第一章继电保护基础知识

第一章继电保护基础知识第一章继电保护基础知识一、电力系统在运行中，不可避免地会发生故障和不正常工作情况。

1、最常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相接地短路、两相短路、单相接地短路、发电机和变压器的绕组匝间短路等。

此外，输电线路还可能发生一相或两相断线以及断线和短路同时发生的复杂故障。

2、最常见的不正常工作情况是过负荷，长时间过负荷会使载流设备和绝缘温度升高，加速绝缘老化或设备遭到损坏，严重时甚至引起故障。

此外，水轮发电机突然甩负荷引起过电压，电力系统有功缺额会引起频率降低，这也是不正常工作情况。

二、继电保护的概念。

继电保护装置是反应电力系统中电气设备故障或不正常工作情况而作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

电力系统继电保护——是继电保护技术和继电保护装置的统称。

三、主保护和后备保护的概念。

1、主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。

2、后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护，又分为远后备和近后备。

3、远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

4、近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。

5、辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。

四、故障的性质分类：暂时性故障、永久性故障五、对继电保护的基本要求，可分为安全性、可靠性、速动性、选择性与灵敏性。

1、安全性、可靠性和保护的双重化。

安全性与可靠性是对继电保护最根本的要求。

安全性指的是断电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。

可靠性指的是继电保护在需要它动作时能可靠动作，即不发生拒绝动作。

为保证短路故障时跳闸的可靠性，许多220KV以上的超高压线路继电保护采用了二中取一的双重化配置原则，即在每一回线路上装设两套完全独立的性能均满足电力系统稳定要求的继电保护。

每一套保护所用的直流电源、互感器二次绕组、控制电缆、出囗回路等完全分开，而且两套保护的动作原理一般也不相同。

这样两套保护可互为备用，性能上也互为补充。

我们电站的金石线的主保护就是采用一套高频距离和一套光纤分相差动，金洪线采用一套光纤距离和一套光纤分相差动。

二中取一的双重化方式保证了短路故障时继电保护动作的可靠性，同时带来了便利检修的特点，可以停用一套继电保护进行维护试验而不影响输电线路的正常运行。

二中取一的双重化方式要着重注意每一套保护的安全性，采取相应措施防止误动作。

2、选择性选择性是指继电保护在可能最小的区间内将故障元件从电力系统中断开，使停电范围最小，以保证系统中无故障部份仍能继续安全运行。

它包含了两方面的内容：其一，只应是装设在故障元件上的继电保护动作切除故障；其二，考虑继电保护或断路器有拒动的可能，要力争相邻元件的继电保护能起后备作用。

如图说明：当d1短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性当d2短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性当d3短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性若保护7拒动或7DL拒动，保护5动→跳5DL（有选择性）若保护7和7DL正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL，则越级跳闸（非选择性）选择性就是故障点在区内就动作，区外不动作。

当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。

3、速动性是指继电保护以可能最短的时限将短路故障或不正常工作情况从电力系统中切除或消除。

实践证明，许多相间短路故障是由单相短路发展而成，若继电保护动作快速，就可减少相间短路故障机率，充分发挥单相重合闸的效能，这对于单回的电源网络线是尤为重要的。

短路故障切除的总时间等于继电保护和断路器动作时间之和。

一般快速保护动作时间为0.08～0.12S，最快的为0.015～0.04S；一般的断路器跳闸时间为0.06～0.15S，最快的为0.02～0.05S。

4、灵敏性灵敏性是指继电保护对在其保护范围内发生短路故障或系统不正常工作状态的反应能力，习惯用灵敏系数来表示，又可称之为灵敏度。

整定计算时，要保证在最不利条件下仍能可靠动作。

各类保护的灵敏度均有具体规定。

六、继电保护技术发展概况。

1、机电型保护阶段2、整流型保护阶段3、晶体管型保护阶段4、集成电路型继电保护5、微机型继电保护（1979年我国开始注意微机保护发展动向，到1984年微机距离保护样机经过试运行后通过科研鉴定，投入生产。

）七、继电保护的基本原理继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。

大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。

为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态——找差别：特征。

① 增加故障点与电源间—>过电流保护② U 降低—>低电压保护③ φφI U arg 变化；正常：20°左右—>短路：60°～85°—>方向保护.④ Z=I U模值减少增加ψ —>阻抗保护⑤ 出入I I = —>出入I I ≠ ——电流差动保护⑥ I 2 、I 0 序分量保护等。

另非电气量：瓦斯保护，过热保护原则上说：只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。

第二章保护原理说明一、发电机保护1. 配置保护的重要性水轮发电机是电厂最主要的设备之一，水轮发电机组发生故障后，如果不能及时停机和隔离，不仅使设备的故障扩大，而且会波及其他设备，破坏系统的稳定性，扩大事故范围，同时修复工作复杂且工期长，经济损失也较大。

因此，为保证水轮发电机组在故障时能可靠从系统中解列停机，必须配置一套完整的水轮发电机保护。

水轮发电机组保护分为电气保护和水机保护，水机保护主要有断水保护、轴承温度保护、事故低油压保护、过速保护、剪断销剪断保护、电气事故。

结果分为跳出口、跳灭磁、停机。

本次主要讲电气保护。

2. 故障类型及不正常运行状态：2.1. 故障类型1) 定子绕组相间短路：危害最大，会破坏绝缘，烧损铁芯和绕组，甚至毁坏机组。

2) 定子绕组一相的匝间短路：会使绝缘损坏，并可能发展为单相接地短路和相间短路3) 定子绕组单相接地：较常见，是指绕组对铁芯的短路，当发生单相接地短路时，接地点的电流会使铁芯局部熔化，给修复带来很大困难。

4)转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。

5)转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，引起定子过电流。

同时可能造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。

2.2. 不正常运行状态1)由于外部短路、非同期合闸、系统振荡、失磁等引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化2)由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化3)由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：负序电流通过发电机定子绕组，产生的负序旋转磁场在在转子回路和表面感应出100hz的倍频电流，导致转子表面温度升高，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。

此外，引起发电机的100hz的振动。

4)由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，电枢反应消失，转速急剧上升，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。

5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷：（适用于100MW以上机组，而我们电站只是从励磁变高压侧来配励磁变速断过流保护）6)由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。

（适用于火电厂）3. 保护类型：3.1. 发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护3.2. 横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护3.3. 单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护3.4. 发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失3.5. 复压电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护3.6. 转子表层负序过负荷保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流3.7. 定子过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护3.8. 过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压3.9. 转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护4. 发电机故障及其保护方式二、变压器保护变压器区别于发电机的是静止电气设备，结构简单可靠，发生故障的几率相对较少。

1. 变压器的故障形式：变压器故障主要分为油箱内和油箱外的。

内部故障有绕组相间短路、同相绕组的匝间短路以及大接地电流系统侧绕组的接地短路。

这些故障所产生的电弧可能烧坏铁芯，使绝缘介质气化，可能引起箱体爆炸，酿成火灾。

油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。

2. 变压器的不正常工作状态有过负荷引起的过电流，外部相间短路引起的过电流，外部接地引起的过电流及中性点过电压，以及油面下降、温度升高等。

3. 故障及其保护方式（以主变为例）三、母线保护母线保护主要是电压闭锁比率制动差动保护和断路器失灵保护，母联保护。

原理简单。

基尔霍夫电流定律四、线路保护1. 故障类型：相间短路、单相接地（小接地电流系统中）、或单相短路（大接地电流系统中）、相间短路接地；2. 电流保护：2.1. 电流速断保护（主保护）――对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。

不能保护全线路2.2. 限时电流速断保护（主保护）――任何情况下能保护线路全长，因动作带有延时，故称限时电流速断保护。

其保护范围不超出下一条线路第Ⅰ段的保护范围。

2.3. 定时限过电流保护（后备保护）――作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。

其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长。

3. 方向性电流保护：3.1. 双电源多电源和环形电网供电更可靠,但却带来新问题。

增加方向元件，提高选择性。

3.2. 方向元件是通过电流与电压的角度进行判定方向。

3.3. 方向元件与过流元件的关系是“与”的关系。

3.4. 电压互感器短路，出现死区，利用记忆回路。

（利用方向阻抗继电器中极化回路来实现记忆功能。