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1继电保护专业复习资料第一章电力系统基础知识第一节电力系统基本概念一、电力系统构成电力系统由发电厂、变电站（所）、送电线路、配电线路、电力用户组成的整体。输电网是通过高压、超高压输电线路将发电厂与变电站、变电站与变电站连接起来，完成电能传输的电力网络，又称电力网中的主网架。配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施将电能分配给用户的电力网。我国配电网电压等级划分为，高压配电网：35kV、66kV、110kV；中压配电网：10（20）kV；低压配电网：380/220kV。二、电力系统中性点运行电力系统中性点运行方式及中性点接地方式，是指电力系统中发电机或变压器的中性点的接地方式，是一种工作接地。1.中性点直接接地方式中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接与接地设施相连接，如图1-2中的N点接地，通常应用于500KV、330KV、220KV、110KV电网。2.中性点不接地方式中性点不接地方式系统指电力系统中性点不接地。中性点不接地方式具有跳闸次数少的优点，因此普遍应用于接地电容电流不大的系统，例如66KV、35KV电网。3.中性点经消弧线圈接地方式规程规定：35KV电网中接地电流大于10A、6～10KV电网中接地电流大于30A、发电机直配网络中接地电流大于5A时，中性点经消弧线圈接地。4.中性点经电阻接地方式6～35KV的配电网中使用，结构复杂，架空线路与电缆线路并存，且电缆线路较长，当发生单相接地故障时，系统对地的电容电流较大，可采用中性点经低值电阻（小电阻）接地方式。目前，10kV电网采用的中性点接地低值电阻一般为10Ω。5.低压配电网接地方式低压配电网指220/380V网络,采用中性点直接接地方式,并且引出中性线(代号N)、保护线(代号PE)或保护中性线(代号PEN)。其中保护线是保障人身安全，防止发生触电事故用的中性线；保护中性线则兼有中性线和保护线的功能，通常称为“零线”或“地线”。按照保护接地形式，低压配电网分为TN系统、TT系统和IT系统。TN系统，所有用电设备的外露可导部分均接公共保护线，或接公共保护中性线PEN。其中，整个系统的中性线N与保护线PE全部分开，称为TN-S系统；整个系统的中性线N与保护线PE合一为保护中性线PEN，称为TN-C系统；系统的部分中性线N与保护线PE合一，称为TN-C-S系统。TT系统所有设备外露可导电部分均各自经保护线PE单独接地。IT系统，所有设备的外露可导部分也各自经保护线PE单独接地，与TT系统不同的是电源中性点不接地或经电抗接地，且通常不引出中性线。2第二节电力系统短路故障一、短路的一般概念“短路”是指电力系统中相与相之间或相与地之间，通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接。电力系统短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路等。各种故障示意图和代表符号如表1-1所示。其中三相短路为对称短路，其余为不对称短路。表1-1各种短路故障示意图和代表符号短路类型示意图代表符号三相短路两相短路单相短路两相接地短路kkkk(3)(2)(1)(1,1)运行经验和统计数据表明，电力系统中各种短路故障发生的几率是不同的，其中发生三相短路的几率最少，发生单相接地短路的几率最大。在电力系统的各种短路故障中，虽然三相短路发生的几率最小，但其对电力系统的影响和危害最大。无限大容量电力系统指，容量相对于被供电系统容量大得多的系统，其特征是，当被供电系统中负荷变动甚至发生短路故障，电力系统母线电压和频率基本维持不变。电力系统中等值电源阻抗不超过短路电流阻抗的5%～10%，或电力系统容量超过被供电系统容量的50倍时，可是为无限大容量电力系统，简称无限大系统或无穷大系统。短路全电流中的最大瞬时值称为短路冲击电流，其数值约为短路分量的1.82倍。二、三相对称短路三相短路时，三相仍然对称，三相的短路回路完全相同，短路电流相等，相3位互差1200，因此只计算一相即可。根据电路计算原理，采用有名值计算三相短路电流周期分量如下：(3)3SkEIX式中(3)kI---------三相短路电流周期分量有效值；sE---------等值电源线线电动势，实际计算时可以采用平均额定电压；X-------短路回路总电抗，通常计算时不考虑回路的电阻。三、不对称短路电力系统不对称短路包括两相短路、两相接地短路和单相接地短路。（1）序分量的概念当电力系统发生不对称短路时，三相不再对称，三相的电流和电压数值也不再相等。如果我们将此不对称的电流或电压进行分解，可分解出正序分量、负序分量，对于接地短路还有零序分量，分别用下标1、2、0表示。对于工频50HZ，正序电流，正序电流三相对称，即大小相等，相位互差120°；负序电流三相相等，即大小相等，相位互差120°，当相序与正序电流相反；零序电流三相大小相等，相位相同。电力系统正常运行时仅有正序分量。（二）短路电流1.两相短路电力系统发生两相短路，经故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源的线电动势产生短路电流，流过故障线路，非故障线路没有短路电流，因此出现三相不对称。两相短路的特点是，三相不对称，出现负序电流；只有故障相存在短路电流，且两相的短路电流数值相等，相位相反。(2)(3)(3)30.8662kkkIII两相短路电流数值为同一地点三相短路电流的0.866倍，在实际计算中，常常求出三相短路电流后，直接用以上关系得到两相短路电流。2.单相接地短路（1）中性点直接接地系统中性点直接接地电力系统发生单相接地时，经直接接地的中性点、故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源电动势产生短路电流，流过故障线路，非故障线路没有短路电流，因此出现三相不对称。单相接地短路的特点是,三相不对称,出现负序电流和零序电流;故障相存在短路电流,数值为30I。（2）中性点不接地系统中性点不接地的无穷大供电，发生单相接地短路时的特点和短路电流分布见第三章的第三节。（三）、短路特征4根据以上分析，归纳不对称短路的部分特征如表1-2。表1-2不对称短路部分特征短路类型两相短路单相接地短路（中性点直接接地系统）两相接地短路对称性三相不对称三相不对称三相不对称负序电流有负序电流有负序电流有负序电流零序电流无负序电流有零序电流有零序电流第二章电力系统概述第一节继电保护、自动装置、二次回路一、继电保护电力系统在运行中会发生故障，最常见的故障是各种类型的短路。当短路故障发生时，将伴随出现很大的短路电流和部分地区电压下降，对电力系统可能产生以下后果：（1）破坏电力系统并联运行的稳定性，引发电力系统振荡，甚至造成系统瓦解、崩溃；（2）故障点通过很大的短路电流和燃烧电弧，损坏或烧毁故障设备；（3）在电源到断路点之间，短路电流流过非故障设备，产生发热和电动力，造成非故障设备损坏或缩短使用寿命；（4）故障点附近部分区域电压大幅下降，用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。继电保护的任务是：（1）反映电力系统元件和电气设备故障，自动、有选择性、迅速地将故障元件或设备切除，保证非故障部分继续运行，将故障影响限制在最小范围；（2）反映电力系统的异常运行状态，根据运行维护条件和设备的承受能力，自动发出信号，减负荷或延时跳闸。二、自动装置电力系统自动装置可分为自动调节装置和自动操作装置。自动调节装置一般是为了保证电能质量、消除系统异常运行状态等对某些电量实施自动地调节，例如同步发电机励磁自动调节、电力系统频率自动调节等。自动操作装置的作用对象往往是某些断路器，自动操作的目的是提高电力系统的供电可靠性和保证安全运行，例如备用电源自动投入装置、线路自动重合闸装置、低频减载装置等；还有某些自动操作装置用来提高电力系统的自动化程度，例如发电机自动并列装置。三、二次回路发电厂、变电站的电气系统，按作用分为一次系统和二次系统。一次系统是指直接生产、传输和分配电能的设备及相互连接的电路。在电能生产和使用的过程中，对一次系统的发电、输配电以及用电的全过程进行监视、控制、调节、调度，以及必要时的保护等作用的设备称为二次设备。二次设备及其相互间的连接电路称为二次系统或二次回路。二次系统或二次回路主要包括继电保护、自动装置、测量仪表、信号和操作5电源等子系统。第二节对继电保护自动装置的基本要求电力系统对反映故障、动作于跳闸的继电保护有选择性、快速性、灵敏性、可靠性四个基本要求。一、选择性选择性是指继电保护装置动作时，仅将故障元件或设备故障切除，使非故障部分继续运行，停电范围尽可能小。选择性有两个含义：第一，应由装设在故障元件或设备上的继电保护动作切除故障；第二，考虑继电保护或断路器存在拒动的可能，由后备保护切除故障时，也应保证停电范围尽可能小。按照电力系统安全性要求，故障发生后首先动作的继电保护是主保护。这种按照电力系统安全性要求，故障发生后首先动作的继电保护是主保护。故障元件的主保护正确动作的结果，将故障范围限制在最小，甚至可以保证所有母线都不停电，这是选择性的第一个含义。当故障时主保护拒动或断路器拒动，由后备保护动作切除故障，也是具有选择性的，即选择性的第二含义。二、快速性快速性是指继电保护装置应以尽可能快的速度动作切除故障元件或设备。故障切除时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。三、灵敏性灵敏性是指继电保护装置对保护范围内的故障的反应能力，通常用灵敏系数Ksen来衡量，也称为灵敏度。①对于反应故障参数上升而动作的过量保护装置，灵敏系数计算式为senk保护范围未发生金属性短路时故障参数的最小计算值保护装置的动作参数例如反应故障时电流增大动作的过电流保护，要使保护动作，流过保护的短路电流必须大于保护的动作电流，即灵敏系数必须大于1。对于反应故障参数降低而动作的欠量保护装置，灵敏系数计算式为senk保护装置的动作参数保护范围未发生金属性短路时故障参数的最大计算值例如反应故障时电压降低的低电压保护，要使保护动作，保护安装处的母线残压必须小于保护的动作电压，同样灵敏系数必须大于1。另外，对上、下级保护之间的灵敏性和动作时限还有配合的要求，一般用在后备保护(例如过电流保护)。指下一级保护的灵敏度应高于上一级的动作延时，各保护的灵敏度之间应满足关系.1.2.3sensensenkkk；动作时限之间应满足关系123ttt。四、可靠性可靠性是指继电保护装置在需要它动作时可靠动作（不拒动），不需要它动作时可靠不动作（不误动）。将继电保护装置应该动作时不拒动称为继电保护的可依赖性，不应该动作时不误动也称为继电保护的安全性。电力系统常用继电保护的正确率衡量其可靠性，表示如下：6=100%+保护正确动作次数保护正确动作率保护实际动作次数保护拒动次数式中，保护实际动作次数包括保护正确动作次数和误动作次数。第三节继电保护和自动装置的基本构成及发展一、继电保护和自动装置的基本构成整套装置总是由测量部分、逻辑部分和执行部分构成。二、继电保护和制动装置的发展经历了机电型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机保护型等阶段，目前在电力系统中运行着大量的微机继电保护。第三章线路保护第一节常用继电器一、电流继电器电流继电器在继电保护装置中作为测量和启动元件，反映电流增大超过某一整定数值时动作。电流继电器反应电流增大而动作，能够使继电器开始动作的最小电流称为电流继电器的动作电流。继电器动作后，再减小电流，使继电器返回到原始状态的最大电流称为电流继电器的返回电流。返回电流与动作电流之比称为电流继电器的返回系数。=reactreIIk式中actI--------电流继电器的动作电流；reI----------电流继电器的返回电流；rek----------电流继电器的返回系数。由电流继电器的动作原理可知，电流继电器的动作电流动作恒大于返回电流，显然电流继电器的返回系数恒小于1，一般不小于0.85。电流继电器的文字符号是KA。二、电压继电器电压继电器反映电压变化而动作，分过电压继电器和低电压继电器两种。过电压继电器反应电压增大而动作，动作电压、返回电压和返回系数的概念与电流继电器类似。其返回系数也恒小于1。低电压继电器反应电压降低而动作，