繼電保護原理

1、繼電保護原理第一章 概述第二章 互感器及變換器第三章 電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護第一章 概述 本章主要介紹繼電保護的任務(wù)和對它的基本要求以及構(gòu)成繼電保護的基本原理，還介紹了與繼電保護相關(guān)的幾個基本概念，如故障、不正常運行狀態(tài)、事故以及它們的特點。 要掌握好對繼電保護的基本要求，即所謂的“四性”選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。其中最重要的是可靠性，而選擇性是關(guān)鍵、靈敏性則必須足夠高，速動性要達到必要的程度。“四性”是設(shè)計、分析與評價繼電保護裝置是否先進。實用和完善的出發(fā)點和依據(jù)。一、一、 電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)和作用電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)和作用 1、電力系統(tǒng)的故障及不正常運行狀態(tài) 電力系統(tǒng)在運行

2、中，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運行狀態(tài)。最常見同時也是最危險的故障是各種類型的短路，其中包括相間短路和接地短路。此外，還可能發(fā)生輸電線路斷線，旋轉(zhuǎn)電機、變壓器同一相繞組的匝間短路等，以及由上述幾種故障組合而成的復(fù)雜故障。 電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，可能產(chǎn)生下列嚴重后果： （1）數(shù)值較大的短路電流通過故障點時，引燃電弧，使故障設(shè)備損壞或燒毀。 （2）短路電流通過非故障設(shè)備時，產(chǎn)生發(fā)熱和電動力，使其絕緣遭受到破壞或縮短設(shè)備使用年限。 （3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)電壓值大幅度下降，將破壞電能用戶正常工作或影響產(chǎn)品質(zhì)量。 （4）破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，從而使事故擴大，甚至

3、使整個電力系統(tǒng)瓦解。 電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞時，但沒有發(fā)生故障，這種情況屬于不正常工作狀態(tài)。例如，因負荷超過供電設(shè)備的額定值引起的電流升高，稱為過負荷，就是一種常見的不正常工作狀態(tài)。在過負荷時，使電氣元件載流部分和絕緣材料溫度升高而過熱，加速絕緣材料老化和損壞，并有可能發(fā)展成故障。此外，系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額而引起的頻率降低，發(fā)電機突然甩負荷而產(chǎn)生的過電壓，以及電力系統(tǒng)振蕩等，都屬于不正常運行狀態(tài)。 電力系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的程度，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備損壞

4、。 系統(tǒng)事故的發(fā)生，除自然條件的因素（如遭受雷擊等）以外，一般都是由設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計和安裝的錯誤。檢修質(zhì)量不高或運行維護不當引起的；因此，應(yīng)提高設(shè)計和運行水平，并提高制造與安裝質(zhì)量，這樣可能大大減少事故發(fā)生的幾率。但是不可能完全避免系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)的發(fā)生，故障一旦發(fā)生，故障量將以近似于光速影響其他非故障設(shè)備，甚至引起新的故障。為防止系統(tǒng)事故擴大，保證非故障部分仍能可靠地供電，并維持電 力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求迅速有選擇性地切除故障元件。切除故障的時間有時要求短到十 分之幾秒到百分之幾秒，顯然，在這樣短的時間內(nèi)，由運行人員發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，并將故障設(shè) 備切除是不可能的。只有借助于安裝在

5、每一個電氣設(shè)備上的自動裝置，即繼電保護裝置，才 能實現(xiàn)。 2、繼電保護裝置 繼電保護裝置是指安裝在被保護元件上，反應(yīng)被保護元件故障或不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置最初是以機電式繼電器為主構(gòu)成 的，現(xiàn)代繼電保護裝置則已發(fā)展成以電子元件或微型計算機或可編程序控制器為主構(gòu)成?！袄^電保護”一詞泛指繼電保護技術(shù)或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。 3、繼電保護裝置的基本任務(wù) 繼電保護裝置的基本任務(wù)是： （ 1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，并保證其他無故障元件迅速恢復(fù)正常運行。 （2）反應(yīng)電氣元件不正常運行情況，

6、并根據(jù)不正常運行情況的種類和電氣元件維護條件，發(fā)出信號，由運行人員進行處理或自動地進行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運行會引起事故的電氣元件予以切除。反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置允許帶有一定的延時動作。 （3）繼電保護裝置還可以和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。 綜上所述，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性。繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全和可靠運行的重要技術(shù)措施之一。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，如果沒有繼電保護裝置，就無法維持電力系統(tǒng)的正常運行。二、

7、對繼電保護的基本要求二、對繼電保護的基本要求 動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四條基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性，現(xiàn)分別說明如下。 1選擇性 選擇性是指繼電保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)中非故障元件仍然繼續(xù)運行，盡量縮小停電范圍。 圖所示為單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)，母線 A、B、C、D代表相應(yīng)變電所，斷路器1 QF-8QF都裝有繼電保護裝置P1P8。 當k1點短路時，應(yīng)由距短路點k1最近的保護裝置P1動作，1QF跳閘，將故障線路WL5切除，變電所D停電。當K3點發(fā)生短路時，保護裝置P7和P5動作，7QF和5QF跳閘，切除故障線路WL1，變電所B仍可由線路WL2繼

8、續(xù)供電。由此可見，繼電保護有選擇性動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷向用戶供電. 對繼電保護動作有選擇性的要求，同時還必須考慮繼電保護裝置或斷路器由于自身故障等原因而拒絕動作（簡稱拒動）的可能性，因而需要考慮后備保護的問題。如圖所示， 當k4點短路時，應(yīng)由繼電保護裝置P4動作，將故障線路WL4切除，但由于某種原因，保護裝置P4拒動，此時可由保護裝置P3動作，將故障切除。保護裝置P3這種作用稱為相鄰元件的后備保護，由于按上述方式構(gòu)成的后備保護在遠處實現(xiàn)，故又稱為遠后備保護。同理，保護P7-P8也可以作為保護P3的后備保護。 一般地，把反映被保護元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護裝置稱

9、為主保護，而把在主保護系統(tǒng)失效時備用的保護裝置稱為后備保護。 在復(fù)雜的高壓電力系統(tǒng)中，如果實現(xiàn)遠后備保護有困難，則可采用近后備保護方式。即當本元件的主保護拒動時，由本元件另一套保護裝置作為后備保護。當斷路器拒絕動作時，由同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)有關(guān)斷路器動作，實現(xiàn)后備保護。為此，在每一元件上裝設(shè)單獨的主保護和后備保護，并裝設(shè)設(shè)備的斷路器失靈保護。由于這種后備保護作用是在保護安裝處實現(xiàn)，故又稱它為近后備保護。由于遠后備保護是一種完善的后備保護方式，它對相鄰元件的保護裝置、斷路器、二次回路和直流電源引起的拒動，均能起到后備保護作用，同時它的實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，因此應(yīng)優(yōu)先采用。只有當遠后備保護不能滿足要求時

10、，才考慮采用近后備保護方式。2速動性 快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下的工作時間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時，應(yīng)力求保護裝置能迅速動作，切除故障。 動作迅速而同時又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價格也比較貴。在一些情況下，允許保護裝置帶有一定時限切除發(fā)生故障的元件。因此，對繼電保護速動性的具體要求，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及被保護元件的具體情況來確定。下面列舉一些必須快速切除的故障： (1）根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，必須快速切除高壓輸電線路上發(fā)生的故障。 (2）使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值（一般為07倍額定電

11、壓）的故障。 (3）大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機內(nèi)部發(fā)生的故障。 (4）l10kV線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障等。 (5）可能危及人身安全，對通信系統(tǒng)有強烈電磁干擾的故障等。 故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。一般快速保護的動作時間為006012s已最快的可達002004s； 一般斷路器動作時間為006015s，最快的有002006s。 3靈敏性 繼電保護的靈敏性是指對于保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或非正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應(yīng)該是在事先規(guī)定的保護范圍內(nèi)部發(fā)生故障時，不論短路點的位置，短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能敏銳感覺，

12、正確反應(yīng)。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)（Ksen）來衡量，它決定于被保護元件和電力系統(tǒng)的參數(shù)和運行方式。在繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（DL400-1991） 中，對各類保護的靈敏系數(shù)的要求都做了具體規(guī)定。4可靠性 保護裝置的可靠性是指在其規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動作，而在任何其他該保護不應(yīng)該動作情況下，則不應(yīng)該錯誤動作。 繼電保護裝置誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)造成嚴重的危害。但提高其不誤動的可靠性和不拒動的可靠性措施常常是互相矛盾的。由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負荷性質(zhì)的不同，誤動和拒動的危害程度有所不同。因而提高保護裝置可靠性的重點在不同情況下有所不同。例如，

13、當系統(tǒng)中有充足的旋轉(zhuǎn)備用容量（熱備用）輸電線路很多、各系統(tǒng)之間以及電源與負荷之間聯(lián)系很緊密時，若繼電保護裝置發(fā)生誤動作使某發(fā)電機、變壓器或輸電線路切除，給電力系統(tǒng)造成的影響可能不大；但如果發(fā)電機、變壓器或輸電線路故障時繼電保護裝置拒動，將會造成設(shè)備損壞或破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行，造成巨大損失。在此情況下，提高繼電保護不拒動的可靠性比提高不誤動的可靠性更加重要。反之，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量較少，以及各系統(tǒng)之間和電源與負荷之間的聯(lián)系比較薄弱時，繼電保護裝置發(fā)生誤動使某發(fā)電機，變壓器或某輸電線路切除，將會引起對負荷供電的中斷，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，造成巨大損失；而當某一保護裝置拒動時，其后備保護仍可以動作，并

14、切除故障。在這種情況下，提高保護裝置不誤動的可靠性比提高其不拒動的可靠性更為重要。由此可見，提高保護裝置的可靠性要根據(jù)電力系統(tǒng)和負荷的具體情況采取適當?shù)膶Σ摺?許多學(xué)者稱不誤動的可靠性為“安全性”，稱不拒動和不會非選擇性動作的可靠性為“可信賴性”安全性和可信賴性屬于可靠性的兩個方面。為提高可信賴性可采取二中取一的雙重化方案，但此方案降低了安全性。為同時提高可信賴性和安全性（例如大容量發(fā)電機組的保護）可采用三中取二的雙重化方案或雙倍的二中取一雙重化方案。 可靠性主要針對保護裝置本身的質(zhì)量和運行維護水平而言，一般來說，保護裝置的組成 元件的質(zhì)量越高，接線越簡單，回路中繼電器的觸點數(shù)量越少，保護裝置

15、的可靠性就越高。 同時，正確的設(shè)計和整定計算，保證安裝、調(diào)整試驗的質(zhì)量，提高運行維護水平，對于提高 保護裝置的可靠性也具有重要作用。對于一個確定的保護裝置在一個確定的系統(tǒng)中運行而 言，在繼電保護的整定計算中用可靠系數(shù)來校核是否滿足可靠性的要求。在國家或行業(yè)制定的繼電保護運行整定計算規(guī)程中，對各類保護的可靠性系數(shù)都做了具體規(guī)定。 以上四條基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎(chǔ)，也是貫穿全課程的一個基本線索。在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。繼電保護的科學(xué)研究、設(shè)計、制造和運行的絕大部分工作是圍繞著如何處理好四條基本要求之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系而進行的。 選擇繼電保護方式時除應(yīng)滿足上

16、述四條基本要求，還應(yīng)考慮經(jīng)濟條件。應(yīng)從國民經(jīng)濟的整體利益出發(fā)，按被保護元件在電力系統(tǒng)中的作用和地位來確定其保護方式，而不能只從保護裝置本身投資考慮，因為保護不完善或不可靠而給國民經(jīng)濟造成的損失，一般都超過即使是復(fù)雜的保護裝置的投資。但要注意對較為次要的數(shù)量多的電氣元件（如小容量的電動機等），則不應(yīng)裝設(shè)過于復(fù)雜和昂貴的保護裝置。 三、 繼電保護的工作原理、構(gòu)成及分類 1、繼電保護的原理 為了完成繼電保護所擔(dān)負的任務(wù)，要求它能正確區(qū)分電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)與故障狀態(tài)或不正常運行狀態(tài)。因此，可根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)前后電氣物理量變化特征為基礎(chǔ)構(gòu)成繼電保護裝置。 電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電

17、氣量變化的主要特征如下： （1）電流增大。短路時故障點與電源之間的電氣元件上的電流，將由負荷電流值增大到大大超過額定負荷電流。 （2）電壓降低。系統(tǒng)發(fā)生相間短路或接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值均下降，且越靠近短路點，電壓下降越多，短路點電壓最低可降至零。 （3）電壓與電流之間的相位角發(fā)生改變。正常運行時，同相的電壓與電流之間的相位角即負荷的功率因數(shù)角，一般約為200、 三相金屬性短路時，同相電壓與電流之間相位角即阻抗角，對于架空線路，一般為6085；而在反方向三相短路時，電壓與電流之間相位角為180十（6085）。 （4）測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即為測量點（保護安裝處）電壓與電

18、流相量之比值，即Z。以線路故障為例，正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗為線路阻抗；故障后測量阻抗模值顯著減小，而阻抗角增大。 （5）出現(xiàn)負序和零序分量。正常運行時，系統(tǒng)只有正序分量；當發(fā)生不對稱短路時，將出現(xiàn)負序分量和零序分量。 （6）電氣元件流入和流出電流的關(guān)系發(fā)生變化。對任一正常運行的電氣元件，根據(jù)基爾霍夫定律，其流入電流應(yīng)等于流出電流，但元件內(nèi)部發(fā)生故障時，其流入電流不再等于流出電流。 利用故障時電氣量的變化特征，可以構(gòu)成各種作用原理的繼電保護。例如，根據(jù)短路故障時電流增大，可構(gòu)成過流保護和電流速斷保護；根據(jù)短路故障時電壓降低，可構(gòu)成低電壓保護和電壓速斷保護；根據(jù)短路

19、故障時電流與電壓之間相角的變化可構(gòu)成功率方向保護；根據(jù)電壓與電流比值的變化，可構(gòu)成距離保護；根據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化，可構(gòu)成差動保護；高頻保護則是利用高頻通道來傳遞線路兩端電流相位、大小和短路功率方向信號的一種保護；根據(jù)不對稱短路故障出現(xiàn)的相序分量，可構(gòu)成靈敏的序分量保護。這些繼電保護既可以作為基本的繼電保護元件，也可以通過它們做進一步邏輯組合，構(gòu)成更為復(fù)雜的繼電保護，例如，將過流保護與方向保護組合，構(gòu)成方向電流保護。 此外，除了反映各種工頻電氣量的保護原理外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護，如超高壓輸電線路的行波保護和反應(yīng)非電氣量的電力變壓器的氣體（瓦斯）保護、過熱保護等。

20、對于反應(yīng)電氣元件不正常運行情況的繼電保護，主要根據(jù)不正常運行情況時電壓和電流變化的特征來構(gòu)成。2、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成 （1）繼電保護裝置的分類 電力系統(tǒng)繼電保護是從電力系統(tǒng)自動化中獨立出來的，因此，繼電保護實際上是一種自動控制裝置，以控制過程信號性質(zhì)不同可分為模擬型和數(shù)字型兩大類。20世紀80年代前應(yīng)用的常規(guī)繼電保護裝置都屬于模擬型的，20世紀80年代后發(fā)展的微機繼電保護則屬于數(shù)字型的。這兩類繼電保護裝置的基本原理是相同的，但實現(xiàn)方法及構(gòu)成卻有很大不同。模擬型繼電保護裝置又分為機電型繼電保護裝置和靜態(tài)型繼電保護裝置。 1）機電型繼電保護裝置。該保護裝置由若干個不同功能的機電型繼電器組成。

21、機電型繼電器基于電磁力或電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生機械動作原理制成，只要加入某種物理量或加入的物理量達到某個規(guī)定數(shù)值時，它就會動作。其動合（常開）觸點閉合，動斷（常閉）觸點斷開，輸出信號。 每個繼電器都由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個主要部分組成。感受元件用來測量控制量（如電壓、電流等）的變化，并以某種形式傳送到比較元件；比較元件將接收到的控制量與整定值進行比較，并將比較結(jié)果的信號送到執(zhí)行元件；執(zhí)行元件執(zhí)行繼電器動作輸出信號的任務(wù)。繼電器按動作原理可分為電磁型、感應(yīng)型和整流型等；按反應(yīng)的物理量可分為電流、電壓、功率方向、阻抗繼電器等；按繼電器在保護裝置中的作用可分為主繼電器（如電流、電壓、阻抗繼電器等

22、）和輔助繼電器（如中間繼電器、時間繼電器和信號繼電器等）。由于這些繼電器都具有機械可動部分和觸點，故稱它們?yōu)闄C電型繼電器，由這類繼電器組成的保護裝置稱為機電型繼電保護。 2）靜態(tài)型繼電保護裝置。該裝置是應(yīng)用晶體管或集成電路等電子元件實現(xiàn)的，由若干個不同功能的回路（如測量、比較或比相、觸發(fā)、延時、邏輯和輸出回路）相聯(lián)結(jié)所組成。具有體積小、重量輕、消耗功率小、靈敏性高。動作快和不怕震動、可實現(xiàn)無觸點等優(yōu)點。 （2）繼電保護裝置的構(gòu)成 1）模擬型繼電保護裝置。這種保護裝置的構(gòu)成種類很多，就一般而言，它們都是由測量回路、邏輯回路和執(zhí)行回路三個主要部分組成。其原理框圖如圖所示。測量回路的作用是測量與被保

23、護電氣元件工作狀態(tài)有關(guān)物理量的變化，如電流、電壓變化，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生了短路故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)；邏輯部分的作用是當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)測量回路的輸出信號進行邏輯判斷，以確定保護裝置是否應(yīng)該動作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)信號；執(zhí)行回路作用是執(zhí)行邏輯回路的判斷結(jié)果，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖或指示不正常運行情況的信號。 2）數(shù)字型的微機繼電保護。這種保護裝置是把被保護元件輸入的模擬電氣量經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）變換成數(shù)字量，利用計算機進行處理和判斷。微機繼電保護裝置由硬件部分和軟件部分組成。微機保護硬件部分原理接線圖如圖所示。 被保護元件的模擬量（交流電壓、電流）經(jīng)電流互感器TA和電壓互感器

24、TV進入到微 機繼電保護的模擬量輸入通道。由于需要同時輸入多路電壓或電流（如三相電壓和三相電流），因此要配置多路輸入通道。在輸入通道中，電量變換器將電流和電壓變成適用于微保護用的低電壓量（510），再由模擬低通濾波器（ALF）濾除直流分量、低頻分和高頻分量及各種干擾波后，進人采樣保持電路（SH），將一個在時間上連續(xù)變化的模量轉(zhuǎn)換為在時間上的離散量，完成對輸入模擬量的采樣。通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）將多個輸入電氣量按輸入時間前后分開，依次送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入計算機系統(tǒng)進行運算處理，判斷是否發(fā)生故障，通過開關(guān)量輸出通道輸出，經(jīng)光電隔離電路送到出口繼電器發(fā)出跳閘脈沖給斷路器

25、跳閘繞組YR，使斷路器跳閘，切除系統(tǒng)故障部分。 人機接口部件的作用是建立起微機型保護與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對裝置進行人工操作，調(diào)試和得到反饋信息。外部通信接口部件的作用是提供計算機局域通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)絡(luò)的信息通道。 軟件部分是根據(jù)保護工作原理和動作要求編制計算程序，不同原理的保護其計算程序不同。微機保護的計算程序是根據(jù)保護工作原理的數(shù)學(xué)模型即數(shù)學(xué)表達式來編制的。這種數(shù)學(xué)模型稱為計算機繼電保護的算法。通過不同的算法可以實現(xiàn)各種保護功能。各類型保護的計算機硬件和外圍設(shè)備是通用的，只要計算程序不同，就可以得到不同原理的保護。而且計算機根據(jù)系統(tǒng)運行方式改變能自動改變動作的整定值，使保護具有

26、更大的靈敏性。保護用計算機有自診斷能力，不斷地檢查和診斷保護本身的故障，并及時處理，大大地提高了保護裝置的可靠性，并能實現(xiàn)快速動作的要求。 電力系統(tǒng)繼電保護根據(jù)被保護對象不同，分為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的繼電保護和輸電線路的繼電保護。前者是發(fā)電機，變壓器、母線和電動機等元件的繼電保護，簡稱為元件保護；后者是指電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)中輸電線路的繼電保護，簡稱為線路保護。 按作用不同，繼電保護又可分為主保護、后備保護和輔助保護。 繼電保護裝置需要有操作電源供給保護回路、斷路器合閘及信號等二次回路，按操作電源性質(zhì)不同，可分為直流操作電源和交流操作電源。在發(fā)電廠和變電所中繼電保護的操作電源是由蓄電池直流系統(tǒng)

27、供電；交流操作電源的繼電保護只適用于中小型變電所。 第二章 互感器和變換器 互感器包括電壓互感器（TV）和電流互感器（TA）, 是一次電路和二次電路的聯(lián)絡(luò)元件，用以分別向測量儀表、繼電器的電壓繞組和電流繞組供電，正確反應(yīng)電氣元件的正常運行和故障情況。 互感器的作用是，將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈返臉藴实牡碗妷海?00V）和小電流（1A或5A），使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜，便于屏內(nèi)安裝。并將二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人員的人身安全。 為了使互感器提供的二次電流和電壓進一步減小，以適應(yīng)弱電元件（如電子元件）的要求，可

28、采用輸入變換器（U），同時，輸入變換器還擔(dān)負著在二次回路與繼電保護裝置內(nèi)部電路之間實行電氣隔離和電磁屏蔽的作用，以保障人身安全及保護裝置內(nèi)部弱電元件的安全，減小來自高壓設(shè)備對弱電元件的干擾。一、一、 電流互感器電流互感器 1、電流互感器的工作原理 目前電力系統(tǒng)廣泛采用的是鐵芯不帶氣隙的電磁式電流互感器（簡稱為電流互感器）。 它的工作原理同變壓器相似。其特點是一次繞組直接串聯(lián)在一次電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次繞組的電流大小無關(guān)。電流互感器二次繞組所接儀表及繼電器的電流繞組的阻抗很小，所以在正常情況下，在近乎于短路狀態(tài)下運行。 電流互感器采用減極性

29、標注的方法，即同時從一二次繞組的同極性段通入相同方向的電流時，它們在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相同。當從一次繞組的極性端通入電流時，二次繞組中感應(yīng)出的電流從極性端流出，以極性端為參考，一二次電流方向相反，因此稱為減極性標準。 2、.電流互感器的簡單分類 根據(jù)用途電流互感器一般可分為保護用和計量用兩種。兩者的區(qū)別在于計量用互感器的精度要相對較高，另外計量用互感器也更容易飽和，以防止發(fā)生系統(tǒng)故障時大的短路電流造成計量表計的損壞。 根據(jù)對暫態(tài)飽和問題的不同處理方法，保護用電流互感器又可分為P類和TP類。P（protection，保護）類電流互感器不特殊考慮暫態(tài)飽和問題，僅按通過互感器的最大穩(wěn)態(tài)短路電流選用

30、互感器，可以允許出現(xiàn)一定的穩(wěn)態(tài)飽和，而對暫態(tài)飽和引起的誤差主要由保護裝置本身采取措施防止可能出現(xiàn)的錯誤動作行為（誤動或拒動）。TP（transient protection，暫態(tài)保護）類電流互感器要求在最嚴重的暫態(tài)條件下不飽和，互感器誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，以保證保護裝置的正確動作。 3、電流互感器的誤差 電流互感器的誤差就是說的它的準確等級（測量精度），一般有0.2，0.5，1.0，0.2S，0.5S，5P，10P等。帶S的是特殊電流互感器，要求在1120負荷范圍內(nèi)精度足夠高，一般取5個負荷點測量其誤差小于規(guī)定的范圍；0.2，0.5等一般就是測量線圈，要求誤差20120負荷范圍內(nèi)精度足夠高，一般取

31、4個負荷點測量其誤差小于規(guī)定的范圍（誤差包括比差和角差，因為電流是矢量，故要求大小和相角差），而5P，10P的電流互感器一般用于接繼電器保護用，即要求在短路電流下復(fù)合誤差小于一定的值，5P即小于5，10P即小于10；所以電流互感器根據(jù)用途規(guī)定了不同的準確度，也就是不同電流范圍內(nèi)的誤差精度。4、電流互感器的極性和常用接線方式 （1）電流互感器一次和二次繞組引出端都標有極性符號，一次繞組L1為首端、L2為尾端；一次繞組K1為首端、K2為尾端；通常用“”符號表記在L1、K1端，表示它們是同極性端電流互感器的接線方式 （2）電流互感器的接線方式是指電流互感器的二次繞組與電流繼電器的接線方式。目前通常采

32、用的有三相完全星形接線，兩相兩繼電器的不完全星形接線、兩相單繼電器的兩相電流差接線。5、電流互感器使用注意事項 （1）電流互感器在工作時其二次側(cè)不允許開路。當電流互感器二次繞組開路時，電流互感器由正常短路工作狀態(tài)變?yōu)殚_路狀態(tài)，二次繞組將感應(yīng)產(chǎn)生很高數(shù)值的尖頂波電動勢，其數(shù)值可達幾千伏甚至上萬伏，危及工作人員安全和儀表，繼電器的絕緣。由于磁通猛增，使鐵芯嚴重飽和，引起鐵芯和繞組過熱。此外，還可能在鐵芯中產(chǎn)生很大剩磁，使互感器的特性變壞，增大誤差。因此，電流互感器嚴禁二次側(cè)開路運行，這時對從事繼電保護的工作人員必須十分注意。為此，電流互感器二次繞組必須牢靠地接在二次設(shè)備上，當必須從正在運行的電流互

33、感器上拆除繼電器時，應(yīng)首先將其二次繞組可靠的短路，然后才能拆除繼電器。 （2）電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地。一端必須接地是為了防止一、二次繞組絕緣擊穿時，一次側(cè)高電壓竄人二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全。 （3）電流互感器在連接時，要注意其端子的極性。在安裝和使用電流互感器時，一定要注意端于極性，否則二次側(cè)所接儀表，繼電器中流過的電流不是預(yù)想的電流，甚至?xí)鹗鹿?。如不完全星形接線中，C相K1、KZ如果接反，則中性線中電流不是相電流，而是相電流的3倍，可能使電流表燒壞。 二、電壓互感器二、電壓互感器 電壓互感器主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器兩種。 1、電磁電壓式互感器的工作原理和一般

34、電力變壓器一樣，不同的容量較小，要用其二次電壓準確地反映一次電壓，因此要求變比誤差要小。二次側(cè)所接測量儀表和繼電器的電壓繞組，其阻抗值很大，故電壓互感器近于空載運行。 2、電壓互感器的接線方式 電壓互感器在三相電路中有四種常見接線方式。 （1）一個單相電壓互感器的接線，供儀表、繼電器的繞組接于一個線電壓。 （2）兩個單相電壓互感器接成VV形，如圖所示，供儀表、繼電器接于三相三線制電路的各個線電壓。這種接線方式用于中性點不直接接地或經(jīng)消弧繞組接地的小接地電源電網(wǎng)中，這種裝置二次總輸出容量為兩臺單相電壓互感器容量之和3/2倍。 （3）三臺單相電壓互感器接成星形接線，如圖所示。電壓互感器的變比 ，

35、供電給要求線電壓的儀表、繼電器，并供電給接相電壓的絕緣監(jiān)視電壓表。由于小接地電流的電網(wǎng)發(fā)生單相金屬性接地短路時，非故障相的電壓升高到線電壓，所以絕緣監(jiān)視電壓表不能接入按相電壓選擇的電壓表，否則在發(fā)生單相接地時會損壞電壓表。 （4）三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五柱式三繞組電壓互感器接成星形和開口三角形接線，如圖所示。接成星形的二次繞組；供電給需要線電壓的儀表、繼電器及作為接相電壓的絕緣監(jiān)視用的電壓表，輔助二次繞組接成開口三角形，構(gòu)成零序電壓過濾器，供給監(jiān)視回路的絕緣電壓繼電器。在三相電路正常運行時，開口三角兩端的電壓接近于零。當某一相接地短路時，開口三角兩端將出現(xiàn)100V的零序電壓，使繼電

36、器動作，發(fā)出預(yù)告信號。1 NU100100/333VV3、電壓互感器使用注意事項 （1）電壓互感器在工作時其二次不允許短路。電壓互感器同普通電力變壓器一樣，二次側(cè)如發(fā)生短路，將產(chǎn)生很大短路電流燒壞互感器。因此電壓互感器一次、二次繞組必須裝設(shè)熔斷器以進行短路保護。 （2）電壓互感器二次側(cè)有一端必須接地。這是為了防止一、二次側(cè)接地時，一、二次繞組絕緣擊穿時，一次側(cè)的高壓竄人二次側(cè)危及人身和設(shè)備的安全。 (3）電壓互感器在連接時，也要注意其端子的極性。我國規(guī)定單相電壓互感器一次繞組端子標以A、X，二次繞組端子標以a、x。A與a為同極性端。三相電壓互感器按照相序，一次繞組端子分別標以A、X、B、Y、C

37、、Z；二次繞組端子分別為a、x、b、y、c、z。這里A與a、B與b、C與c各為相對應(yīng)的同極性端。 4、電容式電壓互感器工作原理及暫態(tài)過程 電容式電壓互感器（CVT）用于110500kV中性點直接接地電力系統(tǒng)中，它是利用分壓原理實現(xiàn)電壓變換的，在超高壓電容式電壓互感器中，還需要一個電磁式電壓互感器將電容分壓器輸出的較高電壓進一步變換成二次額定電壓，并實現(xiàn)一次電路與二次電路之間的隔離。三、變換器 常用的測量變換器有電壓變換器（UV），電流變換器（UA），電抗變換器（UX）。四、對稱分量濾過器 系統(tǒng)正常運行時，僅有正序分量存在，只有在不對稱故障時，才出現(xiàn)負序分量或同時出現(xiàn)負序分量和零序分量。利用負序

38、分量和零序分量構(gòu)成反應(yīng)序分量的保護，可以避開負荷電流，提高保護的靈敏性，避開了系統(tǒng)振蕩，可將三相輸出，綜合為單相輸出，使保護簡化。反應(yīng)對稱分量的保護裝置必須使用對稱分量濾過器，對稱分量濾過器的作用是從系統(tǒng)電壓和電流中濾出所需要的對稱分量。在繼電保護裝置中所用的對稱分量濾過器有正序電壓，電流濾過器。負序電壓，電流濾過器，零序電壓，電流濾過器，復(fù)合電壓，電流濾過器。 各種濾過器的輸入量為三相電壓或電流，輸出量為電壓或電流的相應(yīng)分量。 分析時，可認為濾過器中各元件是線性的，輸入量中各對稱分量之間相互無影響，故可通過移相和相量加減等措施消去要濾去的對稱分量。實現(xiàn)濾過作用，這是設(shè)計濾過器的基本方法。 1

39、、零序電流濾過器 零序電流濾過器由三臺相同型號和相同變比的電流互感器構(gòu)成。零序電流濾過器的電流為三相電流之和。 2、零序電壓濾過器3、負序電壓濾過器 負序電壓濾過器輸出電壓與輸入電壓中的負序分量成正比，根據(jù)輸出電壓相數(shù)分為單項式負序電壓濾過器和三相式負序電壓濾過器兩種（1）單項阻容式負序電壓濾過器（2）三相負序電壓濾過器第三章 繼電保護原理 一、電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護 二、同步發(fā)電機的繼電保護 1、無時限電流速斷保護 輸電線路發(fā)生短路故障時，其主要特征是電流增大、電壓降低，利用這兩個特點可以構(gòu)成電流保護和電壓保護。根據(jù)電流整定值選取的原則不同，電流保護可分為無時限電流速斷保護。帶時限電流速

40、斷保護和定時限過流保護三種。 無時限電流速斷保護的工作原理及整定計算根據(jù)電網(wǎng)對繼電保護的要求，可以使電流保護的動作不帶時限（只有繼電器本身固有動作時間）構(gòu)成瞬動保護。為了保證動作的選擇性，采取動作電流接躲過被保護線路外部短路時最大短路電流來整定。這種保護裝置稱為無時限電流速斷保護。 無時限電流速斷保護又稱為第I段電流保護或瞬動I段電流保護。其工作原理如圖。電流速斷保護裝設(shè)在單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)各線路的電源側(cè)。在線路上任一點發(fā)生三相短路時，通過被保護元件的短路電流為 式中 Eph系統(tǒng)相電動勢； Xs歸算到保護安裝處系統(tǒng)的等值電抗； Xl線路單位長度正序電抗，/km； L短路點至保護安裝處的距離，k

41、m。(3)1phksEIXX l 當短路點從線路末端逐漸向變電所A母線移動時，由于l逐漸減小，短路電流 則逐漸增大。根據(jù)式可做出不同地點短路時，通過保護裝置短路電流的曲線，如圖所示。曲線1表示在系統(tǒng)最大運行方式下，短路點從線路末端移向變電所A母線時，通過保護裝置l的三相短路電流 的變化曲線；曲線2表示在系統(tǒng)最小運行方式下，線路短路點從末端移向變電所A母線時，通過保護裝置l的兩相短路電流 的變化曲線。(3)kI(3),maxkI(2),maxkI 為了保證選擇性，在相鄰下一級線路出口處k1點短路時，線路WL1上的無時限電流速斷保護不應(yīng)動作。因此，速斷保護l的動作電流應(yīng)大于在最大運行方式下k1點三

42、相短路時流過被保護元件的短路電流，由于相鄰線路WL2的首端k1點的短路電流和線路WL1末端k2點短路電流值相等，因此，保護1的動作電流；可按大于最大運行方式下線路末端k2點短路時流過被保護元件的短路電流來整定，即(3)112,maxIIopkekIKI 式中 電流保護第1段可靠系數(shù)，一般取1213； 系統(tǒng)最大運行方式下，線路末端k2點三相短路時，一次側(cè)暫態(tài)短路電流周期 分量有效值，即 。1IkeK(3)2,maxkI(3)2kI 2、帶時限電流速斷保護 由于無時限電流速斷保護不能保護線路全長，其保護范圍外的故障必須由另外的保護來切除。為了保證速動性的要求，用盡可能短的時限來切除該部分的故障。可

43、以增設(shè)第二套保護即II段電流速斷保護。為了獲得選擇性，第II段電流速斷保護必須帶時限，以便和相鄰的I段電流速斷保護相配合，通常所帶時限只比無時限電流速斷保護大一個或兩個時限級差t，所以稱它為帶時限電流速斷保護，即用時限來躲過相鄰下一元件無時限電流速斷保護的快速動作；它的保護范圍不超過相鄰線路I段或II段電流保護范圍，即它的動作電流值要躲過相鄰元件I段或II段電流保護的動作值。 帶時限電流速斷保護的工作原理和整定計算可用圖說明。假設(shè)線路WL1I和WL2分別裝有帶時限電流速斷保護和無時限電流速斷保護1和2，在變電所B降壓變壓器上裝設(shè)無時限電流速斷保護（差動保護）。 保護1和2的無時限電流速斷保護動

44、作電流值分別為 和 ，保護范圍分別為 和 。保護1帶時限電流速斷保護比保護2無時限電流速斷保護多一個t時限，可以實現(xiàn)選擇性，而保護1和2的帶時限電流速斷保護的時限相同。為了保證動作的選擇性，要求保護 1帶時限電流速斷的動作電流應(yīng)躲過保護 2無時限電流速斷保護范圍末端的最大短路電流來整定，即保護1的II段電流保護范圍不超過保護2的I段電流保護范圍。保護1的II段動作電流可用下式計算,1IopI,2IopI1Ipl2Ipl112IIIIIopreopIKI 式中： 保護1帶時限電流速斷保護（第II級）動作電流值； 可靠系數(shù)，不用考慮非周期分量的影響，取1.11.15； 保護2的無時限電流速斷保護（

45、第I段）動作電流值。1IIopI1IIreK2Io pI 3、定時限過流保護 定時限過流保護（簡稱過流保護） 即電流保護的第段。它是指其動作電流按躲過最大負荷電流來整定，并以時限來保證動作的選擇性。電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，則能反映電流增大而動作。它不僅能保護本條線路全長，而且也能保護相鄰線路的全長。不僅可作本級線路的近后備保護，還可以作相鄰線路的遠后備保護。 （1）過電流保護的原理 圖所示為單側(cè)電源輻射型電網(wǎng)中過流保護的配置。圖中，過流保護裝置l、2、3分別設(shè)置在線路WL1、WL2和WL3的電源側(cè)。每套保護要保護本級線路和由該線路直接供電的變電所母線。若在線路WL3上k1點發(fā)生短路，短路電流將由電

46、源經(jīng)過線路WL1、WL2、WL3流經(jīng)k1點。假如短路電流大于各級保護裝置的動作電流，則三套保護裝置將同時啟動，但是根據(jù)保護裝置選擇性的要求，應(yīng)該只有距故障點k1點最近的保護裝置3動作，使斷路器3 QF跳閘，切除故障。而保護裝置l、2則應(yīng)在故障切除后立即返回。所以要求各保護裝置整定時限不同，越靠近電源側(cè)時限越長。 保護3位于電網(wǎng)最末端，只要線路WL3故障，它可以瞬時動作切除，所以t3即為保護裝置本身固有動作時間，對保護2要保證k1點短路動作時的選擇性，則應(yīng)整定時限 t2t3，引入時限階段t，則保護2的動作時限為t2t3t。保護2的時限確定后，當k2點短路時，它將以t2時限切除故障。此時，為了保證

47、保護l動作的選擇性，必須整定t1t2；引入t以后，則 t1t2t。依此類推，一般情況下，對于幾段線路過流保護，其動作時限可按下式整定計算，即。 t2=t3+t t1=t2+t tn=t(n+1),max+t 式中t(n+1),max指相鄰下級母線具有分支電路，其分支電路保護中時間最長的時限。 電流保護時限特性如圖所示。這種選擇保護裝置動作時限的方法稱為選擇時限的階梯原則。這種過流保護動作時間與電流大小無關(guān)，因而稱其為定時限過流保護。 如果故障越靠近電源側(cè)，則短路電流越大，而電流保護的動作切除故障的時間越長，這是定時限過流保護的主要缺點。所以在電網(wǎng)電流保護中采用電流速斷或帶時限電流速斷保護作本級

48、線路的主保護，采用過流保護做本級線路近后備保護，作為相鄰線路的遠后備保護。但在處于電網(wǎng)絡(luò)末端附近的保護裝置（如保護3），其過流保護動作時限不長，因此在這種情況下可以作本級線路的主保護兼后備保護，而不必裝設(shè)電流速斷和帶時限的電流速斷保護。 （2）過流保護的整定計算 為保證保護元件通過最大負荷電流時，過流保護不誤動作，并且外部故障切除后能可靠返回。過流保護的動作電流必須滿足下面兩個條件： 1）過流保護的動作電流 必須大于流過被保護線路在正常運行時的可能最大負荷電流 ，即IIIopI,maxLI 2）過電流保護的返回電流 必須大于外部短路故障切除后，流過被保護線路的自啟動電流 ，即。 式中 電動機自

49、啟動系數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負荷性質(zhì)確定，一般取1.53。, m a xI I Io pLIIreI,maxssssLIK Ir eIs sIs sK 4、電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護 當系統(tǒng)運行方式變化較大時，線路的無時限電流速斷保護的范圍可能很小，甚至沒有保護區(qū)，帶時限電流速斷的靈敏性也可能不滿足要求。為了在不延長保護動作時間的情況下提高保護的靈敏性，增加保護范圍，可以采用電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護。 （1）電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護通常有低電壓閉鎖過電流保護。 （2）電壓、電流聯(lián)鎖速斷保護的整定原則與無時限電流速斷保護一樣，按躲過線路末端短路故障來整定。通常為了使保護在某一主要運行方式下有較大的保護范圍

50、，保證裝置按某一主要運行方式下電流元件和電壓元件保護范圍相等的條件來進行整定計算。 5、電流、電壓保護的評價和應(yīng)用 （1）選擇性 無時限電流速斷保護是依靠動作電流的整定獲得選擇性的，過流保護主要依靠選擇動作時間的方法獲得選擇性，而帶時限電流速斷保護則同時依靠選擇動作電流和動作時間的方法來獲得選擇性。 上述三種電流保護用于單側(cè)電源輻射形電網(wǎng)時，一般能滿足電力系統(tǒng)對選擇性的要求。當它們用于兩側(cè)電源輻射形電網(wǎng)或單側(cè)電源環(huán)形電網(wǎng)絡(luò)時，則不能保證動作的選擇性要求。 （2）快速性 無時限電流速斷保護和電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護沒有人為的延時，只有保護裝置中繼電本身固有動作時間（0.060.1s），所以動作是快速的。限時電流速斷保護的動作