电力系统继电保护原理及应用1
电力系统继电保护原理PPT 2-1三段电流保护
电气工程与自动化学院(School of Electrical Engineering & Automation)
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线路短，保 护范围内始 端和末端电 流差别不大
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终端采用线 路-变压器接 线方式，保
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当电路网络中任意点发生三相或两相断路故障时， 其短路工频周期分量近似计算为：
IⅠop
IⅠ set.1
nTA
Kcon
其中 nTA是电流互感器变比。 Kcon 是接线系数，一般取1.0。
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保护范围的校验
保护范围：在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的 短路电流对应的短路点区域。最小的保护范围为在系统最小 运行方式下两相短路时出现。
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电力系统继电保护
、继电保护装置的作用：能反应电力系统中各电气设备发生故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号。
2、继电保护装置的基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。
选择性：系统发生故障时，要求保护装置只将故障设备切除，保证无故障设备继续运行，从而尽量缩小停电围，保护装置这样动作就叫做有选择性。
快速性：目前，断路器的最小动作时间约为0.05～0.06秒。
110KV 的网络短路故障切除时间约为0.1～0.7秒；配电网络故障切除的最小时间还可更长一些，其主要取决于不允许长时间电压降低的用户，一般约为0.5～1.0秒。
对于远处的故障允许以较长的时间切除。
灵敏性：保护装置对它在保护围发生故障和不正常工作状态的反应能力称为保护装置的灵敏度。
可靠性：保护装置的可靠性是指在其保护围发生故障时，不因其本身的缺陷而拒绝动作，在任何不属于它动作的情况下，又不应误动作。
保护装置的选择性、快速性、灵敏性、可靠性这四大基本要相互联系而有时又相互矛盾的。
在具体考虑保护的四大基本要求时，必须从全局着眼。
一般说来，选择性是首要满足的，非选择性动作是绝对不允许的。
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要影响到整个系统，这时就必须保证快速性而暂时牺牲部分选择性，因为此时快速性是照顾全局的措施。
3、继电保护的基本原理继电保护装置的三大组成部分：一是测量部分、二是逻辑部分、三是执行部分。
继电保护的原理结构图如下：第一章电网相间短路的电流电压保护一、定时限过流保护的工作原理及时限特性1、继电保护装置阶梯形时限特性：各保护装置的时限大小是从用户到电源逐级增长的，越靠近电源的保护，其动作时限越长，用t1、t2、t3分别表示保护1、2、3的动作时限则有t1>t2>t3，它好比一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。
定时限过流保护的阶梯形时限特性如下图：二、电流电压保护的常用继电器1、继电器的动作电流：使继电器刚好能够动作的最小电流叫继电器的动作电流Id.j。
继电保护最全面的知识
继电保护最全面的知识一、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：1）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。
2）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。
3）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。
）。
4）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。
二、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。
对于作用于继电器跳闸的继电保护,应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。
1、选择性选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。
电力系统继电保护原理实验
实验一继电器特性实验二、原理说明1、电流继电器DL-20C系列电流继电器用于反映发电机、变压器及输电线路短路和过负荷的继电保护装置中。
过电流继电器：当电流升高至整定值时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。
继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联，电压继电器两线圈并联时标注的指示值等于整定值；若上述二继电器两线圈分别作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。
2、时间继电器DS系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制原则进行动作。
DS-20系列时间继电器是带有延时机构的吸入式电磁继电器，其中DS-21～DS-24是内附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于短时工作），DS-21/C～DS-24/C是外附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于长时工作）。
DS-25～28是交流时间继电器。
该继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动主触点和一付终止主触点。
当加电压于线圈两端时，衔铁克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时常开触点闭合，常闭触点断开，同时延时机构开始启动，先闭合滑动常开主触点，再延时后闭合终止常开主触点，从而得到所需延时，当线圈断电时，在塔形弹簧作用下，使衔铁和延时机构立刻返回原位。
从电压加于线圈的瞬间起到延时闭合常开主触点上，这段时间就是继电器的延时时间，可通过整定螺钉来移动静接点位置进行调整，并由螺钉下的指针在刻度盘上指示要设定的时限。
三、实验设备四、实验内容及步骤1、电流继电器整定点的动作值、返回值及返回系数测试电流继电器特性测试实验接线图注2如图1-1所示。
（1） 电流继电器的动作电流和返回电流测试a 、选择ZB11继电器组件中的DL-24C/6型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。
选2.4A 和4.8A 为实验整定值。
b 、根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）本实验整定值2.4A 采用是串联的接线方式，4.8A 采用并联的接线方式。
c 、按图1-1接线，检查无误后，调节自耦调压器及变阻器，增大输出电流，使继电器动作。
电力系统继电保护 —— 距离保护的基本原理、阻抗继电器及其动作特性
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
动作特性：阻抗继电器在阻抗复平面动作 区域的形状。用复数的数学方程来描述， 称为动作方程。
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
Zm
m
Rm
jX m
金属性短路时：Um降低，Im增大，Zm变为短路点与保
护安装处之间的线路阻抗Zk=z1Lk=(r1+jx1)Lk。短路阻抗的 阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大（220kV以上不
低于75°）
二、测量阻抗及其与故障距离的关系
整定阻抗： Zset z1Lset
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
三相短路
三相对称性短路时，故障点处的各相电压相等，且在三相 系统对称 时均为0，此时，任何一相的电压、电流或任何 两相相间的电压、电流均可作为距离保护的测量电压和测 量电流，用来进行故障判断。
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
零序电流补偿系数单相接地短路以a相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相接地短路1以bc两相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相接地短路2以bc两相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相不接地短路以ab两相短路为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取三相短路三相对称性短路时故障点处的各相电压相等且在三相系统对称时均为0此时任何一相的电压电流或任何两相相间的电压电流均可作为距离保护的测量电压和测量电流用来进行故障判断
继电保护基本原理
1.4
继电保护的工作配合
每一套保护都有预先严格划定的保护范围，只有在 保护范围内发生故障，该保护才动作。为了确保故障元 件能够从电力系统中被切除，一般每个重要电力元件配 备两套保护，一套称为主保护，一套称为后备保护，当 保护装置拒动、保护回路中其他环节损坏、断路器拒动、 工作电源不正常等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。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，应确保由主保护快速切除任何类型的故障， 一般后备保护都延时，等待主保护确实不动作后才动作。 因此，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。
3.1
电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变 为高频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输 电线路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频 载波信号传到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频 信号接收，以实现各段电流相位（或功率方向）的比 较。
3.1.1
电力载波信号的种类
按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中所 起的作用不同，将电力载波信号分为闭锁信号、允 许信号和跳闸信号。
3． 跳闸信号
跳闸信号是直接引起跳闸的信号，换句话说，收到 跳闸信号是跳闸的充要条件。跳闸的条件是本段保护元件 动作，或者对端传来跳闸信号。只要本段保护元件动作即 作用于跳闸，与有无对端信号无关；只要收到跳闸信号即 作用于跳闸，与本段保护元件动作与否无关。
谢 谢
1 1.1
继电保护的基本原理及其组成 继电保护的基本原理
要完成电力系统继电保护的基本任务，首先必须 “区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行 状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进 行“区分和甄别”，必须需找电力元件在这三种运行状 态下的可测参量（继电保护主要测电气量）的“差异”， 提取和利用这些可测电气量的“差异”，实现对正常、 不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气 量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。
继电保护原理
xx
一、电力系统继电保护的概念与作 用
• 2、继电保的作用：
– 故障和不正常运行状态 —>事故，不可能完全避免 – 要求： 几十毫秒内切除故障
• 人（×），继电保护装置（√）
– 继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故 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。
• 3、继电保护包括继电保护装置和继电保护技术。
– ﹡ 继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系 统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设 计、继电保护运行及维护等技术构成。
• I2 、I0 序分量保护等。 • 非电气量：瓦斯保护，过热保护
•
原则上：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。
xx
二、继电保护的基本原理、构成与分类：
• 2、构成
– 一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分 组成。
xx
• 按被保护的对象分类：
– 输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保 护、母线保护等；
• 按保护原理分类：
– 电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保 护、零序保护等；
• 按保护所反应故障类型分类：
– 相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线 保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；
• 按继电保护装置的实现技术分类：
– 机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型 保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护 等； xx
电力系统继电保护原理
2、偏移阻抗： ρ不能太大， 也不能太小。 一般ρ∈（10～20）%
jX
Zm
C Zset1
Z0
φ
set1
B
R
15
-ρZset1
圆1：全阻抗 圆2：方向阻抗 圆3：偏移特性阻抗
1 3 2
jX
C
Zset1
φ
set1
R
-ρZset1
B
A
16
（4）上抛圆特性
偏移圆特性的一种特例，即Zset1和Zset2都在第一 象限。 圆心： 1 ( Z set 1 Z set 2 ) 2 半径： 1 ( Z set 1 Z set 2 ) 2
26
4.多边形特性阻抗元件
动作方程：
Z m Z set 2 1 arg 90 2 Rset
27
28
5.复合特性阻抗元件
29
3.2.3
绝对值比较与相位比较的相互转换
ZB ≤ ZA
绝对值比较动作方程：
相位比较动作方程：
90 ≤ arg
o
ZC ZD
≤ 270 o
ZC = ZB + ZA
k’ k
Im
. U m Zm= .
Im
Zk’
Zk
jX
C
Zk
φk R
k短路： Zm.2= Zk
Zm.2= -Zk’ k’短路：
-Zk’
A
B
2
考虑： 1）线路φk有差异 2) CT,PT有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 ∴动作特性扩大为一 1 个区域。 圆1：全阻抗圆 圆2：方向阻抗圆 圆3：偏移特性阻抗圆 A 或其它形状
o
相位比较：
《继电保护原理》课件
功能
继电保护的功能包括故障检 测、故障定位和故障隔离， 以确保电力系统的稳定运行。
继电保护原理
1 故障电流特性
继电保护根据故障电流的 特性来判断是否触发保护 动作。
2 故障电压特性
继电保护通过监测故障电 压的变化来确定是否需要 进行保护。
3 动作特征示意图
继电保护的动作特征示意 图是一种图形表示方法， 用于描述保护的响应行为。
《继电保护原理》PPT课 件
本课件将介绍继电保护的基本原理，包括继电保护的定义、分类和功能。让 我们一起进入这个令人兴奋的领域，探索继电保护的奥秘！
什么是继电保护
定义
继电保护是一种电气设备， 用于在电力系统发生异常时， 保护设备和系统免受损坏。
分类
继电保护可根据其功能和应 用领域进行分类，例如差动 保护、过流保护和欠频保护。
类型
常见的继电保护装置类型包括差 动保护、过电流保护和过压保护 等。
总结
1 继电保护发展历程
继电保护经历了从机械继电器到数字保护的发展历程。
2 继电保护现状和未来发展趋势
现代继电保护技术不断发展，趋向数字化、智能化和通信化。
3 继电保护的重要性及应用广泛性
继电保护对电力系统的安全运行非常重要，广泛应用于电力变电站和工业领域。
继电保护元件
1
继电保护元件分类
继电保护元件包括电流传感器、电压传感器和继电器等。
2
继电保护元件参数
电流传感器的参数包括额定电流、精度和频率响应等过串联或并联连接到电力系统中的设备上。
继电保护方案设计
1
继电保护方案设计方法
2
常用的设计方法包括基于规则的方法、
基于模型的方法和基于经验的方法。
电力系统继电保护知识点总结文字部分1
电力系统继电保护知识点总结文字部分1 第三章电网距离保护1.距离保护的定义和基本原理【距离保护：是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反映故障点与保护安装处的距离而工作的保护。
】【基本原理：按照几点保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部故障时，保护装置才应立即动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外的正方向短路时，保护装置不应动作。
】【与电流速断保护一样，为了保证在下级线路出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N 的方向）上设定一个小于线路全长的保护范围，用整定距离Lset表示。
】【当系统发生故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围以内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若Lk大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，保护不应动作，对应的断路器不会跳开。
若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判断为区外故障而不动作。
】（3.8为什么阻抗继电器动作特性是区域。
常用区域）由于互感器误差、过渡电阻等影响，继电器实际测量的Zm不能严格落在Zset同向直线上，而是该直线附近的区域，为保证区内故障情况下阻抗继电器可靠动作，在复平面上，其动作范围是包括Zset对应线段在内，在Zset方向上不超过Zset的区域。
【a:偏移圆无死区，不具有完全方向性，反方向出口短路动作，只能作为后备段】【b：方向圆有方向性，只在正向区内故障动作，但动作特性经过原点，在正向/反向出口短路时Zm很小，处在临界动作区域，可能拒动/误动，必须采取专门措施防止出口故障时拒动或误动】【c：上抛圆】【d：全阻抗圆无电压死区，不具有方向性】【e苹果特性与橄榄特性：苹果特性有较高的耐受过渡电阻的能力，耐受过负荷的能力比较差；橄榄特性正好相反。