1、 電力系統是電能電力系統是電能生產生產、變換變換、輸送輸送、分配分配和使用和使用的各種電力設備按照一定的技術與經濟的各種電力設備按照一定的技術與經濟要求有機組成的一個聯合系統。要求有機組成的一個聯合系統。1.1 電力系統繼電保護的作用電力系統繼電保護的作用 一般將電能通過的設備稱為電力系統的一般將電能通過的設備稱為電力系統的一一次設備次設備，如發電機，如發電機、變壓器變壓器、斷、斷路器路器、母線母線、輸電線路輸電線路、補償電容器補償電容器、電動機及其它用電設電動機及其它用電設備等。備等。 對一次設備的運行狀態進行監視對一次設備的運行狀態進行監視、測量測量、控制控制和和保護的設備稱為電力系統的保

2、護的設備稱為電力系統的二次設備二次設備 電力系統運行狀態電力系統運行狀態指電力系統在不同運行條件指電力系統在不同運行條件（負荷水平（負荷水平、出力配置出力配置、系統接線系統接線、故障等）故障等）下的系統與設備的工作狀況。下的系統與設備的工作狀況。電力系統的運行條件電力系統的運行條件一般可用三組方程式描述，一般可用三組方程式描述，一組微分方程式用來描述系統元件及其控制的一組微分方程式用來描述系統元件及其控制的動態規律，兩組代數方程式則分別構成電力系動態規律，兩組代數方程式則分別構成電力系統正常運行的等式和不等式約束條件統正常運行的等式和不等式約束條件 Riu dtdiLu dtduCi 1.1.

3、1 電力系統的運行狀態 根據不同的運行條件，可以將電力系根據不同的運行條件，可以將電力系統的運行狀態分為統的運行狀態分為正常狀態正常狀態、不正常狀態不正常狀態和故障狀態和故障狀態。 電力系統運行控制的目的就是電力系統運行控制的目的就是通過自通過自動的和人工的控制動的和人工的控制，使電力系統盡快擺脫，使電力系統盡快擺脫不正常狀態和故障狀態，長時間在正常狀不正常狀態和故障狀態，長時間在正常狀態下運行態下運行 在正常狀態下運行的電力系統，以足夠的電功率滿足負荷對電能的需求，電力系統中各發電、輸電和用電設備均在規定的長期安全工作限額內運行；電力系統中各電壓和頻率均在允許的偏差范圍內，提供合格的電能。（

4、P1） 電力系統中電氣元件正常工作遭到破壞，但未發電力系統中電氣元件正常工作遭到破壞，但未發生故障，這種情況屬于不正常運行狀態生故障，這種情況屬于不正常運行狀態。例：q負荷超過電氣設備的額定值而引起的電流升高（過負荷）負荷超過電氣設備的額定值而引起的電流升高（過負荷）q系統中出現功率缺額而引起的頻率降低（頻率降低）系統中出現功率缺額而引起的頻率降低（頻率降低）q電力系統發生振蕩等電力系統發生振蕩等q小電流接地系統的單相接地（所謂小電流接地系統是指：小電流接地系統的單相接地（所謂小電流接地系統是指：中性點不接地或經消弧線圈接地的系統）中性點不接地或經消弧線圈接地的系統）q過電壓（發電機突然甩負荷

5、）過電壓（發電機突然甩負荷）2.2. 電力系統不正常工作狀態電力系統不正常工作狀態 三相短路三相短路二相短路二相短路兩相接地短路兩相接地短路單相接地短路單相接地短路電機和變壓器同一繞組不電機和變壓器同一繞組不同線匝之間的匣間短路同線匝之間的匣間短路 3.故障狀態：最常見、同時也是最危險的故故障狀態：最常見、同時也是最危險的故障是發生各種形式的短路故障，電力系統障是發生各種形式的短路故障，電力系統短路的基本形式：短路的基本形式：故障類型故障類型三相短路三相短路兩相短路兩相短路兩相短路接地兩相短路接地單相短路接地單相短路接地其它故障其它故障故障次數故障次數133557164437故障概率故障概率0

6、.73%1.96%3.19%92.05%2.06%2001年我國220kV電網輸電線路故障統計表 2001年我國年我國220kV電網共有輸電線路電網共有輸電線路3543條，線條，線路總長度路總長度141945公里，共發生故障公里，共發生故障1786次，故障次，故障率為率為1.25次次/百公里年百公里年 發生短路以后可能產生以下后果：發生短路以后可能產生以下后果：（1） 通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞弧，使故障元件損壞故障點、故障元件故障點、故障元件；（2） 短路電流通過非故障元件，發電機、變壓器短路電流通過非故障元件，發電機、變壓

7、器由于發熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短由于發熱和電動力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命它們的使用壽命非故障元件非故障元件；（3） 系統中部分地區母線電壓大大下降，破壞用系統中部分地區母線電壓大大下降，破壞用戶工作的穩定性或影響工廠產品質量戶工作的穩定性或影響工廠產品質量母線電壓；母線電壓；（4） 破壞電力系統各發電廠并列運行的穩定性，破壞電力系統各發電廠并列運行的穩定性，引起系統振蕩，甚至使系統瓦解引起系統振蕩，甚至使系統瓦解并列運行并列運行。 事故：指系統或其中一部分的正常工作遭事故：指系統或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質量變壞至到破壞，并造成對用

8、戶少送電或電能質量變壞至不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。的損壞。 故障和不正常運行狀態，均可能在電力系統故障和不正常運行狀態，均可能在電力系統中引發事故。中引發事故。4 事故事故 在電力系統中，除采取各種措施清除或減少在電力系統中，除采取各種措施清除或減少發生故障可能性外，一旦發生故障必須迅速而有發生故障可能性外，一旦發生故障必須迅速而有選擇性的切除故障元件，選擇性的切除故障元件，切除故障時間要求小到切除故障時間要求小到幾百幾百ms至幾十至幾十ms（越短越好）越短越好） 繼電保護的作用主要有兩點：一是繼電保護的作用主要有兩點：一是電力

9、系統電力系統自動化自動化；即為保證電力系統運行的經濟性和電能；即為保證電力系統運行的經濟性和電能質量的自動化技術與裝備，需進行電能生產過程質量的自動化技術與裝備，需進行電能生產過程的連續自動調節，把整個電力系統或其中的一部的連續自動調節，把整個電力系統或其中的一部分作為調節對象，這種調節動作速度較慢，但穩分作為調節對象，這種調節動作速度較慢，但穩定性高；二是定性高；二是電力系統繼電保護與安全自動裝置電力系統繼電保護與安全自動裝置，即當電網或電力設備發生故障，或出現影響安全即當電網或電力設備發生故障，或出現影響安全運行的異常情況時，自動切出故障設備和消除異運行的異常情況時，自動切出故障設備和消除

10、異常情況的技術與裝備，其特點是動作速度快，其常情況的技術與裝備，其特點是動作速度快，其性質是非調節性的。性質是非調節性的。 泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統。組成的繼電保護系統。 是指能反應電力系統中電氣元件發生故障是指能反應電力系統中電氣元件發生故障或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。大多由單個繼電器或出信號的一種自動裝置。大多由單個繼電器或繼電器與其附屬設備組合構成。繼電器與其附屬設備組合構成。 什么是繼電保護什么是繼電保護什么是繼電保護裝置什么是繼電保護裝置5.繼電

11、保護裝置的基本任務繼電保護裝置的基本任務a. 自動、迅速、有選擇性地將故障自動、迅速、有選擇性地將故障元件從系統中切除，使故障元件元件從系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，恢復無故障免于繼續遭到破壞，恢復無故障部分正常工作。部分正常工作。b. 反應電氣元件的不正常運行狀態，反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護條件，而動作于并根據運行維護條件，而動作于發出信號，減負荷或跳閘。發出信號，減負荷或跳閘。BAfI1CfICBfI2CfIABCE 為了實現繼電保護的功能，該種設備必須能夠區分系統三種運行狀態之間的差別，因此，必須找出電氣元件在三種運行狀態下的可測參量的差異，并提取和利用這些差

12、異，實現三種運行狀態的快速區分。v 系統正常運行時，每條線路上均流過由它供系統正常運行時，每條線路上均流過由它供給的負荷電流給的負荷電流If，越靠近電源端越靠近電源端If越大，各變電所越大，各變電所母線上的電壓，均在其額定電壓正負母線上的電壓，均在其額定電壓正負5%10%的的范圍內變化，且靠近于電源端母線上的電壓比較范圍內變化，且靠近于電源端母線上的電壓比較高，線路始端電壓與電流之間的相角決定于它供高，線路始端電壓與電流之間的相角決定于它供電的負荷的功率因素角和線路的參數電的負荷的功率因素角和線路的參數。1、以電氣量大小差異區分dI ddBZIU dBIU與I=0dZdABCI=0dIdIUd

13、=0 如果發生的不是三相短路，而是不對稱短路，則在供電網絡中會出現某些不對稱分量，如負序或零序等的電流和電壓，并且幅值較大。而在正常運行時系統對稱，負序或零序分量不會出現。利用這些序分量的幅值構成的保護，一般都具有良好的選擇性和靈敏性，獲得了廣泛的應用。 上述利用單端電氣量的保護，需要上、下級保護動作整定值和動作時間配合，才能完成切除任意一點短路的保護任務，被稱為階段是保護特性。sEsE BAfICBfI1I2I12（a）雙側電源網絡接線雙側電源網絡接線按規定的正方向,正常運行時圖中AB兩側電流的大小相等而相位相差180o3.以電氣量方向變化區分a. 當在線路當在線路AB以外短路時，此時以外短

14、路時，此時AB兩側兩側的電流仍然是大小相等，相位相反其特的電流仍然是大小相等，相位相反其特征與正常運行時一樣征與正常運行時一樣b. 在線路兩側的電流均是由母線流向線在線路兩側的電流均是由母線流向線路此時，兩個電流的大小不一定相路此時，兩個電流的大小不一定相等但兩個電流同相位等但兩個電流同相位b. 當短路發生在當短路發生在AB范圍以內時，由于兩側范圍以內時，由于兩側電源均分別向短路點供給短路流電源均分別向短路點供給短路流 22.ddII sEsE 12雙側電源網絡接線雙側電源網絡接線d11dI1dI d22dI2dI 縱聯差動縱聯差動保護保護相差高頻相差高頻保護保護方向高頻方向高頻閉鎖保護閉鎖保

15、護理論上具有絕對的選擇性理論上具有絕對的選擇性范圍外故障，兩側電流相位范圍外故障，兩側電流相位相差相差1800；范圍內故障，兩側電流同相范圍內故障，兩側電流同相由于在正常情況下負序和零序分量不會出現而在由于在正常情況下負序和零序分量不會出現而在發生不對稱接地短路時，均具有較大的數值在發發生不對稱接地短路時，均具有較大的數值在發生不接地的不對稱短路時，雖然沒有零序，但負序生不接地的不對稱短路時，雖然沒有零序，但負序的分量很大，可利用這些分量來構成的分量很大，可利用這些分量來構成保護裝置保護裝置零序電流負序電流此外，還有反應非電量的保此外，還有反應非電量的保護：護：瓦斯保護瓦斯保護，過熱保護過熱保

16、護輸入信號執行部分邏輯部分測量部分輸出信號a. 故障時動作于跳閘故障時動作于跳閘b. 不正常運行時發出信號不正常運行時發出信號c.正常運行時不動作正常運行時不動作126DL5DL4DL3DL2DL1DLL1L3L2L4d3d1d2q若在保護安裝處裝設兩套保護若在保護安裝處裝設兩套保護.一套作為一套作為主保護主保護,而另一套作為后備保護而另一套作為后備保護.當主保護拒動時當主保護拒動時,由后備由后備保護動作切除故障保護動作切除故障.這就是這就是近后備保護近后備保護.對被保護范圍內的故障對被保護范圍內的故障.能迅速的有選能迅速的有選擇性擇性加以切除加以切除,以保證系統中其它非故以保證系統中其它非故

17、障部分繼續運行障部分繼續運行.q如如:當線路當線路L3的的d3點故障點故障,而保護而保護5的主保護拒動的主保護拒動時時,則由保護則由保護5的另一套保護動作于跳開的另一套保護動作于跳開5DL,將故將故障切除障切除.快速切除故障快速切除故障: :a.a. 可以減小故障元件的損壞程度可以減小故障元件的損壞程度. .b.b. 可以迅速恢復非故障部分的正常工作可以迅速恢復非故障部分的正常工作, ,縮短用戶在低電縮短用戶在低電壓下的工作時間壓下的工作時間. .c.c. 提高系統并列運行的穩定性提高系統并列運行的穩定性. .d.d. 故障點易于去游離故障點易于去游離, ,提高重合閘可靠性提高重合閘可靠性.

18、. 速動而有選擇性的保速動而有選擇性的保護裝置護裝置,一般都較復雜一般都較復雜,且價格高且價格高.可根據實際情可根據實際情況提出適當要求況提出適當要求.一般情況高壓電網高壓電網發電廠或重要用戶的發電廠或重要用戶的母線電壓低于母線電壓低于0.70.7VeVe大容量的發電機大容量的發電機, ,變壓變壓器以及電動機的內部故器以及電動機的內部故障等要求快速切除障等要求快速切除. .vT切除故障=t保護動作+t斷路器跳閘v對于反應故障時參數增大而動作繼電保護對于反應故障時參數增大而動作繼電保護.保護區末端發生金屬性短路時故障參數的最保護區末端發生金屬性短路時故障參數的最計算值計算值繼電保護的動作參數的整

19、定值繼電保護的動作參數的整定值v對于反應故障時參數降低而動作繼電保護對于反應故障時參數降低而動作繼電保護.繼電保護的動作參數的整定值繼電保護的動作參數的整定值保護區末端發生金屬性短路時故障參數的最保護區末端發生金屬性短路時故障參數的最計算值計算值例例:過電流保護過電流保護:反應于相間短路的電流保護反應于相間短路的電流保護例例:距離保護距離保護繼電保護的動作繼電保護的動作參數的整定值參數的整定值靈敏誤動靈敏誤動大拒動不靈敏拒動不靈敏小主保護主保護后備保護后備保護1.4 繼電保護發展繼電保護發展 繼電保護技術是隨電力系統的發展而發展起來繼電保護技術是隨電力系統的發展而發展起來的。電力系統發生短路是

20、不可避免的，伴隨著短路的。電力系統發生短路是不可避免的，伴隨著短路電流增大。為避免發電機被燒壞，最早采用熔斷器電流增大。為避免發電機被燒壞，最早采用熔斷器串聯于供電線路中，當發生短路時，短路電流首先串聯于供電線路中，當發生短路時，短路電流首先熔斷熔斷器，斷開短路的設備，保護發電機。這種熔斷熔斷器，斷開短路的設備，保護發電機。這種保護方式，由于簡單，時至今日仍廣泛應用于低壓保護方式，由于簡單，時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。由于電力系統的發展，用電設備線路和用電設備。由于電力系統的發展，用電設備的功率、發電機的容量增大，電力網的接線日益復的功率、發電機的容量增大，電力網的接線日益復雜，熔

21、斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求。于雜，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求。于1890年后出現了直接裝于斷路器上反應一次電流的年后出現了直接裝于斷路器上反應一次電流的電磁型過電流繼電器。十九世紀初，繼電器才廣泛電磁型過電流繼電器。十九世紀初，繼電器才廣泛用于電力系統的保護，被認為是繼電保護技術發展用于電力系統的保護，被認為是繼電保護技術發展的開端。的開端。 1901年出現了感應型過電流繼電器年出現了感應型過電流繼電器 1908年提出了比較被保護元件兩端電流的年提出了比較被保護元件兩端電流的電流差動保護原理電流差動保護原理 1910年方向性電流保護開始應用年方向性電流保護開始應用 1920年

22、后年后出現了出現了距離保護裝置距離保護裝置 , 它是將它是將電流與電壓相比較的保護原理電流與電壓相比較的保護原理 1927年前后，出現了利用高壓輸電線載波年前后，出現了利用高壓輸電線載波傳送輸電線兩端功率方向或電流相位的高傳送輸電線兩端功率方向或電流相位的高頻保護裝置。頻保護裝置。 1950年稍后年稍后，就提出了利用故障點產生的，就提出了利用故障點產生的行波實現快速保護的設想，在行波實現快速保護的設想，在1975年前后年前后誕生了誕生了行波保護裝置行波保護裝置 1980年左右年左右反應工頻故障分量反應工頻故障分量（或稱工頻（或稱工頻突變量）原理的保護被大量研究，突變量）原理的保護被大量研究，1

23、990年年后該原理的保護裝置被廣泛應用后該原理的保護裝置被廣泛應用 與此同時，隨著材料、器件、制造技術等與此同時，隨著材料、器件、制造技術等相關學科的發展，繼電保護裝置的結構、相關學科的發展，繼電保護裝置的結構、型式和制造工藝也發生著巨大的變化，經型式和制造工藝也發生著巨大的變化，經歷了機電式保護裝置、靜態繼電保護裝置歷了機電式保護裝置、靜態繼電保護裝置和數字繼電保護裝置三大發展階段。和數字繼電保護裝置三大發展階段。 機電式保護裝置是由具有機械轉動部件帶機電式保護裝置是由具有機械轉動部件帶動觸點開、合的機電式繼電器所組成，如動觸點開、合的機電式繼電器所組成，如電磁型、感應型和電動型繼電器電磁型

24、、感應型和電動型繼電器 上世紀上世紀50年代年代，隨著晶體管的發展，出，隨著晶體管的發展，出現了晶體管式繼電保護裝置。這種保護現了晶體管式繼電保護裝置。這種保護裝置體積小、動作速度快、無機械轉動裝置體積小、動作速度快、無機械轉動部分、無觸點，被稱為晶體管式保護裝部分、無觸點，被稱為晶體管式保護裝置置 .上世紀上世紀80年代后期年代后期，靜態繼電保護裝，靜態繼電保護裝置由晶體管式向集成電路式過渡，成為置由晶體管式向集成電路式過渡，成為靜態繼電保護的主要形式靜態繼電保護的主要形式 在上世紀在上世紀60年代末，已有了用小型計算年代末，已有了用小型計算機實現繼電保護的設想，但由于小型計算機機實現繼電保

25、護的設想，但由于小型計算機當時價格昂貴，難于實際采用。由此開始了當時價格昂貴，難于實際采用。由此開始了對繼電保護計算機算法的大量研究，為后來對繼電保護計算機算法的大量研究，為后來微型計算機式保護的發展奠定了理論基礎微型計算機式保護的發展奠定了理論基礎 70年代后期，出現了性能比較完善的微機保護樣機并投入年代后期，出現了性能比較完善的微機保護樣機并投入系統試運行系統試運行8080年代微機保護在硬件結構和軟件技術方面已趨成熟年代微機保護在硬件結構和軟件技術方面已趨成熟 9090年代，微機保護已在我國大量應用，主運算器由年代，微機保護已在我國大量應用，主運算器由8 8位機、位機、1616位機，發展到目前的位機，發展到目前的3232位機；數據轉換與處理器件由模位機；數據轉換與處理器件由模數轉換器（數轉換器（A/DA/D）、）、電壓頻率轉換器（電壓頻率轉換器（VFCVFC），），發展到數字發展到數字處理器（處理器（DSPDSP）。）。這種由計算機技術構成的繼電保護