21世纪高等院校教材：《电力系统继电保护原理及新技术》教学教材电子书（共九章，PDF电子版，主编：李佑光、林东）.pdf_大学文库

第一章绪论 1.1电力系统继电保护的任务电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业。它与国家的兴盛和人民的安康有着密切的关系，因此，电力产品应该是安全、靠、经济、优质的能源产品。随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂。在常个电力生产过程中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。一日发生故障即会产生如下后果： 1)数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧使故障设备烧坏，烧毁。 2)短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力作用，使设备受到机械性损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。 3)电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。 4)破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解，擁痪。对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些预防性措施，如提高设备质址，增加可靠性和延长使用寿命。而从运行管理角度出发，应提高从业人员的安全意识和增强责任心，提高科学管理水平，增强安全措施以尽量诚少事故的发生。对于不可抗拒的事故发生应做到即时发现，并迅速有选择性地切除故障组件，隔离故障范围，以保证系统非故障部分的安全稳定运行，尽可能减小停电范围，保护设备安全。继电保护是一种能反应电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备。继电保护一词是指继电保护技术或由各种继电保护装置单元组成的继电保护系统。其任务是： (1)自动、迅速有选择地切除故障组件，使无故障部分恢复正带运行，使故障部分设备免遭毁坏。 (2)发现电气组件的不正常状态，根据运行维护条件动作于发信号，减负荷或跳闸

2 电力系统继屯保护原理及新技术 1.2电力系统继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术，经济上一般应满足五个基本要求，即选择性速动性、灵敏性，可靠性利经济性。现分别时论如下： (1）选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障组件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。在图11所示的网络接线中，当：点短路时，应由距短路点最近的保护1和2动作 47C0 跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的线路继续供电。而当最；点图1单侧电源阿络中短路时，保护6动作跳闸，切除线路CD,此有选择性动作的说明时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚全可以做到不中断向用户供电 (2)速动件快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，诚少用户在低电压情祝下的工作刑间，诚小故障巢件的损坏程度。因此，在发生故章时，力求保护装置能迅速动作切除故障。在一些情况下，电力系统允许保护装肾在切除故障时带有一定的延时。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护组件的具体情况来确定。下画列举-一些必须快速切除的故障： )根据维持系统稳定性的耍求，必须快速切除高压输电线路上发生的故障； 2)导致发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为额定电压的0%）的故障： 3)大容吐的发电机、变压器及电动机内部所发生的故障： 4)【一10V线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的放章等： 5)可能危及人身安全，对通讯系统或铁道号志系统有强烈干扰的故障等。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.06~0.125，最快的可达0.01一0.04s,一般的断路器的动作时间为 0.06-0.155,最快的可达0.02-0.065n (3)灵敏性继地保护的灵敏性，是指对F保护范俐内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是，在事先规定的保护范围内部发生故障

第章绪论时，不论短路点的位置在何处，短路的类型如何，以及短路点是否有过接电阻，都应敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护组件和电力系统的参数和运行方式。 (4)可#性保护装置的可靠性是指在所规定的保护范周内，发生了它应该动作的放障时，它不应该拒绝动作：而在该保护不该动作的情况下，不应误动作。因此可靠性包括两方面的内容：可靠不拒动和可靠不误动。一般说来，保护装置的组成组件的质量越高，接线越简单，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制造工艺，正确的调整试验，良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。为了保证继电保护的可靠性，必须考虑继电保护或断路器拒绝动作的可能性因此，除主保护（满足系统稳定性要求的时限内切除保护区内故障）外，还需要考虑后备保护和辅助保护（补充主保护、后备保护不足）的问题。如图11所示，当k 点短路时，距短路点最近的保护6本应动作切除故僚，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒绝动作，故障便不能消除。此时，如其前面一条线路（靠近电源侧)的保护5能动作，故障也可消除。能起保护5这种作用的保护称为相邻组件的后备保护。同理，保护1和3又应该作为保护5和7的后备保护。按以上方式构成的后备保护是在远处实现的，因此又称为远后备保护。在复杂的高压电网中，当实现远后备保护在技术上有困难时，也可以采用近后备保护的方式，即当本组件的主保护拒绝动作时，由本组件的另-套保护作为后备保护：当断路器拒绝动作时，由问一发电厂或变电所内的有关断路器动作，实现后备保护。为此，在每一组件上应装设单独的主保护和后备保护，并装设必要的断路器失灵保护：由于这种后备作用是在主保护安装处实现的，因此称它为近后备保护。应当指出，远斤备保护的性能是比较完善的，它对于由相邻组件的保护装置断路器、二次回路和直流电源所引起的拒绝动作，均能起到后备保护作用。同时。它的实现简单、经济，因此，应优先采用，只当远后备保护不能满足要求时，才考虑采用近后备保护的方式 (5)经济性选择继电保护方式除应满足上述的要求外，还应该考虑经济条件。首先应从国民经济的整体利益出发，按被保护组件在电力系统中的作用和地位来确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考惠。这是因为保护不完善或不可靠给国民经济所造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。但要注意，对较为次要的数量很多的电气组件（如小容量电动机等），不应该装设过于复杂和昂费的保护装置

电力系统继电保护原理改新技术以上五个基本斐求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究，设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这五个基本要求之间的辩证统一关系而进行的，在学习这门课程时应注意学习和运用这样的恩想和分析方法。 1.3电力系统继电保护的基本原理与分类为完成继电保护的任务，首先需要正确区分电力系统正常运行与发生故膝或不正常运行状态之间的差别，找出电力系统被保护范围内电气组件（输电线路、发电机，变压器等)发生故障或不正常运行时的特征，配置完善的保护以满足继电保护的要求。电力系统不同电气组件放障或不正常运行时的特征可能是不同的，但在一般情祝下，发生短路故障之后总是伴随有电流增大，电压降低，电流、电压间的相位发牛变化，测t阻抗发生变化等，利用正常运行时这些基本参数与故瞭时的区别，可以构成不同原理的继电保护，例如反应电流增大的过流保护，反应电压降低的低电压保护，反应故障点到保护安装处之间距离（或阻抗）的距离保护，反应电流、电压间相位的方向保护及反应故障瞬间特征量的瞬态保护等。构成各种继电保护装置时，可使它们反应每相中的某一个或儿个基本电气参数（如相电流或相电压等），出可以使之反应这些基本参数的一个或几个对称分量 (如负序、零序或正序量)，例如利用零序构成接地保护，利用负序量构成相间保护。还可以使其反应基本参数的某次谐波分量，如发电机三次请波定子单相接地保护上述的基本故障特征是故障或不正常运行时的稳态参数，即故障发生且稳定后得到的，以这些特征量构成的继电保护称作稳态保护。随着微型计算机继电保护的深人发展，各种以电力系统故摩瞬时信息为故障特征的瞬态保护应运而生。如建立在小波分析基础上的输电线路行波保护，它利用小被分析捕捉故障电流行波波头在故障点和两保护安装处之间的传播时闯差 △：来确定故障点的位置，从而确定故障是否发生在区内，保护是否应该动作。例如，当线路长为L,枝障点离M,N两端的距离分别为X1和X、,则双端信息保护时有 Xy=(1tAto) Xs=(L At) 单端信息保护时有

第一章缔论 5 Xu 其中，v为行波速度，它接近光速，-般取u-2.89×10kms,△t1为波头由M侧返回到故障点再由故障点到M侧的时间。除反应各电气组件电气量的保护外，还有根据各电气设备的特点实现反应非电量的保护，例如变压器油箱内部绕组短路时，反应为油被分解产生气体而构成的瓦斯保护，反应电动机绕组温度升高而构成的过热保护等。继电保护是由各种继电器（机电式）或组件（静态保护和微型计算机继电保护）组成。继电器或组件的分类方法很多，其中按启动量划分的有稳态和屏念保护：按不同参量的过量、欠量和桨量划分的有过电流继电器，低电压继电器、电流差动继电器等的稳态保护：若按其结构原理划分则有电磁感应型、整流型、品体管型，集成电路型和微型计算机等继电保护。此外还有诸如自适应保护，网络化保护等名目繁多的分类和称谓。 1,4继电保护装置的基本结构尽管继电保护装置的分类繁多，但就一般而言其基本结构主要包括现场信号输人部分，测量部分，逻辑部分和执行部分。原理结构框图如图12所示。现师信号箱入图12卷电保护装置基本结构原理 (1)现场信号输人部分现场信号送人继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换低通滤波等，使继电器能有效地检测各现场物理量。 (2)测量部分测量部分是检测经现场信号输入电路处理后的与被保护对象有关的物理量，并与已给定的定值或自动实时生成的判据（自适应保护）进行比较，根据比较的结果给山“是”，或“非”，即0“和”性质的一组逻辑信号或电平信号，经判断确定保护是杏应起动。 (3)逻辑部分逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小，性质，逻辑状态、输出顺序等信息按一定的逻辑关系组合、运算，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信另，并将

电力系统继电保护原弹及新技术有关命令传给执行部分。常用逻辑一般有“或”“与“、“非”、“延时”、“记忆”等功能。 (4)执行部分执行部分是根据逻辑部分送来的出口信号，完成保护装置的最终任务。主要负责保护装置与现场设备的隔离，连接、电平转换，出口跳闸的功率驱动以及现场设苔状态信息的返回等，以使继电保护装置能可靠地工作于电力设备发生故障时跳闸，不止常运行时发出信号，止常运行时不动作的理想状态 1.5继电保护的发展历史及现状继电保护技术随着电力系统的发展而发展。同时也随者通信、信息、电子，计算机等相关技术的发展而不断创新。为了保护电机免受短路电流的破坏，首先出现了反应电流超过一预定值的过电流保护。熔惭器就是最早的、最简单的的过电流保护方式。这种保护方式至今仍广泛应用于低压线路和用电设备。熔断器的特点是融保护装置与切断电流的装置干一体，其结构最为简单。由于用电设备的功率，发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器心不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于断峰器的过电流铢电器。19世纪80年代出现了用于断路器上直接反应一次短路电流的电磁型过电流维电器。 1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护组件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，20世纪20年代初距离保护装置出现。随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。20世纪50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出瑰了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。并提出了利用放障点产生的行波实现快速继电保护的设想，0年代终于诞生了行菠保护装置。随着光纤通讯的出现便有了光纤保护的广泛应用，如光纤差动保护、光纤距离保护等。以上是继电保护源理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的组件、材料、保护装置的结构型式和制造丁艺也发生了巨大的变革。20世纪50年代以前的继电保护装置都是由电磁型、感应型或电动型继电器组成的。这些继电器都具有机械转动部件，统称为机电式继电器。由机电式继电器组成的继电保护装置称为机电式保护装置：这种保护装置体积大，消耗功率大，动作速度慢，机械转动部分和触点容易损坏或粘连，调试维护比较复杂，不能满足超高压、大容量电力系统的要求。日前正逐渐被淘汰。 20世纪50年代，开始出现了晶体管式继电保护装置。这种保护装置体积小