继电保护原理及整定继电保护原理及整定计算计算新矿集团供电部新矿集团供电部新矿集团供电部新矿集团供电部二零一一年十一月二零一一年十一月二零一一年十一月二零一一年十一月企业标志第一章第一章 绪论绪论n n1.1 电力系统继电保护的作用n n1.2 继电保护原理、构成与分类n n1.3 对电力系统继电保护的基本要求n n1.4 继电保护的发展1.1 电力系统继电保护的作用 1. 1. 继电保护的含义继电保护的含义 继电保护包括继电保护包括继电保护技术继电保护技术继电保护技术继电保护技术和和继电保护装置继电保护装置继电保护装置继电保护装置。 继电保护技术继电保护技术继电保护技术继电保护技术是一个完整的体系，它主要包括是一个完整的体系，它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方电力系统故障分析、各种继电保护原理及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。术。 继电保护装置继电保护装置继电保护装置继电保护装置是完成继电保护功能的核心。继是完成继电保护功能的核心。继电保护装置就是能反应电力系统中电器元件发生电保护装置就是能反应电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。发出信号的一种自动装置。1.1 电力系统继电保护的作用 2. 2. 电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交电力系统的故障和不正常运行状态：（三相交流系统）流系统） 故障：故障：故障：故障：各种短路（各种短路（ d d(3)(3)、d d(2)(2)、d d(1)(1)、 d d(1-1) (1-1) ）和断）和断线（单相、两相）线（单相、两相） 其中其中最常见且最危险最常见且最危险最常见且最危险最常见且最危险的是各种类型的的是各种类型的短路短路短路短路。1.1 电力系统继电保护的作用 短路的危害短路的危害 1. 1. 电流电流电流电流I I增加增加增加增加危害故障设备和非故障设备；危害故障设备和非故障设备； 2. 2. 电压降低或增加电压降低或增加电压降低或增加电压降低或增加 影响用户的正常工作影响用户的正常工作 3. 3. 破坏系统稳定性破坏系统稳定性破坏系统稳定性破坏系统稳定性，使事故进一步扩大（系统振，使事故进一步扩大（系统振荡，电压崩溃荡，电压崩溃 ） 4. 4. 发生不对称故障时，发生不对称故障时，出现出现出现出现I2I2（负序电压、负序（负序电压、负序电流），使旋转电机产生附加发热；电流），使旋转电机产生附加发热；发生接地故发生接地故发生接地故发生接地故障时出现障时出现障时出现障时出现I0I0（零序电压、零序电流），对相邻通（零序电压、零序电流），对相邻通讯系统造成干扰。讯系统造成干扰。1.1 电力系统继电保护的作用 不正常运行状态：不正常运行状态：不正常运行状态：不正常运行状态： 电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态。有发生故障的运行状态。 典型的不正常运行状态典型的不正常运行状态 如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。如：过负荷、过电压、频率降低、系统振荡等。1.1 电力系统继电保护的作用 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障设备迅速恢复正继续遭到破坏，保证其他无故障设备迅速恢复正常运行；常运行； 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发护的条件（例如有无经常值班人员）而动作于发出信号、减负荷或跳闸。出信号、减负荷或跳闸。1.2 继电保护的基本原理、构成与分类继电保护的基本原理、构成与分类 1.2.1 1.2.1 基本原理基本原理 原则上说：只有找出正常运行与故障时系统中原则上说：只有找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找电气量或非电气量的变化特征（差别），即可找出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。出一种原理，且差别越明显，保护性能越好。 为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态状态必须找出两种情况下的区别必须找出两种情况下的区别1.2.1 保护基本原理保护基本原理 I I增加增加 故障点与电源间故障点与电源间 过电流保护过电流保护 U U降低降低 母线电压母线电压 低电压保护低电压保护 相位变化相位变化l l正常：为负荷的功率因数角一般为正常：为负荷的功率因数角一般为0 03030左右左右l l短路：为输电线路的阻抗角一般为短路：为输电线路的阻抗角一般为6060 85 85 方向保方向保护。护。 测量阻抗降低，模值减少测量阻抗降低，模值减少 阻抗保护（距离保护）阻抗保护（距离保护） 双侧电源线路外部故障双侧电源线路外部故障 I I 入入 = = I I 出出 ：内部故障：内部故障 I I 入入 I I 出出 ： 电流差动保护。电流差动保护。 反映负序、零序的序分量保护等。反映负序、零序的序分量保护等。 非电气量：瓦斯保护，过热保护。非电气量：瓦斯保护，过热保护。1.2.2 保护装置的构成保护装置的构成- -以过电流保护为例以过电流保护为例1.2.2 保护装置的构成保护装置的构成 一般由测量部分、逻辑部分和执行部分三个部分一般由测量部分、逻辑部分和执行部分三个部分构成构成。 测量部分：测量部分：测量部分：测量部分：测量从被保护对象输入的有关物理量测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率等）并与给定的整（如电流、电压、阻抗、功率等）并与给定的整定值进行比较，根据比较结果给出定值进行比较，根据比较结果给出“ “是是” ”、“ “非非” ”、“ “大于大于” ”、“ “不大于不大于” ”等具有等具有“ “0”0”或或“ “1”1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否该动作。性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否该动作。1.2.2 保护装置的构成保护装置的构成 逻辑元件：逻辑元件：逻辑元件：逻辑元件：根据测量部分输出量的大小、性质、根据测量部分输出量的大小、性质、根据测量部分输出量的大小、性质、根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。执行元件。执行元件。执行元件。 逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、逻辑回路有：或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等记忆等记忆等记忆等 执行元件：执行元件：执行元件：执行元件：根据逻辑元件传送的信号，最后完成根据逻辑元件传送的信号，最后完成根据逻辑元件传送的信号，最后完成根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。保护装置所担负的任务。保护装置所担负的任务。保护装置所担负的任务。 故障时故障时故障时故障时跳闸；不正常运行时跳闸；不正常运行时跳闸；不正常运行时跳闸；不正常运行时发信号；正常运行发信号；正常运行发信号；正常运行发信号；正常运行时时时时不动作。不动作。不动作。不动作。1.2.3 继电保护的分类继电保护的分类 按照保护原理分类 按照故障类型分类 按照保护所起的作用分类 按被保护设备分类 按照保护装置的硬件结构分类按照保护原理分类按照保护原理分类 过电流保护过电流保护过电流保护过电流保护 低电压保护低电压保护低电压保护低电压保护 高（过）电压保护高（过）电压保护高（过）电压保护高（过）电压保护 功率方向保护功率方向保护功率方向保护功率方向保护 阻抗（距离）保护阻抗（距离）保护阻抗（距离）保护阻抗（距离）保护 差动保护差动保护差动保护差动保护 暂态分量保护暂态分量保护暂态分量保护暂态分量保护 非电气量保护非电气量保护非电气量保护非电气量保护按照故障类型分类按照故障类型分类 相间故障保护相间故障保护相间故障保护相间故障保护 接地故障保护接地故障保护接地故障保护接地故障保护 匝间短路保护匝间短路保护匝间短路保护匝间短路保护 非全相运行保护等非全相运行保护等非全相运行保护等非全相运行保护等按照保护所起的作用分类按照保护所起的作用分类 主保护主保护主保护主保护 满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度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故障的保护有选择地切除被保护设备和线路故障的保护有选择地切除被保护设备和线路故障的保护有选择地切除被保护设备和线路故障的保护 后备保护（近后备、远后备）后备保护（近后备、远后备）后备保护（近后备、远后备）后备保护（近后备、远后备） 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。 辅助保护辅助保护辅助保护辅助保护 为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和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。后备保护退出运行而增设的简单保护。后备保护退出运行而增设的简单保护。后备保护退出运行而增设的简单保护。按被保护设备分类按被保护设备分类 线路保护线路保护线路保护线路保护 发电机变压器组保护发电机变压器组保护发电机变压器组保护发电机变压器组保护 变压器保护变压器保护变压器保护变压器保护 母线保护母线保护母线保护母线保护 断路器失灵保护断路器失灵保护断路器失灵保护断路器失灵保护 电动机保护等电动机保护等电动机保护等电动机保护等按照保护装置的硬件结构分类按照保护装置的硬件结构分类 电磁型保护电磁型保护电磁型保护电磁型保护 晶体管型保护晶体管型保护晶体管型保护晶体管型保护 集成电路型保护集成电路型保护集成电路型保护集成电路型保护 微机型保护微机型保护微机型保护微机型保护1.3 电力系统继电保护的基本要求电力系统继电保护的基本要求 对于反应电力系统故障而作用于断路器跳对于反应电力系统故障而作用于断路器跳对于反应电力系统故障而作用于断路器跳对于反应电力系统故障而作用于断路器跳闸的继电保护，电力系统对其的基本要求闸的继电保护，电力系统对其的基本要求闸的继电保护，电力系统对其的基本要求闸的继电保护，电力系统对其的基本要求为具有为具有为具有为具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性、速动性、灵敏性和可靠性。（四性）（四性）（四性）（四性）1.3.1 选择性选择性 指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力系统中切除，使系统无故障部分继续运行。系统中切除，使系统无故障部分继续运行。系统中切除，使系统无故障部分继续运行。系统中切除，使系统无故障部分继续运行。 选择性就是故障在区内就动作，在区外不动作。选择性就是故障在区内就动作，在区外不动作。选择性就是故障在区内就动作，在区外不动作。选择性就是故障在区内就动作，在区外不动作。 当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，当主保护未动作时，由近后备或远后备切除故障，使停电面积最小。使停电面积最小。使停电面积最小。使停电面积最小。1.3.2 速动性速动性 指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断路器的跳闸，断开故障元件或线路。路器的跳闸，断开故障元件或线路。路器的跳闸，断开故障元件或线路。路器的跳闸，断开故障元件或线路。 快速切除故障的好处：快速切除故障的好处：快速切除故障的好处：快速切除故障的好处：1 1 提高系统稳定性；提高系统稳定性；提高系统稳定性；提高系统稳定性；2 2 减少减少减少减少用户在低电压下的动作时间；用户在低电压下的动作时间；用户在低电压下的动作时间；用户在低电压下的动作时间；3 3 减少故障元件的减少故障元件的减少故障元件的减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。损坏程度，避免故障进一步扩大。损坏程度，避免故障进一步扩大。损坏程度，避免故障进一步扩大。 一般的快速保护动作时间为一般的快速保护动作时间为一般的快速保护动作时间为一般的快速保护动作时间为0.060.060.12 S, 0.12 S, 最快的可达最快的可达最快的可达最快的可达0.01 0.01 0.04S0.04S 一般的断路器动作时间为一般的断路器动作时间为一般的断路器动作时间为一般的断路器动作时间为0.060.060.15 S, 0.15 S, 最快的可达最快的可达最快的可达最快的可达0.02 0.02 0.06S0.06S 切除故障的最快时间为：切除故障的最快时间为：切除故障的最快时间为：切除故障的最快时间为：0.030.030.1 S0.1 S。1.3.3 灵敏性灵敏性 继电保护对设计规定的保护范围内发生故障及异继电保护对设计规定的保护范围内发生故障及异继电保护对设计规定的保护范围内发生故障及异继电保护对设计规定的保护范围内发生故障及异常运行状态的反应能力。常运行状态的反应能力。常运行状态的反应能力。常运行状态的反应能力。 继电保护的灵敏性一般指继电保护的灵敏性一般指继电保护的灵敏性一般指继电保护的灵敏性一般指在最不利的条件下，保护装置在最不利的条件下，保护装置对故障的反应能力。对故障的反应能力。 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护） 对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）对反应于数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）1.3.4 可靠性可靠性 对电力系统继电保护的最基本性能要求，即要求对电力系统继电保护的最基本性能要求，即要求对电力系统继电保护的最基本性能要求，即要求对电力系统继电保护的最基本性能要求，即要求保护在应该动作时，不拒动；保护在不应动作时，保护在应该动作时，不拒动；保护在不应动作时，保护在应该动作时，不拒动；保护在不应动作时，保护在应该动作时，不拒动；保护在不应动作时，不误动。不误动。不误动。不误动。 影响可靠性有内在的和外在的因素：影响可靠性有内在的和外在的因素：影响可靠性有内在的和外在的因素：影响可靠性有内在的和外在的因素： 内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的内在的：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等。 外在的：运行维护水平、安装调试是否正确外在的：运行维护水平、安装调试是否正确外在的：运行维护水平、安装调试是否正确外在的：运行维护水平、安装调试是否正确1.4 继电保护的发展继电保护的发展不同类型的继电保护装置性能比较不同类型的继电保护装置性能比较保护类型保护类型保护类型保护类型优优优优 点点点点缺点及存在的问题缺点及存在的问题缺点及存在的问题缺点及存在的问题机电型机电型简单、可靠、价廉、技术成熟、简单、可靠、价廉、技术成熟、耐浪涌性强。耐浪涌性强。动作速度快、不易实现复动作速度快、不易实现复杂的装置。杂的装置。晶体管型晶体管型动作速度较快、可以实现复杂动作速度较快、可以实现复杂的装置，比较经济，易于掌握。的装置，比较经济，易于掌握。抗干扰能力差，元器件多，抗干扰能力差，元器件多，易发生特性变化和元件损易发生特性变化和元件损坏。坏。集成电路型集成电路型动作速度较快、易实现复杂的动作速度较快、易实现复杂的装置，有自检功能。装置，有自检功能。元件较多，接线复杂，抗元件较多，接线复杂，抗干扰能力差，价格高。干扰能力差，价格高。微机型微机型动作速度较快、易实现复杂的动作速度较快、易实现复杂的装置，自检功能完善，有很好装置，自检功能完善，有很好的附加功能，调试方便。的附加功能，调试方便。技术跨度大，厂家对软件技术跨度大，厂家对软件保密，用户检修难度大。保密，用户检修难度大。继电保护及自动装置技术未来趋势是向计算机化、继电保护及自动装置技术未来趋势是向计算机化、继电保护及自动装置技术未来趋势是向计算机化、继电保护及自动装置技术未来趋势是向计算机化、网络化，测控一体化发展。网络化，测控一体化发展。网络化，测控一体化发展。网络化，测控一体化发展。