《電力系統(tǒng)繼電保護》

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1、《電力系統(tǒng)繼電保護》 第一章緒論 一，電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài),不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài) 電力系統(tǒng)在運行中可能發(fā)生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.發(fā)生短路時可能產(chǎn)生以下后果： 1）通過故障點的短路電流和所燃起的電弧使故障設備或線路損壞. 2）短路電流通過非故障設備時，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起電氣設備損傷或損壞， 導致使用壽命大大縮減. 3）電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低,破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品的質(zhì)量.4） 破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至導致整個系統(tǒng)瓦解.繼電保護裝置的 基本任務是： 1）自動地,迅速地和有選擇地

2、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,保證其他無故障部分迅速恢復正常運行. 2）反應電氣元件的不正常運行狀態(tài),并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班人員）而 動作于信號的裝置.二，繼電保護的基本原理及其組成1,繼電保護的基本原理 電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,工頻電氣量變化的主要特征是： 1）電流增大.短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流 增大至大大超過負荷電流. 2）電壓降低.當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下 降,且越靠近短路點，電壓越低. 3）電流與電壓之間的相位角改變.正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因

3、 數(shù)角，一般約為20 ;三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定，一般 為60?85 ;而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的限額將則是 180 +（60 ?85 ）. 4）不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如單相接地短路及兩相接地短路時,出現(xiàn)負序和零序 電流和電壓分量.這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的. 利用短路故障時電氣量的變化,便可構(gòu)成各種原理的繼電保護.例如,據(jù)短路故障時電 流的增大,可構(gòu)成過電流保護；據(jù)短路故障時電壓的降低,可構(gòu)成電壓保護；據(jù)短路故障 時電流與電壓之間相角的變化,可構(gòu)成功率方向保護;據(jù)電壓與電流比值的變化,可構(gòu)成 距離保護；據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位

4、和大小的變化，可構(gòu)成差動保護；據(jù)不對稱 短路故障時出現(xiàn)的電流，電壓相序分量,可構(gòu)成零序電流保護,負序電流保護和負序功率方 向保護等.2,繼電保護的組成及分類 模擬型繼電保護裝置的種類很多,它們都由測量回路,邏輯回路和執(zhí)行回路三個主要 部分組成.3,對繼電保護裝置的基本要求（1）,選擇性 選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或 線路從電力系統(tǒng)中切除,當故障設備或線路的保護或斷路器拒絕動作時，應由相鄰設備或 線路的保護將故障切除.（2）,速動性 速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障.對于反應短路故障的繼電保護,要求 快速動作的主要理由和必要性在于

5、 1 ）快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性. 2 ）快速切除故障可以減少發(fā)電廠廠用電及用戶電壓降低的時間，加速恢復正常運行的 過程.保證廠用電及用戶工作的穩(wěn)定性. 3 ）快速切除故障可以減輕電氣設備和線路的損壞程度. 4 ）快速切除故障可以防止故障的擴大，提高自動重合問和備用電源或設備自動投人的 成功率. 對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置,一般不要求快速動作,而應按照選擇性的條 件,帶延時地發(fā)出信號.3 ,靈敏性 靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護 裝置的反應能力.所謂系統(tǒng)最大運行方式，就是在被保護線路末端短路時,系統(tǒng)等效阻抗 最

6、小，通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式;系統(tǒng)最小運行方式，就是在同樣的短 路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式. 保護裝置的靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量.靈敏系數(shù)表示式為：1 ）對于反應故障參數(shù)量增 加（如過電流）的保護裝置：保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值2 ）對于反應 故障參數(shù)量降低（如低電壓）的保護裝置：保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值 4,可靠性 可靠性是指在保護范圍內(nèi)發(fā)生了故障該保護應動作時，不應由于它本身的缺陷而拒動 作;而在不屬于它動作的任何情況下，則應可靠地不動作. 以上四個基本要求是設計,配置和維護繼電器保護的依據(jù)，

7、乂是分析評價繼電保護的基 礎.這四個基本要求之間，是相互聯(lián)系的，但往往乂存在著矛盾.因此,在實際工作中,要根 據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)一. 第二章，電網(wǎng)的電流保護 一，單側(cè)電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護 輸電線路發(fā)生相間短路時，電流會突然增大，故障相間的電壓會降低.利用電流會這一 特征,就可以構(gòu)成電流保護. 電流保護裝置的中心環(huán)節(jié)是反應于電流增大而動作的電流繼電器.電流繼電器是反應 于一個電器量而電阻的簡單繼電器的典型.1,繼電器（1）電磁型繼電器 電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)形式有螺管線圈式，吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式三種，如圖2.1 所示.電流繼電器在電流保護中用作測量和起動元件，

8、它是反應電流超過一整定值而動作 的繼電器.電磁繼電器是利用電磁原理工作的，以吸引銜鐵式繼電器例進行分析,在線圈 1中通以電流，則產(chǎn)生與其成正比的磁通，通過由鐵心，空氣隙和可動舌片而成的磁路，使 舌片磁化于鐵心的磁極產(chǎn)生電磁吸力，其大小于成正比，這樣由電磁吸引力作用到舌片上 的電磁轉(zhuǎn)距可表示為（2.1 ）式中比例常數(shù)； 電磁鐵與可動鐵心之間的氣隙. （a ）螺管線圈式；（b）吸引銜鐵式；（c）轉(zhuǎn)動舌片式圖2.1電磁型繼電器的結(jié)構(gòu) 原理 1 一線圈；2 —可動銜鐵；3 一電磁鐵；4 一止擋；5 一接點；6 一反作用彈簧 正常工作情況下,線圈中流入負荷電流,繼電器不工作,這是由于彈簧對應于空

9、氣隙產(chǎn) 生一個初始力矩.由于彈簧的張力與伸長量成正比，因此，當空氣長度由減小到時，彈簧 產(chǎn)生的反作用力矩為式中比例常數(shù). 另外，在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中，還必須克服摩擦力力矩.因此 1 ）繼電器動作的條件.為使繼電器動作,必須增大電流，通過增大電流來增大電磁電 磁轉(zhuǎn)矩，使其滿足關(guān)系式： 2 ）動作電流.能夠滿足上述條件，使繼電器動作的最小電流值稱為繼電器的動作電 流（起動電流），記作.3 ）繼電器的返回條件.繼電器動作后，當減小時，繼電器在彈簧的 作用下將返回.為使繼電器返回，彈簧的作用力矩必須大于電磁力矩及摩擦力矩之和，即 或 4 ）返回電流.滿足上述條件，使繼電器返回原位的最大值電流

10、稱為繼電器的返回電 流,記為，5 ）返回系數(shù).返回電流和起動電流的比值成為繼電器的返回系數(shù)，可表示為 6 ）動作電流的調(diào)整方法：①改善繼電器線圈的匝數(shù)；②改變彈簧的張力；③改變初始空 氣隙的長度. 7 ）剩余力矩.在繼電器的動作過程和返回過程中，隨著氣隙的變化，都將出現(xiàn)一個 剩余力矩，從而使繼電器的動作過程和返回過程都雪崩式的進行,繼電器要么動作,要么返 回,它不可能停留在某一個中間狀態(tài)，具有明顯的繼電特性同時,該力矩還有利于繼電器 的觸點可靠的接觸與斷開.2,幾個基本概念1 ）系統(tǒng)最大運行方式 在被保護線末端發(fā)生短路時,系統(tǒng)等值阻抗最小,而通過保護裝置的短路電流為最大的 運行方式.2

11、）最小運行方式 在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大,而通過保護裝置的電流為最小的運行方式.系 統(tǒng)等值阻抗的大小與投入運行的電氣設備及線路的多少等有關(guān).3 ）最小短路電流與最大 短路電流 在最大運行方式下三相短路時通過保護裝置的電流為最大,稱之為最大短路電流.而在 最小運行方式下兩相短路時，通過保護裝置的短路電流為最小，稱之為最小短路電流.4 ） 保護裝置的起動值 對因電流升高而動作的電流保護來講，使起動保護裝置的最小電流值稱為保護裝置的 起動電流,記作.保護裝置的起動值是用電力系統(tǒng)的一次側(cè)參數(shù)表示的，當一次側(cè)的短路電 流達到這個數(shù)值時,安裝在該處的這套保護裝置就能夠起動.5 ）保護裝置的

12、整定 所謂整定就是根據(jù)對繼電保護的基本要求，確定保護裝置的起動值（一般情況下是指電 力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)），靈敏性,動作時限等過程.3,無時限電流速斷保護 根據(jù)對保護速動性的要求,在滿足可靠性和保護選擇性的前提下,保護裝置的動作時間, 原則上總是越快越好.因此,各種電氣元件應力求裝設快速動作的繼電保護.僅反應電流增 大而能瞬時動作切除故障的保護,稱為電流速斷保護,也稱為無時限流速斷保護.（1）,工作 原理 無時限速斷保護是為了保證其動作的選擇性，一般情況下速斷保護只保護被保護線路 的一部分，具體工作原來如圖2.6所示. 對F單側(cè)電源供電線路,在每回電源側(cè)均裝有電流速斷保護.在輸電線上發(fā)生

13、短路時， 流過保護安裝地點的短路電流可用下式計算（2.4 ） 圖2.06電流速斷保護的動作特性分析 1 一最大運行方式下三相短路電流；II 一最小運行方式下兩相短路電流 由式（2.4 ）和（2.5 ）可看出，流過保護安裝地點的短路電流值隨短路點的位置而變 化，旦與系統(tǒng)的運行方式和短路類型有關(guān).和與的關(guān)系如圖2.6中的曲線I和H所示. 從圖可看出，短路點距保護安裝點愈遠， 流過保護安裝地點的短路電流愈小.（2）,整定計算1 ）動作電流 為了保證選擇性，保護裝置的起動電流應按躲開下一條線路出口處（如點 即B變電所短路時，通過保護的最大保護電流（最大運行下的三相短路電流）來整定. 即可靠

14、系數(shù) 對保護1 （ 2. 6 ） 把起動電流標于圖2.6中，可見在交點M與保護2安裝處的一段線路上短路對2 能夠動作.在交點M以后的線路上的短路時，保護2不動作.因此,一般情況下，電流速斷 保護只能保護本條線路的一部分,而不能保護全線路. 2 ）保護范圍（靈敏度）計算（校驗） 規(guī)程規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值為15%~20%，即式中一一最 小保護范圍； 當系統(tǒng)為最大運行方式時,三相短路時保護范圍最大；當系統(tǒng)為最小運行方式時，兩相 短路時保護范圍最小.求保護范圍時考慮后者.由圖2.6可知（2.7 ） 其中，代入式（2.7 ）整理得（2.8 ） （3）動作時限 無時限

15、電流速斷保護沒有人為延時，只考慮繼電保護固有動作時間.考慮到線路中管型 避雷器放電時間為0. Oro. 06s，在避雷器放電時速斷保護不應該動作，為此在速斷保護裝 置中加裝一個保護出口中間繼電器，一方面擴大接點的容量和數(shù)量，另一方面躲過管型避雷 器的放電時間，防止誤動作.由于動作時間較小，可認為t=0 . （4 ）電流速斷保護的接線圖1 ）單相原理接線圖 電流繼電器接于電流互感器TA的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點閉合后， 經(jīng)信號繼電器發(fā)出信號和接通斷路器跳閘線圈.（5）,對電流速斷保護的評價優(yōu)點:簡單可 靠,動作迅速. 缺點:①不能保護線路全長.②運行方式變化較大時，可能無保護

16、范圍.如圖2.9所示， 在最大運行方式整定后,在最小運行方式下無保護范圍.③在線路較短時,可能無保護范圍. 4,限時電流速斷保護 由F電流速斷保護不能保護本線路的全長,因此必須增設一套新的保護,用來切除本線 路電流速斷保護范圍以外的故障,作為無時限速斷保護的后備保護,這就是限時電流速斷 保護.（1 ）對限時電流速斷保護的要求 增設限時電流速斷保護的主要目的是為了保護線路全長,，對它的要求是在任何情況下 都能保護線路全長并具有 足夠的靈敏性，在滿足這個全體下具有較小的動作時限.（2 ）工作原理 1 ）為了保護本線路全長，限時電流速斷保護的保護范圍必須延伸到下一條線線路去， 這樣當下一條線

17、路出口短路時,它就能切除故障. 2 ）為了保證選擇性，必須使限時電流速斷保護的動作帶有一定的時限. 3 ）為了保證速動性,時限盡量縮短.時限的大小與延伸的范圍有關(guān),為使時限較小，使 限時電流速斷的保護范圍不超出下一條線路無時限電流速斷保護的范圍.因而動作時限比 下一條線路的速斷保護時限高出一 個時間階段.（3 ）整定計算1 ）動作電流 動作電流按躲開下一條線路無時限電流速斷保護的電流進行整定（2.9 ） 2 ）動作時限.為了保證選擇性，時限速斷電流保護比下一條線路無時限電流速斷保護 的動作時限高出一個時間階段，即（2. 10 ） 當線路上裝設了電流速斷和限時電流速斷保護以后,它們聯(lián)

18、合工作就可以0. 5s內(nèi)切 除全線路范圍的故障，且能 滿足速動性的要求，無時限電流速斷和限時速斷構(gòu)成線路的主保護 3 ）靈敏度校驗.保護裝置的靈敏度（靈敏性），是只在它的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正 常運行狀態(tài)時，保護裝置的反應能力.靈敏度的高低用靈敏系數(shù)來衡量，限時電流速斷保 護靈敏度為（2. 11 ） 式中一一被保護線路末端兩相短路時流過限時電流速斷保護的最小短路電流；當時, 保護在故障時可能不動,就不能保護線路全長,故應采取以下措施：①為了滿足靈敏性,就 要降低該保護的起動電流,進一步延伸限時電流一條線路限時電流速斷保護的保護范圍）. ②為了滿足保護選擇性，動作限時應比下一條線路的限

19、時電流速斷的時限高一個，即 速斷保護的保護范圍，使之與下一條線路的限時電流速斷相配合（但不超過下（4 ）限時電 流速斷保護的接線圖1 ）單相原理接線如圖2.11所示，（5 ）對限時電流速斷保護的評 價 限時電流速斷保護結(jié)構(gòu)簡單,動作可靠,能保護本條線路全長，但不能作為相鄰元件（下 一條線路）的后備保護（有時只能對相鄰元件的一部分起后備保護作用）.因此，必須尋求新 的保護形式.5,定時限過電流保護（1 ）工作原理 過電流保護通常是指其動作電流按躲過最大負荷電流來整定，而時限按階梯性原則來 整定的一種電流保護.在系統(tǒng)正常運行時它不起動,而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應電流的 增大而動作,它不僅能保

20、護本線路的全長,而且也能保護下一條線路的全長.作為本線路主 保護拒動的近后備保護，也作為下一條線路保護和斷路器拒動的遠后備保護.如圖2.13所 示，（2 ）整定計算 1 ）動作電流.按躲過被保護線路的最大負荷電流，旦在自起動電流下繼電器能可靠返 回進行整定（2. 12 ） 2 ）靈敏系數(shù)校驗.要求對本線路及下一條線路或設備相間故障都有反應能力,反應能 力用靈敏系數(shù)衡量.本線路后備保護（近后備）的靈敏系數(shù)有關(guān)規(guī)程中規(guī)定為（2.13 ） 作為下一條線路后備保護的靈敏系數(shù)（遠后備），〈〈規(guī)程〉〉中規(guī)定（2. 14 ） 當靈敏度不滿足要求時，可以采用電壓閉鎖的過流保護，這時過流保護自起動系數(shù)可以 取1 3 ）時間整定.由于電流山段的動作保護的范圍很大，為保證保護動作的選擇性，其保護 延時應比下一條線路的電流山段的電阻時間長一個時限階段為（2.15 ） （3 ）靈敏系數(shù)和動作時限的配合 過電流保護是一種常用的后備保護，實際中使用非常廣泛.但是，由于過電流保護僅是 依靠選擇動作時限來保證選擇性的，因此在負責電網(wǎng)的后備保護之間，除要求各后備保護動 作時限相互配合外,還必須進行靈敏系數(shù) 感謝您的閱讀，祝您生活愉快。