继电保护绪论.

电力系统继电保护ElectricPowerSystemRelayProtection邵仕泉15351205069电力系统由各种电气元件组成，包括发电机、变压器、母线、输电线路等一次设备。对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备称为电力系统的二次设备。电力系统的运行状态分为正常工作状态、不正常工作状态和故障状态。1.1电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态根据运行条件，系统有四种运行状态：正常运行状态（额定U、f）能够提供合格的电能，满足负荷的供电需求，保证系统中的相关设备均在规定的长期安全工作限额内运行，并保持一定的备用容量。不正常运行状态不正常、无故障，可短时运行，但可能发展为故障。→告警故障状态横向故障：包括相间短路和接地故障纵向故障：断线故障事故状态严重的可导致大面积停电、重大经济损失或人员伤亡。1.1.1正常工作状态等式约束条件：0SLjGiPPP0SLjGiQQQ发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率1.1.1正常工作状态0SLjGiPPP0SLjGiQQQ负荷使用的有功功率和无功功率等式约束条件：1.1.1正常工作状态0SLjGiPPP0SLjGiQQQ电力系统中各种有功功率和无功功率损耗等式约束条件：1.1.1正常工作状态不等式约束条件：max.kkSS用电设备的功率及其上限max.min.iiiUUU母线电压及其上、下限max.ijijII线路电流及其上限maxminfff系统频率及其上、下限1.1.2不正常工作状态及其危害所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流增大危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障1.1.2不正常工作状态及其危害过电压：发电机突然甩负荷而产生危害：造成绝缘击穿导致短路1.1.2不正常工作状态及其危害频率降低：系统中出现功率缺额而引起危害：1）影响产品质量2）低于47Hz～48Hz时会引起频率崩溃3）使电压下降可能引发电压崩溃1.1.2不正常工作状态及其危害系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行1.1.2不正常工作状态及其危害1.1.3故障状态及其危害abck(3)三相短路Threephaseabc两相短路k(2)bck(2)abk(2)caPhase-to-phaseabc单相接地短路k(1)bk(1)ak(1)cPhase-to-groundabc两相接地短路k(2,0)bck(2,0)abk(2,0)caPhase-to-phase-to-ground常见的十种短路类型abc一相断开abc两相断开纵向不对称故障（断线）复杂故障：在电力系统的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况短路的后果•数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备损坏•短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命•电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品•破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至造成整个电力系统瓦解事故变压器着火系统或其中的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容许的地步，甚至造成人员伤亡和电气设备的损坏。一旦故障发生，要求在十分之几甚至百分之几秒内切除故障设备。运行人员继电保护装置1.1.4继电保护的概念及作用•继电保护技术包括电力系统故障分析、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一、继电保护的概念继电保护技术+继电保护装置•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1.1.4继电保护的概念及作用一、继电保护的概念继电保护技术+继电保护装置二、继电保护的作用•自动、迅速、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破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行•反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸1.2继电保护的基本原理、构成和分类1.2.1基本原理找差别实现保护电流增大过电流保护电压降低低电压保护电流电压间的相位角会发生变化方向保护电流差动保护正常：∑I=0；短路：∑I=Id序分量保护出现I2、I0IUZ会发生变化阻抗保护非电气量：瓦斯保护，过热保护等。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。1.2.2继电保护装置的构成跳闸或信号测量比较元件逻辑判断元件执行输出元件被测物理量整定值测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。常用逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时,动作于跳闸并发出信号；不正常运行时发出信号；正常运行时不动作等。1.2.3继电保护的工作回路IQFTAYRtKAKTKS信号1.2.4继电保护的分类•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、发电机保护、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1.2.4继电保护的分类•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、失步保护、失磁保护等•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1.2.4继电保护的分类•按继电保护测量值与整定值的关系分类过量保护（测量值≥整定值时动作）欠量保护（测量值≤整定值时动作）主保护：反映被保护元件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护1.2.4继电保护的分类•按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等1.2.4继电保护的分类•按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护1.2.4继电保护的分类•按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等近后备保护：在本元件处装设两套保护，当主保护拒动时，由本元件的另一套保护动作远后备保护：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1.2.4继电保护的分类•按保护所起的作用分类主保护、后备保护、辅助保护等辅助保护：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继电保护装置按保护对象分按保护原理分按故障类型分按保护技术分按保护作用分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机电型保护整流型保护晶体管型保护集成电路型保护微机保护电流保护电压保护距离保护差动保护方向保护零序保护主保护后备保护辅助保护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激磁保护1.2.5电力系统继电保护的工作配合保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠地被切除且造成的停电范围最小。保护区间的重叠是为了保证任意处的故障都置于保护区内，同时重叠区越小越好1.3对电力系统继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性，即保护的“四性”。1.3.1选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。1.3.1选择性12345678ABCD例：k1有选择性1.3.1选择性12345678ABCD例：k2有选择性1.3.1选择性12345678ABCD例：k3有选择性1.3.1选择性12345678ABCD例：k3有选择性拒动停电有选择性1.3.1选择性12345678ABCD例：k3正确动作非选择性停电小结：选择性就是故障点在区内就动作，区外就不动作。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。因远后备保护比较完善（对保护装置、断路器、二次回路和直流电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用）且实现简单、经济，应优先采用。1.3.1选择性1.3.2速动性作用于断路器跳闸的保护都要求动作迅速其主要原因如下：①可以提高系统稳定性②减少用户在低电压下工作的时间③减少故障元件的损坏程度④避免故障进一步扩大QFprttt故障切除时间：tpr-保护动作时间tQF-断路器动作时间最快1.3.2速动性快速保护：spr12.0~06.0tspr04.0~01.0tsQF15.0~06.0t断路器：最快sQF06.0~02.0t1.3.3灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Ksen1.3.3灵敏性①对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）opk.minsenIIK＝保护的动作参数故障参数的最小计算值保护区内金属性短路时,其中故障参数的最小计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。②对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）其中故障参数的最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算的。k.maxopsenUUK＝故障参数的最大计算值保护区内金属性短路时保护的动作参数1.3.3灵敏性1.3.3灵敏性在GB14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》中，对各类保护的灵敏系数的要求都作出了具体规定，一般要求灵敏系数在1.2～2之间。1.3.4可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（简称拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。1.3.4可靠性影响可靠性的因素内在的：•装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平•内外接线简明•触点多少等外在的：•运行维护水平•调试是否正确•正确安装等1.3.4可靠性提高可靠性的办法1.选用适当的保护原理，在尽可能的情况下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量2.提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施3.提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理4.采取保护装置多重化上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿继电保护的一个基本线索。在它们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。例如强调快速性时，有时会影响可靠性、选择性和灵敏性，强调选择性时又会影响快速性和灵敏性。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的。1.4继电保护的发展继电保护的发展是随电力系统的发展和科学技术的进步而发展。1901年1908年1910年1920年1927年50年代70年代过电流保护差动保护方向性电流保护距离保护高频保护微波保护行波保护原理结构型式微机化网络化智能化保护、控制、测量、数据通信一体化微机型→←机电型(电磁型、感应型、电动型)→←电子型