電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 第1章 緒論

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理

Protection

PrincipleofPowerSystem白雪峰1主要教材及參考書?

張保會,尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京:

中國電力出版社.?

孫國凱等編著.

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.北

京:中國水利水電出版社.?

賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.北

京:水利水電出版社.?

王維儉編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理.北

京:清華大學(xué)出版社.2第1章

緒論?

第1節(jié)

電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常

工作狀態(tài)和故障狀態(tài)?

第2節(jié)繼電保護(hù)的基本原理及其組成?

第3節(jié)對繼電保護(hù)的基本要求?

第4節(jié)繼電保護(hù)發(fā)展簡史3第1節(jié)電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)?電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)在不同的

運(yùn)行條件下的系統(tǒng)和設(shè)備的工作狀況。?電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件一般可用三組方程描

述，一組微分方程用來描述系統(tǒng)元件及其

控制的動態(tài)規(guī)律，兩組代數(shù)方程式分別構(gòu)

成電力系統(tǒng)運(yùn)行的等式和不等式約束條件。4電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)?等式約束條件是由電能性質(zhì)本身決定的，即系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和無功功率應(yīng)在任一時刻與系統(tǒng)

中隨機(jī)變化的負(fù)荷功率（包括傳輸損耗）相等。?不等式約束條件涉及供電質(zhì)量和電力設(shè)備安全運(yùn)行的某些參數(shù)，他們應(yīng)處于安全運(yùn)行的范圍內(nèi)。?根據(jù)不同的運(yùn)行條件，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可以分為正常狀態(tài)，不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。電力系

統(tǒng)運(yùn)行控制的目的就是通過人工和自動的控制，

使電力系統(tǒng)盡快擺脫不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，從

而長時間在正常狀態(tài)下運(yùn)行。5電力系統(tǒng)正常工作狀態(tài)?正常運(yùn)行狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，所有的等式

和不等式約束條件均滿足。表明系統(tǒng)以足

夠的電功率滿足負(fù)荷對電能的需求；電力

系統(tǒng)中各母線電壓和頻率均在允許的偏差

范圍內(nèi)，提供合格的電能。?正常狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，其發(fā)電、輸電和

變電設(shè)備保持一定的備用容量，能夠滿足

負(fù)荷隨機(jī)變化的需要，并可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。6電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)

所有等式約束條件滿足，部分不等式約束

條件不滿足而又不是故障的工作狀態(tài)，稱

為不正常工作狀態(tài)。

不正常運(yùn)行狀態(tài)：小接地電流系統(tǒng)的單相

接地、過負(fù)荷、變壓器過熱、系統(tǒng)振蕩、

電壓升高、頻率降低等。

電力系統(tǒng)的故障：三相短路、兩相短路、

單相短路接地、兩相短路接地、斷線、變

壓器繞組匝間短路、復(fù)合故障等。7發(fā)生故障可能引起的后果?

1、故障點(diǎn)通過很大的短路電流和所燃起的

電弧，使故障設(shè)備燒壞；?2、系統(tǒng)中設(shè)備，在通過短路電流時所產(chǎn)生

的熱和電動力使設(shè)備縮短使用壽命；?3、因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或

影響產(chǎn)品質(zhì)量；破壞系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定

性，產(chǎn)生振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。事故：

指系統(tǒng)的全部或部分的正常運(yùn)行遭到破

壞，以致造成對用戶的停止送電、少送電、電

能質(zhì)量變壞到不能容許的程度，甚至毀壞設(shè)備

等等。事

故8繼電保護(hù)裝置及其任務(wù)繼電保護(hù)裝置：就是指反應(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?；救蝿?wù)：1、發(fā)生故障時，自動、迅速、

有選擇地將故障元件

（設(shè)備）從電力系統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。

2、對不正常運(yùn)行狀態(tài)，為保證選擇性，一般要求保護(hù)經(jīng)過一定的延時，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件（如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號（減負(fù)荷或跳

閘），且能與自動重合閘相配合。9第2節(jié)繼電保護(hù)的基本原理及其組成?為了完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)，必須：?區(qū)分電力系統(tǒng)的正常、不正常和故障三種

運(yùn)行狀態(tài)。?甄別發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。?

必須尋找電力元件在這三種狀態(tài)下可測參

量的差異。10繼電保護(hù)的基本原理及其組成繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故

障前后某些突變的物理量為信息量，當(dāng)突變

量達(dá)到一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出

相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。1、利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別。2、利用內(nèi)部故障和外部故障時被保護(hù)元件

兩側(cè)電流相位（或功率方向）的差別。3、不對稱分量是否出現(xiàn)。4、反應(yīng)非電氣量的保護(hù)。111、利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別?發(fā)生短路后，利用電流、電壓、線路測量阻抗等的變化，可以構(gòu)成如下保護(hù)。（1）電流保護(hù)：反映電流的增大而動作。（2）低電壓保護(hù)：反應(yīng)于電壓的降低而動作。（3）距離保護(hù)：反應(yīng)于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地之間的距離（或測量阻抗的減?。┒鴦幼?。2

ZdUd=0d(3)IdABC121?規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路。?正常運(yùn)行和線路AB外部故障時，A-B兩

側(cè)電流的大小相等相位相差180°

。?

當(dāng)線路AB內(nèi)部短路時，A-B兩側(cè)電流一

般大小相等、相位相等。構(gòu)成各種

差動原理

的保護(hù)，

如縱聯(lián)電

流差動保

護(hù)，縱聯(lián)

相差保護(hù)

等。132、利用內(nèi)部故障和外部故障時被保護(hù)元件兩側(cè)電流相位的差別3、不對稱分量是否出現(xiàn)?電氣元件在正常運(yùn)行（或發(fā)生對稱短路）時，

負(fù)序分量和零序分量為零；?在發(fā)生不對稱短路時，

一般負(fù)序和零序都較大。?因此，根據(jù)這些分量的是否存在可以構(gòu)成零序

保護(hù)和負(fù)序保護(hù)。此種保護(hù)裝置都具有良好的

選擇性和靈敏性。144、反應(yīng)非電氣量的保護(hù)?反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障時所產(chǎn)生的氣體而

構(gòu)成瓦斯保護(hù)；?反應(yīng)于電動機(jī)繞組的溫度升高而構(gòu)成過負(fù)荷

保護(hù)等。15測量被保護(hù)元件工作

狀態(tài)的物理量，并和

已給的整定值進(jìn)行比

較，從而判斷保護(hù)是

否應(yīng)該起動。根據(jù)測量部分各輸出

量的大小，性質(zhì)，出

現(xiàn)的順序等，使保護(hù)

裝置按一定的邏輯程

序工作，最后傳到執(zhí)

行部分。繼電保護(hù)裝置的組成繼電保護(hù)一般由三個部分組成:測量部分、邏輯部分和執(zhí)

行部分，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。根據(jù)邏輯部分送的

信號，最后完成保

護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任

務(wù)。如發(fā)出信號，

跳閘或不動作等。執(zhí)行

部分邏輯

部分測量

部分故障參數(shù)量輸出信號整定值16??電流繼電器正常狀態(tài)：一次設(shè)備通過的電流為

負(fù)載電流

KA流過的二

次電流小于動作值—一不動作

其接點(diǎn)不閉合

保護(hù)不動作

。斷路器主、輔觸點(diǎn)脫扣器時間繼電器電流互感器中間繼電器跳閘線圈繼電保護(hù)的工作回路17短路故障時：流過一次設(shè)備的電流激增

KA流過的二次電流

大于KA動作值

KA接點(diǎn)閉合，

KT得電

KT觸點(diǎn)閉合

KM線圈得電，其觸點(diǎn)閉合

QF的YT線圈得電跳閘

切除故障。

18繼電保護(hù)的工作回路第3節(jié)

對繼電保護(hù)的基本要求選擇性速動性靈敏性可靠性19一、選擇性(Selectivity)選擇性是指保護(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，以保證系統(tǒng)中

的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。兩種含義：1.其一是只應(yīng)由裝在故障元件上的保護(hù)裝置動作切除

故障。2.其二是力爭相鄰元件的保護(hù)裝置對它起后備保護(hù)的

作用。20d3點(diǎn)短路：保護(hù)6動作，6QF跳閘；若保護(hù)6或6QF拒動，5QF跳閘；d2點(diǎn)短路：保護(hù)5動作，5QF跳閘；若保護(hù)5或5QF拒動，保護(hù)1和保護(hù)3動作于1QF、

3QF跳閘；d1點(diǎn)短路：保護(hù)1和保護(hù)2動作，1QF、2QF跳閘；若保護(hù)2或2QF拒動，保護(hù)3動作于3QF跳閘；21繼電保護(hù)的配合

主保護(hù)：能有選擇性地快速切除全線故障的保

護(hù)。

后備保護(hù)：當(dāng)故障線路的主保護(hù)或斷路器拒動

時用以切除故障的保護(hù)。

近后備保護(hù)：作為本線路主保護(hù)的后備保護(hù)。

遠(yuǎn)后備保護(hù)：作為下一條相鄰線路主保護(hù)或開

關(guān)拒跳的后備保護(hù)。22二、速動性（Speed)速動性是指盡可能快地切除故障。短路時快速切除故障，可以縮小故障范圍，減輕

短路引起的破壞程度，減小對用戶工作的影響，提高

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。23三、靈敏性(Sensitivity)靈敏性是指對保護(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。保護(hù)裝置的靈敏性，通常用靈敏

系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，則保護(hù)的靈敏度就越高，反之就越低。對過量繼電器：保護(hù)范圍內(nèi)故障時測量值

Klm

=

對欠量繼電器：

保護(hù)整定值Klm

=

保護(hù)范圍內(nèi)故障時測量值保護(hù)整定值24四、可靠性(Reliability)可靠性是對繼電保護(hù)性能的最根本要

求，包括安全性和信賴性。安全性：要求繼電保護(hù)在不需要它動作時可

靠不動作，即不誤動。信賴性：要求繼電保護(hù)在規(guī)定的動作范圍內(nèi)

發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的故障時可靠動作，

即不拒動。不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，電力元件在

系統(tǒng)中位置不同，誤動和拒動危害程度不同，因而不同情況下，側(cè)重點(diǎn)有所不同。25對繼電保護(hù)的基本要求以上四個基本要求之間，有的相輔相成，有的相

互制約，需要針對不同的使用條件，分別地進(jìn)行協(xié)調(diào)。此四個基本要求是分析研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個基本線索。根據(jù)被保護(hù)元件在電

力系統(tǒng)中的地位和作用來確定具體的保護(hù)方式，以滿

足其相應(yīng)的要求。26第4節(jié)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展簡史繼電保護(hù)的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技

術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在20世紀(jì)50年代及以前，差

不多都是用電磁型的機(jī)械元件構(gòu)成。隨后陸續(xù)推

廣了整流型元件和由半導(dǎo)體分力元件組成的裝置。

70年代以后，集成電路構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置中得

到廣泛運(yùn)用。到80年代，微型機(jī)在繼電保護(hù)裝置

中逐漸應(yīng)用。隨著新技術(shù)新工藝的采用，繼電保

護(hù)硬件設(shè)備的可靠性，運(yùn)行維護(hù)方便性也不斷得

到提高。繼電保護(hù)技術(shù)將達(dá)到更高的水平。27繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展簡史最初熔斷器

難以實(shí)現(xiàn)選擇性

電壓、電流保護(hù)

環(huán)網(wǎng)、多源網(wǎng)距離保護(hù)

單端測量方式，難以保證快速跳閘

差動保護(hù)

長