最新電力工程課件第六章-電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

電力工程基礎(chǔ)第六章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第六章電力系統(tǒng)繼電保護(hù)6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院2

6.1繼電保護(hù)的基本知識

6.2常用保護(hù)繼電器

6.3線路的電流電壓保護(hù)

6.6距離保護(hù)簡介

6.7電力變壓器的保護(hù)6.1繼電保護(hù)的基本知識

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院3

一、繼電保護(hù)的作用自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使其他非故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。能正確反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)要求發(fā)出報(bào)警信號、減負(fù)荷或延時跳閘。它的基本任務(wù)是：6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院4測量部分：從被保護(hù)對象輸入有關(guān)信號，并與給定的整定值進(jìn)行比較，決定保護(hù)是否動作；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)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，進(jìn)行邏輯判斷，以確定保護(hù)裝置是否應(yīng)該動作；執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分做出的判斷，執(zhí)行保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)（跳閘或發(fā)信號）。6.1繼電保護(hù)的基本知識

二、繼電保護(hù)的基本原理6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院56.1繼電保護(hù)的基本知識

三、對繼電保護(hù)的基本要求選擇性：保護(hù)裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，最大限度地保證系統(tǒng)中的非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。速動性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)以盡可能快的速度將故障元件從電網(wǎng)中切除。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院66.1繼電保護(hù)的基本知識

靈敏性：指保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反映能力。保護(hù)裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)Ks來衡量。

對于反應(yīng)故障時參數(shù)量增加的保護(hù)（如過電流保護(hù)）：對于反應(yīng)故障時參數(shù)量降低的保護(hù)（如低電壓保護(hù)）：可靠性：指保護(hù)裝置該動時不能拒動；不該動時不能誤動。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院76.2常用保護(hù)繼電器

一、電磁型繼電器（DL型）1．電磁型電流繼電器

工作原理：當(dāng)在繼電器線圈中通入電流IK時，電磁鐵產(chǎn)生的電磁力Fem為：當(dāng)電磁力Fem大于彈簧的反作用力Fsp和摩擦力Ffr時，繼電器便產(chǎn)生動作。改變繼電器線圈匝數(shù)NK（級進(jìn)調(diào)節(jié)）；調(diào)節(jié)反作用彈簧的松緊，即調(diào)節(jié)Fsp（平滑調(diào)節(jié)）；調(diào)整銜鐵與電磁鐵之間的氣隙長度，即調(diào)節(jié)Rm。

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院86.2常用保護(hù)繼電器

因此，欲使繼電器動作的必要條件是：

Fem≥Fsp+Ffr

動作電流：能使繼電器產(chǎn)生動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流，用Iop.K表示。調(diào)整繼電器動作電流的方法有：對于過電流繼電器，Kre＜1，一般要求Kre

=0.8～0.9；對于欠電流繼電器，Kre

＞1，一般要求Kre=1.06～1.2。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院96.2常用保護(hù)繼電器

返回電流：能使繼電器返回到原始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流，用Ire.K表示。返回系數(shù)：是指繼電器的返回電流與動作電流的比值，用Kre表示，即

繼電器動作后，減小IK就能使繼電器返回原位。欲使繼電器返回的必要條件是：

Fsp≥

Fem+Ffr

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院106.2常用保護(hù)繼電器

2．電磁型電壓繼電器其結(jié)構(gòu)和原理與電磁型電流繼電器相似，在供配電系統(tǒng)中多用低電壓（欠電壓）繼電器。動作電壓：能使繼電器產(chǎn)生動作的最高電壓，稱為繼電器的動作電壓，用Uop.K表示。返回電壓：能使繼電器返回到原始位置的最低電壓，稱為繼電器的返回電壓，用Ure.K表示。返回系數(shù)：是指繼電器的返回電壓與動作電壓的比值。注意：低電壓繼電器的返回系數(shù)Kre＞1，一般為1.25。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院116.2常用保護(hù)繼電器

3．時間繼電器的作用：使保護(hù)裝置獲得一定的延時，以保證保護(hù)裝置動作的選擇性。4.中間繼電器的作用:

5.信號繼電器的作用：用于各保護(hù)裝置回路中，作為保護(hù)動作的指示信號，以提醒運(yùn)行人員注意。為了擴(kuò)充保護(hù)裝置出口繼電器的接點(diǎn)數(shù)量和容量；使觸點(diǎn)閉合或斷開時帶有不大的延時(0.4～0.8s)；通過繼電器的自保持，以適應(yīng)保護(hù)裝置的需要。接線系數(shù)：在繼電保護(hù)回路中，流入繼電器中的電流IK與對應(yīng)電流互感器的二次電流I2的比值，稱為接線系數(shù)，即6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院126.3線路的電流電壓保護(hù)

一、保護(hù)裝置的接線方式

設(shè)電流互感器的變比為，保護(hù)裝置的動作電流為Iop，則相應(yīng)的電流繼電器的動作電流為6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院136.3線路的電流電壓保護(hù)

1．三相完全星形接線方式（圖6-7）特點(diǎn)：可以反映各種形式的故障，其接線系數(shù)Kw=1。2．三相不完全星形接線方式（圖6-8）特點(diǎn)：可以反映除B相單相接地短路以外的所有故障，其接線系數(shù)Kw=1。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院146.3線路的電流電壓保護(hù)

3．兩相電流差接線方式（圖6-9）

流入繼電器中的電流等于A、C兩相電流互感器二次電流之差，即

特點(diǎn)：各種短路形式下的接線系數(shù)不同，如圖6-10所示。正常運(yùn)行或三相短路時：發(fā)生A、C兩相短路時：A、B或B、C兩相短路時：6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院156.3線路的電流電壓保護(hù)

一般情況下：保護(hù)整定時取；靈敏度校驗(yàn)時取Kw

＝1。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院166.3線路的電流電壓保護(hù)

二、過電流保護(hù)1.過電流保護(hù)的原理和組成定時限過電流保護(hù)的動作原理和組成（圖6-11）6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院176.3線路的電流電壓保護(hù)

反時限過電流保護(hù)的動作原理和組成（圖6-12）6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院186.3線路的電流電壓保護(hù)

2.過電流保護(hù)（III段）裝置的整定計(jì)算動作電流：

Iop＞IL.max保護(hù)裝置的動作電流Iop應(yīng)躲過線路的最大負(fù)荷電流IL.max，即

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院196.3線路的電流電壓保護(hù)

動作時限：應(yīng)按“階梯原則”整定，即定時限過電流保護(hù)：反時限過電流保護(hù)：定時限過電流保護(hù)的動作時間取決于時間繼電器預(yù)先整定的時間，與短路電流的大小無關(guān)；反時限過電流保護(hù)的動作時間根據(jù)前后兩級保護(hù)的GL型電流繼電器的動作特性曲線來整定。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院206.3線路的電流電壓保護(hù)

靈敏度校驗(yàn)：式中，為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下本線路末端（作近后備時）或相鄰線路末端（作遠(yuǎn)后備時）的兩相短路電流。作遠(yuǎn)后備時，要求Ks≥1.2；作近后備時，要求Ks≥1.3~1.5。過電流保護(hù)的評價：優(yōu)點(diǎn)：既可作本級近后備，又可作下級遠(yuǎn)后備。缺點(diǎn)：越靠近電源端，定時限過電流保護(hù)的動作時限反而越長，因此不能作為主保護(hù)；反時限過電流保護(hù)的接線簡單，但動作時限整定復(fù)雜。若靈敏度不滿足要求，可采用低電壓閉鎖過電流保護(hù)來提高其靈敏度。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院216.3線路的電流電壓保護(hù)

三、低電壓閉鎖的過電流保護(hù)該保護(hù)裝置有兩個測量元件:

過電流繼電器KA欠電壓繼電器KV

動作電流按躲過正常負(fù)荷電流整定?？商岣弑Ｗo(hù)的靈敏度。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院226.3線路的電流電壓保護(hù)

四、瞬時電流速斷保護(hù)（I段）1．瞬時電流速斷保護(hù)的作用原理與整定計(jì)算（圖6-17）曲線1——

曲線2——

直線3——瞬時電流速保護(hù)的動作電流。動作電流：躲過本保護(hù)區(qū)末端B處的最大短路電流，即式中，Krel取1.2~1.3。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院236.3線路的電流電壓保護(hù)

靈敏度校驗(yàn)：要求其最小保護(hù)范圍lmin不小于線路全長的15%～20%。若靈敏度不滿足要求，可采用電流電壓聯(lián)鎖保護(hù)來提高其靈敏度。2．瞬時電流速斷保護(hù)的原理接線圖（圖6-18）瞬時電流速斷保護(hù)的評價：優(yōu)點(diǎn)：簡單可靠，動作迅速；缺點(diǎn)：不能保護(hù)線路全長，有保護(hù)死區(qū)。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院246.3線路的電流電壓保護(hù)

五、電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)

整定原則：和瞬時電流速斷保護(hù)一樣，按躲過線路末端故障來整定。通常按經(jīng)常運(yùn)行方式下電流元件和電壓元件的保護(hù)范圍相等來進(jìn)行整定計(jì)算。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院256.3線路的電流電壓保護(hù)

當(dāng)下一級線路首端發(fā)生短路時：保護(hù)范圍由電流繼電器決定保護(hù)范圍由電壓繼電器決定

可見，在這兩種情況下都能保證選擇性，且保護(hù)范圍均比正常情況下的保護(hù)范圍小。由圖6-19知，電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍比瞬時電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍大，即，所以靈敏度比瞬時速斷保護(hù)高。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院266.3線路的電流電壓保護(hù)

六、帶時限電流速斷保護(hù)（II段）動作電流：躲過相鄰線路瞬時電流速斷保護(hù)的動作電流，即式中，Krel取1.1~1.2。動作時限：靈敏度校驗(yàn)：≥1.3～1.5若靈敏度不滿足要求，可與下一級相鄰線路的帶時限電流速斷保護(hù)相配合。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院276.3線路的電流電壓保護(hù)

七、三段式過電流保護(hù)

由瞬時電流速斷保護(hù)（第Ⅰ段）、帶時限電流速斷保護(hù)（第Ⅱ段）和定時限過電流保護(hù)（第Ⅲ段）配合構(gòu)成的一整套保護(hù)，稱為三段式過電流保護(hù)。1.三段式過電流保護(hù)的保護(hù)范圍及時限配合（圖6-21）第Ⅰ段：為本線路的輔助保護(hù)，動作電流為，保護(hù)范圍為，動作時間為繼電器的固有動作時間；第Ⅱ段：為本線路的主保護(hù)，動作電流為，保護(hù)范圍為，動作時間；第Ⅲ段：作為本線路的近后備和相鄰線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備，動作電流為，保護(hù)范圍為，動作時限。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院286.3線路的電流電壓保護(hù)

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院296.3線路的電流電壓保護(hù)

2.三段式過電流保護(hù)的構(gòu)成（圖6-22）第I段：由KA1、KA2、KM和KS1組成；第II段：由KA3、KA4，KT1和KS2組成；第III段：由KA5、KA6、KA7，KT2和KS3組成。例6-1

（見教材194頁）6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院306.6距離保護(hù)簡介一、距離保護(hù)的基本概念

距離保護(hù)是反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定是否動作的一種保護(hù)裝置。

正常工作時，保護(hù)安裝處測量到的電壓為，電流為負(fù)荷電流，比值基本上是負(fù)荷阻抗，其值較大。當(dāng)系統(tǒng)短路時，保護(hù)安裝處測量到的電壓為殘余電壓，電流為短路電流，比值為短路阻抗，其值較小。距離保護(hù)的工作原理距離保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：由于只與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離有關(guān)，因此，用構(gòu)成的距離保護(hù)，其保護(hù)范圍基本上不受運(yùn)行方式變化的影響。

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院316.6距離保護(hù)簡介距離保護(hù)的保護(hù)范圍

距離保護(hù)的保護(hù)范圍用整定阻抗Zset值的大小來表示。

當(dāng)線路發(fā)生短路時，若距離保護(hù)的測量阻抗Zm小于整定阻抗，即Zm＜Zset，保護(hù)動作；若Zm＞Zset，則保護(hù)不動作。因此，距離保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種低量動作保護(hù)。二、距離保護(hù)的時限特性采用三段式階梯延時特性，如圖6-40所示。

第I段：保護(hù)范圍為本線路全長的80%～85%，動作時限為繼電器本身的固有時間。第II段：保護(hù)范圍為本線路全長的125%，其動作時限應(yīng)比下一線的第I段保護(hù)動作時限大

。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院326.6距離保護(hù)簡介第III段：保護(hù)范圍較長，包括本線路和下一線路全長乃至更遠(yuǎn)，其動作時限應(yīng)比下一線路第III段的動作時限大。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院336.6距離保護(hù)簡介三、距離保護(hù)的主要組成元件

三段式距離保護(hù)裝置的簡化邏輯框圖如圖6-41所示。方向元件：可采用單獨(dú)的功率方向繼電器，但更多的是采用方向阻抗繼電器，既作為方向元件，又作為阻抗元件。測量元件：采用帶方向性的阻抗繼電器。時間元件：采用時間繼電器或延時電路。起動元件：采用過電流繼電器或阻抗繼電器。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院346.6距離保護(hù)簡介四、阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理與動作特性

圖6-42中，設(shè)BC線路距離Ⅰ段的整定阻抗Zset=0.85ZBC，并設(shè)，則阻抗繼電器的動作特性應(yīng)是在Zset范圍內(nèi)的一條線段，通常用包含該線段在內(nèi)的一個圓來表示。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院356.6距離保護(hù)簡介全阻抗繼電器：以B點(diǎn)為圓心，以Zset為半徑得到的圓1，稱為全阻抗繼電器的特性圓。方向阻抗繼電器：以B點(diǎn)為圓心，以Zset為直徑得到的圓2，稱為方向抗繼電器的特性圓。

全阻抗繼電器在線路反方向短路時也動作，即繼電器沒有方向性，因此，必須和方向元件配合使用使其反方向短路時不動作。

由特性圓2可以看出，當(dāng)方向阻抗繼電器的整定阻抗角與線路的阻抗角相等，即時，繼電器的動作阻抗Zop最大（等于圓的直徑），保護(hù)范圍最長，繼電器最靈敏。此時的整定阻抗角稱為阻抗繼電器最大靈敏角，用表示。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院366.7電力變壓器的保護(hù)一、電力變壓器的故障類型和應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)故障類型內(nèi)部故障繞組的匝間短路繞組的相間短路單相接地短路外部故障相間短路單相接地短路異常運(yùn)行狀態(tài)變壓器過負(fù)荷外部短路引起的過電流油箱漏油引起的油面過低外部接地故障引起的中性點(diǎn)過電壓變壓器油溫升高6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院376.7電力變壓器的保護(hù)二、瓦斯保護(hù)瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理

瓦斯繼電器安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，如圖6-43所示。圖6-43瓦斯繼電器安裝示意圖一對觸點(diǎn)在變壓器油箱內(nèi)發(fā)生輕微故障時動作，作用于信號——輕瓦斯動作；另一對觸點(diǎn)在變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時動作，作用于跳閘——重瓦斯動作。

瓦斯繼電器有兩對靈敏的觸點(diǎn)：6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院386.7電力變壓器的保護(hù)圖6-44FJ3-80型瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6-44為目前在我國電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的開口杯擋板式瓦斯繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。正常運(yùn)行時：上、下觸點(diǎn)均斷開。油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時：上觸點(diǎn)閉合，發(fā)出信號——輕瓦斯動作。油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時：下觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘脈沖——重瓦斯動作。變壓器漏油使油面逐漸降低時：首先是上觸點(diǎn)閉合發(fā)出報(bào)警信號，然后下觸點(diǎn)閉合發(fā)出跳閘脈沖。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院396.7電力變壓器的保護(hù)變壓器瓦斯保護(hù)的接線圖（圖6-45）注意：由于重瓦斯保護(hù)是靠油流的沖擊而動作的，而油流速度的不穩(wěn)定可能造成觸點(diǎn)的抖動，為使斷路器能可靠跳閘，出口中間繼電器KM必須有自保持回路。優(yōu)點(diǎn)：動作迅速、靈敏度高、能反應(yīng)油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障。缺點(diǎn)：不能反應(yīng)變壓器外部端子上的故障。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院406.7電力變壓器的保護(hù)三、電流速斷保護(hù)

當(dāng)變壓器電源側(cè)為小接地電流系統(tǒng)時，保護(hù)可采用兩相式接線；當(dāng)電源側(cè)為大接地電流系統(tǒng)時，可采用三相式或兩相三繼電器式接線。對于容量較小的變壓器，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。四、變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)1.縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理雙繞組變壓器差動保護(hù)的原理接線如圖6-46所示。若靈敏度不滿足要求，可改用差動保護(hù)。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院416.7電力變壓器的保護(hù)正常運(yùn)行或外部短路時（k1點(diǎn)）：——繼電器不動作。內(nèi)部短路時（k2點(diǎn)）對雙側(cè)電源：

對單側(cè)電源：

——繼電器動作。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院426.7電力變壓器的保護(hù)五、變壓器相間短路的后備保護(hù)1．過電流保護(hù)

過電流保護(hù)應(yīng)裝在變壓器的電源側(cè)，采用完全星形接線，其單相原理接線如圖6-51所示。動作電流：應(yīng)躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院436.7電力變壓器的保護(hù)2．低電壓起動的過電流保護(hù)（圖6-52） 6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院446.7電力變壓器的保護(hù)3．復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)（圖6-53）6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院456.7電力變壓器的保護(hù)當(dāng)采用低電壓起動的過電流保護(hù)，電壓元件的靈敏度不滿足要求時，可采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)。靈敏度高，應(yīng)用較廣泛。4．三繞組變壓器過流保護(hù)的裝設(shè)原則對單側(cè)電源的三繞組變壓器，一般應(yīng)裝設(shè)兩套過電流保護(hù)，如圖6-54所示。6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院466.7電力變壓器的保護(hù)一套裝在負(fù)荷側(cè)（如II側(cè)），該側(cè)外部短路時，保護(hù)以時限跳開QF2。另一套裝在電源側(cè)（I側(cè)），它有兩個動作時限和。當(dāng)III側(cè)外部故障時，保護(hù)以時限（≥

）跳開QF3，使I、II側(cè)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障而主保護(hù)拒動時，保護(hù)以時限

,(≥

）跳開三側(cè)斷路器。

6/8/2023南京理工大學(xué)自動化學(xué)院476.7電力變壓器的保護(hù)對多側(cè)均有電源的三繞組變壓器，應(yīng)在三側(cè)都裝設(shè)獨(dú)立的過電流保護(hù)，并且應(yīng)在時限最短的