电力系统继电保护绪论(四性必考)

1.1 电力系统运行状态及继电保护的作用
电力系统不正常运行状态： 概 念： 等式或不等式约束不满足－通常指运行 参数超出额定范围，或电能质量不能满足要求但又 没有故障的运行状态 常见现象：过负荷，过电压，频率过低或过高，系统振 荡。 主要危害：绝缘老化，降低设备使用寿命电能质量下降， 影响用户生产影响系统运行 处理措施：通过人工或自动方式消除，但前提是要能够 检测出系统处于不正常状态。可发信号，提醒运行人员 处理；也可以延时跳闸。
Sk S k max U i min U i U i max I ij I ij max f min f f max
Sk、S k max 表示发电机、变压器或用电设备的功率及其上限； U i、U i max、U i min 表示母线电压及其上、下限； I ij、I ij max 表示输、配电线路中的电流及其上限； f 、f max、f min 表示系统频率及其上、下限。
故障状态及其危害
• 各种类型的短路包括：三相短路、两相短路、两 相短路接地和单相接地短路。大量的现场统计数 据表明，在高压电网中，单相接地短路次数占所 有短路次数的85%以上。
• （图解：因为停电，北京朝阳区建外SOHU
不点起蜡烛）
附近的一家餐厅不得
• 事故——是指系统或其中一部分的正常工作遭到 破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不 能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的 损坏。 • 引发事故的可能原因如下：
• • • • 电流相位差动保护——利用内部与外部短路时两侧电流相位的差别构 成。 方向比较式纵联保护——利用内部与外部短路时两侧功率方向的差别 构成。 气体保护——当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于变压器油受热 分解所产生的气体的保护。 过热保护——当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于电动机绕组温 度的升高而构成的保护。
1.1.4 继电保护的作用
S9210系列综合保护装置图） （JMB1型母线保护装置图）
1.1.4 继电保护的作用
• （保护柜实物图）
电力系统运行状态及继电保护的作用
继电保护的作用 故障不可避免：自然因素，设备制造因素，人为因素 故障必须快速自动切除：电磁暂态过程短，对设备修复有利， 对系统稳定有利 故障不可避免,但事故是可以避免的，电力工作者的任务就是 避免电力故障酿成事故！ 基本任务： 1. 自动、快速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除， 使故障元件免于继续遭到损坏，使无故障部分迅速恢复正常运 行。 2. 反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件 动作于信号或跳闸
P
Q
Gi
Gi
PDj PS 0

Q
Dj

Q
S
0
P Gi、QGi 分别为第i个发电机或其他发电设备输入的有功和产生的无功功率；
PDj、QDj 分别为第j个负荷使用的有功和无功功率； PS、QS 分别电力系统中各种有功功率和无功功率损耗；
• 不等式约束条件满足——涉及供电质量和电力设备安全运 行的某些参数，它们应处于安全运行的范围（上限及下限） 内，例如
计划学时32，讲课32，实验0 成绩计算：听课10％，出勤10％， 作业10％，闭卷考试70％。 主讲教师：刘一兵
一、绪论
• 课时 3学时 教学重点 继电保护在电力系统中的地位与作用 继电保护的基本构成原理－“差异”与 “甄别” 继电保护的四项基本要求
1.1 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统
1.2.2 保护装置的构成
• 一般继电保护装置由测量元件、逻辑元件和执行 输出三部分组成，如图1-3所示。
图1-3 保护继电器的组成方框图
执行输出部分——执行输出部分根据 逻辑部分传来的指令，发出跳开断路 器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发 出警报或不动作。
JXSB-110A数字式高压线路保护装置图
内部短路 两侧电源分别向短路点供给短路电流I d 2和Id 2，都是 由母线流向线路，此时两个电流一般不相等，在理想条件下 （两侧电势同相位且全系统的阻抗角相等），两个电流同相位， 两个电流的矢量和等于短路点的总电流，其值较大。
其他类型的保护
• 纵联保护——利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧 正常运行与故障时电气量差异的保护。 • 电流差动保护——利用内部与外部短路时两侧电流矢量的 差别构成。
我国常用的110kV及以下单侧电源供电网络
我国常用的110kV及以下单侧电源供电网络
我国常用的110kV及以下单侧电源供电网络
220kV及以上多侧电源的输电网络
正常运行--如果规定电流的正方向都是从母线流向线路，那么， A-B两侧电流的大小相等，相位相差180°，两侧电流的矢量和为 零。
220kV及以上多侧电源的输电网络
1.1 电力系统运行状态及继电保护的作用 电力系统的构成
一次设备Primary equipment 传输能量，连接于互感器一次侧 二次设备Secondary device 传输信息，连接于互感器二次侧
电力系统运行状态
正常运行状态 不正常运行状态 故障状态
电力系统控制目标
通过自动的和人工的控制，使电力系统尽快的摆脱 不正常状态和故障状态，能够长时间在正常状态下运行
1.2.4 电力系统继电保护的工作配合
• 主保护——为了最大限度的缩小故障对电力系统正常运行 产生的影响，应保证由主保护快速切除任何类型的故障.
1.2.4 电力系统继电保护的工作配合
• 后备保护——保护装置拒动、保护回路中的其它环节损坏、 断路器拒动、工作电源不正常乃致消失等时有发生，造成 主保护不能快速切除故障，这时需要后备保护来切除故障。 由后备保护动作切除故障，一般会扩大故障造成的影响， 一般后备保护都延时动作，等待主保护确实不动作后才动 作。主保护与后备保护之间存在动作时间和动作灵敏度的 配合。
1.2.4 电力系统继电保护的工作配合
• 近后备保护（或近后备附加断路器失灵保护）——在高压 电网中采用远后备保护往往不能满足灵敏度的要求，因而 采用近后备附加断路器失灵保护的方案。近后备保护与主 保护安装在同一断路器处，当主保护拒动时，由后备保护 启动断路器跳闸；当断路器失灵时，由失灵保护启动跳开 所有与故障元件相连的电源侧断路器。
1.1电力系统运行状态及继电保护的作用
电力系统故障状态： 概 念：等式或不等式约束不满足－支路外增加了非绝 缘支路（短路）或正常支路开断 常见现象：短路，断线 主要危害： 对故障设备：故障电流使故障元件损毁 对非故障设备：流过的大短路电流减少其使用寿命 对电力用户：电压、频率降低或升高、电能质量下降 对电力系统：危害系统稳定运行，造成大面积停电
1.2.4 电力系统继电保护的工作配合
• 远后备保护——一般下级电力元件的后备保护安装在上级 （近电源侧）元件的断路器处，称为远后备保护。远后备 保护动作将切除所有上级电源侧断路器，造成事故扩大。 同时，其保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围， 它能解决远后备保护范围内所有故障元件任意原因造成的 不能切除问题。
1.2.3 继电保护的工作回路
• 1 继电保护的工作回路中一般包括： 将通过一次电力设备的电流、电压线性地传变 为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压， 并使一次设备与二次设备隔离的设备，如电流、 电压互感器及其与保护装置连接的电缆等； 2 断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电 缆，指示保护装置动作情况的信号设备； 3 保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。 下面以电磁型过电流保护为例，展示了一个简单的 保护工作回路的原理。
电力系统继电保护原理
共青团青海大学委员会 刘一兵 liuyibing45@ 行政楼B楼一楼
学习资料
• 参考教材： 1、贺家李 宋从矩等 电力系统继电保护原理（第四 版） 中国电力出版社 2010 2、杨奇逊 黄少峰主编 微型机继电保护基础（第二 版）中国电力出版社 2005 3、葛耀中著 新型继电保护和故障测距的原理与技 术（第二版）西安交通大学出版社 2007.7 4、张保会 尹项根主编 电力系统继电保护（第二版） 中国电力出版社 2009.12 • 习题： 张保会 潘帧存编 电力系统继电保护习题集 中国 电力出版社 2008
• 1.2 继电保护的基本原理及其组成
1.2.1 继电保护的基本原理
目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有： 流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的 运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值 即“测量阻抗”等。 • 发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参 量的新差异，就可以形成新的继电保护原理。 •
1.1.4 继电保护的作用
• 继电保护装置——指能反应电力系统中电 气设备发生故障或不正常运行状态，并动 作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装 置。
1.1.4 继电保护的作用
• 电力系统继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保 护装置组成的继电保护系统。包括继电保护的设计、配置、 整定、调试等技术；也包括由获取电量信息的电压、电流 互感器二次回路，经过继电保护装置直到开关跳闸线圈的 一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包 括通信设备。
其他类型的保护
（上图为线路保护仿真）
1.2.2 保护装置的构成
• 一般继电保护装置由测量元件、逻辑元件和执行 输出三部分组成，如图1-3所示。
图1-3 保护继电器的组成方框图 测量比较部分——测量比较部分是测量 通过被保护的电气元件的物理参量，并 与给定的值进行比较，根据比较的结果， 给出“是”、“非”、“0”或“1”性 质的一组逻辑信号，从而判断保护装置 是否应该启动，根据需要往往包括一个 或多个测量比较元件。 JXSB-110A数字式高压线路保护装置图
继电保护的配合及保护范围的划分 保护分区的目的：为了尽可能的减小因故障跳闸引起 的停电区域，电力系统中每个继电保护都有严格的保护范 围，称为保护区。保护范围内的故障（区内故障），保护 才动作；保护范围外的故障，保护不动作 保护分区原则和方法：保护以断路器位置作为分区的 基准（因为断路器是切除和隔离故障的主要设备）。遵循 全覆盖原则和重叠区原则，保护区的边界取决于电流互感 器的位置。