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

课程说明 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 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

课程说明 教材 参考书 《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 《电力系统继电保护原理》 第3版 《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 普通高等教育“十五”国家级规划教材

课程说明 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）

课程说明 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% 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

课程说明 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 本课程主要讲述电力系统的继电保护，不是铁道电气化的保护（牵引网或称接触网 我国电气化铁道采用工频单相交流牵引制式，牵引变电所一般用于将三相110KV的电能转换为27.5KV的电能并按单相分配给机车用户，牵引网的额定电压为25KV ） 本课程主要讲解原理，装置在微机保护课程中讲解 本课程是实用性很强的课程，在招聘时经常考

课程说明 本课程的相关课程： 电路 电机学 电力系统分析 电路中主要涉及向量分析； 电机学主要涉及变压器、发电机的基本原理； 电力系统分析主要涉及故障计算、输电线路等模型。

第一章 绪论 主要内容： 电力系统继电保护的作用 电力系统继电保护的基本原理和组成 电力系统继电保护装置的基本要求 第一章     绪论 主要内容： 电力系统继电保护的作用 电力系统继电保护的基本原理和组成 电力系统继电保护装置的基本要求 电力系统继电保护的发展概况 全书的讲解采用： 故障特征 基本原理 实现技术 相关知识 2和3章讲解阶段式的电流保护 距离保护 ； 4和5章讲解纵联保护和重合闸，2到5章全部都是输电线路保护； 6到8章是集总元件的保护，9章是微机保护。

1.1 电力系统继电保护的作用 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： 由于电力系统是一个人造系统，负荷随时变化，且外部自然环境、人为因素的影响，使得电力系统的状态经常发生变化 电力系统的状态方程：一组微分方程式表示电力系统的动态行为；一组代数方程式表示等约束条件（有功 无功 ）；一组代数方程式表示不等约束条件（电压 频率 电流 功率）。 正常运行状态：正常送电、等约束和不等约束条件都满足，正常状态有一个区间，表示电力系统有一定的备用容量； 故障运行状态：损失负荷，等约束和不等约束条件都不满足； 不正常运行状态：见下一部分。

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。 不正常运行状态： 例如过负荷可能会发展成为故障； 过电压会造成击穿，形成短路； 电压过低会造成异步电机使用寿命缩短； 频率下降会引起汽轮机叶片震动，异步电机电压下降。

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： 在我国输电网络中，单相接地是发生频率最高的。

1.1 电力系统继电保护的作用 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。 事故 故障和非正常运行状态都能引起系统事故。所谓事故，是指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，造成对用户停止送电、少送电或电能质量变坏，甚至造成人身伤亡、设备损坏等。 为减少事故的发生，要加强设备维修工作，提高运行质量，严格执行各项规章制度

1.1 电力系统继电保护的作用 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。 电力系统自动装置：正常运行时的保证优质电能与经济性的装置，例如调度自动化系统、发电机的自动励磁系统等，动作速度相对较慢、调节性质 电力系统继电保护与安全自动装置：故障和非正常运行时起作用。动作速度快、非调节性质 讲解难点：继电保护与安全自动装置的区别 安全自动装置一般指：备自投、低压切负荷、低频减载等，我国制定的《继电保护与安全自动装置技术规程》国家标准（2006）继电保护与安全自动装置密不可分，其中继电保护装置是主体，自动重合闸按照规程也是自动装置。 在电力系统中，除应采取积极措施尽可能消除发生故障的诱因外，当故障发生时，必须迅速可靠地将故障设备从系统中切除，以保证非故障设备的正常运行，并尽量缩小故障影响范围。切除故障的时间必须保证设备的安全和系统的稳定，有时甚至要求在几十毫秒以内。这就需要在每个电气元件上装设灵敏可靠的继电保护装置。

1.1 电力系统继电保护的作用 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。 继电保护装置在电力系统中的主要作用是预防事故、缩小事故范围，提高运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电，是电力系统安全稳定运行不可缺少的组成部分。

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： 2、电流保护举例 3、距离保护举例 4、纵差保护举例 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 采用先单侧量，再双侧量； 先单电气量、再多电气量的思路讲解； 电流保护除了有效值的电流保护，还要提及负序电流保护等。 基本都已线路保护为例说明。 注意纵联保护中教材上书写的不正确，需要修正。

1.2 继电保护的基本原理和组成 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

1.2 继电保护的基本原理和组成 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）。 测量有过量继电器，欠量继电器和功率方向继电器； 逻辑部分确定是跳闸、发信号等；

1.2 继电保护的基本原理和组成 三、继电保护的工作回路 1、继电保护的工作回路一般包括： 2、过电流保护原理 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

1.2 继电保护的基本原理和组成 QF YR TA k I> KS 信号 KA T > K 1 E + M

1.2 继电保护的基本原理和组成 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/nTA，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。 YR是断路器的跳闸线圈 有关保护的配合先不讲。 一般借助于断路器实现保护范围的划分； 保护的重叠区越小越好； 主保护： 后备保护：近后备 远后备

1.2 继电保护的基本原理和组成 四、几个术语 1、主保护 2、后备保护 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。 术语来源于2006版国标《继电保护与安全自动装置技术规程》 主保护和后备保护的配合，先做个引子； 以线路保护为例。

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 这4性之间，密切联系，既矛盾又统一。（说明这一点是教学中的难点）

1.3 继电保护的基本要求 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。 拒动和误动都会给电力系统造成危害。 220KV及以上的电网，强调不拒动，这样可以保证稳定，不损害电气设备。因此，220KV及以上的电网安装两套快速保护，保证不拒动。 母线保护强调不误动，出口采用两套保护出口触点串联后跳闸的形式。

1.3 继电保护的基本要求 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。 选择性包含两层意思，一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障，二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。 需要举例说明，首先是单侧电源的线路，再就是双侧电源的线路的主保护； 其次说明单侧电源的远后备保护，都是符合选择性要求的。不一定采用书上的图例，自己的黑板上板书。

1.3 继电保护的基本要求 C QF 1 2 5 6 4 3 k K A B WL ~ D 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，QF1、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。

1.3 继电保护的基本要求 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。 动作迅速并有选择性的保护装置，结构复杂，价格昂贵。在保证系统及设备安全的条件下，允许保护装置的动作带有延时。所以，快速消除故障，除了保护装置动作要快外，还要求采用快速断路器。现代高压电网中快速保护装置的最小动作时间可达0.01s；断路器的最小动作时间约为0.02～0.06s。系统结构决定故障极限切除时间，保护和断路器动作时间应根据被保护元件的具体情况来确定。 高压电网要求的暂稳极限。 中低压的时间要求不是很高。

1.3 继电保护的基本要求 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。 灵敏度越大，增大了信赖性，降低了安全性。 规程对灵敏度有具体要求。

1.3 继电保护的基本要求 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。

新型保护，例如纵联保护，工频突变量保护，广域保护等 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 机电式保护装置由机械转动部件带动触电闭合，无需外加电源，抗干扰，但是体积大，动作速度慢，例如电磁型等 静态保护装置含晶体管、集成电路等； 数字式保护装置就是微机保护 继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的一门学科。从1901年出现感应型过电流继电器，经历电磁型、电动型、晶体管型、集成电路型继电器，直至现在的微机型继电保护装置，已有百年历史。从保护原理上，先后出现了反应单侧电气量的电流、电压、方向、距离保护等，以及反应双侧电气量的纵差动、高频、微波、光纤保护等，还有各种原理的元件保护。基于各种微处理器的微机保护，在技术上已十分成熟，在我国电力系统中已被广泛采用。微机保护具有强大的计算、分析和逻辑判断能力，能实现各种复杂的保护原理，还能够完成故障录波、故障测距、事件顺序记录以及与调度计算机交换信息等辅助功能。由于技术的进步，微机保护装置在设计、生产的标准化上，较之传统保护，有得天独厚的优势。由于微机装置本身具有自检和互检功能，所以，微机保护装置更易于安装、运行和维护，可靠性也更高。 随着电力系统和计算机技术的进一步发展，继电保护必将向更高的智能化阶段发展，并且会成为包括继电保护、控制、运行调度及事故处理等方面的电力系统信息控制系统的一部分。

作业题 1.2 1.3 1.7