电力系统继电保护1绪论.ppt

1 继电保护的任务 2 继电保护的发展史 3 对继电保护的基本要求 4 继电保护的基本组成 5 继电保护的工作原理,绪论,1 继电保护的任务,一、继电保护的概念二、电力系统故障、不正常运行状态和事故三、电力系统继电保护及自动装置的作用,一、继电保护的概念,刀开关 带熔断器fuse 式刀开关用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,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。,演示,继电保护装置,继电保护,电力系统继电保护,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。,1、故障（1）最常见同时也是最危险的故障是：1）三相短路 2）两相短路 3）两相接地短路 4）大电流电网中的单相接地短路（2）系统发生故障可能引起的的后果是：1）故障点的电弧使故障设备损坏；2）短路电流将产生很大的热效应和电动力，而使设备损坏；3）电压大幅度下降，使其他用户的正常工作遭到破坏；4）破坏系统运行的稳定性。,直接连接（不考虑过渡电阻）的短路称为金属性短路。,电力系统的正常工作遭到破坏，但未形成故障，称为异常运行状态。,与其他电气元件相比，输电线路是电力系统中最容易发生故障的一环。,短路故障的最大特点是：短路点的短路电流很大，电压降低。,2、不正常运行状态 电力系统中电气设备的正常工作遭到威胁，但并未发展成故障，这种情况称为不正常工作状态。常见的不正常工作状态包括过负荷、过电压、小电流接地电网中的单相接地等。,3、事故 所谓事故，是指系统的全部或部分的正常工作遭到破坏，造成对用户停止送电、少送电、或电能质量达不到要求，甚至损坏设备等。特别指出的是：在实际生产单位中的事故和故障信号所对应的应该是教材上的故障和不正常工作状态。目前新建的单位已经改成了故障与不正常工作信号。,继电保护是一种能反应电力系统中电气元件发生短路故障或异常状态，动作于跳闸或发出信号的一种自动装置。,三、继电保护的任务,任务,2）当电力系统出现异常运行状态时，并根据运行维护条件，动作于发出信号、减负荷或跳闸。,2 继电保护的发展史,1、常规继电保护1）机电式继电保护2）静态式继电保护2、微机继电保护,development of protective relays,Electromagnetism电磁型,Integrate circuit集成电路,Transistor晶体管,Micro-computer微机型,The first leap,The second leap,Information&network信息与网络,3 对继电保护的基本要求,一、选择性 二、速动性 三、灵敏性 四、可靠性 五、四“性”的关系,一、选择性1、概念：所谓选择性是指继电保护动作时，只能把故障元件从系统中切除，使系统的无故障部分继续运行。,2.获得选择性的前提条件：凡是有断路器的地方必须装设继电保护装置。例如在如图示为单侧电源电网图中，1QF7QF处均装设了继电保护装置。3.获得选择性的途径：离故障点最近的保护动作。例如在图1-1所示的电网中，当d1点短路时，应该由保护1、2动作；d2点短路时，应由保护6动作；d3点短路时，应由保护5动作。4.必须指出，继电保护装置和断路器都可能因失灵而拒动。因而，在装设继电保护装置时，一般都不止装设一种，应该装两种以上，即有主保护和后备保护。,当k1短路时，保护1、2动跳1QF、2QF，有选择性；当k2短路时，保护5、6动跳5QF、6QF，有选择性；当k3短路时，保护7、8动跳7QF、8QF，有选择性；若保护7拒动或7QF拒动，保护5动跳5QF（有选择性）；若保护7和7QF正确动作于跳闸，保护5动跳5QF，则越级跳闸（非选择性）。,1）主保护：是指装设在本元件断路器处并瞬时动作的保护。2）后备保护：后备保护可分为近、远后备两种。近后备：装设在本元件断路器处，动作时限比主保护长。当本元件主保护拒动时，才由近后备保护动作来切除故障。远后备：装设在相邻上一元件断路器处，动作时限比近后备保护时限还要长。当本元件的保护或开关拒动时，利用相邻元件的远后备保护切除故障。3）辅助保护：起辅助作用的保护。如为消附除方向继电器的电压死区或为加速切除靠近母线附近的线路故障而加装的电流速断保护。,主保护：反应整个被保护对象的故障并以最短的时延有选择地切除故障的保护。,后备保护：当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。,近后备：主保护或断路器拒动时，由本保护对象的另一套保护实现后备。,远后备：主保护或断路器拒动时，由相邻元件或线路的保护实现后备的。,辅助保护：为补充主保护或后备保护的不足而增设的比较简单的保护。,二、速动性 1、概念：是指要求继电保护快速切除故障。也称为快速性。2、故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器固有跳闸时间，要缩短故障切除时间，从继电保护的角度看只能缩短继电保护动作时间，尽可能减少人为的延时时间。3、必须指出的是：缩短故障切除时间的前提是在保证保护具有选择性。,快速地切除故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。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元件的具体情况来确定，例如：,三、灵敏性1.概念：继电保护装置对于保护范围内的故障应有足够的反应能力，不论故障点的位置和故障的性质如何，都能敏感地作出反应，即具备足够的灵敏性。2.作用：评价一套保护的可行性，通常用灵敏系数（灵敏度）ksen来衡量。定义如下：,反应过量的保护：,反应欠量的保护：,由于多数短路故障是非金属性短路，计算或测量参数有误差等，要求灵敏度要大于1。,四、可靠性1.概念：继电保护的可靠性是指：保护在应该动作时，不拒动；而在不应动作时，不误动的性能。2.获得可靠性的途径：保护装置越简单越可靠。,影响可靠性的因素：,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；外在的：运行维护水平、调试是否正确、正确安装。,提高可靠性的措施：,选用适当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件和触点的数量；提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施；提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理；采取保护装置多重化。,五、四“性”的相互关系 以上四个基本要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。相互统一，相互矛盾。,4 继电保护的基本组成,（1）测量部分：测量被保护对象的有关物理量，与给定量进行比较，给出“是”或“非”信号。,（2）逻辑部分：根据测量输出的大小、性质、输出逻辑状态，使保护按一定逻辑关系工作，然后确定跳闸或发信号。,(3)执行部分:根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所承担的任务。,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。,继电保护的基本原理,利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的特征构成保护的判据，根据不同的判据就构成不同原理的继电保护。例如:电流增加（过电流保护）:故障点与电源直接连接的电气设备上的电流会增大；电压降低（低电压保护）:各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，短路点的电压降低到零；,继电保护的基本原理,电流电压间的相位角会发生变化（方向保护）:正常20左右，短路：6085；电压与电流的比值会发生变化；(距离保护或阻抗保护):系统正常运行是负荷阻抗，其值较大，系统短路时Z是保护安装处到 短路点之间的阻抗，其值较小；电流差动保护:正常运行时 I入=I出，短路时I入I出；分量保护:出现 I2、I0分量。另外非电气量保护：瓦斯保护，过热保护。,继电保护的基本原理和组成,1、继电保护基本原理,继电保护基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些变化的物理量为信息量，当信息量达到一定值时，起动逻辑环节，发出相应的命令。,（1）利用基本电气参数量的区别,发生短路故障后，利用电流、电压、线路测量阻抗、电压电流间相位、负序和零序分量的出现等的变化，构成相应的保护。,1）过电流保护,如图在BC线路上发生三相短路故障，则从电源到短路点之间将流过短路电流。,保护1和保护2都能反应(测量)到这个电流，保护2首先动作于断路器QF2跳闸。,2）低电压保护,低电压保护是反应电压降低而动作的保护。,此时A、B母线上的电压将降低，保护1、2都能反应到电压降低，从选择性要求，保护2应首先动作。,3）距离保护,距离保护也称低阻抗保护，是反应保护安装处到短路点之间的阻抗下降而动作的保护。,B母线上电压为：,保护2测量阻抗为：,其大小等于保护安装处到短路点间的阻抗，正比于短路点到保护2之间的距离。,（2）利用比较两侧的电流相位,正常运行时，线路AB两侧的电流大小相等，相位差为,外部发生短路故障时:,显然外部短路时，结论与正常运行相同。,保护区内部短路时：,从分析可知，若两侧电流相位相同，则判为内部故障；若两侧电流相位相反，则判为外部故障。,利用被保护线路两侧电流相位，可构成纵差保护、相差高频保护、方向保护等。,（3）反应序分量或突变量是否出现,特点,接地短路时，将出现零序分量；,发生短路时，正序分量将出现突变。,继电保护的分类,（1）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；（2）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；（3）按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；（4）按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；,5）按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等；主保护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。后备保护 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种。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。,