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电力系统继电保护第一章 绪论1、电力系统的组成电力系统是由发电机、变压器、输电线路、配电线路、负荷等一次设备和继电保护、安全自动控制装置、测量仪表、通信系统等二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统。2、电力系统运行状态电力系统运行有三种状态：正常运行状态、不正常运行状态、故障状态。(1)正常运行状态。指电压、电流、频率(转速)在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态。(2)不正常运行状态。指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏，但未出现故障的状态，比如像过负荷。(3)故障状态。通常指各种类型的短路和断线，包括各相导体之间或者导体对地的不正常连接、三相或者某相开断。3、电力系统发生短路故障后，总伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小和电压与电流之间相位角变化。4、电力系统中，故障是不可避免的。电力系统的故障包括短路故障和断线故障。(1)短路故障包括是各种类型的短路，即三相短路、两相短路、单相接地短路或单相短路及两相接地短路或两相短路。(2)断线故障包括单相断线、两相断线和三相断线。注1：电力系统各种短路故障中，单相短路故障最多，三相短路故障产生的后果最为严重。注2：相线俗称火线，三相就是三个火线，他们电压相等，频率相当，但是相序不同。5、继电保护与继电保护装置是不同概。6、继电保护分类(1)按保护对象分类为：发电机保护、变压器保护、输电线路保护、母线保护、电动机保护、电容器保护。(2)按故障分类为：相间短路保护、匝间短路保护、接地短路保护。(3)按功能分类为：主保护、后备保护(近后备保护、远后备保护)。(4)按原理分类为：差动保护、过电流保护、过电压保护、阻抗保护(距离保护)、零序频率保护。7、继电保护的基本任务或作用：自动、迅速、有选择地将故障设备切除；反映不正常状态，而发出报警信号、减负荷或者跳闸。即继电保护的根本任务是检测并发现故障，然后通过断路器切除故障设备。8、一个完整的继电保护系统至少应该包括：传感器、继电保护装置、断路器等三部分。(1)传感器包括电压互感器、电流互感器、其它传感器(比如瓦斯气体传感器)等。(2)继电保护装置当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生故障危及电力系统安全运行时，能够发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，通称为继电保护装置。继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件、执行输出元件构成。继电保护装置的功能或作用：监视电力系统的正常运行；反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除；实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。继电保护装置的基本要求与继电保护的基本要求相同。(3)断路器与隔离开关断路器的作用：电力系统正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流；在电力系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流(即切除故障设备，达到保护目的)。有专门的灭弧装置。隔离开关的作用：用于隔离电源；与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作；用以接通或断开小电流电路。隔离开关属于特殊的刀闸，没有专门的灭弧装置，不能用来接通、切断负荷电流和短路电流，只能在电气线路切断的情况下，才能进行操作。9、对继电保护的基本要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。可靠性：该动作的必须可靠动作(不拒动)，不该动作的可靠不动(不误动)。选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障设备切除，而使非故障设备能够继续可靠运行，以尽量减少停运设备、缩小停电范围的能力。速动性：是指电力系统发生故障时，能快速切除故障。说明：故障切除时间等于保护动作时间和断路器切除时间之和。一般的断路器动作时间0.060.15秒，一般保护动作时间小于40毫秒。灵敏性：灵敏性是指保护范围内发生故障或不正常运行状态的能力。满足灵敏性要求的保护装置无论故障性质与故障点在那里都能反映出来。灵敏性常常用灵敏系数来衡量。10、继电器(1)当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器，称为继电器。即继电器是一种当输入量(如电、磁、声、光、热等)达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。(2)继电器中的输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)，即电气量继电器和非电量(如温度、压力、速度等)，即非电气量继电器两大类。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 (3)继电器是具有隔离功能的自动开关元件。是控制元件。它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器一般都有能反映一定输入变量的感应机构(输入部分)；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分)；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。注：常见的有中间继电器、时间继电器。中间继电器是以增加触点的数量及容量的继电器。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，中间继电器只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的。中间继电器符号是K。一般是直流电源供电，少数使用交流供电。第三章 电网的电流保护1、电流保护是指：根据电流增大这个特点构成的继电保护，称为电流保护。保护安装点(一般在变电站母线处)所测量的电流会增大。电流保护是一种过量保护，越靠近母线，短路电流越大。又称过电流保护。2、电流互感器的作用：将高压系统的大电流变换为低压系统小电流，并将高低压系统隔离。电流互感器的二次回路或二次侧不允许开路；二次回路必须有且仅有一点接地。2、电压互感器的作用：用来变换线路上的电压。电压互感器二次侧不允许短路。若二次回路短路，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。为了确保人在接触测量仪表和继电器时的安全，电压互感器二次绕组必须有一点接地。3、电网的电流保护的三类型(1)电流速断保护对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。是三段式电流保护的第段，是电流保护的主保护。电流速断保护不能保护线路的全长，保护范围受电力系统运行方式的影响，电流速断保护不反映下一线路的故障。当应用于线路变压器组时，电流速断保护的保护范围可保护线路全长。电流速断保护的作用：快速切除设备和线路故障。电流速断保护的电流定值的整定原则：躲过本线路末端的最大短路电流。电流速断保护的保护范围：本线路首端的一部分；大运行方式下可达线路全长的50%；通常最小保护范围不小于线路全长的1520%。(2)限时电流速断保护用来快速切除本线路上瞬时速断保护范围以外的故障的保护，称为电流速断保护。它是三段式电流保护的第 II 段，是电流保护的主保护，也能作为速断保护的后备保护。限时电流速断保护的作用：快速切除本线路瞬时速断保护保护范围外的故障。限时电流速断保护的基本要求：要能保护本线路全长；动作时间尽量短。(3)定时限过电流保护按躲过最大负荷电流来整定的保护，称为定时限过电流保护。它是三段式电流保护的第段，可作为本线路主保护的近后备保护以及相邻下一线路的远后备保护。可保护本线路全长；可作为I段的近后备保护。定时限过电流保护的基本要求：电力系统正常运行时要不启动；外部故障切除后能可靠返回。定时限过电流保护的电流定值整定原则：在线路流过最大负荷电流时不应动作；对已经启动的装置，在线路故障切除后，线路流过最大负荷电流时应能可靠返回。定时限过电流保护的保护范围：本线路及下级线路的全长。定时限过电流保护的作用：作为本线路主保护拒动的后备保护；作为下线路保护或开关拒动的后备保护。4、三段式电流保护电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应电流增大而动作的保护，它们相互配合构成的一整套保护，称做三段式电流保护。即瞬时速断、限时速断、定时限过电流保护组合而构成的保护装置。三段的区别主要在于起动电流的选择原则不同。其中，速断和限时速断保护是按照躲开某一点的最大短路电流来整定的，而过电流保护是按照躲开最大负荷电流来整定的瞬时速断、限时速断保护作为线路的主保护，定时过流保护作为线路的后备保护。QF1QF2L1QF5QF6L2ABCL1首端故障，L1的三段保护均启动，速断保护动作。L1末端故障，L1的时限速断、定时过流保护均启动，时限速断保护动作。L2首端故障，L1定时过流保护启动，L2的三段保护均启动，L2速断保护动作。第四章 电网的距离保护110Kv以上电压等级电网采用距离保护。电流保护适用35Kv及以下。1、距离保护反应故障点至保护安装地点之间的距离(或阻抗)，并根据距离保护的远近而确定动作时间的一种保护装置。即反应阻抗的保护。因线路阻抗和线路距离成正比，所以阻抗保护又称为距离保护该装置的主要元件为距离(阻抗)元件，它可根据其端子所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为元件的测量阻抗。2、距离保护的作用原理当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长。注：与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。3、距离保护的主要组成元件启动元件、距离元件、时间元件、振荡闭锁元件。启动元件：主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。采用过电流继电器。距离元件：主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗(亦即距离)。采用阻抗继电器。时间元件：采用时间继电器。振荡闭锁元件：当电力系统发生振荡，电压、电流幅值周期性变化，有可能导致误动，为防止误动要求该元件准确判断振荡，并将保护闭锁。4、距离保护中的阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。第五章 输电线路的纵联保护输电线路采用纵联保护，特别采用纵联保护中的高频闭锁方向保护。1、纵联保护借助通道(如导引线、载波、微波)传送保护区各端规定的保护信息，并按规定进行综合比较、判别而动作，称为纵联保护。是线路的主保护。纵联保护可以实现本线路全长范围内任意一点故障的零秒切除的保护。纵联保护没有后备保护功能。判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。2、纵联保护按通道类型分类以纵联保护信号传输方式分类以下(1)以导引线作为通信通道：纵联差动保护。差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。都是利用电流差动原理工作。纵联差动保护：其动作和选择性取决于被保护区各端电流的幅值比较或相位与幅值比较的一种保护。横联差动保护：应用于并联电路(或双回线)的一种差动保护。其动作取决于这些电路中电流的不平衡分配。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护常用于变电所母线等设备的保护。(2)以输电线载波通道作为通信通道：高频保护(高频闭锁方向保护，相差高频保护)。高频闭锁方向保护和相差高频保护已成为高压或超高压电网的主保护。高频保护是用高频载波代替二次导线，传送线路两侧电信号，所以高频保护的原理是反应被保护线路首末两端电流的差或功率方向信号，用高频载波将信号传输到对侧加以比较而决定保护是否动作。高频保护与线路的纵联差动保护类似，正常运行及区外故障时，保护不动，区内故障全线速动。(3)微波：微波保护，长线路，需要中继站。3、高频保护中的载波通道的分类：相相制和相地制(应用比较广泛的载波通道)。4、高频保护中的高频信号有：闭锁信号、允许信号、跳闸信号等三种。闭锁信号：阻止保护动作于跳闸的信号。换言之，无闭锁信号是保护作用于跳闸必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时，保护才作用于跳闸。允许信号：允许保护动作于跳闸的信号。换言之，有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时，保护才动作于跳闸。 跳闸信号：直接引起跳闸的信号。此时与保护元件是否动作无关，只要收到跳闸信号，保护就作用于跳闸，远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。5、高频保护中的高频信号的利用方式：传送闭锁信号、传送允许信号、传送跳闸信号等三种。传送闭锁信号：收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。传送允许信号：收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。传送跳闸信号：收到这种信号是保护动作于跳闸充分而必要条件的条件。6、高频保护通道的工作方式有两种(1)经常无高频电流(故障时发信，短时发讯)。(2)经常有高频电流(长期发信，长期发讯)。7、高频通道的组成输电线路、高频阻波器、结合电容器、连接滤波器(连接阻波器)、高频电缆、放电间隙(保护间隙)、接地开关和高频收、发信机。8、高频闭锁方向保护的基本原理小结(1)当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。(2)当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机