《电力系统继电保护》课件

电力系统继电保护电力系统继电保护是电力系统安全运行的关键技术，是保障电网稳定性的重要保障随着现代电力系统规模的不断扩大和复杂度的提高，继电保护已成为电力系统不可或缺的组成部分继电保护装置能够迅速检测系统故障，并在最短时间内将故障设备与系统隔离，防止故障扩大，保障电力供应的连续性和可靠性高质量的继电保护方案能够最大限度地减少故障影响范围，提高系统运行的安全性本课程将系统介绍电力系统继电保护的基本原理、技术特点以及实际应用，帮助学习者全面掌握这一电气工程领域的核心技术课程概述课程目标掌握继电保护基本原理与技术应用培养电力系统保护方案设计能力提高故障分析与处理实践技能教学资源《电力系统继电保护原理》主教材实验室实践教学设备与软件线上学习平台与资源库实践环节继电器特性测试实验微机保护装置设置与调试保护方案设计综合实践考核方式理论考试（60%）实验报告（20%）课程设计（20%）第一章继电保护概述继电保护的定义继电保护的重要性继电保护是电力系统中用于检电力系统的特殊性决定了继电测系统故障或异常运行状态，保护的重要地位由于电力生并迅速将故障设备与系统隔离产与消费的同时性，系统故障的自动装置它是电力系统安可能导致大范围停电继电保全运行的守护者，能够最大护能快速隔离故障，保障系统限度地减少故障影响范围稳定运行继电保护的发展历程从早期的电磁式继电器，到静态式、数字式，再到现代的微机保护和智能保护，继电保护技术经历了几代更新换代，性能和功能不断提升，为电力系统安全运行提供越来越强大的技术支持电力系统的组成及其生产特点变压设备输配电设备变压器是电力系统中电压转换的输电线路和配电网络构成电力系核心设备，实现发电、输电、配统的血管系统，将电能从发电发电设备电各环节之间的电压匹配，提高厂输送到用户高压输电线路可母线与开关设备发电机组是电力系统的能量源，输电效率，减少能量损耗跨越长距离传输大容量电力将各种一次能源转化为电能现母线是电力系统的连接枢纽，开代电力系统中，发电机组类型多关设备实现电路的接通与断开，样，包括火力、水力、核能、风控制电力流向，对故障区域进行能、太阳能等多种形式隔离，是继电保护的执行部分电力系统中常见的故障类型三相短路最严重的对称故障两相短路两相导体相互接触或经地连接单相接地最常见的电力系统故障断线故障导线断裂引起的非短路故障电力系统中的短路故障通常伴随着大电流，可能导致设备损坏、系统失稳甚至大面积停电单相接地是最为常见的故障类型，尤其在架空线路系统中，约占总故障的80%以上断线故障虽然没有短路故障那样的大电流特征，但也会导致供电中断和三相不平衡，对负载和系统稳定性造成影响继电保护需要针对不同类型的故障采取相应的检测和处理策略电力系统异常运行状态过负荷运行当负载需求超过设备额定容量时，会导致设备过热，加速绝缘老化，严重时可能引起设备损坏或缩短使用寿命过负荷情况下电流增大但低于短路电流水平，需要特殊的保护策略电压异常过电压可能导致绝缘击穿和设备损坏；欠电压则会使电动机启动困难，导致功率因数下降，甚至引起电压崩溃电压异常不仅影响设备运行，也会危及整个系统的稳定性频率异常系统频率偏离额定值反映了系统有功功率不平衡过频表示发电大于负荷，欠频则相反严重的频率偏差会影响设备运行效率，甚至导致系统崩溃功率摆动与失步由于大扰动或系统结构变化，可能导致发电机组之间相角差异增大，引起功率摆动如果不能及时恢复稳定，将导致发电机失步，必须迅速与系统隔离，防止故障扩大继电保护的基本要求选择性仅切除故障元件，减小停电范围速动性快速切除故障，防止故障扩大灵敏性能检测到最小故障并正确响应可靠性故障时能正确动作，无故障时不误动这四项基本要求构成了继电保护的核心设计原则，是评价保护装置性能的基本标准在实际应用中，这些要求之间可能存在矛盾，例如提高速动性可能会影响选择性，提高灵敏度可能会降低拒绝误动的可靠性继电保护设计的艺术在于在这些要求之间找到最佳平衡点，根据实际系统情况和保护对象特点，确定合理的保护方案和参数整定值，实现系统最佳保护效果选择性要求详解选择性定义选择性是指保护装置只动作切除故障元件，而不切除无故障的元件，以尽可能缩小停电范围，保证电力系统其他部分正常运行实现方法时间选择性利用动作时间差实现分级配合电流选择性基于电流大小的区域划分方向选择性根据功率流向确定故障区域电气量选择性利用特定电气量的变化特征重要意义减小停电范围，提高供电可靠性降低故障对系统的冲击，维持系统稳定缩短故障恢复时间，减少经济损失平衡考量提高选择性可能导致保护动作时间延长需要与速动性要求进行平衡选择备用保护和后备保护方案时尤为重要速动性要求详解10-50ms主保护动作时间现代微机保护的典型速动性指标，能够快速识别和隔离故障300ms临界稳定时间严重故障下系统稳定运行的最长允许故障持续时间100ms备用保护动作时间当主保护拒动时，备用保护介入的典型动作时间3ms最小延时设置保护配合中常用的最小时间延迟，避免保护装置同时动作速动性是衡量继电保护性能的关键指标之一故障持续时间越长，对设备的损害越大，对系统稳定性的威胁越严重现代电力系统对保护动作速度提出了越来越高的要求在超高压和特高压系统中，速动性尤为重要大电流短路故障会在极短时间内对设备造成热损伤，同时扰乱系统稳定运行提高保护速动性可以减少故障对系统的冲击，缩短电力中断时间，提高电能质量灵敏性要求详解可靠性要求详解动作可靠性拒绝误动可靠性评估与提高方法保证保护装置在故障条件下能够正确动保证在正常运行或非保护区域内故障可靠性评估采用统计分析和理论计算相作，切除故障这是继电保护最基本的时，保护装置不会误动作误动作可能结合的方法通过收集和分析保护装置要求，必须首先得到满足动作可靠性导致不必要的停电，造成严重的经济损的动作数据，计算可靠性指标，识别薄通常通过冗余设计、质量控制和定期试失和社会影响弱环节，有针对性地采取改进措施验来保证•主要影响因素抗干扰能力、整定余•硬件可靠性采用高质量元件，冗余•主要影响因素元件质量、环境条件量设计•提高措施合理整定、采用多条件闭•软件可靠性严格测试，防错设计•提高措施定期检查、预防性维护锁•系统可靠性多重保护，备用方案继电保护的分类方法按被保护对象分类按保护原理分类根据保护的电力设备类型进行分类基于不同的电气量测量和判断原理按实现技术分类按故障类型分类根据保护装置的技术实现方式针对不同故障和异常状态的保护继电保护系统根据不同维度可以进行多种分类这些分类方法从不同角度反映了继电保护的特点和应用范围，有助于系统性地理解和掌握继电保护技术体系在实际工程应用中，通常需要综合考虑多种分类维度，选择最适合的保护方案随着电力系统的发展和技术的进步，继电保护分类体系也在不断完善和扩展现代继电保护已经发展成为一个复杂的技术体系，涵盖了多种原理、多种技术和多种应用场景按被保护对象分类发电机保护发电机是电力系统中最重要的设备之一，其保护包括定子绕组短路保护、转子绕组接地保护、失磁保护、过负荷保护等多种类型由于发电机的重要性和特殊性，其保护方案通常较为复杂全面变压器保护变压器保护主要包括差动保护、过电流保护、瓦斯保护等变压器差动保护需要考虑变压器的特性，如励磁涌流、变比差异等因素变压器保护方案设计需要综合考虑多种故障类型和运行状态输电线路保护输电线路是电力系统中最容易发生故障的部分，其保护主要包括距离保护、纵联差动保护、过电流保护等由于线路长度和复杂性，其保护配置需要考虑多种因素，如线路长度、重要性、通信条件等按保护原理分类电流保护基于电流幅值或相位变化检测故障的保护类型包括过电流保护、速断保护、反时限过电流保护等电流保护是最基本和应用最广泛的保护类型，适用于多种电力设备的保护电压保护基于电压幅值或相位变化检测故障的保护类型包括欠电压保护、过电压保护等电压保护通常作为主保护的补充，或用于特定异常状态的检测，如系统失压、电压不平衡等情况方向保护基于功率流向判断故障方向的保护类型通过测量电压和电流的相位关系，确定功率流向，从而判断故障位置方向保护在环网和双电源系统中特别有用，可以提高保护的选择性距离保护基于阻抗测量原理估算故障距离的保护类型通过计算故障点电压与电流的比值，得到反映故障距离的阻抗值距离保护广泛应用于输电线路保护，具有良好的选择性和速动性差动保护基于电流平衡原理检测内部故障的保护类型通过比较保护区域两端或多端的电流差值，判断是否存在内部故障差动保护具有绝对选择性，是变压器、母线、发电机等重要设备的主保护按故障类型分类保护类型针对故障主要应用设备保护原理短路保护各类短路故障全系统设备过电流、差动、距离过负荷保护设备过载状态发电机、变压器、热继电器、反时限线路接地保护单相接地故障中性点非直接接地零序电流、零序电系统压失步保护同步失去稳定发电机、联络线阻抗轨迹、功角测量过电压保护系统过电压全系统设备电压测量与比较按故障类型分类的保护装置各有特点和应用场景短路保护是最基本的保护类型，几乎所有电力设备都需要短路保护过负荷保护主要用于防止设备长期过载运行导致的热损伤接地保护在中性点非直接接地系统中尤为重要，可以检测出敏感的单相接地故障失步保护主要用于大型发电机和重要联络线路，防止系统失稳扩大过电压保护则是系统异常状态下的重要保障措施按实现技术分类1电磁式继电保护（）1900s-1960s基于电磁感应原理，结构简单，运行可靠，但体积大、精度低、功能单一这是第一代继电保护技术，奠定了继电保护的基础，许多基本原理至今仍在使用2静态式继电保护（）1960s-1980s采用晶体管和集成电路实现，体积小、精度高、功耗低，标志着继电保护进入电子时代静态式保护装置减少了机械部件，提高了可靠性和精度，但抗干扰能力有限3数字式继电保护（）1980s-2000s采用数字信号处理技术，具有自诊断、通信、记录等多种功能数字式保护装置标志着继电保护进入信息时代，大大提高了保护功能的灵活性和准确性4微机保护（至今）2000s基于微处理器和现代通信技术，实现了保护、测量、控制、通信的一体化，是当前主流技术微机保护装置具有强大的数据处理能力和网络功能，支持智能电网的发展需求第二章继电器的结构与原理继电器的基本结构继电器的工作原理继电器是继电保护系统的核心继电器工作原理基于电磁感元件，其基本结构包括测量元应、电动效应或电子效应，将件、比较元件和执行元件三大电气量的变化转化为机械运动部分这些元件共同协作，完或电信号输出当被测电气量成电气量的测量、判断和控制超过设定阈值时，继电器动功能，实现对电力系统的保作，发出控制信号，执行保护护功能继电器的主要类型根据技术实现方式，继电器可分为电磁式、感应式、静态式和数字式等类型不同类型继电器适用于不同场景，共同构成了继电保护技术的基础元件系统继电器的基本结构执行元件实现控制输出功能比较元件判断被测量是否超过整定值测量元件检测并转换电气参数辅助电源提供继电器工作所需能量继电器的基本结构反映了其工作流程和功能划分测量元件是继电器的感知系统，负责检测电气量变化并转换为内部信号；比较元件是判断系统，将测量结果与预设的整定值进行比较；执行元件是动作系统，根据比较结果输出控制信号现代继电器，特别是数字式和微机保护装置，这三大功能模块往往通过软件实现，界限不再那么明显，但基本功能和工作流程保持不变辅助电源为继电器提供稳定可靠的工作电源，确保其在系统异常时仍能正常工作继电器的工作原理输入量检测测量电流、电压、频率等电气量与整定值比较判断是否超过预设阈值逻辑判断根据保护逻辑进行决策输出控制发出跳闸或告警信号继电器的工作原理反映了一个完整的信息处理过程首先，继电器通过电流互感器、电压互感器等测量装置获取系统电气量信息，并转换为继电器内部可处理的信号然后，将这些信号与预先设定的阈值（整定值）进行比较，判断系统是否处于异常状态在判断系统状态的基础上，继电器根据内部逻辑关系做出决策，并通过输出触点或数字信号发出控制命令，驱动断路器等执行设备动作，实现对电力系统的保护现代数字继电器还具有信息记录、故障诊断、远程通信等附加功能电磁式继电器结构特点工作原理应用与局限电磁式继电器是最传统的继电器类型，电磁式继电器基于电磁感应原理工作电磁式继电器曾广泛应用于各类保护系结构简单，主要由铁芯、线圈、衔铁、当被测电流通过线圈时，产生与电流成统中，特别是过电流保护、欠电压保护触点等部分组成当线圈通电时，产生正比的磁场当磁场强度超过机械弹力等虽然现在已逐渐被新型继电器替电磁力吸引衔铁动作，带动触点闭合或时，衔铁被吸合，带动触点动作其动代，但在一些简单应用场景和低压控制断开，实现控制功能作特性与电流大小、机械弹力、触点间系统中仍有使用隙等因素有关•铁芯提供磁路•优点结构简单、工作可靠、成本低电磁式继电器的动作电流（或电压）可•线圈产生磁场通过调整弹簧力矩、改变线圈匝数或调•缺点体积大、功耗高、精度低、动•衔铁受磁力作用的可动部分整触点间隙来整定，具有一定的灵活作时间长•触点输出控制信号的接点性•维护要点定期检查触点、清洁灰尘、调整间隙感应式继电器结构特点感应式继电器主要由感应盘、磁路系统、制动弹簧和触点系统组成感应盘通常由铝或铜制成，安装在轴上可自由旋转磁路系统产生感应电流，使感应盘产生转矩制动弹簧提供反向力矩，与感应转矩平衡确定动作特性工作原理感应式继电器基于电磁感应原理工作当交流电流通过线圈时，在感应盘中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生转矩，驱动感应盘旋转当转矩超过弹簧反力矩时，感应盘旋转带动触点动作，完成控制功能时间特性感应式继电器的一个重要特点是具有可调的时间特性通过调整永久磁铁位置改变制动力矩，或调整触点位置改变转动角度，可以实现不同的时间延迟特性，适用于需要时间配合的保护系统应用场景感应式继电器主要应用于需要时间延迟的保护场合，如反时限过电流保护、定时限过电流保护等在电力系统分级保护配合中发挥重要作用，保证保护的选择性静态式继电器电子电路构成技术优势应用挑战静态式继电器以晶体管、静态式继电器具有体积静态式继电器对环境温度集成电路等电子元件为基小、重量轻、功耗低、动敏感，需要良好的散热和础，通过电子电路实现信作时间短、寿命长等优温度控制对电源质量要号处理和逻辑判断功能点它不受振动影响，抗求高，需要稳定的工作电与传统机械继电器相比，震性好，适合在恶劣环境源电磁兼容性是主要挑没有可动机械部件，可靠下使用精度高，可实现战，需要采取屏蔽和滤波性更高，响应速度更快复杂的保护功能和特性措施防止干扰典型产品KFX系列静态继电器是我国早期开发的典型产品，包括过流、零序、方向等多种保护功能DCL系列是后期改进型号，性能更稳定，功能更完善，曾广泛应用于中小型变电站数字式继电器数字信号处理技术数字式继电器采用数字信号处理技术，将模拟电气量转换为数字信号进行处理通过采样、滤波、傅里叶变换等算法，提取电气量的基波、谐波、相位等信息，实现高精度测量和分析数字处理技术大大提高了保护的准确性和可靠性软硬件结构硬件上，数字式继电器主要由模数转换器、微处理器、存储器、输入输出接口等组成软件上，包括操作系统、数据处理、保护算法、自诊断等模块软硬件结合，实现了传统继电器难以完成的复杂功能功能与特点数字式继电器具有多种保护功能集成、高精度测量、故障记录、自诊断、通信等特点可以实现复杂的保护逻辑和特性曲线，适应不同的系统要求远程监控和参数设置能力使运行维护更加便捷发展趋势数字式继电器向智能化、网络化、标准化方向发展人工智能算法的应用使保护决策更加智能；基于IEC61850等标准的通信使设备互操作性增强；云计算和大数据分析为保护系统优化提供了新思路第三章电流保护原理电流速断保护无时延快速动作保护定时限过电流保护固定时间延迟的保护反时限过电流保护电流越大动作越快的保护电流保护是最基本和应用最广泛的保护形式，基于故障时电流显著增大的特点它通过检测电流的变化来判断系统是否发生故障，并根据不同的时间特性实现不同的保护目标电流保护操作简单、原理清晰、应用灵活，是电力系统保护的重要组成部分电流保护可以根据时间特性分为无时限（速断）、定时限和反时限三种基本类型这三种类型各有特点，在实际应用中往往组合使用，形成多级电流保护，实现保护的选择性和可靠性，保障电力系统的安全运行过电流保护基本原理电流速断保护电流速断保护是无时限延迟的过电流保护，当检测到的电流超过整定值时立即动作它的主要特点是动作迅速，能在最短时间内切除故障，减少故障持续时间，保护设备免受损坏，维护系统稳定电流速断保护的整定原则是将整定值设置在最大通过短路电流之上，通常取最大通过短路电流的

1.2-

1.3倍由于短路电流随距离增加而减小，电流速断的保护范围通常只能覆盖线路长度的15%-25%尽管保护范围有限，但由于其速动性好，常作为线路和变压器的速动保护定时限过电流保护1工作原理定时限过电流保护在电流超过整定值后，延时固定时间再动作这种固定的时间延迟使得不同位置的保护装置可以通过时间配合实现选择性，是实现分级保护的重要手段整定原则电流整定值应大于最大负荷电流的

1.2-

1.5倍，小于最小短路电流的

0.8倍；时间整定需考虑与上下级保护的时间配合，通常相邻两级保护时间间隔为

0.3-

0.5秒，确保选择性动作保护范围由于采用固定的电流整定值，定时限过电流保护的保护范围同样受到短路电流随距离衰减的限制通常通过多级配合增加保护覆盖范围，形成完整的保护体系4应用场景定时限过电流保护广泛应用于辐射状配电网络中，作为线路、变压器的过负荷和短路保护在分级保护系统中，它通常与电流速断保护配合使用，形成多级保护方案反时限过电流保护反时限特性原理特性曲线类型整定与应用反时限过电流保护的核心特点是动作时根据IEC标准，反时限特性曲线主要分反时限过电流保护的整定包括电流整定间与电流大小成反比关系电流越大，为值和时间系数两个参数电流整定值一保护动作时间越短；电流越小，动作时般取最大负荷电流的

1.2-

1.5倍；时间系数•标准反时限特性（SIT）α=

0.02，间越长这种特性使得靠近故障点的保则根据与其他保护的配合要求确定适用于一般配电网络护动作更快，远离故障点的保护动作较反时限保护特别适用于慢，自然形成了保护配合•极反时限特性（EIT）α=

2.0，短路电流变化大的系统•短路电流变化范围大的系统反时限特性可以通过数学公式表示•甚反时限特性（VIT）α=

1.0，适用•需要与熔断器配合的系统于电流变化较大的场合t=K×T/[I/Is^α-1]•设备过负荷保护（热过负荷特性）•长反时限特性（LIT）α=

1.0，时间其中t为动作时间，K为时间系数，T为特•有多级保护配合要求的系统常数较大，用于特殊应用性常数，I为故障电流，Is为启动电流，α为特性指数第四章距离保护原理基本概念距离保护是一种基于阻抗测量原理的保护方式，通过测量故障点阻抗（电压与电流的比值）来判断故障位置由于阻抗与距离成正比，因此可以根据测得的阻抗值估算故障点到保护装置的电气距离阻抗测量距离保护通过测量线路的电压和电流，计算阻抗值Z=U/I故障时，这个阻抗值近似等于从保护安装点到故障点的线路阻抗，从而可以判断故障是否发生在保护区域内保护区域距离保护通常划分为多个保护区域（段），每个区域对应不同的阻抗整定值和动作时间通过区域的合理设置，可以实现保护的选择性，协调不同位置保护装置的动作主要优势与过电流保护相比，距离保护的保护范围受系统运行方式影响较小，灵敏度更高，选择性更好特别适合用于输电线路保护，能够实现快速、可靠的故障隔离距离保护的基本概念距离与阻抗关系测量原理与过电流保护比较在输电线路中，线路的阻抗与长度成正距离保护通过测量故障点的电压U和电流与过电流保护相比，距离保护的主要优势比例如，一条铝导线架空线路的阻抗约I，计算阻抗Z=U/I在故障条件下，这个在于其保护范围基本不受系统运行方式和为

0.3-

0.4欧姆/公里当线路发生故障阻抗值近似等于从保护安装点到故障点的短路容量变化的影响即使系统结构发生时，从保护装置到故障点的阻抗与实际距线路阻抗通过将计算得到的阻抗值与预变化，只要线路本身参数不变，距离保护离成比例关系，这为通过测量阻抗来判断设的阻抗整定值比较，判断故障是否在保的保护效果基本保持不变，这使得距离保故障距离提供了理论基础护范围内护特别适合复杂网络中的线路保护阻抗继电器原理阻抗测量方法阻抗平面特性利用电压与电流的比值计算故障点阻抗在复平面上表示保护动作区域的边界2数字实现技术阻抗继电器类型通过算法和数字处理实现阻抗计算阻抗型、电抗型、导纳型等不同特性阻抗继电器是距离保护的核心元件，负责计算故障点阻抗并与整定值比较传统的感应式阻抗继电器通过电磁力的平衡实现阻抗测量，而现代数字式阻抗继电器则通过数字信号处理技术计算阻抗值在复平面上，不同类型阻抗继电器有不同的特性曲线阻抗型继电器的特性是以原点为中心的圆；电抗型继电器特性是垂直于实轴的直线；导纳型继电器特性是通过原点的直线这些不同特性适用于不同的应用场景，可以根据系统需求选择合适的阻抗继电器类型距离保护的区域划分一段保护（速动区）一段保护是距离保护的第一级保护，其整定范围通常为本线路长度的80%-90%，动作时间最短，通常为瞬时动作或极短时间延迟（如

0.05秒）一段保护的主要目的是快速切除本线路内的大部分故障，保护线路和相关设备，维护系统稳定二段保护（延时区）二段保护的整定范围覆盖本线路全长及邻接线路的部分长度，通常为本线路长度的120%-150%二段保护设置一定的时间延迟（如

0.3-

0.5秒），主要用于覆盖一段保护无法覆盖的线路末端区域，并作为相邻线路一段保护的备用保护三段保护（后备区）三段保护的整定范围更大，通常覆盖本线路全长及相邻线路的全部或大部分长度三段保护时间延迟更长（如

0.8-

1.2秒），主要作为远距离故障的后备保护，在前方多级保护拒动的情况下提供保护支持距离保护的特点与应用选择性与速动性平衡距离保护通过多段区域设置，实现了选择性与速动性的良好平衡一段保护快速切除本线路内大部分故障，二段和三段保护提供延时后备保护，形成完整的保护体系这种分段保护策略既保证了故障切除的速度，又确保了保护动作的选择性系统运行方式影响虽然距离保护比过电流保护受系统运行方式影响小，但仍然存在一些影响因素，如中间电源效应、负荷影响、并联线路互感效应等这些因素可能导致测量阻抗误差，影响保护的准确性和可靠性在实际应用中需要考虑这些影响并采取相应的补偿措施交流输电线路应用距离保护是交流输电线路的主要保护方式，尤其适用于双电源系统和复杂网络中的线路保护高压和超高压输电线路通常采用多套距离保护作为主保护和后备保护，确保保护的可靠性距离保护还可以与其他保护方式（如纵联差动保护）配合使用，形成完整的线路保护系统发展趋势现代距离保护向智能化、自适应方向发展通过先进的信号处理算法，提高故障检测和定位的准确性；通过自适应技术，根据系统运行状态自动调整保护参数；通过广域信息和同步相量测量技术，实现更精确的距离保护功能人工智能技术的应用也为距离保护带来了新的发展机遇第五章差动保护原理纵联差动保护比率差动保护高阻差动保护基于电流平衡原理，比较考虑制动因素的差动保利用高阻抗原理实现的差保护区域两端的电流差护，通过比率制动特性提动保护，对外部故障时CT值，是一种绝对选择性保高保护的稳定性广泛应饱和具有良好的稳定性护纵联差动需要通信信用于变压器、发电机等设常用于母线保护和小容量道传输电流信息，适用于备的保护，能有效应对励设备保护，结构简单，可重要线路的主保护磁涌流等非故障情况靠性高应用场景差动保护广泛应用于变压器、发电机、母线、电动机等重要设备的保护作为主保护，具有响应速度快、选择性好、灵敏度高等优点，是现代电力系统不可或缺的保护方式纵联差动保护原理纵联差动保护是基于电流平衡原理的一种保护方式，其核心思想是比较保护区域两端的电流差值根据基尔霍夫电流定律，在正常运行或外部故障时，进入保护区域的电流总和应等于流出保护区域的电流总和；而当保护区域内发生故障时，这一平衡关系被破坏，产生明显的差流纵联差动保护需要通信信道传输电流信息，早期采用导线回路或载波通道，现代系统多采用光纤通信通信信道的可靠性直接影响保护的可靠性，因此通常采用冗余设计和监测措施纵联差动保护具有绝对选择性，只对区内故障响应，对区外故障稳定，是输电线路的理想主保护比率差动保护原理高阻差动保护原理高阻原理与低阻差动比较适用场景与整定高阻差动保护的核心思想是在差动回路与低阻差动保护相比，高阻差动保护有高阻差动保护特别适用于中串入高阻抗元件（通常是高阻抗继电以下特点•母线保护多分支系统器或高阻抗电压继电器），使得在外部•结构更简单，只需一个高阻抗继电器•小容量变压器保护故障时，即使某个CT饱和，也不会导致保护误动作•发电机绕组保护•对CT饱和有更好的稳定性•CT性能一致的系统当外部故障发生且某个CT饱和时，饱和•不需要复杂的制动特性设计CT的二次电流减小，导致差动回路中出高阻差动保护的整定主要包括电压整定•对CT性能一致性要求较高现不平衡电流由于差动回路中的高阻值的计算，需要考虑最大外部故障电抗，这一不平衡电流将产生高电压，迫•仅适用于单端多分支系统流、CT特性、二次回路阻抗等因素通使电流流向饱和CT的支路，而不是通过常采用保守整定原则，确保外部故障不高阻抗继电器，从而避免误动作误动作差动保护的应用场景变压器差动保护变压器差动保护需要考虑变压器的特殊性，如变比差异、相位移位、励磁涌流等因素现代变压器差动保护通常采用比率制动特性，并结合谐波制动或闭锁功能，有效防止励磁涌流引起的误动作变压器差动保护是大型变压器的主保护，具有高速度、高灵敏度和绝对选择性母线差动保护母线差动保护基于母线处各支路电流的代数和为零的原理母线差动保护可采用低阻或高阻方式，其中高阻方式因其简单可靠，在母线保护中应用广泛母线差动保护需要特别注意CT饱和问题，通常采用特殊的判据和闭锁逻辑，提高保护的稳定性发电机差动保护发电机差动保护主要用于检测发电机定子绕组的相间短路故障发电机作为电力系统中最重要的设备之一，其保护方案通常较为全面，差动保护是其主保护之一发电机差动保护通常采用百分比制动特性，并设置适当的启动电流，以避免正常运行时的误动作线路纵差保护线路纵差保护通过比较线路两端的电流，检测线路内部故障线路纵差保护需要通信信道传输电流信息，现代系统多采用数字通信技术，如光纤通信线路纵差保护具有速度快、选择性好的特点，是重要输电线路的理想主保护第六章方向保护原理方向元件原理功率方向判断通过电压电流相角关系判断功率流向不同接线方式下的方向判断技术零序方向保护方向过电流保护针对单相接地故障的专用保护结合方向判断与电流保护的复合保护方向保护是基于功率流向判断的保护类型，它通过测量电压和电流的相位关系，确定功率流向，从而判断故障位置方向保护能够区分故障是发生在保护装置的前方还是后方，大大提高了保护的选择性，特别适用于环网系统和双电源系统方向元件是方向保护的核心部件，负责判断功率流向它通常与其他保护元件（如过电流元件）配合使用，形成方向过电流保护等复合保护形式现代数字保护装置中，方向判断功能通过数字算法实现，具有更高的精度和可靠性方向元件的工作原理电压电流相位关系方向元件通过比较电压和电流的相位关系来判断功率流向在交流电路中，功率方向与电压电流相位差有关当相位差在-90°到+90°之间时，功率方向为正（从母线流向线路）；当相位差在+90°到+270°之间时，功率方向为负（从线路流向母线）判别原理方向元件本质上是一个相位比较器，它将电流（或由电流得到的量）与参考电压（极化量）进行相位比较通过比较两者的相位关系，确定功率流向方向元件的基本判据为I×U×cosφ-φ00，其中φ是电压电流相位差，φ0是特性角结构与类型根据工作原理不同，方向元件可分为电磁式、感应式、静态式和数字式等类型电磁式和感应式方向元件通过机械力的作用判断方向；静态式方向元件利用电子电路实现相位比较；数字式方向元件则通过数字算法计算电压电流相位关系整定特性方向元件的主要整定参数是特性角φ0，它决定了方向元件的最大灵敏度角特性角的选择需要考虑线路阻抗角和可能的故障类型对于输电线路，通常选择特性角为45°~75°；对于零序方向元件，特性角则根据系统接地方式确定功率方向的判断方法°接线方式9090°接线是最常用的方向元件接线方式，它使用与电流相差90°的线电压作为参考电压例如，A相电流IA与线电压UBC配合使用这种接线方式的优点是参考电压与故障电流始终保持足够的相角差，即使在故障点电压降低的情况下也能可靠工作°接线方式3030°接线使用与电流相差30°的合成电压作为参考电压例如，A相电流IA与合成电压UAB-

0.577UCA配合使用这种接线方式的特点是对故障类型不敏感，无论是相间故障还是相地故障，都能保持良好的方向判断性能，但对电压互感器的要求较高数字式方向元件数字式方向元件通过数字信号处理技术实现功率方向判断它采集电压电流采样值，通过傅里叶变换提取基波分量，计算相位关系，并与特性角比较，判断功率方向数字式方向元件可以根据故障类型自动选择最合适的判据，具有更高的适应性和准确性方向过电流保护复合逻辑判据方向与电流条件同时满足才动作整定原则电流整定与方向特性角分别确定环网应用解决双电源系统选择性问题方向过电流保护是将方向元件和过电流元件结合使用的一种复合保护形式它的判据是电流超过整定值且功率方向为正同时满足才动作这种复合逻辑使保护具有方向选择性，只对特定方向的故障响应，大大提高了保护的选择性方向过电流保护特别适用于环网系统和双电源系统，这类系统中故障电流可能从任意方向流入，单纯的过电流保护难以实现选择性通过引入方向判断，可以确保保护只对本线路故障动作，而对相邻线路故障保持稳定在实际应用中，方向过电流保护通常与其他保护方式配合使用，形成完整的保护体系零序方向保护接地方式零序电流特点零序电压特点保护整定建议小电阻接地较大，稳定较小电流灵敏度高，电压闭锁消弧线圈接地很小，不稳定较大，稳定电压灵敏度高，无功分量判据高阻接地很小很大电压启动，小电流灵敏检测直接接地很大较小电流灵敏度高，方向不敏感零序方向保护是专门用于检测单相接地故障的方向性保护它利用零序电流和零序电压的相位关系判断接地故障的方向零序电流通过电流互感器的零序连接或零序电流互感器获得；零序电压则通过电压互感器的开口三角形绕组或计算得到零序方向保护的整定需要考虑系统接地方式，不同接地方式下零序电量的特性差异很大例如，在小电阻接地系统中，零序电流较大且稳定，可以作为主要判据；而在消弧线圈接地系统中，零序电流很小且主要是电容性分量，需要采用特殊的判据，如无功分量法零序方向保护通常与其他保护配合使用，形成完整的接地故障保护体系第七章数字化继电保护技术发展历程数字信号处理微机保护装置智能电网保护从最初的电磁式继电器到现代数字信号处理是数字保护的核微机保护装置采用微处理器为智能电网对保护技术提出了新微机保护，继电保护技术经历心技术，通过采样、滤波、变核心，集成了保护、测量、控的要求广域保护、自适应保了电磁、静态、数字和智能四换等算法提取电气量特征，为制、通信等多种功能标准化护、基于同步相量的保护等新个发展阶段每一次技术革新故障判断提供准确依据数字的硬件平台和模块化的软件设技术不断涌现，人工智能在保都带来了保护性能的质的飞处理技术的应用大大提高了保计使微机保护具有良好的灵活护中的应用也逐渐增多，继电跃护的精度和可靠性性和扩展性保护正朝着更智能的方向发展数字化保护的发展历程1970s技术萌芽计算机技术首次应用于继电保护实验研究1980s技术突破首批数字化继电保护装置实现商业化应用1990s快速发展微机保护广泛应用，功能不断完善2000+智能化阶段网络化、集成化、智能化成为主要趋势数字化保护技术的发展是计算机技术与电力系统保护理论相结合的产物20世纪70年代，随着微处理器技术的兴起，数字保护的理论研究开始起步80年代初，第一代数字保护装置进入商业应用，但功能有限，主要用于简单的线路保护90年代是数字保护技术快速发展的时期，微机保护装置得到广泛应用，功能和性能不断提高进入21世纪，随着数字信号处理技术、通信技术和计算机技术的进步，数字保护进入了智能化阶段现代数字保护不仅具备传统保护功能，还集成了测量、控制、通信、故障录波等多种功能，成为智能变电站的核心设备数字信号处理在保护中的应用自适应保护技术故障识别与判断逻辑自适应保护是数字保护的高级应用，滤波算法与谐波分析基于处理后的数字信号，保护装置通它能根据系统运行状态自动调整保护数据采集与转换A/D原始采样数据往往包含噪声和谐波成过特定算法识别故障类型和位置常参数通过实时监测系统参数变化，数字保护首先需要将模拟电气量转换分，需要通过数字滤波提取有用信用的故障识别算法包括阻抗计算、差如网络拓扑、负载水平、故障特性为数字信号这一过程通过电压/电息常用的滤波算法包括FIR滤波动比较、序分量分析等故障判断逻等，自适应地修改整定值或保护策流互感器、信号调理电路和模数转换器、IIR滤波器、小波变换等傅里辑则基于预设的保护原理和整定值，略，提高保护的适应性和可靠性器完成现代数字保护装置通常采用叶变换是最常用的谐波分析方法，可综合多种条件做出保护动作决策16位或24位ADC，采样频率为600-以提取信号的基波、谐波分量，为故4800Hz，以确保信号转换的精度和障判断提供依据时效性微机保护装置的结构组成存储系统输入输出接口存储系统包括程序存储器输入接口包括模拟量输入（CT/PT）和（ROM/Flash）和数据存储器开关量输入；输出接口主要是继电器触（RAM/EEPROM）程序存储器存放点输出，用于控制断路器和发出信号保护算法和操作系统；数据存储器用于现代微机保护还配备多种通信接口，如处理器系统运行时数据处理和参数存储；非易失性RS-

485、以太网等，支持远程监控和人机交互系统存储器保存整定值和事件记录数据交换处理器是微机保护的核心，负责数据处人机交互系统通常包括LCD显示屏、键理和逻辑判断现代微机保护通常采用盘或触摸屏，用于参数设置、状态显示高性能DSP或ARM处理器，有些装置和操作控制现代微机保护还提供Web采用双处理器结构，分别负责保护计算界面，支持通过浏览器远程访问和操和人机界面，提高系统可靠性作，提高了运维的便捷性智能电网中的保护技术展望广域保护与控制自适应保护策略广域保护是基于同步相量测量技术（PMU）的新型保护方式，它利用来自电网自适应保护是根据系统实时状态自动调整保护参数和策略的技术它能够感知多个点的同步测量数据，实现对整个系统的全局监视和保护与传统的局部保系统运行方式变化、负荷水平变化、故障特性变化等因素，动态优化保护性护相比，广域保护具有更全面的系统视角，能够应对复杂的系统性故障，如级能自适应保护特别适用于含有大量分布式电源的现代电网，能够应对电网拓联故障、系统振荡等扑和功率流向的频繁变化人工智能应用新能源并网保护人工智能技术在继电保护中的应用方兴未艾机器学习算法可用于故障特征提大规模新能源并网对传统保护提出了新挑战风电、光伏等新能源具有间歇取、故障类型识别、故障位置定位等任务；深度学习在复杂信号处理和模式识性、波动性、低短路容量等特点，传统保护方式难以适应针对新能源并网系别中展现出强大潜力；专家系统和模糊逻辑在保护决策和自诊断方面有广阔应统，需要开发新型保护原理和方法，如低电压穿越保护、负序电流保护、功率用前景变化率保护等，确保新能源安全并网运行实验与实践部分继电器特性测试实验通过实验设备测量不同类型继电器的动作特性，包括电磁式继电器的动作电流与返回电流比、时间继电器的动作时间特性、中间继电器的动作逻辑等学生将学习如何正确连接测试电路，调整实验参数，记录和分析测试数据，加深对继电器工作原理的理解保护装置整定实践学习实际保护装置的参数整定方法，包括过电流保护整定计算、距离保护区域划分、差动保护比率特性设置等通过整定计算软件和保护装置操作界面，掌握保护参数的输入和修改方法，理解整定值对保护性能的影响，培养实际工程应用能力故障模拟与分析利用电力系统故障模拟装置，模拟各类故障情况，观察保护装置的动作响应记录故障波形和保护动作序列，分析保护装置的动作正确性和时间特性通过反复实验和分析，培养学生故障诊断和保护性能评估的实际能力总结与展望课程回顾系统掌握继电保护基本原理与技术技术趋势数字化、网络化、智能化发展方向学习方法3理论与实践结合，持续深入研究未来展望新技术驱动继电保护与智能电网协同发展本课程系统介绍了电力系统继电保护的基本原理、主要类型和技术特点，从传统的电磁式继电器到现代的数字化保护装置，全面覆盖了继电保护技术的发展历程和应用实践学生通过理论学习和实验实践，已经掌握了继电保护的核心知识和基本技能未来，随着电力系统向更大规模、更复杂结构和更智能化方向发展，继电保护技术也将面临新的挑战和机遇人工智能、大数据、云计算等新技术将与传统保护理论深度融合，催生新型保护理念和方法希望同学们在此基础上继续深入学习，跟踪技术前沿，为电力系统的安全稳定运行和智能电网建设贡献力量。