電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)資料

1、第一章電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置對電力系統(tǒng)起到保護(hù)和安全控制的作用，因此首先應(yīng)明確所要保護(hù)和控制對象的相關(guān)情況，涉及的內(nèi)容包括：電力系統(tǒng)的構(gòu)成，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及其特點(diǎn)，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算及其相關(guān)概念。這是學(xué)習(xí)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等本書內(nèi)容的基礎(chǔ)。>>第一節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念 一、電力系統(tǒng)構(gòu)成 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站(所)、送電線路、配電線路、電力用戶組成的整體。其中，聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)，主要由送電線路、變電所、配電所和配電線路組成，如圖1-1中的虛框所示。電力系統(tǒng)和動(dòng)力設(shè)備組成了動(dòng)力系統(tǒng)，動(dòng)力設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、水輪機(jī)等。在電力系統(tǒng)中，各種電

2、氣設(shè)備多是三相的，且三相系統(tǒng)基本上呈現(xiàn)或設(shè)計(jì)為對稱形式，所以可以將三相電力系統(tǒng)用單相圖表述。動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)之間的關(guān)系示意圖如圖1-l所示。圖1-1 動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)示意圖 需要指出的是，為了保證電力系統(tǒng)一次電力設(shè)施的正常運(yùn)行，還需要配置繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、通信和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)施等。 電力系統(tǒng)主要組成部分和電氣設(shè)備的作用如下。 (1)發(fā)電廠。發(fā)電廠是把各種天然能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠。天然能源也稱為一次能源，例如煤炭、石油、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽能等，根據(jù)發(fā)電廠使用的一次能源不同，發(fā)電廠分為火力發(fā)電廠(一次能源為煤炭、石油或天然氣)、水力發(fā)屯廠、風(fēng)力發(fā)電廠等。 (

3、2)變電站(所)。變電站是電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)，具有匯集電能和分配電能、變換電壓和交換功率等功能，是一個(gè)裝有多種電氣設(shè)備的場所。根據(jù)在電力系統(tǒng)中所起的作用，可分為升壓變電站和降壓變電站；根據(jù)設(shè)備安裝位置，可分為戶外變電站、戶內(nèi)變電站、半戶外變電站和地下變電站。 變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、負(fù)荷開關(guān)等。變電站內(nèi)還配備有繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、測量儀表、自動(dòng)控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置等。 (3)輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)是通過高壓、超高壓輸電線將發(fā)電廠與變電站、變電站與變電站連接起來，完成電能傳輸?shù)碾娏W(wǎng)絡(luò)，又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架。

4、(4)配電網(wǎng)。配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施將電能分配給用戶的電力網(wǎng)。配電設(shè)施包括配電線路、配電變壓器、配電設(shè)備等。配電網(wǎng)按照電壓等級，可分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)；按照地域服務(wù)對象，可分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)；按照配電線路類型，可分為架空配電網(wǎng)和電纜配電網(wǎng)。 我國配電網(wǎng)電壓等級劃分為，高壓配電網(wǎng)電壓：35kV、66kY、110kV；中壓配電網(wǎng)電壓：10(20)kV；低壓配電網(wǎng)電壓：380220V。 (5)負(fù)荷。電力負(fù)荷是用戶的用電設(shè)備或用電單位總體所消耗的功率，可以表示為功率(kW)、容量(kVA)或電流(A)。發(fā)電廠對外供電所承擔(dān)的負(fù)荷的總和稱為供電負(fù)荷，

5、包括這一時(shí)刻用電負(fù)荷(用戶在某一時(shí)刻對電力系統(tǒng)的功率需求)以及能量在傳輸過程中的功率損失(網(wǎng)損)。 (6)變壓器。變壓器利用電磁感應(yīng)原理，把一種交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種或幾種交流電壓和電流。在電力系統(tǒng)中，由于傳輸電能和用戶用電的需要，無論是發(fā)電廠還是變電站，都可以看到各種型式和不同容量的電力變壓器。 (7)斷路器。斷路器是一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路的負(fù)荷電流，又能關(guān)合、承載、開斷短路等異常電流。斷路器的形式較多，結(jié)構(gòu)也不盡相同，但從原理上看，均由動(dòng)觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣支架等構(gòu)成。 (8)隔離開關(guān)。隔離開關(guān)是將電氣設(shè)備與電源進(jìn)行電氣隔離或連接的設(shè)備，

6、因?yàn)闆]有特殊的滅弧裝置，一般只能在無負(fù)荷電流的情況下進(jìn)行分、合操作，與斷路器配合使用。隔離開關(guān)由導(dǎo)電回路、絕緣支架、操作系統(tǒng)及底座支架等組成。 (9)負(fù)荷開關(guān)。負(fù)荷開關(guān)是另一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行線路的正常電流(包括規(guī)定的過載電流)，并能關(guān)合、承載短路等異常電流，但不能開斷短路故障電流。負(fù)荷開關(guān)可以看成是斷路器功能的簡化，或隔離開關(guān)功能的延伸。負(fù)荷開關(guān)由滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和絕緣支架等組成。 (10)主接線。主接線是以電源和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電能通路。變電站主接線將變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線等一次電氣設(shè)備，按照一定的順序連接，實(shí)現(xiàn)匯集和分配電能，按

7、有無匯流母線分為有母線接線和無母線接線兩大類。變電站主接線圖一般用單線圖表示。 (11)互感器。互感器有電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)。電流互感器是種變流設(shè)備，將交流一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次電流，供給測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，一般二次額定電流為5A或1A；電壓互感器是種變壓設(shè)備，將交流一交側(cè)高電壓轉(zhuǎn)換成二次電壓，供給控制、測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，般二次額定的相電壓為100/V。 二、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式即中性點(diǎn)接地方式，是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)的接地方式，是一種工作接地。目前，我國電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為中性點(diǎn)直接接地與非直接接地兩大類，具體有；

8、中性點(diǎn)不接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)電抗接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地等。 1中性點(diǎn)直接接地方式中性點(diǎn)直接接地是指電力系統(tǒng)中至少有一個(gè)中性點(diǎn)直接與接地設(shè)施相連接，如圖1-2中的N點(diǎn)接地，通常應(yīng)用于500kV、330kV、220kV、110kV電網(wǎng)。 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)保持接地中性點(diǎn)零電位，發(fā)生單相接地故障時(shí)如圖1-2所示，非故障相對地電壓數(shù)值變化較小。由于高壓、尤其是超高壓電力變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平、電氣設(shè)備的絕緣水平都相對較低，采用中性點(diǎn)直接接地方式，對保證變壓器及其電氣設(shè)備的安全尤其重要。但由于中性點(diǎn)直接接地，與短路點(diǎn)構(gòu)成直接短路通路，故障相電流很大，造成接于故障相的電氣設(shè)備過電流。為此，需要通過

9、繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作，切斷短路電流。 2中性點(diǎn)不接地方式中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)如圖1-3所示，中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移，但是三相之間的線電壓仍然對稱，且數(shù)值不變；由于沒有直接的短路通路，接地故障電流由線路和設(shè)備對地分布電容回路提供，是容性電流，通常數(shù)值不大，一般不需要立即停電，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間(一般不超過2h)；但非故障相對地電壓升高，數(shù)值最大為額定相電壓的倍，因此用電設(shè)備的絕緣水平需要按線電壓考慮。中性點(diǎn)不接地方式具有跳閘次數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)，因此普遍應(yīng)用于接地電容電流不大的系統(tǒng)，例如66kV、35kV電網(wǎng)?！耙坏蛢筛呷蛔儭碑?dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生

10、一相接地情況時(shí),該相的對地電壓變低,甚至為零,此為一低;此時(shí)其它兩相的對地電壓升高,最大可為系統(tǒng)線電壓.此為兩高;由于中性點(diǎn)沒有接地,此時(shí)接地相沒有形成電流通路,接地時(shí)三相對地電流基本不變(先前有每相的對地電容電流,一般很小)當(dāng)為三不變了.正因如此,線電壓是肯定不變的了。3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式 當(dāng)電網(wǎng)的電容電流不大時(shí)，單相接地故障點(diǎn)的電弧可以自行熄滅；如果電容電流較大，接地故障點(diǎn)的電弧不會(huì)自行熄滅，并且產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，可能導(dǎo)致絕緣損壞，使故障擴(kuò)大。因目前，10kV電網(wǎng)采用的中性點(diǎn)接地低值電阻一般為10。 對于6kV和10kV主要由架空線構(gòu)成的系統(tǒng)，單相接地故障電流較小時(shí)(接地故

11、障電流小于10A)，為了防止諧振、間歇性電弧接地過電壓等對設(shè)備的損害，可以采用中性點(diǎn)經(jīng)高值電阻接地。此時(shí)發(fā)生單相接地故障時(shí)，不立即跳閘，可運(yùn)行一段時(shí)間。>> 第二節(jié) 電力系統(tǒng)短路故障一、短路的一般概念電力系統(tǒng)應(yīng)該正常不間斷地供電，保證用戶生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。但是當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，可能破壞電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而影響用戶的生產(chǎn)和生活。 “短路”是指電力系統(tǒng)中相與相之間或相與地之間，通過電弧或其他較小阻抗形成的一種非正常連接。電力系統(tǒng)中發(fā)生短路的原因有多種，歸納如下： 1)電氣設(shè)備絕緣損壞。其原因有設(shè)計(jì)不合理、安裝不合格、維護(hù)不當(dāng)?shù)?，還有外界原因如架空線斷線、倒桿及挖溝時(shí)損壞電纜、雷擊

12、或過電壓等。 2)運(yùn)行人員誤操作。如帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)(刀閘)、帶地線合閘、誤將帶地線的設(shè)備投入等。 3)其他原因。如鳥獸跨接導(dǎo)體造成短路等。電力系統(tǒng)短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路等。各種短路故障示意圖和代表符號如表1-1所示，其中三相短路為對稱短路，其他為不對稱短路。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電力系統(tǒng)中各種短路故障發(fā)生的幾率是不同的，其中發(fā)生三相短路的幾率最少，發(fā)生單相接地短路的幾率最大。 在實(shí)際工程問題中，經(jīng)常需要計(jì)算短路電流，計(jì)算中涉及到如下概念： (1)無限大容量系統(tǒng)。無限大容量電力系統(tǒng)指，容量相對于被供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)被供電系

13、統(tǒng)中負(fù)荷變動(dòng)甚至發(fā)生短路故障，電力系統(tǒng)母線電壓及頻率基本維持不變。一般，電力系統(tǒng)等值電源阻抗不超過短路電路阻抗的510，或電力系統(tǒng)容量超過被供電系統(tǒng)容量50倍時(shí)，可視為無限大容量電力系統(tǒng)，簡稱無限大系統(tǒng)或無窮大系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中對11OkV配電網(wǎng)，可將供電變壓器看作無窮大系統(tǒng)對11OkV配電網(wǎng)供電。 (2)短路電流周期分量。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，與正常負(fù)荷狀態(tài)相比，供電回路的阻抗大為減小，因此出現(xiàn)數(shù)值很大的短路電流。顯然，短路電流的大小由電源電壓和短路回路阻抗決定，電源電壓是正弦周期分量，與之對應(yīng)，產(chǎn)生的是短路電流中的周期分量。在計(jì)算中，通常求取的就是這個(gè)短路電流周期分量，即在非周期分量衰減完

14、畢后的穩(wěn)態(tài)短路電流。 (3)短路電流非周期分量。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，線路和設(shè)備上流過負(fù)荷電流，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，在短路回路中將流過短路電流。由于短路回路存在電感，導(dǎo)致電流不能突變，因此，在電流變化的過渡過程中，將出現(xiàn)一個(gè)隨時(shí)間衰減的非周期分量電流，即短路電流中的非周期分量。 (4)短路沖擊電流。短路全電流中的最大瞬時(shí)值稱為短路沖擊電流，其數(shù)值約為短路電流周期分量的1.8倍。 二、三相對稱短路 在電力系統(tǒng)的各種短路故障中，雖然三相短路發(fā)生的幾率最小，但其對電力系統(tǒng)的影響和危害最大。無窮大系統(tǒng)發(fā)生三相短路示意圖如圖1-9所示。 三相短路時(shí)，三相仍然對稱，三相的短路回路完全相同，短路電流相等，相位互差1

15、20o因此只計(jì)算一相即可。根據(jù)電路計(jì)算原理，采用有名值計(jì)算三相短路電流周期分量如下： （1-1）式中三相短路電流周期分量有效值；等值電源線電動(dòng)勢，實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用平均額定電壓；短路回路總電抗，通常計(jì)算時(shí)不考慮回路的電阻。例1-1 某電力系統(tǒng)如圖1-10所示，在母線B和母線C分別發(fā)生三相短路，試求短路點(diǎn)的短路電流周期分量。（等值電源電抗為，線路單位電抗為，變壓器T1、T2的額定容量為1000kVA、短路電壓為）解：（1）母線B三相短路。（2）母線C三相短路。計(jì)算時(shí)需要將等值電源電抗和線路電抗折算到0.4kV側(cè)，并計(jì)算變壓器電抗（詳細(xì)論述請參考電力系統(tǒng)故障分析計(jì)算的有關(guān)書籍）。三、不對稱短路電力系

16、統(tǒng)不對稱短路包括兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路。（一）序分量的概念當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時(shí)，三相不再對稱，三相的電流和電壓數(shù)值也不再相等。如果將此不對稱的電流或電壓進(jìn)行分解，可以分解出正序分量、負(fù)序分量，對于接地短路還有零序分量，分別用下標(biāo)1、2和0表示。以電流為例，各序分量電流相量圖如圖1-11所示，對于工頻50Hz，正序電流三相對稱，即大小相等，相位互差120o；負(fù)序電流三相對稱，即大小相等，相位互差120o；但相序與正序電流相反；零序電流三相大小相等，相位相同。三相短路電流為（1-2）可得零序電流為用瞬時(shí)值表示為顯然，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)僅有正序分量。（二）短路電流1、兩相短路無窮

17、大系統(tǒng)供電發(fā)生BC兩相短路示意圖如圖1-12所示。電力系統(tǒng)發(fā)生兩相短路，經(jīng)故障相和短路點(diǎn)構(gòu)成短路回路，由故障相電源的線電動(dòng)拋產(chǎn)生短路電流，流過故障線路，非故障線路沒有短路電流，因此出現(xiàn)三相不對稱。不在計(jì)負(fù)荷電流的情況下，三相的短路電流分別為 （1-4） 可見兩相短路時(shí)的特點(diǎn)是，三相不對稱，出現(xiàn)負(fù)序電流；只有故障相存在短路電流，且兩相的短路電流數(shù)值相等，相位相反。根據(jù)圖1-12，短路電流數(shù)值可計(jì)算如上： （1-5）式中兩相短路電流周期分量有效值。等值電源線電動(dòng)勢，實(shí)際計(jì)算進(jìn)可以采用平均額定電壓；一相短路回路總電抗。將式（1-5）與式（1-1）比較可得 （1-6）式（1-6）說明，兩相短路電流數(shù)值

18、為同一地點(diǎn)三相短路電流的0.866倍，在實(shí)際計(jì)算中，常常求出三相短路電流后，直接用以上關(guān)系得到兩相短路電流。2、單相接地短路（1）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)直接接地的無窮大系統(tǒng)供電，發(fā)生A相單相接地短路示意圖如圖1-13所示。中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，經(jīng)直接接地的中性點(diǎn)、故障相和短路點(diǎn)構(gòu)成短路回路，由故障相電源電動(dòng)勢產(chǎn)生短路電流，流過故障線路，非故障線路沒有短路電流，因此出現(xiàn)三相不對稱，在不計(jì)負(fù)荷電流的情況下，三相的短路電流分別為 （1-7）可見單相接地短路時(shí)的特點(diǎn)是，三相不對稱，出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流；故障相存在短路電流，在圖1-13（b）中的數(shù)值為3I。關(guān)于單相接地短路電流計(jì)算

19、及兩相接地短路問題需要用到復(fù)合序網(wǎng)等概念，在此不作介紹。（2）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不接地的無窮大系統(tǒng)供電，發(fā)生單相接相短路時(shí)的特點(diǎn)和短路電流分布見第三章的第三節(jié)。（三）短路特征根據(jù)以上分析，歸納不對稱短路的部分特征如表1-2。表1-2 不對稱短路部分特征短路類型兩相短路單相接地短路（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）兩相接地短路對稱性三相不對稱三相不對稱三相不對稱負(fù)序電流有負(fù)序電流有負(fù)序電流有負(fù)序電流零序電流無零序電流有零序電流有零序電流第二章電力二次系統(tǒng)概述 本章介紹電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置(以下簡稱自動(dòng)裝置)、二次回路的相關(guān)概念，使讀者掌握其作用和三者之間的關(guān)系；介紹電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝

20、置的四個(gè)基本要求、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的基本組成，為讀者學(xué)習(xí)和分析繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的具體問題打下基礎(chǔ)。>> 第一節(jié) 繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、二次回路 一、繼電保護(hù) 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生故障，最常見的故障是各種類型的短路。當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，將伴隨出現(xiàn)很大的短路電流和部分地區(qū)電壓降低，對電力系統(tǒng)可能產(chǎn)生以下后果： (1)破壞電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩，甚至造成系統(tǒng)瓦解、崩潰； (2)故障點(diǎn)通過很大的短路電流和燃燒電弧，損壞或燒毀故障設(shè)備； (3)在電源到短路點(diǎn)之間，短路電流流過非故障設(shè)備，產(chǎn)生發(fā)熱和電動(dòng)力，造成非故障設(shè)備損壞或縮短使用壽命； (4)故障點(diǎn)附近部分區(qū)域電壓大

21、幅度下降，用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。 電力系統(tǒng)運(yùn)行中還可能出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)，使電力系統(tǒng)的正常工作受到干擾，運(yùn)行參數(shù)偏離正常值。最常見的電力系統(tǒng)異常狀態(tài)是過負(fù)荷，過負(fù)荷使電力系統(tǒng)元件或設(shè)備溫度升高，加速絕緣老化，甚至發(fā)展成故障。另外，電力系統(tǒng)異常狀態(tài)還有電辦系統(tǒng)振蕩、頻率降低、過電壓等。 故障和異常運(yùn)行如果得不到及時(shí)處理，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。電力系統(tǒng)事故是指整個(gè)系統(tǒng)或部分的正常運(yùn)行遭到破壞，造成對用戶少送電或電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，甚至造成人身傷亡、電氣設(shè)備損壞或大面積停電等事故。 針對電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)需要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置是在電力系統(tǒng)故障或異常運(yùn)行

22、情況下動(dòng)作的一種自動(dòng)裝置，與其他輔助設(shè)備及相應(yīng)的二次回路一起構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，迅速檢出故障或異常情況，并發(fā)出信號或向斷路器發(fā)跳閘命令，將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)切除或終止異常運(yùn)行的一整套設(shè)備。繼電保護(hù)的任務(wù)是：1)反映電力系統(tǒng)元件和電氣設(shè)備故障,自動(dòng)、有選擇性、迅速地將故障元件或設(shè)備切除，保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行，將故障影響限制在最小范圍·2)反映電力系統(tǒng)的異常運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件和設(shè)備的承受能力自動(dòng)發(fā)出信號，減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。二、自動(dòng)裝置保障電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高供電可靠性和保證電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置是必不可少的。電力系統(tǒng)

23、自動(dòng)裝置可分為自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)操作裝置。自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置一般是為了保證電能質(zhì)量、消腧系統(tǒng)異常運(yùn)行狀態(tài)等對某些電量實(shí)施自動(dòng)地調(diào)節(jié)，例如同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)、電力系統(tǒng)頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)等。自動(dòng)操作裝置的作用對象往往是某些斷路器，自動(dòng)操作的目的是提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和保證安全運(yùn)行，例如備用電源自動(dòng)投入裝置、線路自動(dòng)重合閘裝置、低頻減載裝置等；還有某些自動(dòng)操作裝置用來提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，例如發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列裝置等。三、二次回路發(fā)電廠、變電站的龜氣系統(tǒng)，按其作用分為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)是直接生產(chǎn)、傳輸和分配電能的設(shè)備及相互連接的電路。在電能生產(chǎn)和使用的過程中，對一次電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸配電以及用

24、電的全過程進(jìn)行監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、調(diào)度，以及必要時(shí)的保護(hù)等作用的設(shè)備稱為二次設(shè)備，二次設(shè)備及其相互問的連接電蹄稱為二次系統(tǒng)或二次回路?？梢?，二次回路也是電力系統(tǒng)正常、安全運(yùn)行的必不可少的部分。 二次系統(tǒng)或二次回路主要包括繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測量儀表、控制、信號和操作電源等子系統(tǒng)。 (1)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置系統(tǒng)。由互感器、變換器，各種繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置、選擇開關(guān)及其回路接線構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障和異常運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)處理。 (2)控制系統(tǒng)。由各種控制開關(guān)和控制對象(斷路器、隔離開關(guān))的操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的就地和遠(yuǎn)方跳、合閘操作，滿足改變一次系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障處理的需要。 (3)測量及監(jiān)測

25、系統(tǒng)。由各種電氣測量儀表、監(jiān)測裝置、切換開關(guān)及其回路接線構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)指示或記錄一次系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。 (4)信號系統(tǒng)。由信號發(fā)送機(jī)構(gòu)、接收顯示元件及其回路接線構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)顯示一次系統(tǒng)和設(shè)備的工作狀態(tài)。 (5)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由測量機(jī)構(gòu)、傳送設(shè)備、執(zhí)行元件及其回路接線構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對某些設(shè)備工作參數(shù)的調(diào)節(jié)。 (6)操作電源系統(tǒng)。由直流電源設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)供給以上二次系統(tǒng)工作電源。 >> 第二節(jié) 對繼電保護(hù)自動(dòng)裝置的基本要求 電力系統(tǒng)對反映故障、動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)有選擇性、快速性、靈敏性、可靠性四個(gè)基本要求。對反映異常運(yùn)行狀態(tài)、作用于信號的繼電保護(hù)，則不要求同時(shí)滿足這四

26、個(gè)基本要求，例如快速性要求可以降低。 一、選擇性 選擇性是指繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)僅將故障元件或設(shè)備切除，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行，停電范圍盡可能小。繼電保護(hù)動(dòng)作具有選擇性，要求首先由故障元件或設(shè)備本身的保護(hù)切除故障，即最靠近故障點(diǎn)的保護(hù)和斷路器動(dòng)作；當(dāng)故障元件或設(shè)備本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰元件或設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作(通常稱為后備保護(hù))。所以，選擇性有兩個(gè)含義：笫一，應(yīng)由裝設(shè)在故障元件或設(shè)備上的繼電保護(hù)動(dòng)作切除故障，第二，考慮繼電保護(hù)或斷路器存在拒動(dòng)的可能，由后備保護(hù)切除故障時(shí)，也應(yīng)保證停電范圍盡可能小。因此，選擇性要求系統(tǒng)中的繼電保護(hù)之間，在動(dòng)作時(shí)必須滿足一定的配合關(guān)系。以圖2-l為例說明繼

27、電保護(hù)的選擇性。 當(dāng)kl點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)該由保護(hù)1和保護(hù)2動(dòng)作使斷路器IQF和2QF跳閘，切除故障線路L1，保證系統(tǒng)其他部分繼續(xù)運(yùn)行；k2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)該由保護(hù)4動(dòng)作使斷路器4QF跳閘切除故障線路L4，保證系統(tǒng)其他部分繼續(xù)運(yùn)行。這種按照電力系統(tǒng)安全性要求，故障發(fā)生后首先動(dòng)作的繼電保護(hù)是主保護(hù)。故障元件的主保護(hù)正確動(dòng)作的結(jié)果，將故障范圍限制在最小，甚至可以保證所有母線都不停電(例如上述kl點(diǎn)故障的情況)，這是選擇性的第一個(gè)含義。 如果線路L4在k2點(diǎn)故障時(shí)，其主保護(hù)拒動(dòng)，則應(yīng)由線路L4的另一套具有后備作用的保護(hù)動(dòng)作，使斷路器4QF跳閘切除故障，這就是近后備保護(hù)如果線路L4的主保護(hù)和近后備保護(hù)都

28、拒動(dòng)或斷路器4QF拒動(dòng)，則應(yīng)由上一級線路L3的后備保護(hù)動(dòng)作，使斷路器3QF跳閘切除故障，實(shí)現(xiàn)保護(hù)3對線路L4的遠(yuǎn)后備保護(hù)作用。這種當(dāng)故障時(shí)主保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)，由后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，也是具有選擇性的，即選擇性的第二個(gè)含義。 綜上所述繼電保護(hù)根據(jù)所承擔(dān)的任務(wù)分為主保護(hù)和后備保護(hù)。電力系統(tǒng)故障時(shí)，主保護(hù)按照電力系統(tǒng)的安全性要求·以最短的時(shí)限和最小的停電范圍動(dòng)作切除故障，保證電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全；后備保護(hù)一般動(dòng)作延時(shí)較長，是當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，以大于主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作切除故障。近后備保護(hù)是在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)。由本設(shè)備的另保護(hù)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)；遠(yuǎn)后備保護(hù)是在保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由

29、上一級設(shè)備或線路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。 可見，繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性是為了提高供電的可靠性，而繼電保護(hù)無選擇性動(dòng)作，必將擴(kuò)大停電范圍，帶來不應(yīng)有的損失。 二、快速性 快速性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)以盡可能快的速度動(dòng)作切除故障元件或設(shè)備。 繼電保護(hù)快速動(dòng)作切除故障，可以控制故障影響程度，減少設(shè)備損傷，避免造成設(shè)備無法修復(fù)的損壞；減小故障影響時(shí)間，城少用戶在低電壓情況下的工作時(shí)間，避免用戶電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速嚴(yán)重下降、甚至自啟動(dòng)失?。环乐瓜到y(tǒng)穩(wěn)定性破壞，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 故障切除時(shí)聞等于保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)具體電網(wǎng)對故障切除時(shí)間的不同要求，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)。三、靈敏性靈

30、敏性是指繼電保護(hù)裝置對保護(hù)范圍內(nèi)故障的反應(yīng)能力,通常用靈敏系數(shù)Ksen來衡量,也稱為靈敏度。 衡量繼電保護(hù)的靈敏度，需考慮繼電保護(hù)在保護(hù)范圍內(nèi)，應(yīng)該反映的各種故障類型,即保證在最不利于保護(hù)動(dòng)作的條件下仍能夠可靠動(dòng)作。在被保護(hù)元件或設(shè)備故障時(shí)，保護(hù)的靈敏度用保護(hù)裝置反應(yīng)的故障參數(shù)(例如短路電流)與保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)(例如動(dòng)作電流)之比表示。對于反應(yīng)故障參數(shù)上升而動(dòng)作的過量保護(hù)裝置，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)等靈敏系數(shù)計(jì)算式為 (2-1)例如反應(yīng)故障時(shí)電流增大動(dòng)作的過電流保護(hù)，要使保護(hù)動(dòng)作，流過保護(hù)的短路電流必須大于保護(hù)的動(dòng)作電流，即靈敏系數(shù)必須大于1。對于反應(yīng)故障參數(shù)降低而動(dòng)作的欠量保護(hù)裝置，如電動(dòng)機(jī)

31、的欠壓保護(hù)靈敏系數(shù)計(jì)算式為 （2-2）例如反應(yīng)故障時(shí)電壓降低動(dòng)作的低電壓保護(hù)，要使保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)安裝處的母線殘壓必須小于保護(hù)的動(dòng)作電壓，同樣靈敏系數(shù)必須大于1。 式(2-1)和式(2-2)中，故障參數(shù)計(jì)算值根據(jù)保護(hù)類型和保護(hù)范圍，采用最不利于保護(hù)動(dòng)作的系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路類型和短路點(diǎn)，計(jì)算實(shí)際可能的最小靈敏度，故式(2-1)用故障參數(shù)的最小計(jì)算值，式(2-2)用故障參數(shù)的最大計(jì)算值。在繼電保護(hù)的相關(guān)規(guī)程中，對各類保護(hù)的靈敏系數(shù)都作了具體的規(guī)定。另外,對上、下級保護(hù)之間的靈敏性和動(dòng)作時(shí)限還有配合的要求，一般用在后備保護(hù)(例如過電流保護(hù))，指下一級保護(hù)的靈敏度應(yīng)高于上一級保護(hù)的靈敏度，下一級保護(hù)的動(dòng)

32、作延時(shí)應(yīng)小于上一級保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，如圖2-2所示各保護(hù)的靈敏度之問應(yīng)滿足關(guān)系Ksen.1>Ksen.2>Ksen.3；動(dòng)作時(shí)限之間應(yīng)滿足關(guān)系t1<t2<t3。繼電保護(hù)的選擇性要求，首先由故障元件或設(shè)備本身的保護(hù)切除故障。當(dāng)故障元件或設(shè)備本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由上一級相鄰元件或設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作。可見，后備保護(hù)靈敏度和動(dòng)作時(shí)限的配合要求是防止上一級相鄰元件或設(shè)備的保護(hù)越級動(dòng)作跳閘的措施之一，也是保證選擇性的條件之一。 四、可靠性 可靠性是指繼電保護(hù)裝置在需要它動(dòng)作時(shí)可靠動(dòng)作(不拒動(dòng))，不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作(不誤動(dòng))。將繼電保護(hù)裝置應(yīng)該動(dòng)作時(shí)不拒動(dòng)也稱為繼電保護(hù)的

33、可依賴性，不應(yīng)該動(dòng)作時(shí)不誤動(dòng)也稱為繼電保護(hù)的安全性。 繼電保護(hù)的可靠性是對繼電保護(hù)最根本的要求。當(dāng)電力系統(tǒng)中故障或異常運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，繼電保護(hù)必須具有迅速且正確的判斷能力，按照預(yù)定方案動(dòng)作；而當(dāng)電力系統(tǒng)正常時(shí)，不能做出錯(cuò)誤判斷，產(chǎn)生誤動(dòng)作。電力系統(tǒng)常用繼電保護(hù)的正確動(dòng)作率衡量其可靠性，表示如下：式中，保護(hù)實(shí)際動(dòng)作次數(shù)包括保護(hù)正確動(dòng)作次數(shù)和誤動(dòng)作次數(shù)。 繼電保護(hù)的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置，以及運(yùn)行維護(hù)和管理來保證。為了提高繼電保護(hù)的可靠性，選擇保護(hù)裝置時(shí)，在滿足電力系統(tǒng)要求的前提下，盡可能選擇簡單保護(hù)，應(yīng)力求接線簡單、元件性能可靠、回路觸點(diǎn)盡可能少。 需要指出的是電

34、力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的四個(gè)基本要求，是分析研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)評價(jià)繼電保護(hù)的依據(jù)。四個(gè)基本要求既相互依賴又存在矛盾，例如靈敏性是實(shí)現(xiàn)保護(hù)可靠動(dòng)作的前提，保護(hù)之間靈敏度和動(dòng)作時(shí)限的配合又是選擇性的基礎(chǔ)，而在某些情況下又不得不犧牲快速性來保證保護(hù)的選擇性。所以，針對實(shí)際問題，需要具體處理基本要求之間的關(guān)系，取得合理統(tǒng)一。 電力系統(tǒng)對自動(dòng)裝置的要求，參照以上基本要求。 >> 第三節(jié) 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的基本構(gòu)成及發(fā)展 一、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的基本構(gòu)成繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的形式雖然多樣，而且具有不問功能，但就一般情況而言，整套裝置總是由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分構(gòu)成。繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)框圖

35、如圖2-3所示。 (1)測量部分。繼電保護(hù)的基本原理，是利用電力系統(tǒng)正常運(yùn)行與故障(包括異常狀態(tài))時(shí)，各運(yùn)行參數(shù)的差別判斷故障(或異常運(yùn)行)，因此需要將輸入量與鑒別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的基準(zhǔn)量比較，這個(gè)基準(zhǔn)量即繼電保護(hù)動(dòng)作整定值。測量部分的作用是測量被保護(hù)對象的各類運(yùn)行參數(shù)，在故障情況下測得的是故障參數(shù)，與給定的整定值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果(即對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的判斷結(jié)果)輸出給邏輯部分。根據(jù)繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理，作為輸人量的各類運(yùn)行參數(shù)可能是單一的，如電流、電壓等或者包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，如電流和電壓。 (2)邏輯部分。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不是所有測量到故障的繼電保護(hù)都動(dòng)作使斷路器跳閘，而是按照選擇性要求有選擇

36、地切除故障。 邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分的輸出(可能有不止一個(gè)輸出)，按照繼電保護(hù)預(yù)先設(shè)置的邏輯關(guān)系進(jìn)行判斷，確定保護(hù)是否應(yīng)該使斷路器跳閘或者發(fā)出信號，并將判斷結(jié)果輸出給執(zhí)行部分。繼電保護(hù)常用的邏輯包括“或”、“與”、 “否”、“延時(shí)”、“記憶”等。 (3)執(zhí)行部分。執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分的輸出，完成繼電保護(hù)發(fā)出斷路器跳閘命令或信號。例如，針對保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障，保護(hù)發(fā)出跳閘命令；針對異常狀態(tài)，保護(hù)發(fā)出告警信號。 二、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的發(fā)展 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)電壓等級的提高和容量的擴(kuò)大，不斷對繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置提出更高的要求，科學(xué)

37、技術(shù)的進(jìn)步為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的改進(jìn)及性能提高創(chuàng)造了條件。就繼電保護(hù)技術(shù)而言，其發(fā)展過程經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型和微機(jī)型等階段，目前在電力系統(tǒng)中運(yùn)行著大量的微機(jī)型繼電保護(hù)。與以往各類繼電保護(hù)相比，微機(jī)型繼電保護(hù)在構(gòu)成原理上有很大的靈活性。由于采用了微處理器和超大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計(jì)算技術(shù)，微機(jī)型保護(hù)的性能更加完善，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜原理保護(hù)，并且除常規(guī)的保護(hù)功能外，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障錄波、故障測距和通信等功能。第三章線 路 保 護(hù) 本章介紹應(yīng)用于11OkV及以下電網(wǎng)、反應(yīng)輸電線路各種短路故障的主要繼電保護(hù)，包括反應(yīng)相間短路的三段式電流保護(hù)、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)階段式零序電流保護(hù)、距離

38、保護(hù)和縱差動(dòng)保護(hù)。其中三段式電流保護(hù)是最簡單、最基礎(chǔ)的線路保護(hù)，其分析問題的方法和思路同樣適用于其他類型的保護(hù)。在講述繼電保護(hù)之前，首先介紹幾種常用的電磁型繼電器。>> 第一節(jié) 常用繼電器一、電流繼電器電流繼電器在繼電保護(hù)裝置中作為測量和起動(dòng)元件，反應(yīng)電流增大超過某一整定數(shù)值叫動(dòng)作。電流繼電器接在電流互感器的二次側(cè)，因此可以反應(yīng)電力系統(tǒng)故障或異常運(yùn)行時(shí)的電流異常增大。電流繼電器反應(yīng)電流增大而動(dòng)作，能夠使繼電器開始動(dòng)作的最小電流稱為電流繼電器的動(dòng)作電流；繼電器動(dòng)作后，再減小電流，使繼電器返回到原始狀態(tài)的最大電流稱為電流繼電器的返回電流；返回電流與動(dòng)作電流之比稱為電流繼電器的返回系數(shù)，

39、即 （3-1）式中 電流繼電器的動(dòng)作電流； 電流繼電器的返回電流； 電流繼電器的返回系數(shù)。由電流繼電器的動(dòng)作原理可知，電流繼電器的動(dòng)作電流恒大于返回電流，顯然電流繼電器的返回系數(shù)恒小于1，一般不小于0.85。電流繼電器的文字符號和圖形符號如表3-1所示。當(dāng)通入電流繼電器線圈的電流增大到繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，繼電器動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合；當(dāng)電流減小達(dá)到繼電器的返回電流時(shí)，繼電器返回，動(dòng)合觸點(diǎn)打開。二、電壓繼電器電壓繼電器反應(yīng)電壓變化而動(dòng)作，分過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。電壓繼電器接在電壓互感器的二次側(cè)，醫(yī)此可以反應(yīng)電力系統(tǒng)故障或異常運(yùn)行時(shí)的電壓異常變化。 過電壓繼電器反映電壓增大而動(dòng)作，動(dòng)作電壓、

40、返回電壓和返回系數(shù)的概念與電流繼電器類似。即能夠使繼電器開始動(dòng)作的最小電壓稱為過電壓繼電器的動(dòng)作電壓；繼電器動(dòng)作后減小電壓，使繼電器返回到原始狀態(tài)的最大電壓稱為過電壓繼電器的返回電壓；返回電壓與動(dòng)作電壓之比稱為過電壓繼電器的返回系數(shù)，顯然其返回系數(shù)也恒小于1。低電壓繼電器反映電壓降低而動(dòng)作，能夠使繼電器開始動(dòng)作的最大電壓稱為低電壓繼電器的動(dòng)作電壓；繼電器動(dòng)作后升高電壓，使繼電器返回到原始狀態(tài)盼最小電壓稱為低電壓繼電器的返回電壓；同樣返回電壓與動(dòng)作電壓之比稱為返回系數(shù)，即 （3-2）式中 低電壓繼電器的動(dòng)作電壓； 低電壓繼電器的返回電壓； 低電壓繼電器的返回系數(shù)。 由低電壓繼電器的動(dòng)作原理可知，

41、其動(dòng)作電壓恒小于返回電壓，顯然低電壓繼電器的返回系數(shù)恒大于1。 電壓繼電器的文字符號和圖形符號如表3-1所示。對于低電壓繼電器，當(dāng)加入繼電器線圈的電壓降低到繼電器的動(dòng)作電壓時(shí)，繼電器動(dòng)作，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合；當(dāng)電壓升高達(dá)到繼電器的返回電壓時(shí)，繼電器返回，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開。可見，低電壓繼電器的動(dòng)作、返回過程與電流繼電器或過電壓繼電器正好相反。 三、時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器在繼電保護(hù)中用作時(shí)間元件，用于建立繼電保護(hù)需要的動(dòng)作延時(shí)。因此對時(shí)間繼電器的要求是動(dòng)作時(shí)間必須準(zhǔn)確。 時(shí)間繼電器的文字符號和圖形符號如表3-l所示。時(shí)間繼電器一般是直流電源操作的，當(dāng)繼電器線圈接通直流電源，繼電器起動(dòng)，但只有達(dá)到預(yù)先整定的時(shí)

42、閫延時(shí)其延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)才閉合，接通后續(xù)電路。 四、中間繼電器和信號繼電器 在繼電保護(hù)中中間繼電器用于增加觸點(diǎn)數(shù)量和觸點(diǎn)容量，所以中間繼電器一般帶有多付觸點(diǎn)，可能同時(shí)具有動(dòng)臺觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)，其觸點(diǎn)容量較大。 有的中間繼電器具有觸點(diǎn)延時(shí)閉合或延時(shí)打開的功能，可以用于建立繼電保護(hù)需要的短的延時(shí)；有的中間繼電器具有自保持功能，可以實(shí)現(xiàn)電流自保持或電壓自保持。中間繼電器的文字符號和帶有動(dòng)合觸點(diǎn)的中間繼電器圖形符號如表3-1所示。 信號繼電器用于發(fā)出繼電保護(hù)動(dòng)作信號，便于值班人員發(fā)現(xiàn)事故和統(tǒng)計(jì)繼電保護(hù)動(dòng)作次數(shù)。信號繼電器的文字符號是KS。根據(jù)需要將信號繼電器串聯(lián)或并聯(lián)接人二次回路，分別應(yīng)選擇串聯(lián)電流型信號繼

43、電器、并聯(lián)電壓型信號繼電器。 在微機(jī)保護(hù)中，電流、電壓繼電器由軟件算法實(shí)現(xiàn)，觸點(diǎn)可理解為邏輯電平；時(shí)間繼電器由計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，通過對計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得需要的延時(shí)。>> 第二節(jié) 相間短路的階段式電流保護(hù) 相間短路通常僅考慮兩相短路和三相短路的情況。電力系統(tǒng)發(fā)生相間短路的主要特征是電流明顯增大，利用這一特點(diǎn)可以構(gòu)成反應(yīng)電流增大的階段式電流保護(hù)。一、瞬時(shí)電流速斷保護(hù)1、瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理從故障切除時(shí)間考慮，原則上繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越短越好，即在被保護(hù)元件或設(shè)備上裝設(shè)快速保護(hù)，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)就是這樣的快速保護(hù)。下面用如圖3-1所示單電源線路，說明瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理。對于圖3

44、-1所示單側(cè)有電源的輻射形電網(wǎng)，電流保護(hù)裝設(shè)在線路始端，當(dāng)線路發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流計(jì)算如下 （3-3）式中 系統(tǒng)等效電源的相電動(dòng)勢；系統(tǒng)電源到保護(hù)安裝點(diǎn)的電抗；短路電抗（保護(hù)安裝點(diǎn)到短路點(diǎn)的電抗。則Xs+Xk為系統(tǒng)電源至短路點(diǎn)之間的總電抗。顯然，當(dāng)短路點(diǎn)距離保護(hù)安裝點(diǎn)越遠(yuǎn)時(shí)，Xk越大，短路電流越小；當(dāng)系統(tǒng)電抗越大時(shí)，短路電流越??；而且短路電流與短路類型有關(guān)，同一點(diǎn)。短路電流與短路點(diǎn)的關(guān)系如圖3-1的曲線，曲線1為最大運(yùn)行方式（系統(tǒng)電抗為，短路時(shí)出現(xiàn)最大短路電流）下三相短路故障時(shí)的，曲線2為最小運(yùn)行方式（系統(tǒng)電抗為，短路時(shí)出現(xiàn)最小短路電流）下兩相短路故障時(shí)的。 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)反應(yīng)線路故障時(shí)

45、電流增大動(dòng)作，并且沒有動(dòng)作延時(shí)，所以必須保證只有在被保護(hù)線路上發(fā)生短路時(shí)才動(dòng)作，例如圖3-1的保護(hù)1必須只反應(yīng)線路Ll上的短路，而對L1以外的短路故障均不應(yīng)動(dòng)作。這就是保護(hù)的選擇性要求，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)是通過對動(dòng)作電流的合理整定來保證選擇性的。 2整定計(jì)算 一般把對繼電保護(hù)裝置動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算和靈敏度的校驗(yàn)稱為繼電保護(hù)整定計(jì)算，將計(jì)算條件稱為整定原則。按照選擇性要求，圖3-1保護(hù)1的動(dòng)作電流，應(yīng)該大于線路L2始端短路時(shí)的最大短路電流。實(shí)際上，線路L2始端短路與線路L1末端短路時(shí)反應(yīng)到保護(hù)l的短路電流幾乎沒有區(qū)別，因此，線路L1的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流的整定原則為：躲過本線路末端短路的可

46、能出現(xiàn)的最大短路電流，計(jì)算如下： （3-4） 式中 線路L1的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)一次動(dòng)作電流； 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，考慮短路電流的計(jì)算誤差、測量誤差、短路電流非周期分量等因素對保護(hù)的影響，一般取1.21.3； 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，在線路L1末端(母線)發(fā)生三相短路時(shí)流過保護(hù)1(即線路U)的短路電流。按照式(3-4)計(jì)算出保護(hù)l的動(dòng)作電流與短路電流的關(guān)系如圖3-1所示，動(dòng)作電流與短路電流曲線的交點(diǎn)確定了保護(hù)能夠反應(yīng)故障的范圍，即保護(hù)范圍?？梢姡捎诙搪冯娏髋c系統(tǒng)的運(yùn)行方式和短路類型有關(guān)，在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化或短路類型不同時(shí)，保護(hù)范圍隨之發(fā)生變化，因此有最小保護(hù)范圍Lmin和最大保護(hù)范圍Lma

47、x 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度用最小保護(hù)范圍衡量。規(guī)程規(guī)定：瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的最小保護(hù)范圍Lmin不小于本線路全長的1520%。在某些特殊情況下，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)可以保護(hù)線路的全長，即保護(hù)范圍可以延伸到本線路以外。例如圖3-2所示，通過線路一變壓器組接線直接向負(fù)荷供電，不論故障發(fā)生在線路還是變壓器，都應(yīng)該使斷路器QP跳閘，將線路和變壓器同時(shí)切除。因此，保護(hù)l瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流的整定原則，可以按照躲過變壓器低壓側(cè)母線短路時(shí)，流過保護(hù)的最大短路電流整定，結(jié)果其保護(hù)范圍必然延伸到變壓器內(nèi)部，即可以保護(hù)線路L的全長。 3原理接線圖電磁繼電器構(gòu)成的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線如圖3-3所示。圖中電流繼

48、電器KAl和KA2是保護(hù)的測量元件，保護(hù)范圍內(nèi)相間短路故障時(shí)動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)中間繼電器KM，中間繼電器是保護(hù)的執(zhí)行元件(也稱為保護(hù)的出口繼電器)，動(dòng)作后動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，經(jīng)信號繼電器KS線圈和斷路器QP的輔助觸點(diǎn)，使斷路器跳閘線圈YT帶電，斷路器QF跳閘切除故障，同時(shí)信號繼電器發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號。圖中XB是保護(hù)出口連接片(或稱為壓板)，用于投入或退出保護(hù)時(shí)，接通或斷開保護(hù)的出口回路。 圖中中間繼電器的作用有二，其一，增加觸點(diǎn)容量、接通斷路器的跳閘回路；其二，增大保護(hù)的固有動(dòng)作時(shí)間，避免避雷器放電造成保護(hù)誤動(dòng)。 圖中斷路器QF的輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)與斷路器QF主觸頭狀態(tài)相同。在保護(hù)動(dòng)作斷路器QF跳閘

49、后，輔助觸點(diǎn)打開，斷開跳閘回路，避免跳閘線圈YT長時(shí)間通電而燒壞；同時(shí)避免用中間繼電器KM觸點(diǎn)斷開跳閘回路，起到保護(hù)中間繼電器KM觸點(diǎn)的作用。 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、簡單可靠，缺點(diǎn)是不能保護(hù)線路的全長，并且保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響。在最小運(yùn)行方式下，其保護(hù)范圍可能很小，嚴(yán)重時(shí)可能沒有保護(hù)區(qū)。 二、限時(shí)電流速斷保護(hù) 1限時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍不能達(dá)到線路的全長，在本線路末端附近發(fā)生短路時(shí)不會(huì)動(dòng)作，因此需要增設(shè)另一套保護(hù)，用于反應(yīng)本線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，同時(shí)作為瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)。對限時(shí)電流速斷保護(hù)的要求是，

50、其保護(hù)范圍在任何情況下必須包括本線路的全長，并具有規(guī)定的靈敏度；同時(shí)，在保證選擇性的前提下，動(dòng)作時(shí)間最短。如圖3-4所示，說明限時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理。以線路Ll的保護(hù)1為例，限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍需包括本線路Ll的全長，則必然延伸到相鄰線路L2，但不應(yīng)超出保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，即>，顯然，保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，與保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍出現(xiàn)重疊區(qū)。為了保證保護(hù)的選擇性，即在線路L2始端短路時(shí)，仍然由保護(hù)2動(dòng)作使斷路器QF2跳閘，保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)必須增加動(dòng)作延時(shí)，即>。2、整定計(jì)算（1）動(dòng)作電流。線路L1的限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流

51、的整定原則為：與相鄰線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合，計(jì)算如下： (3-5)式中 線路L1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流； 限時(shí)電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，考慮短路電流的計(jì)算誤差、測量誤差等因素對保護(hù)的影響，一般取=1.11.2； 相鄰線路L2瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流。按照式（3-5）計(jì)算出保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流、保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，關(guān)系如圖3-4所示。（2）動(dòng)作時(shí)間。線路L1的限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)與線路L2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合，整定如下： （3-6）式中 線路L1的限時(shí)電流速沁保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 線路L2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 時(shí)限級差。 圖3

52、-4可見，線路L2始端一定范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，短路電流同時(shí)大于和，能夠使保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)起動(dòng)、保護(hù)2瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作。而此時(shí)應(yīng)由保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，斷路器QP2跳閘，當(dāng)其拒動(dòng)時(shí)，才允許保護(hù)1的限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作。斷路器QF2跳閘后，保護(hù)1限時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)可靠返回。因此，時(shí)限級差A(yù)2具體應(yīng)該包括瞬時(shí)電流速斷保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間、斷路器分閘時(shí)間、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間誤差等，再考慮一定的時(shí)間裕度，一般取t=0.5s。與關(guān)系如圖3-4所示，一般0s，所以=t0.5s。(3)靈敏度。限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍是本線路的全長，則靈敏度應(yīng)該考慮系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式下，保護(hù)對全線路范圍內(nèi)各種故障的反應(yīng)

53、能力，選擇對保護(hù)動(dòng)作最不利的情況進(jìn)行校驗(yàn)。限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)條件為，以本線路末端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)的最小短路電流進(jìn)行校驗(yàn)。圖3-4保護(hù)l限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)計(jì)算如下： (3-7)式中 限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)，規(guī)程要求>1.31.5； 限時(shí)電流速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流； 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，本線路末端母線(對保護(hù)1即B母線)兩相短路時(shí)，流過保護(hù)的短路電流。如果按式(3-7)校驗(yàn)靈敏度不滿足規(guī)程要求，則限時(shí)電流速斷保護(hù)達(dá)不到保護(hù)線路全長的目的。由式(3-7)可知，減小保護(hù)的動(dòng)作電流可以提高靈敏度，所以通常解決靈敏度不足的方法是，限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間與相鄰線

54、路的限時(shí)電流速斷保護(hù)配合，例如圖3-4中保護(hù)1具體整定如下：= （3-8）=+ （3-9）式中 線路L1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流； 限時(shí)電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，一般取=1.11.2 ； 相鄰線路L2限時(shí)電流速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流； 線路L1的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 線路L2的限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間； 時(shí)限級差。顯然，按式（3-8）、式（3-9）整定，動(dòng)作電流降低、靈敏度提高、保護(hù)范圍增長，但動(dòng)作時(shí)間延長了。3、原理接線圈電磁繼電器構(gòu)成的限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線如圖3-5所示(與圖3-3相比較，相當(dāng)于用KT代替了KM)。圖中電流繼電器KAl和KA2是保護(hù)的測量元件，保護(hù)范圍內(nèi)相間短路故障時(shí)動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合起動(dòng)時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器是保護(hù)的邏輯及執(zhí)行元件，起動(dòng)后動(dòng)合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，經(jīng)信號繼電器KS線圈和斷路器QF的輔助觸點(diǎn)，使斷路器跳閘線圈YT帶電，斷路器QF跳閘切除故障，同時(shí)信號繼電器發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號。顯然當(dāng)電流繼電器KAl或KA2動(dòng)作起動(dòng)時(shí)間繼電器KT后，如果在其整定時(shí)間內(nèi)故