继电保护基本原理

1继电保护基本原理及电力知识问答刘甲申主编许继教育中心电气销售公司人力资源部编2编审委员会成员名单主任委员：程利民许继集团副总裁高级经济师副主任委员：谢世坤许继集团副总裁高级工程师任志航许继集团电气销售公司总经理工程师刘福成许继集团电气销售公司经理、书记工程师晋国运许继集团教育中心主任高级讲师陈晓征许继集团人力资源部部长副研究员委员：过薇胡克明段卫东3前言本书是为提高许继集团员工综合素质，由教育中心、许继电气销售公司和人力资源部共同编写和出版，是针对电气工程类职工的培训教材。本书共分为三篇：第一篇为继电保护基本原理，作者以天津大学贺家李、宋从矩老师编写的《电力系统继电保护原理》为蓝本，根据自己多年从事继电保护产品的设计、研发、试验以及教学培训的经验和体会，结合许继集团的产品实际进行改编，力求做到删繁就简、去粗取精、简明扼要、突出重点，把最精华的部分呈献给读者。第二篇为新产品的介绍，该篇针对许继集团最近几年研制开发并已成功推向市场的8000系列综自和800系列保护的产品，简单介绍了这些产品的主要功能、特点、分类、应用范围，并与国内的几个主要生产厂家的产品作了对比。第三篇为电力基础知识，该篇除了电力系统、继电保护、自动化的基础知识以外，还包括了许继集团各子公司的主要产品。作者查阅了大量的相关资料，筛选出了二百多道题目，采用问答的形式编写，便于读者学习和掌握。本书可以作为许继集团有限公司电气工程类设计研发人员、制造人员、工程调试人员、售后服务人员、市场营销人员、销售人员及新员工培训的教材，也可以作为电力部门继电保护人员调试、运行、维护的培训和参考资料。全书由刘甲申主编，任志航、刘福成校核，谢世坤审核，教育中心、电气销售公司和人力资源部共同编辑出版。本书在编写过程中得到了各相应子公司的大力支持和帮助，在此一并致谢。由于编写时间紧张，作者能力有限，书中难免有错误和不当之处，敬请读者批评指正。编委2006年1月4目录前言第一篇继电保护基本原理……………………………………………………………1第一章概述…………………………………………………………………………………1第二章电网的电流保护和方向性电流保护………………………………………………4第一节单侧电源网络相间短路的电流保护…………………………………………4第二节电网相间短路的方向性电流保护……………………………………………7第三节中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护…………………11第四节中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护……………………………………………………………………14第五节电流保护计算举例……………………………………………………………16第三章电网的距离保护……………………………………………………………………19第一节距离保护的作用原理…………………………………………………………19第二节阻抗继电器……………………………………………………………………20第三节阻抗继电器的接线方式………………………………………………………25第四节关于阻抗继电器的整定阻抗和精确工作电流………………………………26第五节距离保护的整定计算原则及对距离保护的评价……………………………27第六节影响距离保护正确工作的因素及防止方法…………………………………29第七节距离保护计算举例……………………………………………………………32第四章输电线纵联保5护……………………………………………………………………35第一节输电线纵联差动保护…………………………………………………………35第二节输电线的高频保护……………………………………………………………37第三节分相电流差动保护简介………………………………………………………40第四节输电线纵联保护的发展趋势…………………………………………………41第五章自动重合闸…………………………………………………………………………42第六章电力变压器的继电保护……………………………………………………………46第一节电力变压器的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式……………46第二节变压器的纵差动保护…………………………………………………………46第三节变压器的电流和电压保护……………………………………………………51第四节变压器保护计算举例…………………………………………………………52第七章发电机的继电保护…………………………………………………………………54第一节发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式………………54第二节发电机的纵差动保护和横差动保护…………………………………………54第三节发电机的单相接地保护………………………………………………………56第四节发电机的负序过电流保护……………………………………………………57第五节发电机的失磁保护……………………………………………………………58第六节发电机—变压器组继电保护的特点…………………………………………62第八章母线的继电保护……………………………………………………………………64第九章微机继电保护概述…………………………………………………………………69第一节微型机继电保护的发展过程…………………………………………………69第二节微型机继电保护的基本构成…………………………………………………70第三节微型机继电保护的特6点………………………………………………………71第二篇新产品介绍……………………………………………………………………73一8000系列综自系统的特点………………………………………………………73二8000系列综自产品的分类及应用………………………………………………73三国内几大厂家综自系统对比分析………………………………………………73四800系列保护的主要特点………………………………………………………74五800系列保护的分类……………………………………………………………74六800系列保护的主要功能及应用范围…………………………………………74七供货业绩…………………………………………………………………………76第三篇电力基础知识问答…………………………………………………………78参考文献………………………………………………………………………………1157第一篇继电保护基本原理第一章概述一．什么是电力系统？有两种说法：1．由生产和输送电能的设备所组成的系统叫电力系统，例如发电机、变压器、母线、输电线路、配电线路等，或者简单说由发、变、输、配、用所组成的系统叫电力系统。2．有的情况下把一次设备和二次设备统一叫做电力系统。一次设备：直接生产电能和输送电能的设备，例如发电机、变压器、母线、输电线路、断路器、电抗器、电流互感器、电压互感器等。二次设备：对一次设备的运行进行监视、测量、控制、信息处理及保护的设备，例如仪表、继电器、自动装置、控制设备、通信及控制电缆等。二．电力系统最关注的问题是什么？由于电力系统故障的后果是十分严重的，它可能直接造成设备损坏，人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计的巨大损失，因此电力系统最为关注的是：安全可靠、稳定运行。三．电力系统的三种工况正常运行状态；故障状态；不正常运行状态。而继电保护主要是在故障状态和不正常运行状态起作用。四．继电保护装置就是指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。它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发信号。五．继电保护的基本原理和保护装置的组成为完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。如图1-1（a）、（b）所示的单侧电源网络接线图，（这是一种最简单的系统），图1-1(a)为正常运行情况，8每条线路上都流过由它供电的负荷电流İf（一般比较小），各变电所母线上的电压，一般都在额定电压（二次线电压100V）附近变化，由电压和电流之比所代表的“测量阻抗”Zf称之为负荷阻抗，其值一般很大。图1-1(b)表示当系统发生故障时的情况，例如在线路B-C上发生了三相短路，则短路点的电压Ud降低到零，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流İd,各变电所母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低（称之为残压）。设以Zd表示短路点到变电所B母线之间的阻抗，根据欧姆定律很显然Zd要大大小于Zf。即短路阻抗要大大小于负荷阻抗。图1-1单侧电源网络接线六．继电保护分类在一般情况下，发生短路之后，总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减少，以及电压与电流之间相位角的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，就可以构成各种不同原理的保护。一般继电保护可以分为两类：第一类—利用比较正常运行与故障时电气参量（U、I、Z、f）的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如反应于电流增大而动作的过电流保护；反应于电压降低而动作的低电压保护；反应于阻抗降低而动作的距离保护，反应于频率降低而动作的低（或欠）频保护等。第二类—首先规定两个前提：一个规定电流的正方向是从母线指向线路；第二个一定是双端电源。例如图1-2（a）、（b）所示的双端电源网络接线。分析1-2（a）、（b）图中BC线路靠近B母线侧电流的情况，我们发现在正常运行的负荷电流和故障时的短路电流的相位发生了180°的变化。因此利用比较正常运行（包括外部故障）与内部故障时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护。例如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。差动原理的保护只反应内部故障、不反应外部故障，因而被认为具有绝对的选择性。İf(A-B)İf(B-C)İf(C1)İf(C2)İ=0İ=0İdİd(a)d1İ’d1ABCİ’’d1İ’d1IⅡ(b)IⅡABCİf(B-C)İf(A-B)9图1-2双侧电源网络接线七．对电力系统继电保护的基本要求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，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。a)选择性定义：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。如图1-3所示单侧电源网络中，当d1点短路时，应由距短路点最近的保护1和2动作跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的线路3-4继续供电。原则：就近原则，即系统短路时，应由距离故障点最近的保护切除相应的断路器。相关链接：主保护—能在全线范围速动的保护。后备保护—作为主保护的后备，不能在全线范围速动，要带一定的延时，图1－3单侧电源网络中，又分为远后备和近后备。有选择性动作的说明b).速动性所谓速动性，就是发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障。对不同的电压等级要求不一样，对110KV及以上的系统，保护装置和断路器总的切故障时间为0.1秒，因此保护动作时间只有几十个毫秒（一般30毫秒左右），而对于35KV及以下的系统，保护动作时间可以为0.5秒。c）灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。其灵敏性有的保护是用保护范围来衡量，有的保护是用灵敏系数来衡量。d）可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。简单说就是：该动的时候动，不该动的时候不动。该动的时候不动是属于拒动，不该动的时候动了是属于误动。不管是拒动还是误动，都是不可靠。以上四个基本要求不仅要牢牢记住，而且要理解它们的内涵，其中可靠性是最重要的，选择性是关键，灵敏性必须足够，速动性则应达到必要的程度。我们所有的继电保护装置都是围绕这四个要求做文章，当然不同的保护，对这些要求的侧重点是不一样的，有的侧重于选择性，有的侧重于速动性，有时候为了保证主要的属性可能会牺牲一些其他的属性。这些我们在以后讲到具体的保护时会提到。八．继电保护的发展过程继电保护技术是随着电力系