继电保护基本原理

继电保护基本原理主讲人：王培鹏1继电保护的基本原理及其组成1.1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。1.2继电保护的基本组成一般的继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成，如图：相应输入量跳闸或信号1．测量比较元件测量比较元件测量通过被保护的电力元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。根据需要继电保护装置往往有一个或者多个测量比较元件。常用的测量比较元件有：被测电气量超过给定值动作的过量继电器，如过电流继电器、过电压继电器；被测电气量低于给定值动作的欠量继电器，如低电压继电器、阻抗继电器；被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的功率方向继电器等。2．逻辑判断元件逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。3．执行输出元件执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。1.3继电保护的工作回路要完成继电保护的任务，除需要继电保护装置外，必须通过可靠的继电保护回路的正确工作，才能最后完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行状态发出警报、正常运行时不动作的任务。在继电保护的工作回路中一般包括：将通过一次电力设备的电流、电压线性的转变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压，并使一次设备与二次设备隔离的设备，如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等；断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆；保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。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。2距离保护2.1距离保护的基本原理与构成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，反应故障点到保护装置处的距离而工作的保护。其基本原理可以用下图来说明。～～MNUmK3K2K1LK3LK1LK3LsetIm按照继电保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部发生故障时，保护装置才应该动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。为了保证在下级线路的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）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。当系统发生短路故障时，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相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，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，这时保护不应动作，相应的断路器跳开。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判为区外故障而不动作。3纵联保护输电线路纵联保护的工作需要两端的信息，两端保护要通过通信设备和通信快速的进行信息的传递。随着通信设备和通信技术的发展，继电保护交换两端信息的设备和技术也在发展、变化，输电线路保护目前常用的通信方式有：导引线通信、电力线载波通信、微波通信、光纤通信等。下面主要介绍电力线载波通信和光纤通信。～～MNUmK3K2K1LK3LK1LK3Lset3.1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。1．闭锁信号闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。换句话说，无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足下面两个条件时保护才作用于跳闸：a．本端保护元件动作；b．无闭锁信号。在闭锁式方向比较高频保护中，当外部故障时，闭锁信号自线路线路近故障点的一端发出，当线路另一端收到闭锁信号时，其保护元件虽然动作，但不作用于跳闸；当内部故障时，任何一端都不发送闭锁信号，两端保护都收不到闭锁信号，保护元件动作后即作用于跳闸。2．允许信号允许信号是允许保护动作于跳闸的信号。换句话说，有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足下面两个条件时，保护装置才动作于跳闸：a．保护元件动作；b．有允许信号。在允许式方向比较高频保护中，当区内故障时，线路两端互送允许信号，两端保护都收到对端的允许信号，保护元件动作后作用于跳闸；当区外故障时，近故障端不发送允许信号，保护元件也不动作，近故障端保护不能跳闸；远故障端的保护元件虽动作，但收不到对端允许信号，保护不能动作于跳闸。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