《电力系统继电保护》课件1

4.电磁式中间继电器
动静触点
文字符号： KM
图形符号：
I>
测量线圈
电磁线圈 及Leabharlann 磁铁电磁式中间继电器实物图片
2021/3/22
动作 触点
常开 触点
常闭 触点
4.电磁式中间继电器
1.特点：
① 触点容量大，可直接作 用于断路器跳闸；
② 触点数目多,可实现时间 继电器难以实现的延时 。
2.结构：吸引衔铁式。 3.文字符号：KM。
3.两相一继电器电流差接线
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IKA Ia Ic
3.两相一继电器电流差接线（续）
3 ......K (3)
KW
I kA I2
2 1
........K
(2) AC
........K
(2) AB
2021/3/22
1
........K
(2) BC
图7－18两相一继电器式接线
不同相间短路的相量分析 （a）三相短路；（b）A、C两相短路；
2021/3/22
Kw
I KA I2
Ⅱ、保护装置的接线方式（续）
1、三相三继电器完全星形接线方式
接线系数KW：
2021/3/22
KW
I kA I2
1
Ⅱ、保护装置的接线方式（续）
2.两相两继电器不完全星形接线方式
接线系数KW：
2021/3/22
KW
I kA I2
1
2.两相两继电器不完全星形接线方式(续) 在6～35kV小电流接地系 统中得到了广泛的应用
反应故障参数增大而动作的保护：
保 护 区 末 端 金 属 性 短 路 时 故 障 参 数 的 最 小 计 算 值

▪ 按继电保护装置的构成原理分类： 电流保护、电压保护、差动保护、距
离保护、高频保护等。
▪ 按被保护的对象分类： 线路保护、变压器保护、发电机保护、
母线保护、电动机保护、电容器保护等。
二、继电保护装置的分类
▪ 按构成保护装置的元件分类： 机电型继电保护装置、静态型继电保
护装置、微机型继电保护装置；
继电器的表示符号
▪ 图形符号 ▪ 文字符号
LJ（KA）、YJ（KV）、SJ（KT）、 ZJ（KC）、XJ（KS）
二、静态型继电保护装置
三、微机型继电保护装置
微机型继电保护装置基本结构
硬件 软件
微机保护装置硬件电路的基本组成
TA 、 TV
二 次 侧 i 、数 据 采
u
集系统
微型计算 机系统
二、电力系统继电保护的任务
▪ 电力系统发生故障时，自动、快速、有选 择地将故障设备从电力系统中切除，保证 非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围。
▪ 电力系统出现异常运行状态时，自动、及 时、有选择地发出告警信号或减负荷、跳 闸。
电力系统继电保护装置
▪ 能反应电力系统中电气设备发生故障或异 常运行状态而动作于断路器跳闸或发出信 号的一种自动装置。
▪ 灵敏系数：Ks
对反应故障时参数量增加的保护装置
Ks＝
保护区末端故障参数的最小计算值 保护动作参数的整定值
对反应故障时参数量降低的保护装置
Ks＝
保护动作参数的整定值 保护区末端故障参数的最大计算值
四、可靠性
▪ 在电力系统正常运行时，不误动； ▪ 在规定的保护范围内发生故障时，应可靠
地动作； ▪ 在不属于该保护动作的其它任何情况下，
装设继电保护装置的目的

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一、继电保护的概念
继电保护泛指继电保护技术或各种继 电保护装置组成的继电保护系统。
继电保护装置是指安装在被保护元件 上，反应被保护元件故障或不正常运行状 态并动作与断路器跳闸或发出信号的一种 自动装置。
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二、故障、不正常运行状态与事故
电力系统在运行中，由于外界（雷击、鸟 害等）、内部（绝缘损坏、老化等）及 操作等原因，可能引起各种故障或不正常 工作状态。
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二、本课程的教学内容
1、理论部分 1 继电保护的基础元件 2 输电线路的继电保护 3 电力变压器的继电保护 4 同步发电机的继电保护 5 微机保护 2、实践部分 1 继电保护课程设计 2 继电器调试与二次配线实习
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三、学习本课程的基本要求
1、学会抓重点，领会问题的真谛；
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§4 继电保护的基本组成
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§5 继电保护的工作原理
测量部分测量被保护组件运行参数，并 与整定值相比较，以判断被保护组件是份 发生故障。如果运行参数达到或超过（或 低于）整定值，测量部分向逻辑部分发信 号，并起动保护装置。逻辑部分接受测量 部分的信号后，按照规定的逻辑条件，判 断保护装置是否动作于跳闸或动作于发信 号，执行部分根据逻辑部分送来的信号而 动作。
2
一、本课程在本专业中的地位及教学目标
本课程是本专业的一门主要专业课，通 过本课程的学习，能够使大家掌握电力系 统继电保护装置工作原理、配置原则，常 用继电器的试验方法；培养继电保护装置 整定计算和识读继电保护装置原理图、展 开图的技能，为毕业后从事电力系统继电 保护的运行、安装、调试检修及设计工作 打下基础。

电力系统继电保护原理概 述
继电保护的基本概念
继电保护
当电力系统中的元件或系统本身发生异常情况或故障时，能自动、迅速、有选 择地将故障元件从系统中切除，保证无故障部分继续运行，将事故限制在最小 范围的一种自动化措施。
继电保护装置
实现继电保护功能的设备或装置，用于快速、正确地隔离故障设备或线路，保 障电力系统的安全稳定运行。
异常运行状态
包括过负荷、过电压、欠电压等， 会对电力系统的稳定运行造成威胁 。
电流、电压、功率等基本物理量
01
02
03
电流
表示电荷在导体中流动的 量，是继电保护中的重要 物理量之一。
电压
表示电场中电位差的大小 ，是电力系统中能量传输 和转化的基础。
功率
表示单位时间内转换、消 耗或传输的能量，是衡量 电力系统运行效率的重要 指标。
差动保护
总结词
差动保护是通过比较线路两侧的电流大 小和相位，判断是否发生故障的保护方 式。
VS
详细描述
差动保护利用电流互感器检测线路两侧的 电流值，通过比较两侧电流的大小和相位 来判断是否发生故障。当检测到两侧电流 大小和相位不一致时，保护装置动作，切 断故障线路。差动保护具有较高的灵敏度 和可靠性，适用于变压器、发电机等重要 设备的保护。
率。
电力系统继电保护的基本元件
互感器
用于将高电压和大电流转换为低电压 和小电流，以便于测量和保护装置的 采集。
断路器
继电器
用于实现继电保护功能，能够根据输 入的物理量（如电流、电压等）判断 电力系统的运行状态，并采取相应的 动作（如跳闸、报警等）。
用于控制电力系统的正常运行和故障 切除，是继电保护装置的重要组成元 件之一。

继电保护与重合闸的配合关系
对单相自动重合闸的评价
优点： 绝大多数故障情况下保证对用户的连续供电
提高了双侧电源系统并列运行的稳定性
缺点： 按相操作的断路器 选相元件 非全相运行时退出其他保护，防止误动作
其他特殊问题 1.非全相运行对保护的影响。采用单相重合闸后，要求在单相 接地短路时至跳开故障相的断路器，这样在重合闸期间的断电时 间内出现了只有两项运行的非全相不对称运行状态，从而在线 路中出现负序以及零序的电压、电流分量，这就可能引起本线 路某些保护以及系统中的其他保护误动作。 对于可能误动的保护，应在单相重合闸动作是予以闭锁，或在 保护的动作之上躲开非全相运行或动作时限大于单相重合闸间 歇时间。 2.重合过电压问题。当线路发生单相接地而采用三相重合闸时， 会产生相当严重的重合过电压。这是由于三相跳闸时，在非故 障相上保留有残余电压，且该电压在较短的重合闸间隙断电时 间内
3.应考虑非全相运行对继电保护的影响，还需要考虑非全相运行 对通信系统和铁道号志系统的影响。
故障选相元件 为实现单相重合闸，首先就必须有故障相选择元件。对选相 元件的基本要求是： 首先应保证选择性，即选相元件与继电保护相配合只跳开发 生故障的一相，而接于另外两相上的选相元件不应动作；其次， 在故障相末端发生单相接地短路时，接于该相上的选相元件应 保证有足够的灵敏性。 根据网络接线和运行特点，满足以上要求的常用选相元件有 以下几种：电流选相元件、低电压选相元件、阻抗选相元件。
单相自动重合闸的动作过程 单相接地短路→跳故障单相→重合单相 瞬时性故障→重合成功 永久性故障→跳三相
单相自动重合闸的特点
与三相重合闸所带来的新问题主要表现在以下几个方面。
1.需要设置故障选相元件，应该指出有些保护装置本身就具有选 相功能

在正常运行，或者外部故障已经趋于稳定以后，对应的不平衡电流 情况。 2）、暂态不平衡电流
发生短路这个过程中的不平衡电流
精选课件ppt
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4.1.2 纵联差动保护的不平衡电流
1、稳定情况下的不平衡电流 稳态不平衡电流实际上就是两侧LH励磁电流的差。应采用外部故障
时流过LH的最大短路电流，当LH进行10%误差校验后，每个LH的 误差均不会大于10%，电流互感器的误差为负误差，其差动回路中产 生的不平衡电流最大值为
差回路出现的不平衡电流。在短路后的暂态过程中，短路电流中除周 期分量电流外，还有按指数规律衰减的非周期分量（不能变换到二次 侧，主要作为励磁电流，使二次电流误差增大）由于LH原副边回路对 非周期分量电流衰减时间常数不同，两侧电流互感器直流励磁程度不 同，所以使暂态不平衡电流加大。在纵差保护计算中，其最大值为
面还有根较细线路，最主要作用是起到引雷的作用，防止输电线路直
接被雷击） 三相不区分哪一相故障
3）、允许式纵联方向保护、允许式纵联距离保护、行波保护
（FSK音频接口、电力载波机、微波、光纤等）
4）、分相式线路纵差保护 与导引线相类似，相对相（微波、光
纤）超高压输电线路中以及110KV输电线路中往往采用作为主保护，
精选课件ppt
3
输电线的纵联保护
输电线纵联保护的概念及分类 1、纵联保护： - 所谓输电线路的纵联保护，就是用某种通信信道（简称通道） 将输电线首末两端的保护装置纵向联接起来，将各端的电气量 （电流。功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较， 以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外。从而决定是 否切断被保护线路。 - 因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。
小结： 由于区内故障时，流入差动继电器的故障电流远大于继电

力争相邻元件的保护装置起后备保护的作用。 二、速动性
故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间的总和
三、可靠性 安全性 (不误动) 、信赖性 (不拒动)
四、灵敏性
是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力

1.4
继电保护发展简史
区域电网：供电电压在220kV及以上的电网 （全国电网 山东电网）
地方电网：供电电压小于等于110kV的电网 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所。 我国电网形势：西电东送、南北互供、全国联网。 3、 6、 10 、 35 、66、 110 、 220 、 330 、 一次设备 500kV 二次设备
高压断路器 电流互感器 电压互感器
从发电厂到用户的送电过程示意图
第一章 绪论 我国除台湾外已经形成东北、华北、 西北、华东（含福建）、华中（含 川渝）和南方等6个跨省区电网和 山东、海南、新疆、西藏4个独立 省网。除西北电网以330kV为主网 架外，其他跨省电网和山东电网都 已建成500kV主网架。香港、澳门 电网分别以400 kV和110kV和广东 电网从而和南方电网相联；华中和 华东电网通过葛上直流输电工程已 实现了互联；东北和华北、华北和 华中电网通过交流500 kV实现了互 联；华中和南方电网通过三广直流 山东电网是一个以省域为界的纯火电电网， 输电工程实现了互联；全国联网的 现已覆盖了全省的 17个市。已成为以 局面正在快速推进中， 2019年前后 300MW 和600MW级发电机组为主力机型、 可基本实现除新疆、西藏、台湾以 500kV和220kV为主网架，发、输、配电网 外的全国联网。 协调发展的超高压、大容量、高参数、高自 动化的大型现代化电网。
第一章 绪论
课程的性质和任务： 本课程是电气工程与自动化专业的专业任选课，通过本 课程的学习，认识到电力系统继电保护在保证电力系统的 安全稳定运行中所起的重要作用；掌握电力系统继电保护 的基本原理、基本概念、构成及运行分析方法，为今后 从事本专业范围内相关领域工作奠定基础。 课程要求：

3.3 阻抗继电器的实现方法
继电保护装置的作用：判断故障处于区内还是区外
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。
数字式距离保护相位比较的实现 阻抗比较方式 求出测量阻抗Zm 与已知阻抗组合出ZC、ZD 代入动作条件表达式，判断是否动作 电压比较方式 相量比较 瞬时采样值比较
3.3.2 相位比较原理的实现
相量比较方式
动作范围-90°～90 °，则
（3.56） （3.57）
展开并乘 ，得
电力系统继电保护
电力系统继电保护
习题：
请分析如图所示的阻抗继电器的动作特性。
第一章节
距离保护的整定计算与对距离保护的评价
3.4.1 距离保护的整定计算
电力系统继电保护
三段式配置方式： I、II段：方向性测量元件 III段：带有偏移特性的测量元件 如图： AB线路A处保护的I段 AB线路A处保护的II段 AB线路A处保护的III段 BC线路B处保护的I段
瞬时采样比较方式
两点积算法：用相隔1/4周期的两个采样值完成比相
（3.58）
（3.68）
电力系统继电保护
3.3.3 比较工作电压相位法
电力系统继电保护
区外K1点短路：Uop与Um同相位
反向K3点短路： Uop与Um同相位 区内K2点短路：Uop与Um反相位 结论：
Uop与Um同相位：区外
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
3.4.1 距离保护的整定计算

运行参数：I、U、Z∠φ 反应 I↑→过电流保护 反应 U↓→低电压保护 反应 Z↓→低阻抗保护(距离保护)
二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端 所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原 理，也称差动式原理）
以A-B线路为例：
规定电流正方向：保护处母线→被保护线路
规定电压正方向：母线高于中性点
的继电器(保护)，Kh>1 2、集成电路型过电流继电器（晶体管型：略）
3ms延时：防止干扰信号引起的误动(干扰持续时间一般<1ms) 12ms展宽：使输出动作信号展成连续高电平。
二、电流速断保护（电流I段）
电流速断保护：瞬时动作的电流保护。
1、整定计算原则
(1) 短路特性分析：
三相短路时d(3),流过保护安装处的短路电流：
对于过量保护,灵敏系数：
应保护的范围内发生金 属性短路时的故障参数 计算值
Klm
保护装置的动作参数
（电流保护的故障参数计算值：系统最小运行方式下被保护线
路末端发生两相短路时，流过本保护的最小短路电流）
对保护1的电流II段：Klm=
I (2) d .B. m in I II dz..1
要求：Klm 1.3～1.5
d3点短路：6动作：有选择性； 5动作：无选择性 如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)
d1点短路：1、2动作：有选择性； 3、4动作：无选择性 后备保护（本元件主保护拒动时）：
(1)由前一级保护作为后备叫远后备. (2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.
二、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户 在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽 量地快速切除故障。 (快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下)

• 辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当 主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。
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变压器 保护区
发电机保护区
低压母线 保护区
线路 高压母线 保护区 保护区
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二、选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将 故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行， 以尽量缩小停电范围
t
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3 灵敏性的校验
• （1）作为近后备时
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3 灵敏性的校验
• （1）作为远后备时
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在各个灵敏度系数之间，要求灵敏系数互相配合
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过电流保护的构成
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流入保护继电器的电流与电流互感器的二次电流 的比值，称为接线系数
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两种接线方式在各种故障时的性能 分析
1、对各种相间短路，两种接线方式均能正确反 映；只是动作继电器的个数不同。 2、中性点直接接地系统的单相接地短路，三相 星形可反应各种接地故障，两相（AC）星形 不能反映B相接地故障 3、在小接地电流系统中，发生异地两点接地 时，一般只要求切除一个接地点，而允 许带一 个接地点继续运行一段时间。
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两相三继电器接线方式
提高灵敏性系数
( I A I C ) / nl I B / nl
.Y
.Y
.Y
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5 两种接线方式的应用
（1）三相星形接线：主要用于发电机、变压 器的后备保护，采用电流保护作为大电流 接地系统的保护（要求较高的可靠性和灵 敏性）；也用于中性点直接接地系统中，作为相间短

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将电路功能集成在半导体芯片 上，提高了保护装置的可靠性 和性能。
微机继电保护
利用计算机技术，实现故障的快 速、准确检测与切除，是目前电
力系统继电保护的主流技术。
继电保护的基本原理
01
检测
通过各种传感器实时监测电力系统中各元件的电流、电压、功率等参数，
以判断是否存在故障。
02
比较
将监测到的参数与整定值进行比较，判断是否存在故障及故障的类型。
继电保护的分类
继电保护的整定原则
根据保护功能的不同，继电保护可以分为 零序电流保护、欠电压保护、过电压保护 等多种类型。
继电保护装置的整定原则包括选择性、灵 敏性和可靠性。
异常运行状态与继电保护
异常运行状态的危害
异常运行状态可能导致设备过载、过热、 失步等危害。
继电保护的分类
根据保护功能的不同，继电保护可以分为 过电流保护、过电压保护、低频保护等多
保护配合
纵联保护与横联保护的配合
纵联保护主要用于线路的主保护，横联保护主要用于线路 的辅助保护，两者相互配合，共同完成线路的保护任务。
主保护与后备保护的配合
主保护主要用于快速切除故障，后备保护作为主保护的后 备措施，在主保护拒动时进行故障切除。两者相互配合， 提高电力系统的稳定性和可靠性。
上下级保护的配合
电力系统继电保护
目录
• 电力系统继电保护概述 • 继电保护装置的组成与分类 • 电力系统故障与保护 • 继电保护的配置与整定 • 继电保护的未来发展
01 电力系统继电保护概述
定义与重要性
定义
电力系统继电保护是指当电力系统中的元件或设备发生异常或故障时，通过继 电器等自动装置快速、有选择性地切除故障部分，以保证电力系统其他部分正 常运行的一种技术措施。

按工作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式(如晶 体管型)、整流式、热式(利用电流热效应的原理)、数字式等； 1.电磁型继电器（电磁型电压继电器工作原理与电流继电器 基本相同）
-电流继电器KA
-电压继电器KV
电磁型继电器
电磁型继电器动作分析
（1）继电器动作的条件：为使继电器动作，必须增大电流通 过增大电流来增大电磁转矩，当继电器的电磁力矩大于弹簧 的作用力距和摩擦力矩之和时，衔铁被吸合时，称为继电器 动作。
2.1、单侧电源电网相间短路的电流保护 当电网输电线路发生短路时，故障相电流增大。根据这一
特征，可以构成反应故障时电流增大而动作的电流保护。 -无时限电流速断保护（电流一段保护） -限时电流速断保护（电流二段保护） -定时限过电流保护（电流三段保护）
三种保护配合使用构成主后备保护、完成对输电线路所有故障点的反应。
继电保护装置在电力系统产生短路或不正常运行时，继 电保护装置应该能够有选择地切除故障电流或给出提示信号， 并保证故障范围最小。
（2）速动性： 继电保护装置在电力系统产生短路时，继电保护装置应
该在尽可能短的时间内有选择地切除故障，保证系统故障设 备的安全性。
速动性的意义： A、电力系统产生故障时，迅速切除故障可以提高系统供电的 质量，减少停电时间，提高生产效率； B、提高故障设备的修复率； C、提高电力系统运行的稳定性； D、减小电力系统故障范围，提高自动重合闸的成功率。
2.1.1、反应单一电气量的继电器 继电器是根据某种输入信号来实现自动切换电路的自动控
制电器。当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量 发生预计的状态变化，如触点打开、闭合或电平由高变低、 由低变高等，具有对被控制电路实现“通”、“断”控制的 作用，所以它“类似于开关”。