电力系统继电保护学习包第一章

《电力系统继电保护》学习包第一章绪论第一节电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态一、电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果在电力系统中，最常见的同时也是最危险的故障是各种形式的短路。其中以单相接地短路最为常见。发生故障可能引起的后果是：l）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。4）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。最常见的不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流超过了额定电流。此外，发电机有功功率不足所引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等都属于不正常运行状态。由于过负荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。总之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的质量等。二、继电保护装置及其任务继电保护装置，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。它的基本任务是：l）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。电力系统继电保护学习指导第二节继电保护的基本原理及其组成一、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1.1过电流保护。反映电流的增大而动作，如图1-l所示。1.2低电压保护。反应于电压的降低而动作，如图l-l。1.3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。如图1-1。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3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电力系统继电保护学习指导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。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。第三节对继电保护的基本要求要求一、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。1远后备保护在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性。如l－4图dl点短路时，应该保护3动作，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒绝动作时，此时如前一条线路BC的保护2动作，故障也可消除（使停电范围不致过大），线路BC的保护又称为相邻元件（下一条线路CD）的后备保护。由于这个保护2相对于线路CD是在远处实现的，因此又称为远后备保护。2近后备保护在复杂的高压电网中，当实现远后备保护有困难时，在每一元件上应装设单独的主保护电力系统继电保护学习指导和后备保护。如在线路CD上装设两套保护。当主保护拒绝动作时，由后备保护动作，由于这种后备保护是在主保护同一处实现的因此称它为近后备保护。二、速动性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。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。三、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。四、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。习题一、填空1、电力系统相间短路的形式有（三相）短路和（两相）短路。2、电力系统接地短路的形式有（两相）接地短路和（单相）接地短路。3、继电保护装置，就是指电力系统中电气元件（发生故障）或（不正常运行状态）并动作于断路器的（跳闸）或（发出信号）的一种自动装置。4、电力系统发生相间短路时,（电压）大幅度下降,（电流）明显增大。5、系统如图所示，D1点发生相间短路，根据选择性，应由保护（4）动作切除故障，如拒绝动作，应由保护（3）动作，此保护称为前一级的（远后备保护）。6、电力系统发生故障时,继电保护装置应（将故障部分切除）,电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应（发出信号）。电力系统继电保护学习指导二、判断题1、电力系统发生故障时,继电保护装置如不能及时动作,就会破坏电力系统运行的稳定性。（√)2、电气设备过负荷时,继电保护应将过负荷设备切除。(×)3、电力系统继电保护装置通常应在保证选择性的前提下,使其快速动作。(√)4、电力系统故障时,继电保护装置只发出信号,不切除故障设备。(×)5、继电保护装置的测量部分是测量被保护元件的某些运行参数与保护的整定值进行比较。(√)三、选择题1、电力系统最危险的故障是（C）。(A)单相接地；(B)两相短路；(C)三相短路。2、电力系统短路时最严重的后果是（C）。(A)电孤使故障设备损坏；(B)使用户的正常工作遭到破坏；(C)破坏电力系统运行的稳定性。1、电力系统短路可能产生什么样后果?答：可能产生的后果是：(1)故障点的电弧使故障设备损坏；(2)比正常工作电流大得多的短路电流产生热效应和电动力效应，使故障回路中的设备遭到伤害；(3)部分电力系统的电压大幅度下降，使用户正常工作遭到破坏，影响产品质量；(4)破坏电力系统运行的稳定性，引起振荡，甚至使电力系统瓦解，造成大面积停电的恶性事故。2、继电保护的基本任务是什么?答：(1)当电力系统出现故障时，继电保护装置应快速、有选择地将故障元件从系统中切除，使故障元件免受损坏，保证系统其他部分继续运行；(2)当系统出现不正常工作状态时，继电保护应及时反应，一般发出信号，通知值班人员处理。在无值班人员情况下，保护装置可作用于减负荷或跳闸。3、利用电力系统正常运行和故障时参数的差别,可以构成哪些不同原理的继电保..护?电力系统继电保护学习指导答：可以构成的继电保护有：(1)反应电流增大而动作的过电流保护；(2)反应电压降低而动作的低电压保护；(3)反应故障点到保护安装处距离的距离保护；(4)线路内部故障时，线路两端电流相位发生变化的差动保护。第二章电网的电流保护输电线路发生短路故障时，电流突然增大，利用电流突然增大来使继电器动作而构成的保护装置，称为电流保护。电流保护在35kV及以下的电网中广泛采用。对于更高电压的网络，在能满足系统对保护装置的基本要求时，也可以考虑电流保护。只有当不满足要求时，才进一步考虑采用其它性能较好的保护。第一节单侧电源电网相间短路的电流保护一、电磁型继电器．1电磁型继电器基本结构型式如图2－l所示。2使继电器触点接通的力矩（动作力矩）的分析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。电力系统继电保护学习指导22221JdcIKKM（2－1）3使继电器触点闭合的阻力矩分析：正常工作情况下，线圈中流入负荷电流，继电器不工作，这是由于弹簧对应于空气隙长度δ1产生一初始力矩Mth1。由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，当空气隙长度由δ1减小到δ2时，弹簧产生的反抗力矩为)(2131KMMthth式中K3-——比例常数。另外，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。因此，阻碍继电器动作的全部机械反抗力矩为mthMM3.1继电器动作的条件)mthdcMMM3.2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JdzI。对应此时的电磁转矩为222JdzdcIKM电力系统继电保护学习指导3.3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，弹簧的作用力矩Mth必须大于电磁力矩Mdc及摩擦力矩Mm之和，即mdcthMMM或)mthdcMMM3.4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JhI。对应此时的电磁转矩为)/(222hthIKM（2－2）在返回过程中，转矩Mh和（Mth-Mm）与δ的关系如图2-2（b）的曲线3和曲线4。由前所述，当JdzJII时，继电器不动作，而当JdzJII时，则继电器迅速动作，触点闭合；当减小IJ使IJ＜IhJ时，继电器又立即返回原位，触点打开。继电器的起动和返回特性称为“继电特性”。如图2－3所示。3.5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JdzJhhIIK3.6动作电流的调整方法：l）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。吸引衔铁式结构的继电器一般被用作中间继电器，如DZ－10系列。螺管线圈式结构继电器多被用作时间电力系统继电保护学习指导继电器，如DS—100系列。二、晶体管型继电器1晶体管型电流继电器晶体管型电流继电器由电压形成回路——电流变换器TA将输入电流变换成与之成正比的电压；整流比较回路及执行回路——单稳态触发器构成。其接线如图2－4所示。1.1正常工作时：1.2起动时：2晶体管型时间继电器其原理接线如图2-5所示VSCCDCUEUECRtln2(2-3)由上式可见，改变继电器的延时t可调节电阻R2或电容C的值。一般采用调节R2的值来改变时间继电器的延时t。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。电流互感器由铁芯及绕组组成。按常规，电压、电动势及电流的正方向如图2-6所示。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1E及2E同时为高电位点，称同极性或对应瑞。一般用L1、K1表示或以“＊”标注。当一次绕组中的电流由L1或“＊”流入时，二次绕组中的电流由K1或“＊”流出，这种标注方式称为减极性标注。2电流互感器的等值电路及相量图电力系统继电保护学习指导电流互感器的相量图以二次电流2I为基准，可求得fZIU22及222XIjUULC，在已知'LCX时，可求得''LCLCLCjXUI则''2'1LCIII式中LCI——电流互感器的励磁电流。3误差分析1.1电流误差。归算到二次绕组的一次绕组一次电流'1I与二次绕组电流2I的数量差，一般用百分数表示。%100%'1'2'1IIII由向量图可知，当δ角比较小时，%100cos%'1'IIILC而'22)(LCfLCjXZjXII由此可见，电流互感器在正常运行时，电流误差决定于励磁电流广'LCI的大小，而励磁电流与电流互感器的负载阻抗Zf风成正比，与励磁阻抗'LCX成反比。一般误差小于1％。1.2稳态短路电流引起的误差。当电流互感器原边流过大的短路电流时，尽管二次有很大的去磁安匝，由于二次负载压降加大，二次电压2U仍会升高，即铁芯中磁感应强