继电保护的基本原理

我们把它统称为电力系统。

一般将电能通过的设备成为电力系统成为电力电力系统的一次设备，如发电机、变压器、断路器、输电电路等，对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，被称为电力系统的二次设备。

继电保护装置就属于电力系统的二次设备。

一、继电保护装置的基本原理为了完成继电保护的任务，继电保护就必须能够区别是正常运行还是非正常运行或故障，要区别这些状态，关键的就是要寻找这些状态下的参量情况，找出其间的差别，从而构成各种不同原理的保护。

1.利用基本电气参数的区别发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护：(1)过电流保护。

单侧电源线路如图1-1所示，若在BC段上发生三相短路，则从电源到短路点k之间将流过很大的短路电流I k，可以使保护2反应这个电流增大而动作于跳闸。

(2)低电压保护。

如图1所示，短路点k的电压U k降到零，各变电站母线上的电压都有所下降，可以使保护2反应于这个下降的电压而动作。

图1：单侧电源线路(3)距离保护。

距离保护反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗）的减小而动作。

如图1所示，设以Z k表示短路点到保护2（即变电站B母线）之间的阻抗，则母线上的残余电压为：U B=I k Z ko Z B就是在线路始端的测量阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。

2.利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别两侧电流相位（或功率方向）的分析如下。

图2：双侧电源网络a——正常运行情况；b——线路AB外部短路情况；c——线路AB内部短路情况正常运行时，A、B两侧电流的大小相等，相位相差180°；当线路AB外部故障时，A、B两侧电流仍大小相等，相位相差180°；当线路AB内部短路时，A、B两侧电流一般大小不相等，在理想情况下（两侧电动势同相位且全系统的阻抗角相等），两侧电流同相位。

从而可以利用电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。

还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。 如瓦斯保护、过热保护等。
二、继电保护装置的组成
三、继电保护装置的类型
1、按被保护的对象分，有
输电线路的保护、发电机的保护、变压器的保护、 母线保护、电动机的保护等；
2、按保护原理分，有 电流保护、电压保护、距离保护、高频保护、差动 保护、方向保护等；
二）电力系统的运行状态
1、定义：电力系统在不同运行条件（如负荷水平、 出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工 作状况。 2、类型：有正常运行状态、不正常运行状态、故 障状态三种。 ◆正常运行状态——在此状态下，电力系统的有 功功率和无功功率处于平衡，各发电、输电和用电设 备均在规定的长期安全工作限额内运行，电压、频率 均在规定的范围内变化，电能质量合格。
电力系统继电保护绪
论
第一节 电力系统继电保护的作用
一、电力系统继电保护及自动装置的作用与任务
一）一次设备与二次设备的基本概念
一次设备：是指直接参与生产、输送和分配电能 的生产过程的高压电气设备。 它包括发电机（发电）、变压器（变换）、断 路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线 （汇集、重新分配电能） 、输电线路（输送电） 、 电力电缆、电抗器、电动机（用电）等。
二）迅速性——指继电保护装置动作尽可能快
凡是作用于断路器跳闸的保护均要求动作要迅 速。 要求快速动作的主要理由和必要性： ①可以提高电力系统并列运行的稳定性。
A B C
k
例：K点发生了三相短路故障时，A母线电压将大大下降到接近 于零，使A厂送不出负荷，发电机转速迅速升高。而B厂母线B 母线，则由于远离短路点，还有较高残压。如果保护动作时间 较长，A、B两厂的发电机转差增大，使系统发生振荡甚至解列。

➢不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、 过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频 率降低等。
二、发生故障可能引起的后果
1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电 弧，使故障设备烧坏；
2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的 事 热和电动力使设备缩短使用寿命；
3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影 响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产 故 生振荡，甚至使整个系统瓦解。
变压器主保护主要由差动保护和非电量保护组 成。
差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器 内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝 间、层间短路故障；保护采用二次谐波制动， 用以躲过变压器空投时励磁涌流造成的保护误 动。
比率差动保护用以躲过穿越型故障而设 置。变压器外部设备故障时，流入变压 器的电流包括负荷电流和故障电流，这 个电流称为穿越性电流，此时，变压器 的差动动作电流会随着穿越电流的大小 成比率变化，躲过穿越电流的冲击，防 止变压器误动作。
可靠性 选择性 灵敏性 速动性
一、可靠性
可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不 该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电 保护装置性能的最根本的要求。
二、选择性
选择性是指首先由故障设备或线路本身的 保护切除故障，当故障设备或线路本身的 保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备 保护、线路保护或断路器失灵保护切除故 障。为保证对相邻设备和线路有配合要求 的保护和同一保护内有配合要求的两元件 （如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件） 的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一 般情况下应相互配合。
闭锁信号等； 3、开出部分：提供跳闸信号、告警信号及其他输出信号； 4、CPU：保护装置的核心部分，由中央处理器、数据储存器、
时钟器、A/D转换器、数据传输、开入开出光隔回路、通 讯回路等组成，负责逻辑运算、数据分析、发送指令等； 5、电源部分：提供220V、5V、24V/16V等工作电源。

➢不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、 过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频 率降低等。
继电保护基本原理
二、发生故障可能引起的后果
1、故障点通过很大的短路电流和所燃起的电 弧，使故障设备烧坏；
2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的 事 热和电动力使设备缩短使用寿命；
3、因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影 响产品质量；破坏系统并列运行的稳定性，产 故 生振荡，甚至使整个系统瓦解。
1、利用基本电气参数的区别
发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等 的变化，可以构成如下保护。 （1）电流保护：反映电流的增大而动作。 （2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。 （3）距离保护：反应于短路点到保护安装地之间的距 离（或测量阻抗的减小）而动作。
A
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
继电保护基本原理
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 实验 总计
课程内容安排
2学时 16学时 10学时 2学时 3学时 3学时 6学时 2学时 10学时（5个） 54学时 继电保护基本原理
继电保护的主要特点
➢ 继电保护工作涉及到每个电气主设备和二次辅 助设备。
➢继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论 电工、电机学和电力系统等基础理论，还与电子 技术、通信技术、计算机技术和信息科学等新理 论新技术有着密切的关系。
反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保 护等。
继电保护基本原理
二、继电保护装置的组成
继电保护一般由三个部分组成:测量部分、逻辑部 分和执行部分，其原理结构如下图所示。
测量被保护元件工作 状态的物理量，并和 已给的整定值进行比 较，从而判断保护是 否应该起动。