第1页：课程封面
电力系统继电保护原理（Protection Principle of Power System）课程封面。
第2页：主要教材及参考书
主要教材及参考书：
- 张保会、尹项根．电力系统继电保护．北京：中国电力出版社，2005
- 孙国凯等．电力系统继电保护原理．北京：中国水利水电出版社，2002
- 贺家李、宋从矩．电力系统继电保护原理．北京：水利电力出版社，1994
- 王维俭．电力系统继电保护基本原理．北京：清华大学出版社，1991
第3页：第1章 绪论 章节目录
第1章 绪论
- 第1节 电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态
- 第2节 继电保护的基本原理及其组成
- 第3节 对继电保护的基本要求
- 第4节 继电保护发展简史
第4页：电力系统运行状态
第1节 电力系统正常工作状态
- 电力系统运行状态
- 指电力系统在不同运行条件下系统和设备的工作状况。
电力系统的运行条件一般可用三组方程描述：一组微分方程描述系统元件及其控制的动态规律，两组代数方程分别构成电力系统运行的等式约束和不等式约束条件。
第5页：等式与不等式约束条件
- 等式约束条件
- 由电能性质本身决定：系统发出的有功功率和无功功率应在任一时刻与系统中随机变化的负荷功率（含传输损耗）相等。
- 不等式约束条件
- 涉及供电质量和设备安全运行的参数，应处于安全运行的范围内。
根据不同的运行条件，电力系统运行状态可分为正常状态、不正常状态和故障状态；运行控制的目的就是通过人工和自动控制，使系统尽快摆脱不正常和故障状态，长时间保持在正常状态运行。
第6页：正常运行状态
正常运行状态下，电力系统所有的等式和不等式约束条件均满足：
- 系统以足够的电功率满足负荷对电能的需求；
- 各母线电压和频率均在允许偏差范围内，提供合格的电能；
- 发电、输电和变电设备保持一定备用容量，可满足负荷随机变化需要并实现经济运行。
第7页：故障和不正常运行状态
所有等式约束满足、部分不等式约束不满足而又不是故障的工作状态，称为不正常工作状态。
- 不正常运行状态：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。
- 电力系统的故障：三相短路、两相短路、单相短路接地、两相短路接地、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。
第8页：故障后果与事故定义
发生故障可能引起的后果：
- 故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏；
- 设备中通过短路电流时产生的热和电动力使其缩短使用寿命；
- 电压降低破坏用户工作的稳定性或影响产品质量，破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡甚至使整个系统瓦解。
事故：指系统全部或部分正常运行遭到破坏，造成对用户停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等。
第9页：继电保护装置及其任务
- 继电保护装置
- 反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
基本任务：
- 发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。
- 对不正常运行状态，为保证选择性一般要求保护经过一定延时，根据运行维护条件动作于发出信号（减负荷或跳闸），并能与自动重合闸相配合。
第10页：第2节 继电保护的基本原理
第2节 继电保护的基本原理及其组成
为完成继电保护的基本任务，必须：
- 区分电力系统的正常、不正常和故障三种运行状态；
- 甄别发生故障和出现异常的元件；
- 寻找电力元件在这三种状态下可测参量的差异。
第11页：继电保护的基本原理
继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。
- 利用基本电气参数的区别。
- 利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别。
- 不对称分量是否出现。
- 反应非电气量的保护。
第12页：基本电气参数的区别
1、利用基本电气参数的区别：发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护。
- 电流保护：反映电流的增大而动作。
- 低电压保护：反应于电压的降低而动作。
- 距离保护：反应于短路点到保护安装处之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。
第13页：两侧电流相位的差别
2、利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位的差别：
- 规定电流的正方向是从母线流向线路。
- 正常运行和线路 AB 外部故障时，A、B 两侧电流大小相等、相位相差 180°。
- 当线路 AB 内部短路时，A、B 两侧电流一般大小相等、相位相等。
据此可构成各种差动原理的保护，如纵联电流差动保护、纵联相差保护等。
第14页：不对称分量是否出现
3、不对称分量是否出现：
- 电气元件正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；
- 发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。
因此根据这些分量是否存在可构成零序保护和负序保护，此类保护装置具有良好的选择性和灵敏性。
第15页：反应非电气量的保护
4、反应非电气量的保护：
- 反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；
- 反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。
第16页：继电保护装置的组成
继电保护装置的组成：一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。
- 测量部分
- 测量被保护元件工作状态的物理量，并与已给的整定值进行比较，判断保护是否应该起动。
- 逻辑部分
- 根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序等，使保护装置按一定的逻辑程序工作。
- 执行部分
- 根据逻辑部分送出的信号，最后完成保护装置所担负的任务，如发出信号、跳闸或不动作等。
第17页：工作回路：正常状态
继电保护的工作回路——正常状态：
- 一次设备通过的电流为负载电流，二次电流小于动作值；
- 电流继电器 KA 不动作，其接点不闭合，保护不动作；
- 回路构成：电流互感器 → 电流继电器 KA → 时间继电器 KT → 中间继电器 KM → 断路器跳闸线圈 YT。
第18页：工作回路：切除故障
继电保护的工作回路——短路故障时：
- 流过一次设备的电流激增，KA 流过的二次电流大于 KA 动作值；
- KA 接点闭合，时间继电器 KT 得电；
- KT 触点闭合，中间继电器 KM 线圈得电，其触点闭合；
- 断路器 QF 的跳闸线圈 YT 得电，跳闸切除故障。
第19页：第3节 四项基本要求
第3节 对继电保护的基本要求：电力系统对继电保护提出四项基本要求。
本节依次讲解四项要求的含义与相互制约关系，它们是分析研究继电保护的基础线索。
第20页：选择性
一、选择性（Selectivity）：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。
- 只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障；
- 力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用。
第21页：选择性配合示例
保护动作配合示例：
不同短路点保护动作与后备跳闸配合| 短路点 | 主保护动作 | 拒动时的后备动作 |
|---|
| d1 点短路 | 保护 1 和保护 2 动作，1QF、2QF 跳闸 | 若保护 2 或 2QF 拒动，保护 3 动作于 3QF 跳闸 |
|---|
| d2 点短路 | 保护 5 动作，5QF 跳闸 | 若保护 5 或 5QF 拒动，保护 1 和保护 3 动作于 1QF、3QF 跳闸 |
|---|
| d3 点短路 | 保护 6 动作，6QF 跳闸 | 若保护 6 或 6QF 拒动，5QF 跳闸 |
|---|
第22页：主保护与后备保护
- 主保护
- 能有选择性地快速切除全线故障的保护。
- 后备保护
- 当故障线路的主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护。
- 近后备保护
- 作为本线路主保护的后备保护。
- 远后备保护
- 作为下一条相邻线路主保护或开关拒跳的后备保护。
第23页：速动性
二、速动性（Speed）：尽可能快地切除故障。短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。
第24页：灵敏性与灵敏系数
三、灵敏性（Sensitivity）：对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力，通常用灵敏系数 Klm 衡量，灵敏系数越大灵敏度越高。
- 过量继电器：灵敏系数 = 保护范围内故障时测量值 / 保护整定值
- 欠量继电器：灵敏系数 = 保护整定值 / 保护范围内故障时测量值
说明：原页公式排版中分子分母位置交错，此处按继电保护通用定义整理为上述两种计算式。
第25页：可靠性
四、可靠性（Reliability）：对继电保护性能的最根本要求，包括安全性和信赖性。
- 安全性
- 要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不误动。
- 信赖性
- 要求继电保护在规定的动作范围内发生了属于它应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。
不同电力系统结构不同、电力元件在系统中位置不同，误动和拒动危害程度不同，因而不同情况下侧重点有所不同。
第26页：基本要求之间的关系
以上四个基本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件分别进行协调。
这四个基本要求是分析研究继电保护的基础，也是贯穿全课程的一个基本线索；应根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足相应的要求。
第27页：第4节 继电保护发展简史
第4节 继电保护技术发展简史：继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的。
- 20 世纪 50 年代及以前：差不多都是用电磁型的机械元件构成；
- 随后陆续推广整流型元件和由半导体分立元件组成的装置；
- 70 年代以后：集成电路构成的继电保护装置得到广泛运用；
- 80 年代：微型机在继电保护装置中逐渐应用。
随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断提高。
第28页：保护原理的演进
继电保护技术发展简史——保护原理演进：
- 最初熔断器，难以实现选择性；
- 电压、电流保护；
- 环网、多源网中方向电流、电压保护，受系统运行方式影响，难以满足选择性、灵敏性、速动性；
- 距离保护，单端测量方式难以保证快速跳闸；
- 差动保护，长距离难以实现；
- 高频保护。
第29页：复习思考题
复习思考题：
- 在电力系统中继电保护的任务是什么？
- 继电保护的基本原理有哪些？都是怎样构成的？
- 电力系统对继电保护的基本要求是什么？什么叫选择性、速动性、灵敏性和可靠性？
- 何谓主保护、后备保护？何谓远后备保护、近后备保护？
- 继电保护装置由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
