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1第一章绪论第一节电力系统继电保护的作用一、电力系统的故障和不正常运行状态1.电力系统的故障：三相短路f(3)、两相短路f(2)、单相短路接地f(1)、两相短路接地f(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合故障等。2.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。二、发生故障可能引起的后果是：1、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；2、系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命；3、因电压降低，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：指系统的全部或部分的正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止送电、少送电、电能质量变坏到不能容许的程度，甚至毁坏设备等等。三、电保护装置及其任务1．继电保护装置：就是指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。2．它的基本任务是：（1）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。（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。第二节继电保护的基本原理和保护装置的组成一、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。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。（1）过电流保护：反映电流的增大而动作，如图1-1所示，（2）低电压保护：反应于电压的降低而动作。（3）距离保护（或低阻抗保护）：反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作。2、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。如图1-2所示双侧电源网络。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两侧电流的大小相等相位相差180°；当线路AB内部短路时，A-B两侧电流一般大小不相等，相位相等，从而可以利用两侧电流相位或功率方向的差别可以构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如纵联差动保护，相差高频保护、方向高频保护等。23、对称分量是否出现电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。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。二、继电保护装置的组成继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如图1-3所示。图1-3继电保护装置的原理结构图1、测量部分测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较。从而判断保护是否应该起动。2、逻辑部分逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。3、执行部分执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，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。举例说明：3第三节对继电保护的要求一、选择性选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。如图下图所示d3点短路：保护6动作，6QF跳闸；保护6或6QF拒动，5QF跳闸；d2点短路：保护5动作，5QF跳闸；保护5或5QF拒动，2QF、4QF跳闸；d1点短路：保护1和保护2动作，1QF跳闸、2QF跳闸；保护2或2QF拒动，4QF跳闸。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后备保护。二、速动性速动性是指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。三、灵敏性灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。四、可靠性可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。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，分别地进行协调。此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。根据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，以满足其相应的要求。第四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。在20世纪50年代及以前，电磁型继电器。60年代，整流型元件组成的装置。470年代以后，集成电路构成的装置。到80年代，微型机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得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。第二章电网的电流保护第一节单侧电源电网相间短路的电流保护继电器的分类继电器是一种能自动断续的控制器件，当其输入量达到一定值时，能使输出回路的被控电量发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构。按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。对继电器的要求（1）工作可靠。（2）动作值误差小。（3）接点可靠。（4）消耗的功率要小。（5）动作迅速。（6）热稳定、动稳定要好。（7）安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。一、电磁型继电器电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如图2-1所示。图2-1电磁型继电器的原理结构5电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如图2-2所示。图2-2电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线首先分析使继电器触点接通的力矩。在线圈1中通以电流Ij，则产生与其成正比的磁通φ，即，由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转矩Mdc可表示为Mdc=K1Φ2=K2·使继电器触点闭合的阻力矩Mth=Mth1+K3（δ1–δ2）在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩Mm，其值可以认为是不随δ变化的一个常数。1、继电器动作的条件：Mdc≥Mth+Mm2、动作电流能够满足上述条件，使继电器动作的最小电流值Ij，称为继电器的动作电流（起动电流），记作IdzjJ。对应此时的电磁转矩为3、继电器的返回条件继电器动作后，当IJ减小时，继电器在弹簧的作用下将返回。为使继电器返回，必须:Mth≥Mdc+Mm或Mdc≤Mth-Mm4、返回电流满足上述条件，使继电器返回原位的最大电流值称为继电器的返回电流，记为Ih.j.对应此时的电磁转矩为Mh=K2（I2hj/δ2）(2—2)总结：当Ij＜Idzj时，继电器不动作，当Ij≥Idzj时，则继电器迅速动作，触点闭合；当减小Ij使Ij≤IhjJ时，继电器又立即返回原位，触点打开。5、返回系数返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为在实际应用中，要求有较高的返回系数，如0.85~0.9。返回系数越大则保护装置的灵敏度越高，但过大的返回系数会使继电器触点闭合不够可靠。6、动作电流的调整方法（1）（1）改善继电器线圈的匝数；（2）改变弹簧的张力；（3）改变初始空气隙长度。二、晶体管型继电器61、晶体管型电流继电器（1）正常工作时：电流变换器的输入电流小于继电器的动作电流，UR3≈0，晶体管V1因正向偏置而导通，V2完全截止。输出电压Usc接近于+E1，对应于继电器不动作状态。（2）起动时：当输入继电器的电流大于继电器的动作电流时，UR3增大，a点电位降低，致使D5导通，V1截止，其集电极电位升高，使晶体管V2导通，输出电压Usc降至0.1~0.3V，继电器处于动作状态。（3）当继电器的输入电流减小至返回电流时，UR3减小，a点电位增高使D5截止，V1重新导通，触发器翻转，继电器返回，继电器的返回电流小于继电器的动作电流，其返回系数小于1。2、晶体管型时间继电器晶体管型时间继电器由两个三极管及阻容延时电路组成。其原理接线如图2-5所示。在正常情况下，VT3饱和导通，电容器C被短接，电容器C上的电压为V3集电极与发射极之间的饱和压降Uces1和二级管D8的正向压降UD之和：UCD=UD+Uces1≈0.6+0.2=0.8V其值小于稳压管D9的方向击穿电压，V4截止，输出电压USC近于0V，表示继电器延时输出三、电流互感器电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。电流互感器由铁心及绕组组成。一、二次绕组磁势有以下平衡关系：I1W1-I2W2=0图２－６电流互感器（a）原理图（b）示意图71、1、电流互感器的极性在图2-６（a）中，一、二次绕组中感应电势.1E及.2E同时为高电位点，称同极性或对应端。一般用L１、K１表示或以“*”标注。2、2、电流互感器的等值电路及相量图电流互感器与普通变压器的等值电路有着相同的形式。其等值电路如图所示，图中原边的参数都已归算到二次绕组。-3、3、误差分析(1)电流误差。归算到二次绕组的一次绕组一次电流.'1I与二次绕组电流.2I的数量差,一般用百分数表示，即而)XZ(fjX)ZjX(II'lcf'lcf22..lc电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载阻抗Zf与短路电流倍数m的函数，可表示为ΔI%=f(Zf,m)按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电流误差不允许大于10%，角误差不得大于7О在满足10%误差的条件下，m=)('fZf的关系曲线叫电流互感器的10%误差曲线，它由厂家提供。结论：电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励磁电流'.LCI的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗Zf成正比，与励磁阻抗'LCX成反比。一般误差小于1%。（3）暂态短路电流引起的误差。当发生短路时，电流互感器的原边流有短路电流的周期分量Idz和非周期分量Id.f。非周期分量的误差ifi,总误差电流fci。fZIU22.222XIjUULC...'.lclcLCjXUI''lcIII218从误差曲线可以看出，最大误差发生在短路后3~5个周波，短路回路非周期电流衰减以后，其值比稳态短路误差大许多倍，且含有很大的直流成分。（4）减小电流互感器误差的措施。a.减小电流互感器的励磁电流。b.尽量加大电流互感器的励磁电抗XLC，增大铁心截面或用高导磁率的铍莫合金做铁芯。c.应尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗Zf，降低励磁电压ULC；d.选择同型号的电流互感器串联使用，使每个电流互感器的励磁电压仅为负载压降的一半；e.选择大变比的电流互感器，以降低短路电流倍数。四、电压互感器电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许电压，使继电器和仪表既能在低电压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情况。电压互感器分为电磁式和电容式两种。（一）（一）电磁式电压互感器1、工作原理电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相似。其等值电路与相量图如图2-11所示。以副边电压.2U为参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如图2-11（b）所示。图2-11