《电力系统继电保护》课件

电力系统继电保护继电保护是电力系统安全、稳定运行的重要保障本课程将系统介绍电力系统继电保护的基本原理、技术方法和应用实践，帮助学习者掌握继电保护的核心知识与技能通过本课程的学习，您将了解各类保护装置的工作原理、整定方法以及在实际电力系统中的应用，为从事电力系统运行、维护和设计工作奠定坚实基础课程内容涵盖从基础理论到实际应用的全面知识体系，适合电气工程及其自动化专业学生以及电力系统工程技术人员学习参考目录第一部分绪论•继电保护的定义和作用•继电保护的基本要求•继电保护的发展历史•基本原理及装置组成第二部分电流保护•过电流保护原理•电流速断保护•定时限与反时限保护•零序电流保护第三部分距离保护•阻抗继电器原理•三段式距离保护•整定原则与校验其他保护系统•输电线路纵联保护•自动重合闸•变压器保护•发电机保护第一部分绪论亿秒10+

0.3中国电网规模故障切除时间电力系统作为国民经济命脉现代继电保护响应速度

99.9%保护可靠性现代微机保护装置要求电力系统是国民经济的命脉，其安全稳定运行离不开继电保护的保障继电保护装置作为电力系统的哨兵，能够快速检测并隔离故障，防止故障扩大，保障电力供应的连续性和稳定性本部分将介绍继电保护的基本概念、作用原理及发展历史，为后续各专项保护技术的学习奠定基础继电保护的定义和作用故障监测实时监测电力系统运行状态，迅速检测出各类故障和异常工况故障隔离快速切除故障设备或线路，阻止故障扩大和蔓延系统保障保障电力系统安全、稳定、可靠运行，减少故障损失继电保护是电力系统中的一种安全自动装置，它能够迅速检测系统中的异常或故障情况，并采取相应的控制措施，切除故障部分，保护其余系统继续正常运行继电保护装置通过测量电流、电压等电气量，判断系统是否发生故障，并在故障条件下发出跳闸指令，控制断路器动作，将故障部分与系统隔离，防止故障危害扩大继电保护在电力系统中的重要性防止系统崩溃保障经济生产及时切除故障，防止连锁反应导致大面积停电，维护系统稳定确保工业生产和民生用电的连续性，减少经济损失减少设备损坏保护人身安全迅速隔离故障，减轻对电气设备的热损伤和机械损伤防止电气事故造成人身伤害，确保电力系统运行安全继电保护是现代电力系统不可或缺的保障性装置在电网规模不断扩大、结构日益复杂的今天，没有可靠的继电保护就不可能有安全稳定的电力系统据统计，电力系统80%以上的故障都是依靠继电保护及时切除的继电保护的基本要求可靠性故障发生时必须可靠动作，无故障时绝不误动灵敏性能够检测到保护范围内的最小故障速动性故障发生后能迅速动作，尽快切除故障选择性只切除故障元件，保证其余系统正常运行继电保护必须同时满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性这四个基本要求选择性要求保护只动作于其保护范围内的故障；速动性要求保护能够快速切除故障，减少故障危害；灵敏性要求保护能够检测到保护范围内的各种故障；可靠性要求保护在故障时可靠动作，在正常运行时不误动作继电保护的发展历史机电式继电器阶段120世纪初至70年代，以电磁式和感应式继电器为主，机械结构，功能单一，体积大静态模拟式阶段220世纪70-80年代，使用晶体管、集成电路等电子元件，体积缩小，功能增强数字式阶段320世纪80-90年代，采用数字电路和微处理器，实现信号数字化处理微机保护阶段420世纪90年代至今，基于计算机技术，功能强大，智能化程度高，网络化、标准化继电保护技术经历了从机械机电到电子数字再到基于微处理器的智能化发展过程每一次技术革新都显著提升了保护装置的性能和可靠性，推动了电力系统的安全稳定运行当前，随着人工智能、大数据等技术的发展，继电保护正向智能化、网络化方向迈进，实现更加精确和高效的故障检测和处理现代继电保护技术概述微处理器技术通信网络技术人工智能技术采用高性能CPU实现复杂算法，实现保护信息的高速传输，支应用模糊逻辑、神经网络等技提高保护精确度和响应速度持远程监控和纵联保护功能术，提高故障识别和判断能力大数据分析基于海量运行数据，实现设备状态评估和故障预测功能现代继电保护技术以微处理器为核心，集成了测量、控制、通信和信息处理等多种功能相比传统保护装置，现代保护具有更高的准确性、可靠性和灵活性，能够适应复杂电网的保护需求特别是随着IEC61850标准的推广应用，继电保护正逐步实现全数字化和网络化，支持电力系统向智能电网方向发展继电保护的基本原理信息采集信息处理通过电流互感器、电压互感器采集系统电流、对采集的信号进行滤波、A/D转换和计算处电压信号理逻辑判断执行控制根据保护算法判断系统是否发生故障及故障向断路器发出跳闸指令，切除故障设备类型继电保护的工作原理基于电力系统正常运行和故障状态下的电气量变化规律通过测量系统的电流、电压、功率、阻抗等参数，与预先设定的定值比较，根据判据确定系统是否存在故障，并在故障条件下快速发出断路器跳闸指令不同类型的保护装置采用不同的保护原理，如过电流原理、阻抗原理、差动原理等，但基本工作流程相似，都遵循测量-判断-执行的基本环节继电保护装置的组成部分测量元件电流、电压互感器，将高电压、大电流转换为标准信号中间元件信号处理和逻辑判断单元，执行保护算法执行元件输出继电器，向断路器传递跳闸指令断路器最终执行机构，切断故障电路继电保护装置通常由测量元件、中间元件和执行元件组成测量元件主要是电流互感器CT和电压互感器PT，用于采集系统的电流和电压信号；中间元件在传统保护中是各种继电器，在现代微机保护中则是处理器和软件算法；执行元件则包括各种辅助继电器和断路器跳闸线圈在微机保护装置中，还包括电源、人机界面、通信和自检等辅助模块，以提高装置的功能性和可靠性第二部分电流保护过电流继电器反时限特性曲线零序电流保护最基本的保护装置，检测线路中的过电流状体现过电流保护的时间与电流关系，电流越专门用于检测系统中的单相接地故障，通过态，当电流超过设定值时发出动作信号大，动作时间越短，更有效地保护系统测量三相电流的矢量和判断接地状况电流保护是最基本、应用最广泛的继电保护形式，主要依据电流大小变化来判断系统是否发生故障本部分将详细介绍电流保护的基本原理、各种类型和应用方案电流保护的基本原理短路电流增大原理系统发生短路故障时，故障点电流显著增大，可达正常负荷电流的5-30倍电流比较判据将测量电流与预设定值比较，当测量值大于定值时，判断为故障状态时间延迟策略根据故障位置不同，设置不同的动作时间，实现保护配合方向性判别结合电压信息判断故障方向，提高保护的选择性电流保护基于一个基本事实当电力系统发生短路故障时，故障点电流会显著增大通过测量线路电流，与预先设定的阈值比较，可以判断系统是否发生短路故障电流保护具有结构简单、原理明确、可靠性高等优点，是输电线路和配电网络中最常用的保护形式根据不同的应用场景，电流保护又分为瞬时速断保护、定时限过电流保护和反时限过电流保护等多种类型过电流保护的工作原理工作原理应用场景保护装置类型过电流保护是最基本的电流保护形式，其•径向结构的配电网根据时间特性不同，过电流保护分为基本原理是当线路电流超过预设阈值时，•较短的输电线路•电流速断保护（无时限）认为线路发生故障，保护装置动作，发出•电力变压器过负荷保护•定时限过电流保护跳闸指令•电动机过负荷保护•反时限过电流保护基本动作条件I测I设，其中I测为测量电流，I设为整定电流过电流保护是继电保护中应用最广泛的一种保护形式，其优点是结构简单、原理清晰、成本低、可靠性高但其选择性较差，通常需要配合时间延迟或方向元件来提高保护的选择性电流速断保护工作原理当测量电流超过设定值时立即动作，无时间延迟整定原则I设Kn·Ikmax，其中Kn为可靠系数，Ikmax为最大负荷电流优点动作速度快，可迅速切除线路起始段的故障缺点保护范围有限，通常只能保护线路长度的15-20%适用场景径向网络中的输电线路和配电线路电流速断保护是过电流保护中动作最快的一种形式，没有时间延迟，可在故障发生后几十毫秒内切除故障但由于短路电流随故障点距离增加而减小，电流速断保护的作用范围有限，通常只能保护线路起始段为了扩大保护范围，实际应用中常将电流速断保护作为多段式保护方案中的第一段保护，与其他具有时间延迟的保护配合使用定时限过电流保护保护原理当测量电流超过设定值并持续预设时间后动作时间特性具有固定的动作时间，不随故障电流大小变化保护范围覆盖范围大于电流速断保护，可达70-80%线路长度整定应用通常作为多段式保护的第二段，实现保护的选择性配合定时限过电流保护在测量电流超过整定值后，需延时一段固定时间才动作这种时间延迟使得保护具有较好的选择性，可以与其他保护实现时间配合定时限过电流保护的电流整定值通常低于电流速断保护，因此保护范围更大但由于具有固定的时间延迟，对于线路起始段的故障切除时间较长，不如电流速断保护迅速在实际应用中，常与电流速断保护组成两段式保护方案反时限过电流保护三段式电流保护方案第一段电流速断保护1整定电流高，无时间延迟，保护线路起始段15-20%I段Kn·Ik2max，t段=0s第二段定时限过电流保护整定电流中等，短时延迟，保护范围70-80%II段Kn·Ik3max，tII段=

0.3-

0.5s第三段后备过电流保护整定电流低，长时延迟，覆盖全线并为相邻线路提供后备保护III段Kn·Imax，tIII段=

0.8-

1.2s三段式电流保护是输电线路保护的经典方案，综合利用不同整定值和时间延迟的过电流保护，实现对线路全长的保护，同时具有良好的选择性各段保护相互配合，前一段无法切除的故障由后一段切除这种分级保护策略既能保证故障快速切除，又能确保保护的选择性，是电力系统保护配合的典型应用电流保护的整定原则电流整定原则电流速断保护整定•灵敏性原则能够检测到保护范围内的•I速Kn·Ik2max，Kn=

1.2-

1.3最小故障电流•Ik2max为相邻线路或变压器二次侧最•选择性原则不应对外部故障动作大短路电流•可靠性原则不应在最大负荷条件下误•目的是保证不对外部故障动作动作定时限过电流保护整定•I定Kn·Ik3max，Kn=

1.1-

1.2•Ik3max为后一级保护区最大短路电流•t定=t后+Δt，Δt为选择性时间间隔电流保护的整定是指确定保护装置的动作电流值和动作时间值，使保护能够正确、可靠地检测故障并动作整定工作要考虑系统正常运行条件、最大负荷条件和各种故障条件下的电流分布情况整定时需要进行必要的计算和校验，确保保护具有足够的灵敏度，能够检测到保护范围内的最小故障电流，同时保证不同保护之间的配合时间，实现保护的选择性电流保护的灵敏度校验灵敏度系数定义灵敏度要求校验步骤灵敏度系数是指最小故障电流与保护整定根据不同保护类型，灵敏度系数要求•计算保护区末端最小短路电流电流的比值•计算灵敏度系数•电流速断保护Ks≥

1.2•与要求值比较判断灵敏度是否满足Ks=Ikmin/Iset•定时限过电流保护Ks≥

1.5•若不满足则需调整整定值其中，Ikmin为保护区末端最小短路电•反时限过电流保护Ks≥

1.5流，Iset为保护整定电流•后备保护Ks≥

1.2灵敏度校验是电流保护整定过程中的重要环节，目的是确保保护能够检测到保护范围内的所有故障，特别是保护区末端的最小故障电流灵敏度不足的保护会造成保护盲区，无法切除某些故障在进行灵敏度校验时，通常考虑最不利条件下的短路电流，如单相接地短路、最小运行方式等若灵敏度不满足要求，需调整整定值或采用其他保护方式弥补双侧电源网络的电流保护保护配合方向性判据需考虑网络中所有可能的故障点和电源保护配置方案利用电压和电流的相位关系判断故障方运行方式，确保保护的选择性和灵敏性双侧电源网络特点需在线路两端均装设保护装置，并考虑向，仅对指定方向的故障动作故障电流可能来自两个方向，故障点两电流方向因素，常采用方向性过电流保侧均有电流流入，且故障电流大小与故护障点位置有关在双侧电源网络中，简单的非方向性电流保护难以实现选择性，因为故障时两侧均有电流流入故障点，仅凭电流大小无法判断故障方向此时需要应用方向性过电流保护，通过测量电压和电流的相位关系确定功率流动方向，仅对线路内部故障动作双侧电源网络的保护整定更加复杂，需考虑不同运行方式下的故障电流分布，确保在各种条件下都能正确切除故障通常需要借助计算机软件进行多种工况的仿真计算和校验零序电流保护原理单相接地故障特点零序电流形成系统中出现不对称故障，产生零序分量三相电流矢量和不为零，Io=Ia+Ib+Ic/3保护动作判据零序电流检测零序电流超过整定值时，判断为单相接地故通过零序电流互感器或三相电流互感器并联障测量零序电流保护是专门用于检测单相接地故障的保护方式在正常运行和对称故障时，三相电流的矢量和为零；而当发生单相接地故障时，会产生零序电流分量通过测量零序电流并与整定值比较，可以判断系统是否发生单相接地故障零序电流保护广泛应用于中性点接地系统中，特别是在有效接地系统和低阻接地系统中，能够敏感地检测到单相接地故障在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，由于接地故障电流较小，常需配合零序电压保护使用第三部分距离保护距离保护是输电线路的主要保护形式，基于线路阻抗与距离成正比的原理，通过测量故障点阻抗来判断故障位置相比电流保护，距离保护具有更好的选择性和适应性，能够精确区分故障位置，并且不受系统运行方式和短路容量变化的影响本部分将详细介绍距离保护的基本原理、技术特点、整定方法以及在复杂网络中的应用距离保护的基本概念距离保护定义1通过测量故障点至保护安装处的阻抗（或导纳）来判断故障位置的保护方式基本原理2利用线路阻抗与线路长度成正比的关系，通过测量故障点阻抗，判断故障是否在保护范围内判据形式3Z测Z设，当测量阻抗小于整定阻抗时，判断为保护区内故障优点特点4不受系统运行方式和短路容量变化影响，能够准确区分故障位置，选择性好距离保护是基于阻抗测量原理的一种保护方式，通过计算故障点的阻抗值来判断故障位置由于线路的阻抗与线路长度成正比，因此可以将阻抗值转换为距离概念，即距离保护名称的由来距离保护需要同时测量电压和电流信号，计算Z=U/I，当测量阻抗小于整定阻抗时，判断为线路故障距离保护具有选择性好、适应性强等优点，是110kV及以上输电线路的主要保护形式阻抗继电器的工作原理距离保护的基本类型圆形特性型特性四边形特性MHO最基本的阻抗特性，在R-X平面上表现为在R-X平面上表现为通过原点的圆形特性，在R-X平面上表现为矩形或四边形区域，以原点为圆心的圆形区域圆心在阻抗角方向可独立调节电阻和电抗覆盖范围特点结构简单，但对负荷电流敏感，容特点具有方向性，不易受负荷电流影响，特点对高阻抗接地故障敏感，可灵活调易误动对弧光电阻不敏感整覆盖范围适用简单网络，较短线路适用长距离输电线路，尤其是EHV和适用短线路和中压线路，以及高阻抗接UHV线路地故障频发的线路不同类型的距离保护特性适用于不同的应用场景选择合适的特性类型对于提高保护的可靠性和灵敏性至关重要在现代微机保护中，通常可以通过软件配置选择不同的特性类型，甚至可以组合使用多种特性，以适应复杂的网络环境三段式距离保护方案一段保护1覆盖本线路85-90%，瞬时动作二段保护覆盖本线路100%+相邻线路20%，延时

0.3-

0.5秒三段保护3覆盖相邻两级线路，延时

0.8-

1.2秒三段式距离保护是输电线路保护的标准配置，通过设置不同的保护区域和动作时间，实现对线路全长及相邻线路的保护第一段保护覆盖本线路的大部分长度，动作迅速，无时间延迟；第二段保护覆盖全线及相邻线路部分长度，提供第一段的后备保护；第三段保护覆盖范围更广，是第二段和相邻线路保护的后备各段保护的动作时间依次递增，形成梯级配合，确保靠近故障点的保护先行动作，实现保护的选择性三段式距离保护方案综合了速动性和选择性的要求，是输电线路保护的理想方案距离保护的整定原则第一段整定原则•Z1≤

0.85×ZL，ZL为本线路阻抗•t1=0秒，瞬时动作•目的快速切除本线路大部分故障，不越过母线第二段整定原则•Z2≥

1.2×ZL，且Z2≥

1.2×ZL+

0.5×ZL_min•ZL_min为相邻最短线路阻抗•t2=

0.3-

0.5秒•目的覆盖全线及相邻线路部分长度第三段整定原则•Z3≥

1.2×ZL+ZL_next•ZL_next为相邻全长线路阻抗•t3=

0.8-

1.2秒•目的为相邻两级线路提供后备保护其他考虑因素•互感作用的影响•过渡电阻的影响•电流互感器饱和的影响•负荷电流的影响距离保护的整定需要综合考虑线路参数、系统结构、运行方式等多种因素整定时应避免保护盲区，同时确保不同保护之间的正确配合在实际工作中，需要进行详细的计算和校验，确保保护的可靠性和选择性距离保护的灵敏度校验灵敏度系数定义Ks=Z设/Z测，其中Z测为最不利条件下的测量阻抗第一段灵敏度要求Ks1≥

1.5，确保能可靠检测保护区内故障第二段灵敏度要求Ks2≥

1.5，对相邻线路起始段故障灵敏第三段灵敏度要求Ks3≥

1.2，作为后备保护的最低要求校验考虑因素过渡电阻、互感影响、最小短路电流工况等距离保护的灵敏度校验是确保保护能够检测到各种故障条件的重要步骤校验时需要考虑最不利的故障条件，如故障点存在过渡电阻、系统运行在最小方式、互感线路存在电流互感等情况对于不同段的保护，灵敏度要求不同一般来说，主保护的灵敏度要求高于后备保护如果校验结果不满足要求，需要调整整定值或采用其他保护方式补充在实际工程中，灵敏度校验通常需要借助计算机软件进行多种工况的仿真计算距离保护的时间特性第一段瞬时动作1t1=0秒，无意识延时，动作时间仅取决于保护装置的固有动作时间通常在50-60毫秒内完成第二段短延时动作2t2=

0.3-

0.5秒，确保与第一段保护及相邻线路保护配合延时时间需考虑断路器动作时间和保护装置的测量误差第三段长延时动作3t3=

0.8-

1.2秒，作为远端后备保护延时时间需满足与多级保护的配合要求加速动作方式4许多距离保护还具有自动重合闸后加速或通信加速功能可使第二段或第三段保护在特定条件下快速动作距离保护的时间特性是实现保护选择性的关键因素通过为不同保护段设置不同的动作时间，确保距故障点最近的保护先行动作，实现保护的正确配合时间延迟的设置需要考虑断路器动作时间、保护装置的动作时间以及必要的选择性裕度在实际应用中，为提高切除故障的速度，常采用各种加速措施，如跳后加速、通信加速等，使距离保护能在特定条件下快速动作，缩短故障切除时间，提高系统稳定性距离保护的方向性判别方向性判别原理极化电压选择记忆电压功能通过测量故障电流与参考电压不同类型故障选用不同相电压利用故障前的电压信息，解决的相位关系，确定故障方向作为极化电压，确保判别准确近距离故障时电压接近零的问性题交叉极化技术使用非故障相电压作为参考，提高近距离故障的方向判别可靠性方向性判别是距离保护正确工作的重要环节，尤其是在双侧电源网络中通过方向判别，距离保护可以区分故障是发生在保护的前方（线路上）还是后方（母线侧或其他线路），只对前方故障动作方向判别通常基于功率方向原理，即通过比较故障电流与参考电压的相位关系来确定故障方向为应对不同类型的故障和复杂的网络条件，现代距离保护装置采用了多种方向判别技术，如记忆电压、交叉极化等，以提高方向判别的可靠性距离保护在复杂网络中的应用平行线路保护接线路保护多端线路保护T平行线路存在互感影响，故障时相互感应电流T接线路有三个端点，故障点电流来自多个方多端线路结构复杂，电流分布多变，传统距离会导致阻抗测量误差，需要采用互感补偿技术向，需要特殊的保护配置和整定方法保护难以满足要求，常需配合通信辅助装置在复杂的电力网络中，距离保护面临多种挑战例如，平行线路之间的互感作用会导致测量阻抗的误差；T接线路和多端线路的电流分布复杂，使得传统的距离保护难以准确判断故障位置；输电线路串联电容的存在会导致阻抗特性的变化为解决这些问题，现代距离保护装置采用了各种先进技术，如互感补偿、自适应阻抗整定、通信辅助保护等在特别复杂的网络中，可能需要配合使用其他类型的保护，如电流差动保护、方向比较保护等，以确保保护系统的可靠性和灵敏性第四部分输电线路纵联保护输电线路纵联保护是一种依靠通信通道实现的保护方式，它通过比较线路两端或多端的电气量，精确判断故障位置，具有选择性好、速动性高的特点纵联保护不受系统运行方式、短路电流大小和分布等因素的影响，是现代输电线路保护的重要组成部分纵联保护根据比较对象的不同，可分为电流差动保护、导线对比保护、相位比较保护等多种类型本部分将详细介绍各类纵联保护的工作原理、技术特点和应用方法纵联保护的基本概念定义特点通过比较线路两端或多端的电气量，判断故障位置的保护方式，需要通信通道支持保护原理基于线路内外故障时，线路两端电气量的差异特性进行故障判断优势特点选择性好、速动性高、灵敏度高，不受系统运行方式和短路电流大小影响通信依赖依赖通信通道可靠工作，通道故障可能导致保护失效或降级运行纵联保护是一种依靠比较线路两端或多端的电气参数来判断故障位置的保护方式与横联保护（如距离保护、过电流保护）不同，纵联保护需要通信通道在线路各端之间传输信息，因此也称为带通信的保护纵联保护的核心思想是利用线路内部故障和外部故障时线路各端电气量的差异特性进行判断由于纵联保护能够明确区分内部故障和外部故障，因此具有极高的选择性现代纵联保护通常采用光纤、微波或电力线载波等通信方式，实现高速、可靠的数据传输电流差动保护原理基本原理线路电流差动保护特点制动特性电流差动保护基于基尔霍夫电流定律，正•需考虑线路充电电流的影响为防止因CT误差、充电电流等引起的误动，常运行和外部故障时采用制动特性•需处理通信延时问题I入=I出•需考虑CT饱和的影响|I差|K·|I制|+I0•需设计抑制误动的制动特性内部故障时其中，I差为差流，I制为制动电流，K为制动系数，I0为起动电流I入≠I出通过比较进出线路的电流，判断故障是否在保护区内电流差动保护是纵联保护中应用最广泛的一种形式，它基于线路两端电流的比较，判断故障是否在保护区内在正常运行和外部故障时，线路两端电流基本相等（考虑方向）；而在内部故障时，两端电流显著不同，产生较大的差动电流现代电流差动保护通常采用数字通信技术，将线路两端的电流信息数字化后进行传输和比较为应对各种复杂情况，如CT饱和、通信延时、线路充电电流等，差动保护需要采用多种技术措施，如制动特性、相角比较、谐波抑制等，确保保护的可靠性和灵敏性纵联差动保护的基本方案全电流差动方案直接比较线路两端的三相电流完整信息相量差动方案比较电流相量，只传输幅值和相位信息谐波差动方案使用特定谐波分量进行比较，减少通信带宽需求比率差动方案引入制动系数，防止测量误差和CT饱和引起误动根据比较对象和方法的不同，电流差动保护可以有多种技术方案全电流差动方案直接比较电流波形，对通信带宽要求高，但准确性最好；相量差动方案只传输电流的幅值和相位信息，减少了通信量；谐波差动方案使用特定谐波分量进行比较，进一步降低通信带宽需求；比率差动方案引入制动特性，有效防止因测量误差和CT饱和引起的误动在实际应用中，常根据线路特点、通信条件和保护要求选择合适的差动方案对于重要线路，可同时配置多种保护方案，如主用相量差动保护加备用方向比较保护，提高系统可靠性纵联导线对比保护基本结构工作原理通过专用导线传递线路两端保护信息利用电流方向比较或电流相位比较判断故障2局限性应用场景4距离受限，易受干扰，维护成本高适用于短距离线路的快速保护纵联导线对比保护是一种早期的纵联保护形式，它通过专用的导线（导线对）在线路两端之间传递保护信息导线对比保护根据比较对象的不同，可分为电流方向比较型和电流相位比较型两种在电流方向比较型保护中，比较线路两端电流的方向是否相同；在电流相位比较型保护中，则比较两端电流的相位关系导线对比保护结构简单，动作迅速，但受导线长度限制，通常只适用于数公里范围内的短距离线路随着通信技术的发展，导线对比保护逐渐被基于光纤、微波或电力线载波的现代纵联保护方案所替代，但在某些特定场合，如城市电网短距离线路，仍有一定应用纵联阻抗保护基本原理将线路两端阻抗测量结果通过通信通道进行比较或交换，提高阻抗保护的准确性和速动性传输加速方案当一端距离保护判断为区内故障时，通过通信通道向另一端发送加速信号，实现快速跳闸方向比较方案比较线路两端故障电流的方向，判断故障是否在线路内部区间比较方案交换两端的阻抗测量信息，通过综合计算准确判断故障位置纵联阻抗保护是结合通信技术的改进型距离保护，通过线路两端保护装置之间的信息交换，提高保护的速动性和选择性它既保留了传统距离保护的优点，又克服了传统距离保护在某些复杂情况下的局限性纵联阻抗保护有多种实现方式，如传输加速方案、方向比较方案和区间比较方案等其中，传输加速方案利用通信通道实现一端保护的快速动作；方向比较方案通过比较两端电流方向判断故障位置；区间比较方案则交换更多的测量信息，实现更准确的故障判断纵联阻抗保护特别适用于网络结构复杂、传统距离保护效果不佳的场合纵联保护的通信系统要求通信性能要求常用通信媒介•高可靠性故障时不能中断或出错•光纤通信高速、可靠、抗干扰，最理想选择•低延时通常要求传输延时小于10-20ms•微波通信适用于无法架设光缆的场合•足够带宽满足保护信息传输需求•电力线载波利用输电线路本身传输信号•抗干扰能力电力系统干扰环境下稳定工作•无线通信如4G/5G等新技术应用通信故障处理•通信监测实时监测通信通道状态•降级运行通信中断时切换到备用保护方式•冗余设计关键线路配置双通道•自恢复功能通信恢复后自动恢复正常保护通信系统是纵联保护的关键组成部分，其性能直接影响保护的可靠性和速动性理想的纵联保护通信系统应具有高可靠性、低延时、足够带宽和强抗干扰能力，确保在各种复杂环境下稳定工作在选择通信方式时，需综合考虑线路长度、重要性、环境条件和经济因素对于重要线路，通常采用双通道设计，主用光纤，备用微波或载波，确保通信可靠同时，保护装置需有完善的通信监测和故障处理机制，在通信故障时能自动切换到备用保护方式，保证系统安全第五部分自动重合闸秒80%

0.3暂时性故障比例单相重合闸间隔输电线路故障中暂时性故障占比典型的单相故障重合闸无电时间秒1-285%+三相重合闸间隔重合成功率典型的三相故障重合闸无电时间自动重合闸平均成功率自动重合闸是电力系统中的一种重要自动装置，它能在线路发生故障跳闸后，自动将断路器重新合上，恢复线路运行由于输电线路故障中约80%为暂时性故障（如雷击、树枝短路等），经过短时断电后故障会自行消失，因此自动重合闸能显著提高系统供电可靠性，减少停电时间本部分将详细介绍自动重合闸的工作原理、类型、整定方法以及与继电保护的配合关系，帮助理解这一重要技术在电力系统中的应用自动重合闸的作用和原理消除暂时性故障提高供电可靠性增强系统稳定性大多数线路故障为暂时性，短减少停电时间，提高线路利用快速恢复系统连接，有助于维时断电后可自行消除率，降低电能损失持同步和稳定运行减少人工操作自动化处理故障，降低运行维护工作量和人为误操作自动重合闸的基本工作原理是当保护装置检测到线路故障并发出跳闸命令后，自动重合闸装置开始计时；经过预设的时间间隔（无电时间），装置发出合闸命令，尝试恢复线路运行如果故障已消失，线路恢复正常供电；如果故障仍存在，保护再次动作跳闸，此时可根据设置决定是否进行第二次重合或永久闭锁自动重合闸功能可以集成在现代微机保护装置中，也可以是独立的装置根据系统需求和线路特点，自动重合闸可以配置为单相式、三相式或单三相兼用式，适应不同的故障类型和系统要求单相自动重合闸故障检测与相别判断1保护装置检测到单相接地故障并确定故障相别单相跳闸2只切断故障相，健康相继续运行，维持系统稳定无电时间通常为

0.3-

0.5秒，等待故障电弧熄灭单相重合重新合上故障相断路器，恢复三相运行单相自动重合闸是一种只针对发生故障的单相进行跳闸和重合的装置，它保持其他两相正常运行，维持系统的部分功率传输能力这种方式特别适用于超高压和特高压输电线路，因为这些线路上大部分故障为单相接地故障，且维持部分功率传输对系统稳定性至关重要单相重合闸的优点是维持系统稳定性，减少扰动；缩短系统恢复时间；降低断路器应力但它也需要更复杂的保护和控制系统，以准确判断故障相别并实现选择性跳闸在EHV和UHV系统中，单相重合闸通常是首选方案，其成功率可达90%以上三相自动重合闸故障检测保护装置检测到线路故障（任何类型）并跳闸三相断开三相断路器同时断开，线路完全失电无电时间通常为

0.5-3秒，根据电压等级和系统要求确定同期检查部分系统需检查同期条件后才允许重合三相重合三相断路器同时重新合上，尝试恢复供电三相自动重合闸是指在线路故障后，将三相断路器同时断开，经过一定无电时间后再同时合上的一种重合闸方式三相重合闸适用于所有类型的故障，特别是多相故障，结构简单，控制逻辑相对单相重合闸更为简单在中低压系统中，三相重合闸是最常用的方式对于高压和超高压系统，特别是联系重要负荷或大型发电厂的线路，三相重合闸通常需要配合同期检查装置，确保重合时系统两侧处于同步状态，防止非同期合闸造成设备损坏和系统扰动三相重合闸的无电时间通常比单相重合闸长，以确保故障电弧完全熄灭自动重合闸的整定原则无电时间确定1考虑故障电弧熄灭时间、绝缘恢复时间和断路器操作时间，确保重合前故障已消失重合次数选择2根据线路重要性和故障特点确定，一般城区线路1次，农村线路2-3次重合方式选择3根据系统电压等级和稳定性要求选择单相或三相重合方式同期条件设置4对于三相重合，需考虑电压差、相角差和频率差，确保安全重合自动重合闸的整定需要综合考虑多种因素，包括线路特性、系统稳定要求、断路器能力和保护配合等无电时间的确定是最关键的整定参数，它必须确保重合前故障电弧已完全熄灭，同时又不能过长影响系统稳定性重合次数的选择取决于线路故障特点和系统要求城市电缆线路通常只允许一次重合，而农村架空线路可能允许多次重合同时，重合闸也需要设置闭锁条件，如在人工拉闸、断路器故障、保护装置异常等情况下禁止重合，确保系统安全自动重合闸与其他保护的配合与距离保护配合与电流保护配合与差动保护配合重合闸后可启动距离保护的加速功能，缩重合闸后可降低电流保护定值，提高灵敏差动保护通常对内部故障启动重合闸，对短再次故障的切除时间度外部故障或差动装置本身故障封锁重合闸距离保护可选择性封锁重合闸，例如对于瞬时过电流保护可在重合闸后短时间内投反方向故障或某些特定区域故障入，加速切除持续性故障重合失败后，差动保护可自动调整运行模式或阻止进一步重合尝试自动重合闸需要与各类继电保护协调配合，才能发挥最佳效果在保护系统设计中，需明确各种保护对重合闸的启动和闭锁条件，确保系统在各种故障情况下都能正确响应例如，对于非永久性故障，保护跳闸后启动重合闸尝试恢复供电；对于永久性故障或系统异常，保护应闭锁重合闸防止反复合闸造成设备损坏同时，重合闸后保护可进入特殊运行模式，如加速跳闸模式，以便更快速地切除持续存在的故障这种配合策略需在保护装置的整定中明确设置第六部分变压器保护变压器差动保护气体保护装置过负荷保护变压器的主保护，能快速检测变压器内部故障能够检测变压器内部绝缘故障产生的气体，对监测变压器的负载电流，防止长时间过负荷运并切除，保护范围包括绕组、引线、套管等低能量故障特别敏感，是变压器机械保护的重行导致绝缘老化和寿命缩短要组成部分变压器是电力系统中的关键设备，其安全运行对系统稳定至关重要变压器保护系统需要针对各类可能的故障提供全面保护，包括内部短路、接地故障、匝间短路、过负荷等本部分将详细介绍变压器的主要故障类型和相应的保护方案变压器保护通常采用多重保护配置，包括电气保护和机械保护，形成完整的保护体系电气保护主要基于电流、电压等电气量的测量，如差动保护、过电流保护等；机械保护则基于变压器物理状态的监测，如气体保护、温度保护等变压器的主要故障类型绕组短路匝间短路包括相间短路和对地短路，故障电流大，危害严同一相绕组的不同匝之间短路，故障电流受限，重但温升显著1•机械力损伤绕组•难以检测•热损伤绝缘•逐渐发展为严重故障过负荷铁芯故障长时间超过额定负载运行，导致温度升高，绝缘铁芯层间短路或局部过热，通常伴有气体产生老化•绝缘老化•寿命缩短•夹紧螺栓松动•可能引发其他故障变压器故障按性质可分为电气故障和热故障电气故障主要包括绕组短路、匝间短路和铁芯故障等；热故障则包括过负荷、冷却系统故障等不同类型的故障需要不同的保护方式来检测和处理变压器故障的危害程度与故障类型和故障电流大小有关例如，绕组相间短路故障电流大，危害严重，需快速切除；而匝间短路初期故障电流小，不易检测，但会逐渐发展为更严重的故障因此，变压器保护系统需要针对各类故障特点，采用多种保护手段形成完整的保护体系变压器差动保护原理基本原理内部故障特点1正常或外部故障时I1=I2，无差流内部故障时I1≠I2，产生差流二次谐波闭锁比率差动原理4利用励磁涌流含二次谐波特性防止误动3引入制动电流，防止CT误差引起误动变压器差动保护是变压器的主保护，其基本原理是比较变压器各侧的电流在正常运行或外部故障时，变压器各侧电流（考虑变比）基本相等，差流接近零；而在内部故障时，故障电流只流经某一侧或部分绕组，导致电流不平衡，产生明显差流实际应用中，变压器差动保护面临多种挑战，如CT饱和、励磁涌流、变压器抽头调整等为解决这些问题，现代差动保护采用比率制动特性、二次谐波闭锁、波形识别等技术，提高保护的可靠性和灵敏性变压器差动保护通常配置为速动保护，无意延时，在内部故障发生后数十毫秒内动作变压器差动保护的整定变压器过电流保护短路故障保护检测变压器短路故障，作为差动保护的后备保护时限特性通常采用反时限特性，故障电流越大动作时间越短保护配置在变压器各侧分别配置，高压侧保护阻抗大，低压侧保护电流大整定原则灵敏度需满足检测变压器内部故障和低压侧故障的要求变压器过电流保护是变压器的重要后备保护，主要用于在差动保护拒动或通信故障时切除变压器故障，同时对低压侧短路故障提供保护根据保护对象的不同，过电流保护可分为变压器本体保护和低压侧保护两种用途变压器过电流保护通常采用反时限特性，设置多段保护瞬时段用于保护变压器本体，定时段用于保护低压侧系统过电流保护整定时需考虑变压器的励磁涌流、负载特性以及与系统其他保护的配合，确保保护的选择性和灵敏性在现代微机保护中，过电流保护常与其他保护功能（如方向元件、过负荷保护等）集成，形成更完善的保护系统变压器过负荷保护轻度过负荷负载达到额定值的110%，发出报警信号中度过负荷负载达到额定值的130%，启动强冷措施严重过负荷3负载超过额定值的150%，执行降负荷或跳闸操作变压器过负荷保护是防止变压器长时间过负荷运行导致温度过高、绝缘老化和寿命缩短的重要保护过负荷保护通常基于热模型原理，通过测量电流计算变压器的热状态，当热状态超过设定阈值时，依据过负荷程度采取不同的措施，如报警、强冷或跳闸现代变压器过负荷保护通常结合温度监测装置，如顶层油温、绕组温度等，形成更精确的热保护系统同时，过负荷保护整定时需要考虑变压器的冷却方式、环境温度、负载特性等因素，确保保护既能防止变压器过热损伤，又不会因过于灵敏而影响系统供电可靠性变压器气体保护气体继电器原理保护特点气体分析油浸式变压器内部发生故障时，会产生气•能检测低能量故障，如绝缘老化、匝气体继电器收集的气体可进行色谱分析，体并上升至油枕，气体继电器（又称布赫间短路初期根据不同气体的成分和比例，可以判断故霍尔茨继电器）安装在主油箱与油枕之间障类型•对铁芯故障特别敏感，是检测此类故的管道上，能够检测到这些气体障的最有效手段•甲烷、乙烷低温过热•响应速度相对较慢，不适合主保护，•乙烯、乙炔高温过热或电弧故障常作为后备保护气体继电器通常有两个触点轻微故障时•氢气部分放电气体缓慢积累，触发上部浮子，发出报警•只适用于油浸式变压器，干式变压器•一氧化碳、二氧化碳绝缘老化信号；严重故障时油流急剧流动，触发下无法使用部叶片，发出跳闸信号气体保护是油浸式变压器的重要机械保护，能够检测到电气保护难以发现的低能量故障气体保护的最大优点是对各类绝缘故障都有一定的敏感性，特别是对铁芯故障和低电流匝间短路的检测能力强，是变压器保护体系的重要组成部分第七部分发电机保护发电机是电力系统的心脏，其安全、稳定运行对整个电力系统至关重要发电机由于结构复杂、运行条件苛刻，面临多种故障和异常运行威胁，需要配置全面的保护系统确保安全本部分将详细介绍发电机的主要故障类型和相应的保护方案发电机保护系统通常包括针对内部故障的主保护，如差动保护、定子接地保护等；以及针对异常运行状态的保护，如失磁保护、反功率保护、失步保护等这些保护协同工作，形成完整的发电机保护体系，确保发电机在各种故障和异常状态下都能得到有效保护发电机的主要故障类型定子故障•定子绕组相间短路•定子绕组匝间短路•定子绕组对地短路•铁芯故障转子故障•转子绕组对地短路•转子绕组匝间短路•励磁回路断路•集电环和电刷故障异常运行状态•失磁•过励磁•不对称负荷•反功率运行•失步•频率异常机械故障•轴承过热•振动异常•冷却系统故障•润滑系统故障发电机故障种类繁多，危害程度各异定子绕组相间短路和对地短路故障电流大，破坏性强，需要快速切除；而定子绕组匝间短路和转子故障等初期故障电流小，不易被常规保护检测，但会逐渐发展为严重故障异常运行状态如失磁、反功率等虽不会立即损坏发电机，但会影响系统稳定性，同样需要及时处理由于故障类型多样，发电机保护系统需要配置多种不同类型的保护装置，形成完整的保护体系，确保在各种故障条件下都能提供有效保护现代发电机保护通常采用微机保护装置，集成多种保护功能，配合状态监测系统，实现全面、可靠的保护发电机纵差保护保护原理保护范围保护特性动作响应比较发电机定子绕组两端电流，内涵盖定子绕组、引线和主变压器低采用比率制动特性，提高大电流时速动保护，无时间延迟，检测到故部故障时产生差流压侧的稳定性障迅速跳闸发电机纵差保护是发电机最主要的短路故障保护，其基本原理与变压器差动保护类似，通过比较定子绕组两端的电流判断是否发生内部故障在正常运行或外部故障时，两端电流相等，差流为零；内部故障时，故障电流只流过部分绕组，产生明显差流，保护动作跳闸发电机纵差保护通常采用比率制动特性，整定起动电流为额定电流的

0.1-

0.2倍，制动系数为

0.2-

0.5保护灵敏度高，能检测到10%绕组涉及的短路故障，但对匝间短路检测能力有限纵差保护作为主保护，动作迅速，通常无意延时，直接跳发电机组断路器和励磁系统，实现快速切除故障发电机定子绕组接地保护一次接地故障1通过测量零序电压或注入低频电流检测全绕组保护2能检测80-100%绕组的接地故障谐波检测技术3利用第三谐波电压特性检测近中性点的接地故障注入式保护向中性点注入低频信号，检测整个绕组的接地故障发电机定子绕组接地保护是专门用于检测定子绕组对地短路故障的保护对于高阻接地或非直接接地的发电机，一次接地故障不会产生大电流，纵差保护难以检测，因此需要专门的接地保护传统的接地保护通过测量零序电压（3U0）检测接地故障，但只能保护约95%的绕组，近中性点的接地故障因电压信号太小而难以检测为实现100%定子绕组的接地保护，现代保护装置采用多种技术，如第三谐波电压比较法、低频注入法等第三谐波电压比较法利用发电机产生的第三谐波电压在中性点和机端的分布特性检测近中性点故障；低频注入法则通过向中性点注入低频信号（通常为20Hz左右），测量回路阻抗变化检测接地故障，能够覆盖整个绕组发电机失磁保护发电机反功率保护反功率概念发电机从电网吸收有功功率，转为电动机运行状态危害影响原动机过热损坏，汽轮机叶片振动，水轮机空转损坏保护原理测量功率方向，当功率反向超过设定值持续一定时间后动作整定值根据原动机类型设定，汽轮机组

0.5-2%额定功率，水轮机组5-10%额定功率反功率状态是指发电机从电网吸收有功功率，由发电机转为电动机运行的状态这种状态通常发生在原动机故障、调速器失灵或汽轮机进汽阀关闭时反功率运行会对原动机造成严重危害，尤其是汽轮机和水轮机，可能导致叶片过热、振动或水泵空转等问题反功率保护通过测量发电机端的有功功率大小和方向，当功率反向（流入发电机）且超过整定值持续一定时间后动作反功率保护的整定值根据原动机类型不同而异汽轮机组设定值较低，通常为额定功率的

0.5-2%；水轮机组设定值较高，约为额定功率的5-10%时间延迟设置通常为1-5秒，避免电网扰动引起的暂态过程导致误动作发电机失步保护失步前兆1系统扰动导致功角增大，功率输出下降失步发生功角超过180°，发电机与系统失去同步失步特征3电流、电压、功率剧烈振荡，阻抗轨迹特征性变化保护动作4检测到失步特征后将发电机与系统分离发电机失步是指由于系统扰动（如故障、负荷突变或励磁系统故障）导致发电机与电力系统失去同步运行的状态失步状态下，发电机转子角度与系统电压角度之间的差值持续变化，导致电流、电压和功率出现剧烈振荡，对发电机和系统造成严重机械和电气应力失步保护通常基于阻抗测量原理，在R-X平面上设置特定检测区域当发电机失步时，从发电机端测量的阻抗会沿特定轨迹移动，穿越这些检测区域，触发保护动作现代失步保护可以区分是系统故障还是真正的失步状态，避免误动作一旦确认失步，保护装置会在适当时机（通常是功角接近360°时）将发电机与系统分离，防止发电机损坏和系统不稳定继电保护技术的未来发展趋势智能化发展网络化整合1人工智能与机器学习技术应用于故障识别与预测基于IEC61850的全数字化保护网络与智能变电站2云平台应用自适应能力依托云计算实现广域协调保护与状态评估根据系统状态自动调整保护策略与参数随着电力系统向大容量、特高压、智能化方向发展，继电保护技术也在不断创新和演进未来的继电保护将更加智能化，能够自主学习和适应系统变化，实现更精确的故障识别和更灵活的保护控制人工智能和机器学习算法将被广泛应用于故障特征提取、故障类型识别和故障位置定位等领域，大幅提升保护的准确性和可靠性网络化是另一重要发展方向，基于IEC61850标准的全数字化保护系统将实现站内甚至站间的信息共享和协调保护同时，随着分布式能源和微电网的普及，保护系统需要适应电力系统的双向潮流和拓扑变化，这将促进自适应保护技术的发展此外，广域测量系统的应用将使大范围协调保护成为可能，为大电网的安全稳定运行提供更有力的支持总结与展望继电保护的发展历程关键保护技术未来发展方向从最初的机械式继电器，到静态模拟式装置，再到电流保护、距离保护、差动保护等技术共同构成了智能化、网络化、自适应性及广域协调将成为继电数字式，最终发展到今天的微机保护装置，继电保现代电力系统的多重保护屏障，为系统安全稳定运保护未来发展的主要方向，这些新技术将进一步提护技术经历了不断的革新与进步行提供坚实保障高电力系统的安全性和可靠性本课程系统介绍了电力系统继电保护的基本原理、主要技术和应用方法从绪论到各种具体保护形式，我们了解了电流保护、距离保护、纵联保护以及变压器和发电机保护等内容这些保护技术构成了现代电力系统的安全保障体系，确保系统在各种故障条件下都能得到有效保护随着电力系统规模的扩大和结构的复杂化，以及新能源、智能电网等新技术的广泛应用，继电保护技术将面临新的挑战和机遇未来的继电保护将更加智能化、网络化和自适应化，能够更好地适应多变的系统状态和运行方式通过不断学习和实践，相信大家能够掌握继电保护技术，为电力系统的安全稳定运行作出贡献。