继电保护1

继电保护干货分享！想要了解继电保护，有这一张思维导图就够了，内容覆盖单侧电源网络保护，电网接地故障的电流电压保护，距离保护，输电线路的重联保护等，适用于电工学员。

继电保护

绪论

短路后果

短路电流和电弧使故障元件损坏

由于发热和电动力的作用，短路电流通过非故障元件时引起其损坏或缩短使用寿命

部分地区的电压大大降低，破坏用电稳定性

破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至瓦解

电力系统安全运行的三道防线

第一道防线：继电保护、有效的预防性措施

第二道防线：区域性稳控系统，紧急控制措施

第三道防线：电网失步解列、频率/电压紧急控制保证解列后局部电网有功/无功平衡，防止事故扩大引发大面积停电。

继电保护装置的基本任务

自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除

反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸

基本要求

选择性

速动性

灵敏性

可靠性

不拒动不误动

单侧电源网络保护

相间电流保护

电流增大和电压降低是短路故障的基本特征

瞬时电流速断保护（电流I段）

速断保护整定原则

引入可靠系数的原因

速断保护的灵敏性是用保护范围来衡量的。

应用中间继电器的原因

限时电流速断保护（电流II段）

工作原理

整定原则

定时限过电流保护（电流III段）

定位

整定原则

三段式电流保护计算

电流速断主保护

最短时限切除元件全长的保护为“主保护”，电流速断主保护为I、II段之和

灵敏度系数要求大于1的考虑

故障一般都不是金属性短路，存在过渡电阻时会使实际短路电流减小，不利于保护装置动作

实际短路电流由于计算误差可能小于计算值

保护用电流互感器由于饱和作用一般存在负误差，保护装置感受到的电流可能小于按预定变比折合的电流值

保护装置的电流实际启动数值可能具有正误差

考虑一定的裕度

电流保护的接线方式

三相星形接线

两相星形接线

低电压保护

与电流保护相比的特点

电压保护反应于电压降低而动作，与反应于电流增大而动作的电流保护相反，其返回电压高于动作电压，返回系数大于1.

与电流保护相反，低电压保护在最大运行方式下灵敏度低，在最小运行方式下灵敏度高，两种保护性能优缺点互补

在多段串联的单回线路上短路时，各段电流相同，而各点电压不同，电压随短路点距离的变化曲线都是从零开始增大，因而瞬时电压速断保护总有一定的保护范围。

在电网任何点短路时，母线电压都会降低，低电压保护都会 动作，即低压保护没有方向性。

方向性电流、电压保护

方向继电器的基本要求

具有明确的方向性（适应各种可能的故障条件）

具有足够的灵敏度

功率方向继电器

测量故障相电流、相电压相位关系

电压死区

概念

减小或消除的方法

双侧电源网络中电流保护整定的特点

瞬时电流速断保护

限时电流速断保护

方向性保护的死区

方向性保护增加了复杂性，尤其是在保护安装处附近发生正方向三相短路时，由于母线电压降至零，方向元件出现死区不能动作，闭锁整套保护导致拒动

微机继电保护的算法

半周积分算法

傅立叶算法

电网接地故障的电流、电压保护

电网接地故障种类及保护策略

中性点接地方式与接地故障种类

发生接地短路时，直接接地电网会出现零序电压和零序电流，可用作接地短路的故障特征，构成零序电流、零序电压保护

非有效接地电网发生接地故障时，只出现零序电压，由于电压保护不具有选择性，故障特征不明显

中性点有效接地系统中的接地保护

零序电流瞬时速断（零序I段）保护

整定原则

零序电流限时速断（零序II段）保护

整定原则

灵敏度校核

零序过电流（零序III段）保护

整定原则

中性点经小电阻接地系统的高阻接地故障检测

高阻接地故障

定义

特征

保护原理

中性点不接地系统中的接地保护

单相接地的故障特征

全系统出现零序电压

非故障元件出现零序电流，数值等于本身对地电容电流，容性无功方向由母线流向线路

故障元件的零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，容性无功方向由线路流向母线

单相接地保护

绝缘监视装置

零序电流保护

零序功率方向保护

中性点经消弧线圈接地系统的接地保护

消弧线圈

作用

根据补偿程度不同，有三种补偿方式

单相接地故障特征

稳态分析

暂态分析

单相接地保护

由于消弧线圈的补偿作用，接地故障特征不明显

绝缘监视装置

单相接地故障瞬间过渡过程的首半波构成保护

利用接地故障时检测消弧线圈的有功功率

距离保护

基本概念

目的

反应故障点至保护安装处的阻抗（距离），与运行方式和故障类型无关

核心元件

阻抗继电器

整定原则

I段

II段

III段

主要组成元件

起动元件

距离元件

时间元件

单相补偿式距离继电器

单相补偿式

加入继电器的只有一个电压和一个电流,其比值称为测量阻抗

多相补偿式

施加两种以上电压和电流且不能用测量阻抗描述其动作特性的继电器

距离继电器的接线方式

基本要求

距离继电器的动作特性

全阻抗继电器

方向阻抗继电器

偏移特性的阻抗继电器

无电压死区

功率方向继电器

多相补偿式距离继电器

工作特点

以另外一相（或相间）的补偿电压作为极化电压来判别故障相（或相间）补偿电压的相位变化

涉及非故障相的电压和电流，不能用测量阻抗的概念进行分析

只能反应各种不对称故障

过负荷与系统振荡时不会误动

相位比较原理

比较两个相间补偿电压之间的相位

用判别补偿电压相序

特点

用幅值比较原理

特点

影响距离保护正确工作的因素及防止方法

短路点过渡电阻对距离保护的影响

过渡电阻

短路点过渡电阻对距离保护的影响

单侧电源线路上过渡电阻的影响

双侧电源线路上过渡电阻的影响

过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响

防止和减小过渡电阻影响的方法

采用具有较好抗过渡电阻能力的阻抗继电器动作特性（扩大在＋R方向的面积）

采用瞬时测量回路来固定阻抗继电器动作，思路是：电弧引起的过渡电阻在短路初瞬较小，适合与相间故障阻抗继电器。对于接地故障，电弧电阻只占过渡电阻的一小部分，作用不明显

电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路

电力系统振荡

概念

分类

影响

电力系统振荡对距离保护的影响

当电气中心在继电器的动作区域内，系统振荡时的测量阻抗轨迹必然穿过继电器的动作区域，则在动作区域内的测量阻抗会误动

在相同整定值条件下，全阻抗继电器受振荡影响最大，透镜型继电器受影响最小

保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大

振荡时和短路时的区别

振荡时，电流和各点电压的幅值均作周期性变化，而只有在δ=180°时才出现最严重的现象；而短路时，短路电流和各点电压不衰减，是不变的

振荡时，任一点电流电压之间的相位关系都随δ而改变；而短路时，电流电压相位不变化

振荡时，系统三相仍然对称，不会出现负序分量；而短路时，总要长期（不对称短路中）或瞬时（三相短路开始时）出现负序分量

振荡闭锁回路

振荡闭锁的原理

对距离保护的评价

在多电源的复杂网络中可以保证动作的选择性

I段不受系统运行方式影响，瞬时保护线路全长80%

II、III段由于有分支，受运行方式影响，但相对较小

可以有方向，如方向阻抗继电器，但首端有死区

仍未摆脱三段式的束缚，不能瞬时保护线路全长。在220kV及以上电网有时不能满足电网稳定要求，因此不能作主保护

受振荡、TV断线影响，装置相对复杂

输电线路的纵联保护

基本原理与类别

基本原理

纵联保护是采用两端或多端信息（电流、方向等），判断故障是落在区内还是区外，因此从理论上具有绝对的选择性

分类

按构成原理分

按通信通道分

按保护原理分

按保护对象

信号种类

闭锁信号

允许信号

跳闸信号

解除闭锁信号

纵联保护的通信通道

导引线通道

输电线（载波）高频通道

微波通道

光纤通道

输电线的导引线纵联差动保护

纵联差动保护的基本原理

克希霍夫电流定律

差动保护判据

导引线纵联差动保护的接线

环流法接线

均压法接线

无制动的纵联差动保护的动作特性及其分析方法

复数比分析法

幅值特性分析法

相位特性分析法

影响输电线导纵联差动保护正确工作的因素

电流互感器误差和不平衡电流

输电线路的分布电容电流

通道传输电流数据（模拟量或数字量）的误差

通道的工作方式和可靠性

不平衡电流

稳态不平衡电流

暂态过程中的不平衡电流

分相电流差动纵联保护

原因

分相电流差动纵联保护在高压长线路应用时，由于分布电容、并联电感等并联支路的分流，即使在外部故障的情况下，线路两侧的一次电流也不相等，因此反映到电流互感器二次侧的不平衡电流较大，需引入制动电流，防止误动

制动电流

作用

分类

电流相位比较式纵联保护

相位比较式纵联保护

只传送和比较线路两端电流相位

相差高频保护——用载波通道实现

以母线流入线路为正，内部故障时，两端电流相位相同；外部故障或正常运行时，两端电流相位相反

基本原理

通过载波通道，在正常时不发送电流信号，在故障时发出高频电流信号

保护动作跳闸条件

填满本端高频脉冲空隙的对端高频脉冲信号为一种闭锁信号

没有收到这种闭锁信号为保护动作跳闸的必要条件

通道失效同时发生内部故障时保护不会拒动

方向比较式纵联保护

“非单元式”保护

高频闭锁方向保护

高频闭锁负序方向保护

长期发信的闭锁式方向高频保护

高频发信机远方起动与弱电源端保护

移频解除闭锁式方向高频保护

距离纵联保护

高频闭锁距离保护

距离I段瞬时动作，保护范围80％线路全长（欠范围整定）；距离II段应保护线路全长，并留有适当裕度，并作为方向元件停发闭锁信号（超范围整定），距离III段可作为相邻线路的后备（超范围整定）

分类

超范围闭锁式 (距离II段不起动传送闭锁信号)

超范围解除闭锁式 (距离II段起动停发闭锁信号)

欠范围直接跳闸式 (距离I段起动发送跳闸信号)

欠范围允许跳闸式 (距离I段起动发送允许信号)

超范围允许跳闸式 (距离II段起动发送允许信号)

对距离纵联保护的评价

优点

缺点

自动重合闸

自动重合闸的作用与要求

作用

提高供电可靠性

重合闸成功，有利于提高电力系统并列运行的稳定性

对断路器的误动作，可以起到纠正作用

缺点

重合于永久性故障，会带来一些不利影响

基本要求

重合闸不应动作的情况

起动方式

分类

动作次数

应用场合

作用于断路器的方式

三相一次自动重合闸

动作逻辑

线路故障——继电保护跳三相——重合闸起动——延时三相重合——瞬时性故障，重合成功；永久性故障——保护再次动作跳三相

双侧电源线路的三相一次自动重合闸

特点

分类

快速重合闸

非同期重合闸

解列重合闸与自同期重合闸

线路联系紧密时的自动重合闸

检查双回线另一回线电流的重合闸

具有同期和无压检定的重合闸

重合闸动作时限的选择原则

单侧电源线路的三相重合闸

双侧电源线路的三相重合闸

重合闸与继电保护的配合

重合闸前加速保护

重合闸后加速保护

单相自动重合闸

在超高压架空线路上，线间距离较大，绝大部分故障为单相接地短路

单相重合闸：发生单相接地短路，跳单相；重合单相；若为永久性故障，重合闸不成功，跳三相

单相自动重合闸的特点

需要设置故障选相元件

应考虑未断开两相的潜供电流的影响

应考虑非全相运行的影响

故障选相元件

要求

常用的选相元件

动作时限的选择

应满足三相重合闸的基本要求（熄弧时间、绝缘强度恢复时间、断路器开断能力恢复时间等

考虑选相元件与继电保护以不同时限切除故障的最大时间差

潜供电流对灭弧所产生的影响

其他特殊问题

非全相运行对保护的影响

重合过电压的问题

系统稳定问题

优点

单相故障情况下保证用户的连续供电，提高供电可靠性

双侧电源线路可提高系统并列运行的稳定性

缺点

需按相起动的断路器

需选相元件

单相重合闸过程中，保护必须考虑非全相运行的影响

单相重合闸广泛应用于220kV及以上线路

综合重合闸

单相故障时，按单相重合闸；相间故障时，按三相重合闸动作

电力变压器的继电保护

变压器故障

油箱内：绕组的相间短路、匝间短路、接地短路以及铁芯的烧损等，有可能导致变压器的爆炸

油箱外：套管和引出线发生相间和接地短路

变压器的不正常状态

变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；过负荷（运行方式的突变）；漏油引起的油面降低

变压器保护配置

瓦斯保护

针对油浸式变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，它反应与油箱内所产生的气体和油流而动作

轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯动作于跳闸

纵联差动保护和电流速断保护（动作于跳闸）

纵联差动保护：大型重要变压器

电流速断保护：中小型变压器，且过电流保护时限大于0.5s时

反应外部相间短路故障的后备保护

过电流保护

复合电压起动的过电流保护

负序电流及单相式低电压起动的过电流保护

阻抗保护

反应外部接地短路故障的后备保护

过负荷保护

过励磁保护

其他非电量保护

变压器纵联差动保护

不平衡电流

由实际变比与计算变比不同而产生的不平衡电流

由于改变变压器调压分接头产生的不平衡电流

由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流

励磁涌流

特点

产生原因

防止涌流引起纵联差动保护误动的方法

起动电流的整定原则

在正常运行情况下，防止电流互感器二次断线引起误动，保护装置应躲过最大负荷电流（二次断线时，只有一侧有负荷电流）

躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流

应考虑励磁涌流的影响

瓦斯保护

反应变压器内部故障，和纵差动保护构成变压器主保护

发电机的继电保护

发电机的故障

定子绕组相间短路

定子绕组一相的匝间短路

定子绕组单相接地

转子绕组一点接地或两点接地

转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失

发电机的不正常运行状态

外部短路引起的定子绕组过电流

负荷超过额定而引起的三相对称过负荷

外部不对称短路或不对称负荷（如非全相运行）而引起的发电机负序过电流和过负荷

突然甩负荷而引起的定子绕组过电压

励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷

汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率

发电机的保护配置

完全纵联差动和不完全纵联差动保护

完全横差动和不完全横差动保护

单相接地保护

励磁回路（一点或两点）接地保护

低励磁和失磁保护

过负荷保护

定子绕组过电流保护

定子绕组过电压保护

负序电流保护

失步保护

逆功率保护

低频保护

断水保护

纵差动保护

发电机内部相间短路故障主保护

横差动保护

单相接地保护

100％定子接地保护

利用三次谐波电压构成的定子接地保护

反应三次谐波电压的比值和基波零序电压组合而构成的100％定子接地保护

励磁回路接地保护

母线保护

母线故障的保护方法

利用相邻元件保护装置切除母线故障

装设专门的母线保护

110kV的双母线和220kV及以上的母线上，应装设专用的母线保护。对于一个半断路器接线的每组应装设两套母线保护

110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电站的35kV母线，必须快速切除故障时，应装设专用母线保护

母线保护的特点

母线保护要求动作速度极快

母线保护的安全性和可靠性要求极高

母线保护联系的电路数量很多，各被比较电气量的变化范围可能相差很大

母线的运行方式变化较多，母线保护必须能适应各种运行方式

母线保护应防止TA饱和引起的误动

母线电流差动保护

在母线所有连接的元件上装设有相同的电流互感器，各同名端相连，形成差电流

电流相位比较式母线保护

双母线同时运行时的母线差动保护

双母线固定连接方式的完全电流差动保护

母线电流相位比较式差动保护

一个半断路器接线的母线保护特点

断路器失灵保护

起动条件

故障元件的保护装置出口继电器动作后不返回

在保护范围内仍有故障

故障消失闭锁

主题