電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)電網(wǎng)的距離保護(hù)

高頻(載波)保護(hù)

自動(dòng)重合閘

電力變壓器保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)母線保護(hù)第1頁，共30頁。第一章緒論

第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用切除故障元件、保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行一、電力系統(tǒng)故障與不正常運(yùn)行狀態(tài)1.電力系統(tǒng)故障類型（1）輸電線路的各種短路故障（2）發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器等電氣元件繞組的匝間短路故障第2頁，共30頁。2.不正常運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞（可能引起故障：如加快絕緣的老化和損壞等）。包括:

過負(fù)荷(I>IN)過電壓(U>UN)頻率低(f>fN)電力系統(tǒng)振蕩等第3頁，共30頁。3.電力系統(tǒng)故障后果(1)通過故障點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞；(2)短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起損壞或縮短使用壽命；(3)故障區(qū)域電壓大大降低，影響用戶工作。(4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。第4頁，共30頁。二、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用在電力系統(tǒng)故障與不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)利用繼電保護(hù)裝置切除故障元件或動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘,保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行1.繼電保護(hù)裝置：反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。第5頁，共30頁。2.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)(1)自動(dòng)、迅速、有選擇性地切除故障元件，使故障元件免于繼續(xù)遭受破壞，電力系統(tǒng)其余部分保持正常運(yùn)行；(2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或延時(shí)跳閘

(3)根據(jù)實(shí)際情況,盡快恢復(fù)停電部分的供電

第6頁，共30頁。第二節(jié)

繼電保護(hù)的基本原理和

構(gòu)成方式要求:正確區(qū)分正常運(yùn)行與故障\不正常運(yùn)行狀態(tài)一、使用單側(cè)電量構(gòu)成的保護(hù)1.電流保護(hù):第7頁，共30頁。2.電壓保護(hù):第8頁，共30頁。3.距離保護(hù):第9頁，共30頁。二、使用雙側(cè)電量構(gòu)成的差動(dòng)原理保護(hù)

利用電氣元件在內(nèi)部、外部故障(包括正常運(yùn)行情況)兩側(cè)電流相位或功率方向的差別構(gòu)成：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)相差高頻保護(hù)方向高頻保護(hù)等只能在被保護(hù)元件的內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作，而不反應(yīng)外部故障，具有絕對選擇性。

第10頁，共30頁?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理說明相關(guān)概念：保護(hù)正方向故障電流由母線流向線路（元件）的方向第11頁，共30頁。三、使用非電量的保護(hù)根據(jù)電氣設(shè)備的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路反應(yīng)于變壓器油被分解所產(chǎn)生的氣體及油流速度變化而構(gòu)成的瓦斯保護(hù)

發(fā)電機(jī)、變壓器過負(fù)荷或過熱反應(yīng)于繞組溫度的溫度高保護(hù)

第12頁，共30頁。四、繼電保護(hù)的原理結(jié)構(gòu)1.繼電保護(hù)裝置原理結(jié)構(gòu)整套繼電保護(hù)裝置由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成

第13頁，共30頁。測量部分測量由被保護(hù)對象輸入的有關(guān)電氣量，與給定整定值比較，給出一組邏輯信號(hào)，判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。邏輯部分根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定是否使斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)(跳閘或發(fā)出信號(hào)等)。第14頁，共30頁。2.繼電保護(hù)的基本類型機(jī)電式:電磁型、感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器

邏輯部分:繼電器組合邏輯與時(shí)序邏輯電子式靜態(tài)保護(hù):晶體管、集成電路型邏輯部分:數(shù)字電路邏輯與時(shí)序邏輯數(shù)字式靜態(tài)保護(hù)：微機(jī)保護(hù)邏輯部分:數(shù)字編程邏輯與時(shí)序邏輯第15頁，共30頁。第三節(jié)對繼電保護(hù)的基本要求

動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上滿足四個(gè)基本要求，即

選擇性：正確選擇故障元件速動(dòng)性：快速反應(yīng)并切除故障靈敏性：靈敏反應(yīng)故障可靠性：可靠不誤動(dòng)/不拒動(dòng)常稱為保護(hù)的“四性”要求一、選擇性保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。

第16頁，共30頁。保證選擇性的技術(shù)措施（電流保護(hù)為例)）保護(hù)動(dòng)作定值（Idz1>Idz5>Idz6）保護(hù)動(dòng)作時(shí)間（1失去作用時(shí)，如過電流中：t1>t5>t6）保護(hù)動(dòng)作方向（1，2失去作用時(shí)，應(yīng)用于雙回線或雙側(cè)電源線路中,注意保護(hù)正方向）第17頁，共30頁。滿足選擇性要求的后備保護(hù)遠(yuǎn)后備保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由前一條線路(靠近電源側(cè))保護(hù)（遠(yuǎn)后備保護(hù)）動(dòng)作切除故障近后備主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由同一條線路保護(hù)（近后備保護(hù)）動(dòng)作切除故障；斷路器失靈時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作切除故障（切除與失靈斷路器相聯(lián)的母線上的所有其它斷路器）第18頁，共30頁。220KV以上高壓系統(tǒng)保護(hù)的配置

加強(qiáng)主保護(hù)，簡化后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)完備的保護(hù)雙重化高頻保護(hù)雙重化后備保護(hù)雙重化保護(hù)電源、跳閘電源雙重化采用雙跳閘線圈的斷路器雙重化配置的保護(hù)、電源與跳閘回路互為后備，大大提高了保護(hù)的可靠性第19頁，共30頁。二、速動(dòng)性快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，縮小故障元件的損壞程度主要用于必須快速切除的故障：(1)根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，必須快速切除的高壓輸電線路上發(fā)生的故障；(2)使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值(一般為0．7倍額定電壓)的故障；(3)大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器以及電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生的故障；

第20頁，共30頁。1—10kV線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時(shí)切除的故障等；(5)可能危及人身安全、對通訊系統(tǒng)等有強(qiáng)烈干擾的故障等。繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間一般保護(hù)為60ms—120ms快速保護(hù)可達(dá)10ms—40ms超高速保護(hù)小于10ms（保護(hù)出口故障）第21頁，共30頁。三、靈敏性保護(hù)對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力，以靈敏系數(shù)表示：

第22頁，共30頁。四、可靠性保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)不拒動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障時(shí)不誤動(dòng)

不誤動(dòng)可靠性和不拒動(dòng)可靠性的措施常常互相矛盾

電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)的不同，誤動(dòng)和拒動(dòng)的危害程度有所不同，應(yīng)按系統(tǒng)具體情況采用不同的可靠性措施第23頁，共30頁。（1）系統(tǒng)中有充足的旋轉(zhuǎn)備用容量、輸電線路很多，各系統(tǒng)、電源與負(fù)荷之間聯(lián)系很緊密：由于保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)、變壓器或輸電線切除而給電力系統(tǒng)造成的影響可能較小。發(fā)電機(jī)、變壓器或輸電線故障時(shí)繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)，將造成設(shè)備的損壞或系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞提高繼電保護(hù)不拒動(dòng)的可靠性更為重要第24頁，共30頁。（2）系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)備用容量很少，各系統(tǒng)、電源與負(fù)荷之間的聯(lián)系薄弱：由于保護(hù)裝置的誤動(dòng)作使發(fā)電機(jī)、變壓器或輸電線切除，將會(huì)引起對負(fù)荷供電的中斷，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞當(dāng)某一保護(hù)裝置拒動(dòng)時(shí)，其后備保護(hù)仍可以動(dòng)作而切除故障提高保護(hù)裝置不誤動(dòng)的可靠性更為重要第25頁，共30頁。（3）可靠性方案防誤動(dòng)方案兩套保護(hù)以“與”邏輯起動(dòng)跳閘。防拒動(dòng)方案兩套保護(hù)以“或”邏輯起動(dòng)跳閘?！叭《北頉Q器方案以硬件冗余方式提高可靠性。這種方案中，任意一套保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，都不會(huì)使整套保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用的保護(hù)裝置，特別是目前使用廣泛的微機(jī)保護(hù)，大都是在同一套保護(hù)中采用多重起動(dòng)判據(jù)“三取二”方式開放保護(hù)出口。第26頁，共30頁。第27頁，共30頁。五、四個(gè)基本技術(shù)性要求(或稱“四性”要求)，是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)，它們具有對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系：速動(dòng)性↑→裝置復(fù)雜性↑→可靠性↓靈敏性↑→抗干擾能力↓→可靠性↓防誤動(dòng)可靠性↑→防拒動(dòng)可靠性↓如何處理這些關(guān)系，將在后續(xù)章節(jié)中具體討論第28頁，共30頁。課程學(xué)習(xí)要求掌握繼電保護(hù)基本工作原理結(jié)合繼電保護(hù)“四性”要求，深入理解繼電保護(hù)整定計(jì)算原則掌握繼電保護(hù)整定計(jì)算基本方法一般性了解具體保護(hù)裝置示例第29頁，共30頁。內(nèi)容梗概電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理。（2）發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器等電氣元件。電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞（可能引起故障：如加快絕緣的老化和損壞等）。反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。(2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。反應(yīng)于變壓器油被分解所產(chǎn)生的氣體及油流速度變化而構(gòu)成的瓦斯保護(hù)。機(jī)電式:電磁型、感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器。數(shù)字式靜態(tài)保護(hù)：微機(jī)保護(hù)。可靠性：可靠不誤動(dòng)/不拒動(dòng)。保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由前一條線路(靠近電源側(cè))保護(hù)（遠(yuǎn)后備保護(hù)）動(dòng)作切除故障。主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由同一條線路保護(hù)（近后備保護(hù)）動(dòng)作切除