电机失磁是指发电机的励磁电流突然全部消失或部分消失。 发电机失磁故障的危害： （1）从系统中吸收大量无功功率，使系统电压降低，可能导致 系统不稳定； （2）发电机失磁进入异步运行状态，转子表面感应差频电流， 引起转子过热； （3）定子过电流； （4）异步运行后，发电机转矩、有功功率剧烈波动。
6.3 发电机定子绕组接地保护
反应基波零序电压的发电机接地保护（横向零序过电压保护） 正常情况下,发电机三相电 压中的基波零序电压3Uo 很小；当定子绕组单相接 地故障时,就出现3Uo。利 用基波零序电压构成定子 绕组单相接地保护，采用 过电压继电器，其动作电 压为 ：
3U0 KrelUunb(0)