1、电力系统继电保护电力系统继电保护 课程基本信息课程基本信息 课程名称：课程名称：电力系统继电保护电力系统继电保护 面对专业：面对专业：电气工程及其自动化电气工程及其自动化 课程类别：课程类别：专业课程专业课程 总学时：总学时：6464学时（其中上课学时（其中上课5656学时，实验学时，实验8 8学时）学时）选用教材：选用教材：电力系统继电保护电力系统继电保护张保会、尹张保会、尹项根主编项根主编 20102010年年3 3月第二版月第二版 先行课程：先行课程：电路；电机学；电力系统分析；发电路；电机学；电力系统分析；发电厂电气部分、微机原理等。电厂电气部分、微机原理等。目目 录录 第一章第一章
2、绪论绪论 第二章第二章 电网的电流保护电网的电流保护 第三章第三章 电网距离保护电网距离保护 第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护 第五章第五章 自动重合闸自动重合闸 第六章第六章 电力变压器保护电力变压器保护 第七章第七章 发电机保护发电机保护 第八章第八章 母线保护母线保护 第九章第九章 数字式继电保护技术基础数字式继电保护技术基础 讲课学时分配表讲课学时分配表 章次章次 内内 容容 学时学时 1 1 绪论绪论 2 2 2 2 电网的电流保护电网的电流保护 1212 3 3 电网距离保护电网距离保护 13 13 4 4 输电线路纵联保护输电线路纵联保护 6 6 5 5 自动重合闸
3、自动重合闸 3 3 6 6 电力变压器保护电力变压器保护 8 8 7 7 发电机保护发电机保护 8 8 8 8 母线保护母线保护 2 2 9 9 数字式继电保护技术基础数字式继电保护技术基础 2 2 实验学时分配：实验学时分配：1 1）电流、电压和时间继电器特性实验；）电流、电压和时间继电器特性实验；2 2学时学时 2 2）功率方向继电器特性实验）功率方向继电器特性实验 ；2 2学时学时 3 3）方向阻抗继电器特性实验）方向阻抗继电器特性实验 ；2 2学时学时 4 4）线路保护演示实验）线路保护演示实验 ；1 1学时学时 5 5）微机变压器差动保护演示实验；）微机变压器差动保护演示实验；1 1
4、学时学时 1 绪绪 论论 学习目的：学习目的：1 1、弄清电力系统的运行状态这一与继电保护关系、弄清电力系统的运行状态这一与继电保护关系密切的基本概念；密切的基本概念；2 2、理解继电保护及其任务；、理解继电保护及其任务；3 3、理解继电保护的作用原理；、理解继电保护的作用原理；4 4、了解继电保护装置的组成；、了解继电保护装置的组成；5 5、掌握对继电保护的基本要求；、掌握对继电保护的基本要求；6 6、了解继电保护的发展。、了解继电保护的发展。1.1 1.1 电力系统的运行状态电力系统的运行状态 正常运行状态正常运行状态 故障状态故障状态 不正常运行状态不正常运行状态 1.1.1 1.1.1
5、 正常运行状态正常运行状态 (1)(1)三相对称三相对称 系统结构三相对称系统结构三相对称 系统运行参数三相对称系统运行参数三相对称 (2)(2)各运行参数为额定值或者其波动范各运行参数为额定值或者其波动范围不超过规定值。围不超过规定值。满足：等式约束和不等式约束满足：等式约束和不等式约束 1.1.2 1.1.2 不正常运行状态不正常运行状态 特点：特点：三相仍然对称，其运行参数较大三相仍然对称，其运行参数较大的偏离其额定值（超出允许范围）。的偏离其额定值（超出允许范围）。基本类型：基本类型：过负荷（过载）过负荷（过载）或或UU 过电压过电压甩负荷甩负荷 振荡振荡 1.1.3 1.1.3 故障
6、运行状态故障运行状态 特点：特点：三相对称被破坏，各种运行参数三相对称被破坏，各种运行参数激剧且严重偏离其额定值。激剧且严重偏离其额定值。故障类型故障类型 对称短路对称短路 K K（3 3）短路短路 不对称短路不对称短路K K（2 2）K K（1 1，1 1）K K（1 1）单相断单相断（复合序网同（复合序网同K K（1 1，1 1）断相断相 两相断两相断（复合序网同（复合序网同K K（1 1）各种短路故障的相对几率：各种短路故障的相对几率：（20082008年线路统计见年线路统计见P3P3表表1.11.1）20022002年数据：年数据：K K（3 3）1.14%1.14%K K（2 2）1
7、.88%1.88%K K（1 1，1 1）6.12%6.12%K K（1 1）88.7%88.7%短路的原因：短路的原因：绝缘损坏（雷击、机械损伤、老化等）绝缘损坏（雷击、机械损伤、老化等）.过电压过电压 误操作误操作 动物跨越裸露部分动物跨越裸露部分 短路的危害：短路的危害：短路点：短路点：I IK KIIN N 形成电弧，严重时形成电弧，严重时烧坏设备；烧坏设备；I IK K元件的热动稳定被破坏；元件的热动稳定被破坏；由于功率平衡被破坏由于功率平衡被破坏破坏系统的稳破坏系统的稳定性；定性；母线电压母线电压U U影响用户的正常工作。影响用户的正常工作。1.1.4 1.1.4 继电保护的作用继
8、电保护的作用 “电力系统自动化（控制）电力系统自动化（控制）”（自动操作控制、调节）（自动操作控制、调节）“电力系统继电保护与安全自动装置电力系统继电保护与安全自动装置”继电保护的概念：继电保护的概念：当电力系统发生当电力系统发生故障故障或或出现出现异常异常状态时能自动、迅速而有选择地状态时能自动、迅速而有选择地切切除故障设备除故障设备或发出或发出报警报警信号。信号。继电保护技术继电保护技术 继电保护装置继电保护装置 Power System Protection 继电保护技术继电保护技术是一个完整的体系，包括电力是一个完整的体系，包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方系统故障分析、各
9、种继电保护原理及实现方法、保护设计、运行、维护等技术。法、保护设计、运行、维护等技术。继电保护装置继电保护装置是完成继电保护功能的核心。是完成继电保护功能的核心。任务：任务：1 1）反应元件的故障，控制）反应元件的故障，控制QFQF跳闸，切除跳闸，切除故障。故障。2 2）反应元件的不正常运行状态，给出报）反应元件的不正常运行状态，给出报警信号。警信号。3 3）与其他自动装置配合，提高供电可靠）与其他自动装置配合，提高供电可靠性。性。1.2 1.2 继电保护的基本原理及其组成继电保护的基本原理及其组成 1 1.2 2.1 1 继电保护的基本原理继电保护的基本原理 “区分元件运行状态”区分元件运行
10、状态”找出可测参数（电气量）的“差异”找出可测参数（电气量）的“差异”K p+jQ I U U 短路运行参数的特点：短路运行参数的特点：I I过电流保护；过电流保护；U U低电压保护；低电压保护；K U U I IL L I IL L I IK1K1 I IK2K2 相位及相位及 大小变化大小变化 正常正常 很小，但很小，但 很大；很大；短路短路 增大增大9090，但，但 变小。变小。阻抗保护，方向电流保护阻抗保护，方向电流保护;元件两端电流变化元件两端电流变化;I U .I U/.I U .I U/.I U .I U/.反映反映I I2 2 、I I0 0 的的 序分量保护；序分量保护；非电
11、气量：瓦斯保护，过热保护。非电气量：瓦斯保护，过热保护。原则上说：原则上说：只要找出正常运行与故障时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（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。越明显，保护性能越好。1.2.2 1.2.2 继电保护装置的构成继电保护装置的构成 1 2 3 给定值 测量测量 逻辑逻辑 执行执行 被测参数被测参数 (U(U、I I、U IU I)执行回路执行回路无输出无输出“正常正常”保护装置不动作保护装置不动作 执行回路执行回路有输出有输出（保护装置动作）（保护装置动作）“QFQ
12、F跳闸跳闸”（“故障故障”）“信号信号”（“不正常不正常”）1.2.3 1.2.3 继电保护的工作回路继电保护的工作回路 P7 P7 图图1.41.4 1.2.4 1.2.4 电力系统继电保护的工作配合电力系统继电保护的工作配合 P8 P8 图图1.5 1.5 保护范围保护范围 “有重叠区有重叠区”按保护所起的作用分：按保护所起的作用分：1 1）主保护）主保护（Primary Protection）2 2）后备保护：）后备保护：（Back-up Protection）近后备、远后备近后备、远后备 1 2 1QF 2QF 3 3QF 电力系统的每一处都在保护范围覆电力系统的每一处都在保护范围覆盖
13、下。盖下。没有安装保护的电力元件是不允许没有安装保护的电力元件是不允许接入电力系统工作的。接入电力系统工作的。1.3 1.3 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 1.3.1 1.3.1 可靠性可靠性 可靠性、选择性、速动性、灵敏性可靠性、选择性、速动性、灵敏性 1）保护装置在不应该动作时，不误动）保护装置在不应该动作时，不误动安全安全 2）保护装置在应该动作时，不拒动）保护装置在应该动作时，不拒动可依赖可依赖 影响可靠性的因素：影响可靠性的因素：内在的：装置本身的质量内在的：装置本身的质量 外在的：运行维护水平、安装调试外在的：运行维护水平、安装调试 1.3.2 1.3.2 选择性选择性
14、 目的：目的：缩小故障的影响范围，减小停电损失。缩小故障的影响范围，减小停电损失。1 1 2 2 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 1QF1QF 2QF2QF 3QF3QF 4QF4QF 6QF6QF 5QF5QF 7QF7QF 8QF8QF K K 1 1 K K 2 2 K K 3 3 3 3 1.3.3 1.3.3 速动性速动性 （保护装置动作时间尽可能小）（保护装置动作时间尽可能小）意义：意义：减少用户在低电压下的工作时间。减少用户在低电压下的工作时间。保护故障设备。保护故障设备。切除故障太慢，可能扩大故障影响切除故障太慢，可能扩大故障影响 范围。范围。可以提高系统并列运行的稳定
15、性。可以提高系统并列运行的稳定性。决定速动性的因素：决定速动性的因素：（故障切除时间）（故障切除时间）保护装置动作时间（保护装置动作时间（1010-40ms40ms）QFQF分闸时间（分闸时间（2020-60ms60ms）K P P PmPm PePeI I PePeIIII PePeIIIIII S S减减 S S加加 1.3.4 1.3.4 灵敏性灵敏性 指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能指在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。力。指标：灵敏系数指标：灵敏系数 K Ksensen 反应于数值上升而动作的过量保护反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护如电流保护）set k
16、sen I I K min 保护的动作参数保护的动作参数 最小计算值最小计算值 区内故障时故障参数的区内故障时故障参数的 =反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）护）set sen U K 保护的动作参数保护的动作参数 =最大计算值最大计算值 区内故障时故障参数的区内故障时故障参数的 k U max 总原则：严格的选择性总原则：严格的选择性 较高的灵敏性较高的灵敏性 要求的速动性要求的速动性 必保的可靠性必保的可靠性 上述四个基本要求是设计、分析研究继电保上述四个基本要求是设计、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。护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。件下统一的一面。1.4 1.4 继电保护的发展继电保护的发展 原理：随电力系统的发展和科学技术的进步原理：随电力系统的发展和科学技术的进步而发展而发展 。过电流保护过电流保护 （19011901年）年）（最早熔断器）（最早熔断器）（19081908年）年）电流差动保护电流差动保护