电力系统继电保护基本原理

1《电力系统继电保护基本原理》课程学习指导资料编写：陈皓适用专业：电力系统自动化专业适用层次：专升本（业余）四川大学网络教育学院二00三年十一月2《电力系统继电保护基本原理》课程学习指导资料编写：陈皓审稿(签字)：审批(主管教学负责人签字)：本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力系统继电保护》(王维俭主编，清华大学出版社，1998年)以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于电力系统自动化专业专升本学生。第一部分课程的学习目的及总体要求一、课程的学习目的电力系统继电保护是四川大学网络学院电力系统及其自动化专业(本科)考试计划中的一门专业课。它是研究继电保护技术和继电保护装置及其在电力系统中应用的一门科学,为培养电力系统及其自动化高等工程、科研技术人才而设置的。通过学习获得电力系统继电保护必要的基本理论、基本知识和基本技能，为以后分析、解决本专业的技术问题奠定基础。二、课程的总体要求本课程的内容包括两部分：电网保护和主设备(变压器、发电机、母线等)保护。通过本课程的学习，要求：1．掌握电流、电压、方向电流、距离和差动等保护的基本原理和构成；理解有关继电器的工作原理、动作特性、接线方式和工作情况的分析方法。2．理解各继电保护装置的应用范围；掌握电流保护、距离保护的整定计算原则和方法；能阅读继电保护原理图和展开图。3．了解继电保护的发展过程和趋势。第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章概述1、本章学习要求（1）应熟悉的内容了解电力系统继电保护的作用，明确继电保护在在电力系统发生故障或不正常运行时的基本任务和作用。（2）应掌握的内容了解实现继电保护的基本原理和组成：继电保护的基本原理。利用单侧、双侧电气量或非电气量变化的特征可以判断电力系统有、无故障或不正常运行情况。3继电保护装置的三个组成部分以及各部分的作用。（3）应熟练掌握的内容深刻理解电力系统对继电保护的基本要求和“四性”之间的关系。对继电保护的基本要求：选择性、快速性、灵敏性和可靠性(即“四性”)等极其重要的基本概念。“四性”之间的关系以及它们之间有时是矛盾而又统一的概念。后备保护的作用；近后备和远后备。2、本章重点难点分析对继电保护装置应当具有的性能，必须提出严格的要求，就是所谓的“四性”，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。其中可靠性是最重要的，选择性是关键，灵敏性必须足够，速动性要达到必要的程度，所谓“必要的程度”，有时是指快到几十或十几毫秒，有时也可以是几秒或更长些，根据被保护对象的重要性具体确定。“四性’是设计、分析与评价继电保护装置是否先进、实用和完善的出发点和依据。3、本章典型例题解答例：何谓继电保护装置、继电保护系统、继电保护？答：继电保护装置是当电力系统中发生故障或出现异常状态时能自动、迅速而有选择地切除故障设备或发出告警信号的一种专门的反事故用自动装置。继电保护系统为多种或多套继电保护装置的组合。继电保护用来泛指继电保护技术或继电保护系统。也常用作继电保护装置的简称，有时直接称为“保护”。4、本章作业(p.5)第二章电网相间短路的电流电压保护和方向性电流保护1、本章学习要求（1）应熟悉的内容了解电磁型继电器的作用和工作原理，理解起动值、返回值和返回系数及继电特性等基本概念。理解电流(电压)互感器的极性和误差。了解相间短路方向电流保护的作用和构成。了解电抗型电流电压变换的作用、构造及工作原理。（2）应掌握的内容掌握阅读电流保护原理图和展开图的方法。深刻理解相间短路电流保护各部分的作用、构成和工作原理，特别是在保证选择性的前提下，如何处理快速性与灵敏性之间的关系。理解两种接线方式(三相星形和两相星形)的工作特点和适用范围。理解在该电网中广泛采用两相星形接线方式的原因和Y，d11接线变压器后两相短路时电流保护的工作情况以及为提高灵敏性所采取的措施。掌握方向元件(功率方向继电器)的工作原理、构造及动作持性。初步掌握基于两个电气量相位比较的原理和基于两个电气量幅值比较的原理及其互换性。了解实现比幅式继电器的一般方法。4（3）应熟练掌握的内容熟练掌握三段式电流保护的整定计算原则和计算方法。从选择性、快速性、灵敏性和可靠性等四个方面评价阶段式电流保护。最大(小)运行方式、最大(小)短路电流、灵敏系数(保护范围)、阶段式电流保护的概念、继电器原理及其接线方式、动作情况的分析、整定计算和评价等，是本课程的重点内容之一，是学好继电保护必须熟练掌握的基本知识。明确对功率方向继电器接线方式的要求和900接线方式的概念，并理解相间短路时功率方向继电器的工作情况。对于保护安装处两侧有电源的网络，继电保护为保证动作的选择性，需装设方向元件。掌握在双测电源网络中继电保护动作带有方向性的必要性，以及可以省略方向元件的条件。2、本章重点难点分析本章知识点中，重点是：电磁型继电器、相间短路的电流保护及其接线方式和阶段式电流保护整定计算原则和计算方法。难点是对Y，d11接线变压器后两相短路时的电流分析及整定计算时分支系数的考虑。根据选择性原则分析可以省略方向元件的条件。一、二段电流保护：动作值不能保证选择性时需使用功率方向继电器三段电流保护：动作时间不能保证选择性时需使用功率方向继电器特别注意：三段电流保护设置功率方向继电器的选择条件3、本章典型例题解答例1：如图所示，在110KV输电线路中，线路BC的负荷电流为230A,系统阻抗为:Xs=2.5欧姆,单位线路长度的阻抗为:X=0.4(欧姆/公里),I,II,III段电流保护可靠系数Kk’=1.25;Kk’’=Kk=1.15;自启动系数Kzq=1.5;返回系数Kh=0.85；。计算：线路BC的电流速断、限时电流速断、过电流保护动作值与动作时间;20KM25KM34KM30KM1.5s解：（1）线路BC的速断保护为保证选择性，按躲开线路BC末端的最大短路电流Id(3).C.max整定速断动作值：)(1.35.203/110)4.0254.0205.2(3/110)()3(max..KAZZZEIBCABsCd)(87.3)3(max..''.KAIKICdkBdz动作时间：stB0'5（2）线路BC的限时电流速断动作值：与下条线路电流速断动作值'.CdzI配合：)(86.1)3(max..''.KAIKIDdkCdz)(14.2)('.''''.KAIKICdzkBdz动作时间：stB5.0''（3）线路BC的过电流保护动作值：)(76.46623085.05.115.1)(max...AIKKKICfhzqdKBdz动作时间：stttttttEDCB35.035.132例2．在双电源系统中，负荷潮流方向、馈电线路过电流保护动作时限如图所示。问:(1)输电线路过电流保护动作时间;(2)哪些线路过电流保护必须安装功率方向元件?(3)在给定潮流方向的情况下,线路Lab,Lbc上功率方向元件的动作行为如何？解：(1)按阶梯时间特性计算保护1—4的过电流保护动作时限。考虑电源EM单独作用时，保护8为其末端线路保护，以其为基准进行计算：sttt25.05.183sttttttt5.2},,max{37631考虑电源EN单独作用时，保护5为其末端线路保护，以其为基准进行计算：6sttt5.15.0152sttttttt5.2},,max{77624(2)必须安装功率方向元件的过电流保护a.母线A出线的保护：保护5为负载线路保护，则保护1不需设置功率方向元件。b.母线C出线的保护：保护8为负载线路保护，则保护4不需设置功率方向元件。c.母线B出线的保护：保护3，7的动作时间相等，均为最大动作时间，sttt273max则保护2，3均需设置功率方向元件（方向标于图中，与保护正方向相同）。（说明：由于保护7为负载线路保护，则该线路故障时，由于保护2动作时间小于保护7动作时间，保护2失去选择性误跳闸；保护3，7的动作时间相等，将同时动作跳闸，即保护3失去选择性误跳闸；为保证选择性，保护2，3需设置功率方向元件。）保护6，7为负载线路保护，则保护6，7不需设置功率方向元件。(3)给定潮流方向下功率方向元件动作行为分析a.线路Lab上潮流方向与保护2动作正方向相反：保护2功率方向元件不动作。b.线路Lbc上潮流方向与保护3动作正方向相同：保护3功率方向元件动作；但此时保护3电流元件不动作，因此方向性电流保护不动作。4、本章作业（p.22~23）第三章接地短路的零序电流和方向性零序电流保护1、本章学习要求（1）应熟悉的内容了解电力系统中性点的接地方式和变压器中性点接地的一般原则及零序电流(电压)滤过器的作用和原理。理解中性点直接接地电网接地短路时零序分量(零序电压、电流和功率)的特点及中性点不接地电网单相接地短路时故障相和非故障相电压、电流的特点和性质。（2）应掌握的内容灵敏I段和不灵敏I段保护的差别与使用条件。限时零序电流速断保护的灵敏系数不满足要求时所采取的措施（四段式零序电流保护）。了解中性点非直接接地电网发生单相接地时零序分量的的特点及其接地保护方式。（3）应熟练掌握的内容7掌握中性点直接接地电网三段式零序电流保护的整定计算原则和计算方法，并理解零序功率方向继功率方向继电器的工作原理。2、本章重点难点分析本章知识点中，重点是中性点直接接地电网接地短路时零序分量的特点及具零序电流保护和零序方向电流保护的整定计算原则和计算方法。掌握电网接地短路时零序分量的特点是实现接地保护的理沦依据，也是学好本章的基础。学习时与反应相间短路的电流保护和功率方向继电器进行比较，找出异同，有助于加深理解。3、本章典型例题解答零序方向电流保护的主要特点是什么？(1)零序方向电流保护的灵敏度高，动作时限短，无电压死区。(2)零序电流保护受运行方式变化的影响较小。(3)零序保护不受三相对称的系统振荡，短时过负荷等的影响。(4)在110kV及以上的高压系统中，单相接地故障约占全部故障的70％——90％，且其它的故障也往往是由单相接地发展起来的，因此采用专门的零序保护具有显著的优越性3、本章作业(p.29)第四章电网的距离保护1、本章学习要求（1）应熟悉的内容理解距离保护的测量阻抗和时限特性，特别是测量阻抗的概念；了解反应相间短路和接地短路的阻抗继电器接线方式；对振荡闭坡装置作初步的了解；了解电压回路断线的影响及其防止措施。（2）应掌握的内容理解掌握方向性阻抗继电器产生死区的原因、消除死区的措施，并了解由于引入极化电压给阻抗继电器暂态特性带来的影响；掌握分析分支电流的影响及其防止措施；掌握分析电力系统振荡的影响及振荡闭锁装置的基本原理。（3）应熟练掌握的内容熟练地掌握运用幅值比较原理和相位比较原理在复平面上分析单相式阻抗继电器的动作特性，以及运用这两种原理构成各种常用的单相式阻抗继电器的方法；了解上述两种原理的运用要领和它们的互换性；熟悉单相式阻抗继电器的动作方程、动作特性、交流接线。掌握分析过渡电阻对距离保护工作的影响及其防止措施；熟练地掌握三段式距离保护的整定计算原则和整定计算方法。2、本章重点难点分析本章知识点中，重点是：阻抗继电器动作特性的分析方法和阻抗继电器的接线方式、影响阻抗继电器正确动作的因素(包括电力系统振荡)和距离保护的整定计算方法。难点是：阻抗继电器动作特性的分析和电力系统振荡对距离保护的8影响。3、本章典型例题解答如图所示，在110kV输电线路中，线路AB的负荷电流为335A,负荷电流功率因数为cos=0.8,Kzq=1.5;Kfh=1.15,Kk’=0.85;Kk=1.25。其余参数见附图。计算：线路AB的零度接线相间方向阻抗距离A保护一段、三段动作值(无需校验)。其中：阻抗继电器最大动作灵敏角为:75度；系统阻抗为:Xs=9.5欧姆；单位线路长度的阻抗为:x1=0.4(欧姆/公里)；电流互感变比为NLH=1200/5。110KV25KM36KM18K