电力系统继电保护

电力系统继电保护主讲教师：李文武办公电话： 0717 － 6394263

办公室：仿真楼 403 房间

课程类型：专业模块必修课学分： 3 学分学时：课堂 40 学时实验 8 学时时间安排：第 1 周至第 16 周，每周 2 或 4 学时星期二 7 － 8 节；双周星期五 3 － 4节网选 3 班

继电保护课程设计：1 学分， 1 周时间，第 20 周

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教材《电力系统继电保护》第二版张保会，尹项根主编中国电力出版社

参考书《电力系统继电保护原理》第 3 版贺家李宋从矩合编《大型机组继电保护理论基础》第 2 版王维俭侯炳蕴合编

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部分教材作者链接张保会（西安交通大学）http://ee.xjtu.edu.cn/new_ee/content.php?page=teacher_info&id=70尹项根（华中科技大学）http://dee.hust.edu.cn/teacher.aspx?id=21索南加乐（西安交通大学） http://www.xjtu.edu.cn/szdw/professor/85.html何奔腾（浙江大学）http://hr.zju.edu.cn/postdoctor/tutordetail.asp?t=598陆于平（东南大学）http://ee.seu.edu.cn/te_49.htm

潘贞存（山东大学）

薄志谦（英国阿尔斯通公司）

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答疑：仿真楼 403 房间，随时恭候考试方式：闭卷考试综合成绩：考试卷面成绩 70% + 平时成绩

15% + 实验成绩 15%平时成绩：作业 + 提问 + 考勤

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继电保护课程组：电力系统继电保护含理论与实验电力系统继电保护课程设计微型机继电保护继电保护综合实验

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第一章绪论

主要内容：1. 电力系统继电保护的作用2. 电力系统继电保护的基本原理和组成3. 电力系统继电保护装置的基本要求4. 电力系统继电保护的发展概况

一、电力系统及其状态 1 、电力系统概述完成电力生产、输送、分配与使用的系统。电力一次设备：发电机、变压器、输电线路等电力二次设备：完成监视、测量、控制与保护的设备 2 、电力系统的状态（等约束条件、不等约束条件）正常运行状态：故障运行状态：不正常运行状态：

1.1 电力系统继电保护的作用

二、电力系统不正常运行状态1 、等约束条件满足，部分不等约束条件不满足的状态；2 、常见的不正常运行状态：过负荷；频率降低；频率升高；过电压；系统震荡3 、不正常运行的危害必须识别不正常运行状态，使系统尽快恢复到正常运

行状态。一般由继电保护装置监测到不正常运行状态后发信号，或延时切除不正常运行的元件。


1.1 电力系统继电保护的作用三、电力系统故障状态1 、电力系统故障的原因在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害等）、内部因素（如绝缘老化、损坏等）及操作等，能引起各种故障。2 、电力系统故障的类型短路：单相接地；两相接地短路；两相短路；三相短路；断线：

3 、系统故障可能造成的后果故障点强大的短路电流及燃起的电弧，可能

损毁设备（故障元件）；短路电流所通过设备因热效应和电动力而损

坏或缩短了寿命（非故障元件）；电力系统部分区域电压大幅度下降，破坏用户电力稳定性，影响用户的正常生产工作；

电力系统稳定性遭到破坏，产生振荡，甚至引起系统瓦解。



四、继电保护的作用1 、电力系统控制装置分类电力系统自动化装置：正常运行状态下起作用电力系统继电保护及安全自动装置：故障和非正常运行状态下起作用

2 、继电保护装置就是能迅速反应系统中电气设备发生的各种故障及不正常运行状态，并有选择性地动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。


3 、电力系统继电保护的基本任务自动、迅速、有选择地跳开特定的断路器，从

电力系统中切除故障元件，保证无故障部分迅速恢复正常运行；

反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员），动作于信号或跳闸。反应不正常运行状态的保护，通常不需瞬时动作，而是带一定的时限，以避免误动作。

1.2 继电保护的基本原理和组成

一、继电保护的基本原理1 、继电保护的基本思路：区分正常运行状态、不正常运行状态和故障状态，甄

别发生故障或不正常运行状态的电气设备。

2 、电流保护举例3 、距离保护举例4 、纵差保护举例


二、保护装置的构成1 、继电保护装置一般由三大部分组成：测量比较部分、逻辑判断部分和执行输出部分，其组成原理方框图如下图所示。

逻辑部分测量部分执行部分

整定值

输入信号

输出信号

2 、测量、逻辑、执行部分的功能测量部分测量被保护元件电气量，经过转换后，将其与整定值比较，根据比较结果给出“是”、“非”、“ 0” 或“ 1” 等一组逻辑信号，以便判断保护是否起动；

逻辑部分根据测量部分输出逻辑信号的性质、先后顺序和持续时间，确定保护装置的动作；

执行部分根据逻辑部分所做出的判断，执行保护装置的任务（跳闸或发信号）。



三、继电保护的工作回路 1 、继电保护的工作回路一般包括：电流、电压互感器及与保护装置相连的电缆；断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆，指示保护装置动作情况的信号设备；

保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等

2 、过电流保护原理


QF YR

TA

k

I> KS

信号

KA

T>

KT

QF1 E+

KM

以上图所示的某线路延时动作的电流保护单相原理接线图为例，说明继电保护的工作原理：当 k点发生短路故障时，线路中流过短路电流Ik，电流互感器 TA 二次侧流过很大的电流 Ik/n

TA ，当此电流达到电流继电器 KA 的动作电流值 IOP时，电流继电器动作，其输出脉冲起动时间继电器 KT ，经预定延时后， KT 的输出脉冲起动跳闸线圈 YR ，跳开断路器 QF ，切除故障，并起动 KS 发出信号。短路电流消失，电流继电器立即返回。


四、几个术语1 、主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路的保护

2 、后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用于切除故障的

保护。分为近后备和远后备两种方式近后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备

或线路的保护实现后备远后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另

一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。


1.3 继电保护的基本要求

作用于断路器跳闸的继电保护装置，一般应满足四个基本要求：可靠性选择性速动性灵敏性

一、可靠性保护装置的可靠性是指保护在应该动作

时可靠动作，即不拒动，也称为依赖性；不该动作时不误动作，即不误动，也称为安全性。

可靠性是由保护装置的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平决定的。


二、选择性选择性是指在电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件从系统中切除，尽量缩小因故障而停电的范围，保证无故障部分继续运行。

只有合理地选择保护方式，并正确地进行整定才能保证保护装置良好的选择性，保护的选择和整定就是一个获得选择性的过程。


上图可帮助说明选择性的意义。当线路 WL4 的 k3点发生短路时，按选择性要求保护 6应动作，使断路器 QF6跳闸，变电站 A 、 B 、 C及其用户则照常运行。如果保护 6 或断路器 QF6拒绝动作，则保护 5经一定延时后动作， QF5跳闸，切除线路 WL3 。这种情况称为远后备，虽然切除了一部分非故障线路，但尽可能地限制了故障的发展，尽量缩小了故障影响范围。若线路 WL1 的 k1点发生短路，保护装置 1和 2应按选择性动作， Q

F1 、 QF2跳闸，切除故障线路，变电站 A经线路 L2向变电站 B 继续供电。

C

QF1 QF2 QF5 QF6

QF4 QF3

k1 K3

A B

WL1

WL2

WL3 WL4

k ~

D

k2


三、速动性速动性是指在尽可能快速切除故障，减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性。

故障切除时间，它等于继电保护装置动作时间与断路器跳闸时间之和。


四、灵敏性灵敏性是指保护装置对在其保护范围内发生

的故障和不正常运行状态的反应能力。要求保护装置对保护范围内发生的故障，无

论此时系统运行方式是最大还是最小，也无论故障点位置、故障类型如何以及故障点过渡电阻的大小，都能灵敏地反应，即具有足够的灵敏度。灵敏度常用灵敏系数来校验。


保护装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性是互相联系又互相制约的。在应用中，必须从全局出发来权衡。一般地，在保证保护装置可靠性的前提下，为了满足选择性，在系统稳定允许时，可以牺牲一些速动性；有时也暂时牺牲部分选择性来保证速动性，并采用自动重合闸或备用电源自动投入等措施予以补救。

在选择保护方式时，还应综合考虑经济条件，优先考虑简单可靠的保护装置。


1.4 继电保护的发展概况

熔断器机电式保护装置静态保护装置数字式保护装置（ DSP ）

新型保护，例如纵联保护，工频突变量保护，广域保护等

作业题1.2

1.3

1.7

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