继电保护中电容器保护常用保护原理
电力电容器组不平衡保护综述
科技日益进步，经济持续发展，用户用电对电能的要求也日益升高。不单是对电能数量的需求不断增长，其对电压质量要求也越来越高，电容器保护测控装置不单要有足够的电能，还要有稳定的电能——即电压、频率、波形需符合要求，才能保证用户的用电设备持续保持最好的工作性能，从而保证工效效率。其中，电压质量是很重要的一个方面，不单对用户生产、生活、工作有重大影响，对整个电网的安全稳定经济运行也有着至关重要的作用。
与电压质量息息相关的就是无功电源，无功不足，会使得系统的电压幅值降低，对整个电网来说，电压过低可能引起电压崩溃，进而使系统瓦解，造成负荷大幅流失；对单个元件而言，电压的降低可能使其无法运行在最佳工况，同时造成电能损耗增大，甚至可能损坏设备，同时输电线路在同等条件下，电压越低传输的电能就越小。因此，必须保证无功电源的供应。同时，为了确保电网经济运行与用户的用电正常，又必须减小无功功率的流动，因此，无功补偿的基本原则是就地补偿。即在变电站及用户负荷处，将一定量的电容器串联、并联在一起，形成电容组，使其达到一定的容量、满足一定的电压要求，补偿系统无功、调节该节点电压。
1电容器组接线方式的决定因素
电容器通常是将若干元件封装在一铁壳内，构成电容器单元，再
由各单元先并后联，封装在铁箱内组成的。
当电容器组所接入电网的电压等级、容量要求确定以后，接线方式的选择则关系到了电容器组的安全性、可靠性以及经济性。决定接线方式的主要因素包括以下几个方面。
1.1受耐爆容量限制
电容器组在运行过程中，若其中某个电容器击穿短路，这个电容器将承受来自其自身及其他并联10KV电容器保护组的放电。为防止故障元件受放电能量过大冲击，导致电容元件爆炸，必须限制同一串联段上的并联台数，即有所谓的最大并联台数问题。可以通过减少并联数与增大串联段数的方法，来降低冲击故障电容器的放电能量。
1.2接线方式与设备不配套的限制
20世纪90年代末至21世纪初，由于工艺上的改进，使电力电容器的介质，结构发生改变，普遍采用了全膜电容器。电容器的容量越来越大，因此派生出了很多新的结构与接线方式。同时，在一段时间内，由于缺乏较高的
66kV电压等级的放电线圈，致使其66KV电容器保护测控装置选择及相应接线方式的应用受到限制，因此使相关接线方式适用范围受到了限制。由于这种不配套的限制，导致该时期电容器运行故障明显上升。经过阵痛之后，对配套设备的研究也跟上技术的研发进度，因此，这种限制现在基本消除。
1.3与应用的场合有关
在电力企业中，多采用星形接法，在工矿企业变电所中多采用三
角形接法。采用三角形接法时，能够过滤掉3次谐波电流，可以消除其对设备的影响，但其缺点是当电容器发生击穿短路时，其它相电容器的放电电流会对故障电容器产生冲击。星形接线时，电容器故障情况下受到其它两相容抗的限制，来自系统的工频短路电流最大不超过其额定电流的3倍，且不受其它相电容器放电电流的影响，相对而言可靠性更高。
2电容器组接线方式及其相应不平衡保护
电容器组的接线方式较多，相应也产生了不同的不平衡保护。一般来说，同种不平衡保护接线下，既可采用电流式、也可采用电压式保护，6KV电容器保护测控装置其根本原理都是利用元件发生故障时产生的不平衡量来作为保护判据。在此仅列举三种方式，其余接线方式读者可再查找有关资料。
2.1单星形接线采用零序电压保护
主要是利用电压互感器的开口三角电压形成不平衡电压，此时电压互感器一次绕组还可兼作放电线圈，可防止反复投入电容器组时，因残余电荷造成电容器组过电压。见图1单星形接线采用零序电压保护。
2.2双星形主接线方式时采用中性线电流不平衡保护
对于双星形接线的电容器组，可采用中性线电流不平衡保护。当同相的两电容器组中发生电容器故障时，流过两串电容器组的电流不等，则中性线上必流过不平衡电流。见图2双星形主接线方式采用中性线电流不平衡保护。
2.3单相为两组电容器组串联的星形接线采用电量压差动保护方式
同样的，电压互感器的一次绕组可以兼作放电线圈，二次绕组则接成压差式反极性串连法，正常运行时电容容抗值相等，压差为零；当有电容器损坏时，由于一次绕组分压不等，则二次绕组出现差压，使保护动作。见图3单相为两组电容器组串联的星形接线采用电量压差动保护方式。
3不平衡保护动作原因分析
①配套设备各相性能差异较大产生不平衡分量。三相放电线圈及电抗器如果性能差异较大，那即使在母线侧的三相电源平衡，电容器组一次侧平衡的情况下，在二次侧也可能产生一个虚假的不平衡电压。如果不平衡电压保护设定值较低，则这个不平衡电压可能引起误动。当然，随着放电线圈及电抗器制作工艺的进步，这种情况还是较少发生。然而，在电容器组的选型及验收启动时，还是要关注这些参数。特别是负荷侧有较大的谐波源时，由于频率的升高，容抗、感抗之间的差异更大。
②母线三相不平衡导致电容器组产生不平衡分量。电容器组主接线方式采用星形接线，受到母线不平衡分量的影响较小，基本为零，因此不至于会产生不平衡电压或电流。电容器自动投切装置若是采用三角形接法，则母线三相不平衡时，即使其幅值差为2%，相角差为1°时，该不平衡电压可能达到5%以上的额定电压值。电容器组投入运行时，对于10kV电压等级的来说，操作时的过电压可能导致其产
生不平衡分量，甚至造成击穿。③电容器组各相容抗不平衡导致不平衡分量出现。三相电容值不平衡时，比如其单个电容器组容抗出现差异乃至发生故障击穿，则由于电压分配的原因，电容值小的相或串联段所承受的电压值就更高，不平衡分量由此出现。而承受电压值较高的，其运行工况较差，因此进一步恶化，不平衡分量越来越大，最终导致不平衡保护动作。
4电容器组故障的防范与查找
4.1严格控制电容器的运行工况
在运行中应严格监视电容器组的运行工况，如运行温度、电压电流等。电容器受运行温度的影响较大，当运行温度升高10℃时，其电容量下降的速度就提高一倍，而长期受高温影响会使其内部绝缘介质老化、损耗角增大，最终使电容器内部温升过高，如此循环，使其使用寿命降低，严重时可能造成热击穿，一般来说，应控制其温度在40℃以内。根据相关规程规定，电容期的允许工作电压为其额定值的1.1倍，允许工作电流为额定电流的1.3倍，电压无功综合控制装置在运行过程中应严格监视这些电气量，当超过规定值时，应立即退出电容器组的运行。
4.2减少抑制操作过电压
35kV及以下的电容器组投切时，宜采用真空断路器，其较好的机械特性，可避免操作时产生过电压。断路器分闸时，合闸相相角超接近零，则熄弧时间就截止长，介质恢复的强度就越高；相反，电流相角较大时分闸，熄弧时间越短，介质强度恢复不够，容易再次燃弧。
而在合闸时，若在断口电压为零的瞬时投入电容器组，则产生过电压的机率就会小很多。因此，可通过采用相位控制器来控制投切时间。
也可利用氧化锌避雷器来抑制过电压，当产生过电压时，可利用避雷器释放能量。
4.3控制电容器安装工艺
电容器安装过程中，其接头的安装工艺对今后的运行情况有较大影响。首先，接线端与母线保护装置铝排的连接，要注意其对电容器组施加的应力，如调整不当，可能使其发生渗漏。另外，各电容器之间的连接大多是采用铜铰线连接在一起的，而电容器组母线所采用的一般是铝排，因此在其连接过程中，应采用铜铝过渡接头；否则，直接接到铝排上，接头会发热，最终可能导致不平衡保护动作。
在某站的电容器组运行过程中，曾发现在24h内，不平衡保护接连动作两次，经检查，均是外熔丝熔断，导致不平衡保护动作，在两个熔断的熔丝处检查，均在连接母排的地方有过热现象。对整台电容器组停运后彻查的结果是，其施工过程对接线头的压接不实，导致运行过程中发热，处理后，电容器组运行正常。
3.1电容器保护原理
目前电容器主要保护有两种，分别是差压保护和不平衡电压保护。差压保护的原理图如图1，不平衡电压保护的原理图如图2。
（1）差压保护：差压保护要求将每一相的电容平均分成两组进行串联，每一相两组电容器所用的放电PT的二次线圈反接，从而得
到输出电压、和，三相差电压分别接入微机保护装置，电容器无故障时，各相的差电压为零，当某相一个及以上电容器有故障时，该相的差电压不为零，差压保护根据差电压不为零这一判据动作跳闸。
图1差压保护原理图图2不平衡电压保护原理图
（2）不平衡电压保护：不平衡电压保护要求将每一相电容器所用的放电PT二次线圈首位相连，从而得到不平衡电压，不平衡电压为各相放电PT二次电压的矢量和，电容器无故障时，各相放电PT 二次电压大小相等，相位相差120度，不平衡电压为零，当某相一个及以上电容器有故障时，不平衡电压不为零，不平衡电压电压保护根据不平衡电压不为零这一判据动作跳闸。
3.2保护不动作原因分析
3.2.1差压保护[1]
当电容器一次某一相发生断线时，该相的放电PT一次电压为零，二次电压自然为零，差压保护感受不到异常差电压，故不动作。由于差压保护各相差电压是互相独立的，电容器一次发生一相或多项断线后，差压保护的反应是相同的。
3.2.2不平衡电压保护[2]
当电容器一次某一相发生断线时，其余两相电容器形成串联关系，两端电压为相-相电压，并且该两相的放电PT一次侧同极性端相连，从而导致首尾相连的二次侧两端电压大小相等，方向相反，矢量和为零；断线相的放电PT一次电压为零，二次电压自然为零。由以上分析可知，当电容器一次某一相发生断线时，不平衡电压为零，不
平衡电压保护感受不到异常的不平衡电压。当电容器一次两相发生断线时，断线相的放电PT一次和二次电压均为零，非断线相的放电PT 的一次和二次电压不为零，因此不平衡电压不为零，不平衡电压保护感受的故障而跳闸；当电容器一次三相发生断线时，各相放电PT的一次和二次电压均为零，不平衡电压为零，不平衡电压保护感受不到异常的不平衡电压。
关于保护原理的分析
2.1为了满足日常工作环节的需要，展开熔断器的保护测控装置是非常必要的，比如对电容器内部故障展开的保护模式的应用。通过对一系列的电容器的投入，来解决其制造过程中的各个麻烦。在电容器保护过程中，可能由于其自身的薄弱点，发生一系列的元件的被击穿是比较常见的，这种现象会导致串联在一起的元件电压的升高，也就会引起一种恶性的循环，也就是连锁反应，从而导致各个电容器的贯穿性质的短路。并且在故障过程中，随着不断增多的绝缘气体，更容易导致电容器的内部故障。如果故障的时间较长，内压力增高来不及释放，就可能导致箱体爆裂，甚至起火，扩大事故，防止这种事故最好的方法就是每台电容器装设熔断器保护。熔断器保护应满足的要求：熔断器的额定电流应大于电容器的长期允许工作电流；熔断器的安秒特性应和电容器外壳的爆裂概率曲线相配合；在电容器的充电涌流作用下，熔断器不应熔断。
为了实现对电容器的保护，需要展开一系列的过电压保护模式的应用。影响该环节的过电压产生的因素是非常多的，比如开关投切环
节的影响，外界雷电波的影响，都会一定程度的导致母线电压的不断升高，电容器就会承受过大的电压。在这个模式中，如果电容器组内部的某些电容器元件受到破坏，就可能出现熔断器的熔断现象，从而导致电容器的容抗环节发生改变。并且受到电容器运作环节的影响，电容器设备之间的电压分配，也会影响电容器的端电压，这要看具体的影响条件了。所谓的外过电压，就是通过对电容器外部施加电压，从而引起的电容器组容抗的变化。如果是内部故障引起的，我们称之为内过电压。一般情况下，PT保护测控装置是进行外电压保护模式的应用。欠电压产生的原因：当系统发生故障导致母线失电，造成低电压；一次设备正常运行，PT更换熔丝或者二次空开拉开等原因导致测量不到电压值，造成低电压。设置欠电压保护的目的：从电容器本身的特点看，电容器并不会因为欠压而损坏，但运行中电容器突然失压会产生两种后果：失压后电容器组仍在母线上，而电容器本身还带有残压，当电源恢复时（即线路重合闸又使母线带电，电容器会承受合闸过电压而损坏；当电压恢复时，电容器不切除，可能造成变压器带电容器合闸，产生谐振过电压，使变压器和电容器损坏。
2.2在日常操作中，我们可以发现电容器组在故障过程中，与非故障支路之间的电压及其电流是不平衡的，我们可以运用该原理进行不平衡的保护方案的应用。通过对不平衡的保护动作的应用，进行整组电容器的切除，这需要我们关注以下几个应用问题。从而确保电容器的有效切除，确保电容器组的有效应用。在此应用模式中，可以确
保电容器组在某些缺台背景下进行继续工作。如果其超过电压的整定值，可能就会产生动作跳开开关，这种情况，需要我们进行整组电容器的切除。如果熔断器在此过程中不能针对电容器组展开熔断，其不平衡保护环节将会起作用，当然，针对不同的应用模式，会有不同的不平衡保护模式。不平衡电压保护大部分用于单星形接线电容器组，将放电线圈二次侧接成开口三角形式。假设其中一相有电容器故障，熔丝熔断，则开口三角将有电压。不平衡电压保护无需专用电压互感器，灵敏度高，但容易受到系统电压不平衡影响。分相差压保护一般用于每相有两个串联段的电容器组，放电线圈为三个套管，一次线圈分别接电容器的两个串联段，二次线圈按差动联接，即同名端相连。这种接线方式不受三相电压不平衡和单相接地故障影响，故障时分相动作。发电机保护系统其缺陷是当某相的两个串联段内的电容器同时发生故障且故障台数相同时，不能正确反映。
3电容器故障问题的解决
为了实现对电容器故障的有效解决，我们要进行电容器的故障及其相关电容器类型的控制。一般来说，运作过程中的温度不能超过40摄氏度，也应该近期开关闭合间隔的控制。在电容器的维护管理工作中，我们需要展开充分放电模式的应用。确保其电容器组的电压回路模式的有效工作。必要时，我们可以进行母线停送电操作的应用。电容器不允许装设自动重合闸装置，因电容器放电需要一定时间，当电容器组的开关跳闸后，若马上重合闸，电容器来不及放电，在电容器中就可能残存着与重合闸电压极性相反的电荷，会使合闸瞬间
产生很大的冲击电流，造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸；电容器三相电流应平衡，各相电流差不超过5%。
在日常工作过程中，也要遵循相关电容器事故操作原则的应用，以有效针对电容器的故障，展开相关的应对模式。总之，不能针对其开关跳闸的弊端，展开强送模式的应用。在上述模式中，做好其一定的动作保护是非常必要的，这样可以进行其故障性质的进一步的判断。如果由于设备的自身故障导致的母线电压的变化，其开关会进行跳闸的，在一定时间后，再进行试送。在此应用过程中，要针对其单台熔丝熔断的状况，积极开展记录，并且即使汇报工作的进展情况。经电气试验确认设备完好后，方可再投入运行；配电母线失电，应查明电容器开关是否跳闸，否则应立即拉开电容器开关，待母线电压恢复正常后，再视情况将电容器投入运行；运行中的电容器有下列情况之一时，应汇报调度立即停用：电容器后备保护组出现群体变形、严重鼓肚；接头严重过热或有融化现象；套管发生严重闪络；电容器严重渗油；电流、电压及环境温度超过电容器的允许使用范围，对电力电容器故障进行了分析，在此基础上提出了保护方案。
电力系统继电保护 董双桥 2005年9月
第一部分电力系统继电保护的基本知识 电力系统：由发电电厂中的电气部分，变电站，输配电线路，用电设备等组成的统一体：它包括发电机、变压器、线路、用电设备以及相应的通信，安全自动装置，继电保护，调调自动化设备等。 电力系统运行有如下特点： 1、电能的生产，输送和使用必须同时进行。 2、与生产及人们的生活密切相关。 3、暂态进程非常短，一个正常运行的系统可能在几分钟，甚致几秒钟内瓦解。 电力系统继电保护的作用。 电力系统在运行中，可能由于以下原因，发生故障或不正常工作状态。 1、外部原因：雷击，大风，地震造成的倒杆，绝缘子污秽造成污闪，线路覆冰造成冰闪。 2、内部原因：设备绝缘损坏，老化。 3、系统中运行人员误操作。 电力系统故障的类型： 1、单相接地故障D（1） 2、两相接地故障D（1.1） 3、两相短路故障D（2） 4、三相短路故障D（3） 5 线路断线故障 以上故障单独发生为简单故障。在不同地点同时发生两个或以上称为复故障。 电力系统短路故障的后果： 1、短路电流在短路点引起电弧烧坏电气设备。 2、造成部分地区电压下降。 3、使系统电气设备，通过短路电流造成热效应和电动力。 4、电力系统稳定性被破坏，可能引起振荡，甚至鲜列。 不正常工作状态有：电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏，但未发展成故障。 不正常工作状态有： 1）电力设备过负荷，如：发电机，变压器线路过负荷。 2）电力系统过电压。 3）电力系统振荡。
4）电力系统低频，低压。 电力系统事故：电力系统中，故障和不正常工作状态均可能引起系统事故，即系统全部或部分设备正常运行遭到破坏，对用户非计划停电、少送电、电能质量达不到标准（频率，电压，波形）、设备损坏等。 继电保护的作用，就检测电力系统中各电气设备的故障和不正常工作状态的信息，并作相应处理。 继电保护的基本任务： 1）将故障设备从运行系统中切除，保证系统中非故障设备正常运行。 2）发生告警信号通知运行值班人员，系统不正常工作状态已发生或自动调整使系统恢复正常工作状态。 电力系统对继电保护的基本要求（四性） 1）选择性：电力系统故障时，使停电范围最小的切除故障的方式 2）快速性：电力系统故障对设备、人身、系统稳定的影响与故障的持续时间密切相关，故障持续时间越长，设备损坏越严重；对系统影响也越大。因此，要求继电保护快速的切除故障。 电力系统对继电保护快速性的要求与电网的电压等级有关。 35kV及以下保护动作时间工段60-80ms 110kV 工段40-60ms 220kV 高频保护20-40ms 500kV 20-40ms 快速切除故障，可提高重合闸成功率，提高线路的输送容量。 3）灵敏性：继电保护装置在它的保护范围内发生故障和不正常工作状态的反应能力（各种运行方式，最大运行方式，最小运行方式），故障时通人保护装置的故障量与保护装置的整定值之比，称为保护装置的灵敏度。 4）可靠性： ①保护范围内发生故障时，保护装置可靠动作切除故障,不拒动。 ②保护范围外发生故障和正常运行时，保护可靠闭锁,不误动。 在保护四性中：重要的是可靠性，关键是选择性，灵敏性按规程要求,快速性按系统要求。
本科实验报告 课程名称：微机继电保护 实验项目：电力系统继电保护仿真实验 实验地点：电力系统仿真实验室 专业班级：电气1200 学号：0000000000 学生：000000 指导教师：000000 2015年12 月 2 日
微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机)为基础而构成的继电保护。众所周知，传统的继电器是由硬件实现的，直接将模拟信号引入保护装置，实现幅值、相位、比率的判断，从而实现保护功能。而微机保护则是由硬件和软件共同实现，将模拟信号转换为数字信号，经过某种运算求出电流、电压的幅值、相位、比值等，并与整定值进行比较，以决定是否发出跳闸命令。 继电保护的种类很多，按保护对象分有元件保护、线路保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护和电压、电流保护等。然而，不管哪一类保护的算法，其核心问题归根结底不外乎是算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流等的有效值和相位以及视在阻抗等，或者算出它们的序分量、或基波分量、或某次谐波分量的大小和相位等。有了这些基本电气量的计算值，就可以很容易地构成各种不同原理的保护。基本上可以说，只要找出任何能够区分正常与短路的特征量，微机保护就可以予以实现。 由此，微机保护算法就成为了电力系统微机保护研究的重点,微机保护不同功能的实现,主要依靠其软件算法来完成。微机保护的其中一个基本问题便是寻找适当的算法,对采集的电气量进行运算，得到跳闸信号，实现微机保护的功能。微机保护算法众多，但各种算法间存在着差异，对微机保护算法的综合性能进行分析,确定特定场合下如何合理的进行选择,并在此基础上对其进行补偿与改进,对进一步提高微机保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性,满足电网安全稳定运行的要求具有现实指导意义。 目前已提出的算法有很多种，本次实验将着重讨论基本电气量的算法，主要介绍突变量电流算法、半周期积分算法、傅里叶级数算法。 二、实验目的 1. 了解目前电力系统微机保护的研究现状、发展前景以及一些电力系统微机保护装置。 2. 具体分析几种典型的微机保护算法的基本原理。 3. 针对线路保护的保护原理和保护配置，选择典型的电力系统模型，在MATLAB软件搭建仿真模型，对微机保护算法进行程序编写。 4. 对仿真结果进行总结分析。 三、实验容 1、采用MATLAB软件搭建电力系统仿真模型 2、采用MATLAB软件编写突变量电流算法 3、采用MATLAB软件编写半周积分算法 4、采用MATLAB软件编写傅里叶级数算法算法
我们把它统称为电力系统。一般将电能通过的设备成为电力系统成为电力电力系统的一次设备，如发电机、变压器、断路器、输电电路等，对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，被称为电力系统的二次设备。继电保护装置就属于电力系统的二次设备。 一、继电保护装置的基本原理 为了完成继电保护的任务，继电保护就必须能够区别是正常运行还是非正常运行或故障，要区别这些状态，关键的就是要寻找这些状态下的参量情况，找出其间的差别，从而构成各种不同原理的保护。 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。单侧电源线路如图1-1所示，若在BC段上发生三相短路，则从电源到短路点k之间将流过很大的短路电流I k，可以使保护2反应这个电流增大而动作于跳闸。 (2)低电压保护。如图1所示，短路点k的电压U k降到零，各变电站母线上的电压都有所下降，可以使保护2反应于这个下降的电压而动作。 图1：单侧电源线路 (3)距离保护。距离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所示，设以Z k表示短路点到保护2（即变电站B母线）之间的阻抗，则母线 上的残余电压为： U B=I k Z ko Z B 就是在线路始端的测量阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。 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
两侧电流相位（或功率方向）的分析如下。 图2：双侧电源网络 a——正常运行情况；b——线路AB外部短路情况；c——线路AB内部短路情况 正常运行时，A、B两侧电流的大小相等，相位相差180°；当线路AB外部故障时，A、B两侧电流仍大小相等，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，在理想情况下（两侧电动势同相位且全系统的阻抗角相等），两侧电流同相位。从而可以利用电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别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。 3．序分量是否出现 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。此种保护装置具有良好的选择性和灵敏性。 4．反应于非电气量的保护 反应于变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成气体（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，都是有三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分。其原理结构如图3所示。
继电保护中电容器保护常用保护原理 电力电容器组不平衡保护综述 科技日益进步，经济持续发展，用户用电对电能的要求也日益升高。不单是对电能数量的需求不断增长，其对电压质量要求也越来越高，电容器保护测控装置不单要有足够的电能，还要有稳定的电能——即电压、频率、波形需符合要求，才能保证用户的用电设备持续保持最好的工作性能，从而保证工效效率。其中，电压质量是很重要的一个方面，不单对用户生产、生活、工作有重大影响，对整个电网的安全稳定经济运行也有着至关重要的作用。 与电压质量息息相关的就是无功电源，无功不足，会使得系统的电压幅值降低，对整个电网来说，电压过低可能引起电压崩溃，进而使系统瓦解，造成负荷大幅流失；对单个元件而言，电压的降低可能使其无法运行在最佳工况，同时造成电能损耗增大，甚至可能损坏设备，同时输电线路在同等条件下，电压越低传输的电能就越小。因此，必须保证无功电源的供应。同时，为了确保电网经济运行与用户的用电正常，又必须减小无功功率的流动，因此，无功补偿的基本原则是就地补偿。即在变电站及用户负荷处，将一定量的电容器串联、并联在一起，形成电容组，使其达到一定的容量、满足一定的电压要求，补偿系统无功、调节该节点电压。 1电容器组接线方式的决定因素 电容器通常是将若干元件封装在一铁壳内，构成电容器单元，再
由各单元先并后联，封装在铁箱内组成的。 当电容器组所接入电网的电压等级、容量要求确定以后，接线方式的选择则关系到了电容器组的安全性、可靠性以及经济性。决定接线方式的主要因素包括以下几个方面。 1.1受耐爆容量限制 电容器组在运行过程中，若其中某个电容器击穿短路，这个电容器将承受来自其自身及其他并联10KV电容器保护组的放电。为防止故障元件受放电能量过大冲击，导致电容元件爆炸，必须限制同一串联段上的并联台数，即有所谓的最大并联台数问题。可以通过减少并联数与增大串联段数的方法，来降低冲击故障电容器的放电能量。 1.2接线方式与设备不配套的限制 20世纪90年代末至21世纪初，由于工艺上的改进，使电力电容器的介质，结构发生改变，普遍采用了全膜电容器。电容器的容量越来越大，因此派生出了很多新的结构与接线方式。同时，在一段时间内，由于缺乏较高的 66kV电压等级的放电线圈，致使其66KV电容器保护测控装置选择及相应接线方式的应用受到限制，因此使相关接线方式适用范围受到了限制。由于这种不配套的限制，导致该时期电容器运行故障明显上升。经过阵痛之后，对配套设备的研究也跟上技术的研发进度，因此，这种限制现在基本消除。 1.3与应用的场合有关 在电力企业中，多采用星形接法，在工矿企业变电所中多采用三
电力系统中常见的故障类型和不正常运行状态 故障：短路(最常见也最危险)；断线；两者同时发生 不正常：过负荷；功率缺额而引起的频率降低；发电机突然甩负荷而产生的过电压；振荡 继电保护在电力系统发生故障或不正常运行时的基本任务和作用。 迅速切除故障，减小停电时间和停电范围 指示不正常状态，并予以控制 继电保护的基本原理 利用电力系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时，各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器将故障切除或者发出告警信号 继电保护装置的三个组成部分。 测量部分：给出“是”、“非”、“大于”等逻辑信号判断保护是否启动 逻辑部分：常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”等，确定断路器跳闸或发出信号 执行部分 保护的四性 选择性：保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少速动性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。 灵敏性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。故障的切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和 可靠性：在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反映的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动，称信赖性）而在不属于该保护装置动作的其他情况下，则不应该动作（即不误动，称安全性）。 主保护、后备保护 保护：被保护元件发生故障故障，快速动作的保护装置 后备保护：在主保护系统失效时，起备用作用的保护装置。 远后备：后备保护与主保护处于不同变电站 近后备：主保护与后备保护在同一个变电站，但不共用同一个一次电路。 继电器的相关概念： 继电器是测量和起动元件 动作电流：使继电器动作的最小电流值 返回电流：使继电器返回原位的最大电流值 返回系数：返回值/动作值 过量继电器：返回系数Kre<1 欠量继电器：返回系数Kre>1 绩电特性：启动和返回都是明确的，不可能停留在某个中间位置 阶梯时限特性： 最大(小)运行方式： 在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小(大)，而通过保护装置的电流最大(小)的运行方式 三段式电流保护：由电流速断保护、限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护 工作原理： 电流速断保护:当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切
许继wxh-820第31页 8定值整定说明 10．1三段电流电压方向保护 由于电流电压方向保护针对不同系统有不同的整定规则，此处不一一详述。 以下内容是以一线路保护整定为实例进行说明,以做为用户定值整定 已知条件：最大运行方式下，降压变电所母线三相短路电流I)3(maX .dl为5500A，配电所母线三相短路电流I)3(maX d为5130A，配电变压器低压 .2 侧三相短路时流过高压侧的电流I)3(maX .3d为820A。 最小运行方式下，降压变电所母线两相短路电流I)2(maX .1d为3966A，配电所母线两相短路电流I)2(maX d为3741A，配电变压器低压侧两相短路 .2 时流过高压侧的电流I)2(maX .3d为689A。 电动机起动时的线路过负荷电流Igh为350A，10kV电网单相接地时取小电容电流IC为15A，10kV电缆线路最大非故障接地时线路的电容电流Icx为1.4A。系统中性点不接地。
相电流互感器变比为300/5，零序电流互感器变比为50/5。 整定计算（计算断路器DL1的保护定值） 电压元件作为闭锁元件，电流元件作为测量元件。 电压定值按保持测量元件范围末端有足够的灵敏系数整定。 10.1.1电流电压方向保护一段(瞬时电流电压速断保护) 瞬时电流速断保护按躲过线路末端短路时的最大三相短路电流整定，保护装置的动作电流 A n I K K I l d jx k dz 11160 5130 13.1)3(max .2j =??==，取110A 保护装置一次动作电流 A 66001 60 110K n I I jx l j .dz dz =?== 灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验： 2 601.06600 3966I I K dz ) 2(min ,dl lm <=== 由此可见瞬时电流速断保护不能满足灵敏系数要求，故装设限时电流速断保护。
第二章微机继电保护基本历程 一、微机继电保护基础 §2.1 微机保护基本结构 微机保护的基本结构包括数据处理单元、模拟量输入系统、开关量输入输出系统、人机对话和外部通信系统四个部分, 图2-1是微机保护系统方框图。 ㈠数据处理单元一般由中央处理器（CPU ）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统。继电保护程序在数字核心部件内运行，指挥各种外围接口部件运转、完成数字信号处理，实现保护原理。 CPU 是数字核心部件以及整个微机保护的指挥中枢，计算机程序的运行依赖于
CPU 来实现。存储器用来保存程序和数据，它的存储容量和访问时间也会影响整个微机保护系统的性能。定时器/计数器除了为延时动作的保护提供精确计时外，还可以用来提供定时采样触发信号、形成中断控制等作用。数字核心部件的控制电路包括地址译码器、地址锁存器、数据缓冲器、中断控制器等等，它的作用是保证微机数字电路协调工作。 ㈡模拟量输入系统 微机保护装置模拟量输入接口部件的作用是将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。交流模拟量输入接口部件内部按信号传递顺序为：电压输入变换器和电流输入变换器及其电压形成回路、前置模拟低通滤波器、采样保持器、多路转换器、模数变换器。前置模拟低通滤波器是一种简单的低通滤波器，其作用是为了在对输入模拟信号进行采样的过程中满足采样定理的要求。采样保持器完成对输入模拟信号的采样。多路转换器是一种多信号输入、单信号输出的电子切换开关，可通过编码控制将多通道输入信号依次与其输出端连通，而其输出端与模数变换器的输入端相连。模数变换器实现模拟量到数字量的变换。 ㈢开关量输入输出系统 开关量是指反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。开关量输入接口部件的作用是为正确地反映开关量提供输入通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。开关量输出接口部件的作用是为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。 ㈣人机对话和外部通信系统 微机保护人机对话接口部件通常包括以下几个部分：简易键盘、小型显示屏、指示灯、打印机接口、调试通信接口。
许继电气WGB-150N系列微机电动机保护装置 保护原理 1）电动机启动过长保护 本保护能自动识别电动机启动过程，当整定的启动时间到达后，电动机的任一相电流仍大于额定电流的105%时，启动过长保护动作，动作方式有告警和跳闸两种选择。 装置设有电动机启动结束开入端子，当接入此端子，保护跳过电动机启动过程，电动机直接处于正常运行状态。本端子只在测试时使用。 2）两段式定时限过流保护 装置设有两段式定时限过流保护，由压板投退。 1段为电流速断保护，用于电动机短路保护。电动机启动过程中，保护速断定值自动升为2倍的速断整定电流值，以躲过电动机的启动电流；当电动机启动结束后，保护速断定值恢复原整定电流值，这样可有效防止启动过程中因启动电流过大而引起误动，同时还能保证运行中保护有较高的灵敏度。 2段为过流保护，为电动机堵转提供保护。2段保护在电动机启动过程中自动退出。 3）负序电流保护 当电动机三相电流有较大不对称时，会出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生2倍工频的电流，使转子附加发热大大增加，危及电动机的安全运行。 装置设置负序电流保护，分别对电动机反相、断相、匝间短路以及较严重的电压不对称等异常运行情况提供保护。 4）零序电流保护 装置设有零序电流保护功能，可选择动作于跳闸或告警。 5）过负荷保护 装置设有过负荷保护功能，过负荷可选择动作于跳闸或告警。 6）过热保护 过热保护主要为了防止电动机过热，考虑了电动机正序电流和负序电流产生的综合热效应、热积累过程和散热过程，引入了等效发热电流Ieq. 本保护用衰减指数模拟电动机的散热过程。过热保护跳闸后，不能立即再次启动，等散热结束后方能再次启动。在需要紧急启动的情况下，可按住“加号”键2秒钟进行热强制复归。7）低电压保护 当电源电压短时降低或短时中断，为保证重要电动机自启动，要断开次要电动机，就需要配置低电压保护。 8）过电压保护 9）差动速断保护 保护设有差动速断保护功能，在电动机内部严重故障时快速动作。任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。在电动机启动过程中，延时120ms保护出口，以躲过电动机启动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；启动结束后，保护无延时。10) 比率差动保护 比率制动式差动保护是电动机内部故障的主保护，能保证外部短路不动作，内部故障时有较高的灵敏度。 比率差动保护在电动机启动过程中，延时120ms保护出口，以躲过电动机启动过程中瞬时暂态峰值电流，提高保护可靠性；启动结束后，保护动作无延时。 11）CT断线检测
1. 电力系统对继电保护的基本要求为 （1） 、 （2） 、 灵敏性和可靠性 。 2. 在整定单侧电源线路的电流速断保护的定值时，应按躲过系统 （3） （填入最大 /最小）运行方式下本线路末端发生 （4） 故障时流过保护的电流计算。（填入故障类型） 3. 若线路阻抗角φk 为70°，则90°接线的功率方向元件内角α应设为 （5） 。 4. 90°接线方式的功率方向元件，A 相方向元件加入的电流和电压为： （6） ， （7） 。 5. 接地距离保护接线方式，A 相接入的电压Um 和电流Im 应为 （8） ， （9） 。 6. 我国闭锁式纵联保护常见的起动方式有 （10） ， （11） ， （12） 。 7. 对于Yd11接线的变压器，传统的纵差动保护接线时，变压器星形侧（1侧）的TA 应接 为 （13） ，变压器三角侧（2侧）的TA 应接为 （14） ，且两侧TA 变比1TA n 、2TA n 与变压器变比T n 应满足的条件是 （15） 。 8. 试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；（10分） 9. 什么是阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗以方向阻抗继电器为例来说明三者 的区别。 10. 说明相间距离保护的0°接线方式和接地距离保护接线方式中，接入阻抗元件的电压电 流 11. 纵联保护的逻辑信号可分为哪几类，各起什么作用。 12. 说明变压器纵差动保护的基本原理、绘出其单相原理接线（以两绕组变压器为例）。并 画出直线型比率制动特性原理图，分析采用穿越电流制动有何作用 13. 简述重合闸前加速和后加速保护的动作过程及其优缺点。 14. 下图所示的网络中所有线路各侧均装有方向高频保护，并认为所有电源的电势均相等且 同相。试指出当k1点发生三相短路时，流过各套保护的功率方向（正向和反向）和在 1. 线路E-F 和F-G 均装设了三段式电流保护，已知线路正序阻抗1 0.4/X km =Ω，线路E-F 的最大负荷电流.max 170L I A =，可靠系数分别为 1.3rel K I =， 1.1rel K =Ⅱ ， 1.2rel K =Ⅲ ，负荷自启 动系数 1.5Ms K =,返回系数0.85re K =，时间阶段0.5t ?=s ，线路保护3的过电流动作时限 为，其余参数见图。计算线路保护1电流三段的整定值和动作时限，并校验灵敏度。（20分） E s min .s X Ω =3max .s X
电力系统继电保护的基础知识 城市电网配电系统由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不能完全避免的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保城市电网配电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置。 一、继电保护的基本概念 可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。 继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，拒动和误动所造成的危害往往不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量，输电线路很多，各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小;但如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下，继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障，因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。 二、保护装置评价指标 1、继电保护装置属于可修复元件，在分析其可靠性时，应该先正确划分其状态，常见的状态有：①正常运行状态。这是保护装置的正常状态。②检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行，应定期对其进行检修，检修时保护装置退出运行。 ③正常动作状态。这是指被保护元件发生故障时，保护装置正确动作于跳闸的状
本文档着重阐述了继电保护的基本原理与运行特征分析的基本方法，分析了各种继电保护装置做了系统分析，并介绍了继电保护的新发展。主要内容包括：互感器及变换器、电网相间短路的电流电压保护、电网相间短路的方向电流保护、电网的接地保护、电网的距离保护、电网的差动保护、电动机保护和电力电容器保护等。 继电保护工作基本知识 第一节电流互感器 电流互感器（CT）是电力系统中很重要的电力元件，作用是将一次高压侧的大电流通过交变磁通转变为二次电流供给保护、测量、录波、计度等使用，本局所用电流互感器二次额定电流均为5A，也就是铭牌上标注为100/5，200/5等，表示一次侧如果有100A或者200A 电流，转换到二次侧电流就是5A。 电流互感器在二次侧必须有一点接地，目的是防止两侧绕组的绝缘击穿后一次高电压引入二次回路造成设备与人身伤害。同时，电流互感器也只能有一点接地，如果有两点接地，电网之间可能存在的潜电流会引起保护等设备的不正确动作。如图1.1，由于潜电流I X的存在，所以流入保护装置的电流I Y≠I，当取消多点接地后I X＝0，则I Y＝I。 在一般的电流回路中都是选择在该电 流回路所在的端子箱接地。但是，如果差 动回路的各个比较电流都在各自的端子箱 接地，有可能由于地网的分流从而影响保 护的工作。所以对于差动保护，规定所有 电流回路都在差动保护屏一点接地。 图1.1 电流互感器实验 1、极性实验 功率方向保护及距离保护，高频方向保护等装置对电流方向有严格要求，所以CT必2、变比实验 须做极性试验，以保证二次回路能以CT的减极性方式接线，从而一次电流与二次电流的方
向能够一致，规定电流的方向以母线流向线路为正方向，在CT本体上标注有L1、L2，接线盒桩头标注有K1、K2，试验时通过反复开断的直流电流从L1到L2，用直流毫安表检查二次电流是否从K1流向K2。线路CT本体的L1端一般安装在母线侧，母联和分段间隔的CT本体的L1端一般都安装在I母或者分段的I段侧。接线时要检查L1安装的方向，如果不是按照上面一般情况下安装，二次回路就要按交换头尾的方式接线。 CT需要将一次侧电流按线性比例转变到二次侧，所以必须做变比试验，试验时的标准CT是一穿心CT，其变比为（600/N）/5，N为升流器穿心次数，如果穿一次，为600/5。对于二次是多绕组的CT，有时测得的二次电流误差较大，是因为其他二次回路开路，是CT 磁通饱和，大部分一次电流转化为励磁涌流，此时应当把其他未测的二次绕组短接即可。同理在安装时候，未使用的绕组也应该全部短接，但是要注意，有些绕组属于同一绕组上有几个变比不同的抽头，只要使用了一个抽头，其他抽头就不应该短接，如果该绕组未使用，只短接最大线圈抽头就可以。变比试验测试点为标准CT二次电流分别为0.5A，1A，3A，5A，10A，15A时CT的二次电流。 3、绕组的伏安特性 理想状态下的CT就是内阻无穷大的电流源，不因为外界负荷大小改变电流大小，实际中的CT只能在一定的负载范围内保持固定的电流值，伏安特性就是测量CT在不同的电流值时允许承受的最大负载，即10%误差曲线的绘制。伏安特性试验时特别注意电压应由零逐渐上升，不可中途降低电压再升高，以免因磁滞回线关系使伏安特性曲线不平滑，对于二次侧是多绕组的CT，在做伏安特性试验时也应将其他二次绕组短接。 10%误差曲线通常以曲线形式由厂家提供，如图1.2，横坐标表示二次负荷，纵坐 标为CT一次电流对其额定一次电流的倍数。 根据所测得U，I2值得到R X1，R x1＝U/ I2，找 出与二次回路负载R x最接近的值，在图上找到该 负荷对应的m0，该条线路有可能承受的最大负载 的标准倍数m，比较m 和m0的大小，如果m＞ m0，则该CT不满足回路需求，如果m≤m0，该 CT可以使用。伏安特性测试点为I2在0.5A，1A， 3A，5A，10A，15A时的二次绕组电压值。 第二节电压互感器 电压互感器（PT）的作用是将高电压成比例的变换为较低（一般为57V或者100V）的低电压，母线PT的电压采用星形接法，一般采用57V绕组，母线PT零序电压一般采用100V 绕组三相串接成开口三角形。线路PT一般装设在线路A相，采用100V绕组。若有些线路PT只有57V绕组也可以，只是需要在DISA系统中将手动同期合闸参数中的100V改为57V。 PT变比测试由高压专业试验。 PT的一、二次也必须有一个接地点，以保护二次回路不受高电压的侵害，二次接地点选在主控室母线电压电缆引入点，由YMN小母线专门引一条半径至少2.5mm永久接地线至接地铜排。PT二次只能有这一个接地点（严禁在PT端子箱接地），如果有多个接地点，由于地网中电压压差的存在将使PT二次电压发生变化，这在《电力系统继电保护实用技术问答》（以下简称《技术问答》）上有详细分析。
第二节继电保护的基本原理及其组成 参看图1-1至图1-6及其讲解，了解本章对继电保护装置对正常与故障或不正常状态的区分以及继电保护基本原理，并且通过对继电保护装置基本组成的学习深入了解各部分工作内容。 一、继电保护装置对正常与故障或不正常状态的区分 通过对继电保护装置正常运行状态与故障或不正常状态的学习，初步理解继电保护装置的原理。 1. 为完成继电保护所担负的任务，应该要求它能够正确区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。 图1-1 正常运行情况 在电力系统正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流，越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时，各变电站母线上的电压，一般都在额定电压±5%-10%的范围内变化，且靠近于电源端母线上的电压较高。线路始端电压与电流之间的相位角决定于由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。 由电压与电流之间所代表的“测量阻抗”是在线路始端所感受到的、由负荷所反应出来的一个等效阻抗，其值一般很大。 图1-2 d点三相短路情况 当系统发生故障时（如上图所示），假定在线路B-C上发生了三相短路，则短路点的电压降低到零，从电源到短路点之间均将流过很大的短路电流，各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，距短路点越近时降低得越多。 设以表示短路点到变电站B母线之间的阻抗，则母线上的残余电压应为 此时与之间的相位角就是的阻抗角，在线路始端的测量阻抗就是，此测量阻抗的大小正比于短路点到变电站B母线之间的距离。 2. 一般情况下，发生短路之后，总是伴随着电流的增大、电压降低、线路始端测量阻抗减小，以及电压与电流之间相位角的变化。故利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护： （1）反应于电流增大而动作的过电流保护； （2）反应于电压降低而动作的低电压保护； （3）反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。 电力系统中的任一电气元件，在正常运行时，在某一瞬间，负荷电流总是从一侧流入而从另一侧流出。 图 1-3 正常运行状态 说明：如果统一规定电流的正方向都是从母线流向线路，则A-B两侧电流的大小相等，相位相差180度（图中为实际方向）。
基于89c51单片机的继电保护装置的硬件设计 张银龙２００９０１１００３２９电气０９－３（订单） 1.1继电保护的发展趋势 继电保护技术未来趋势是向计算机化、网络化、智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。 1）计算机化 计算机硬件迅猛发展，系统集成度越来越高。单一处理器的处理速度和处理能力不断提高，处理速度的不断提高为单一芯片作为微机继电保护技术奠定了基础。89C51作为32位芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU寄存器、数据总线、地址总线都是32位，具有存储器管理功能和任务转换功能，并将高速缓存和浮点数部件都集成在CPU内。 2）网络化 计算机网络作为信息和数据通信的工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活面貌发生了根本变化。它深刻影响着个个工业领域，也为各个领域提供了强有力的通信手段。继电保护作用不只是限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统与重合闸装置分析这些信息和数据基础上协调动作，保证系统安全稳定运行。显然，实现这种系统保护基本条件是将全系统各主要设备保护装置用计算机网络联系起来，亦即实现微机保护装置网络化。 3）保护、控制、测量、数据通信一体化 实现继电保护计算机化和网络化条件下，保护装置实际上市一台高性能，多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可以将它所获被保护元件任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。每个微机保护装置可完成继电保护功能，无故障正常运行下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化、 4）智能化 今年来，人工智能技术在电力系统等各个领域都得到了应用，继电保护领域应用研究也已开始。神经网络是一种非线性映射方法，很多难以列出方程或难解的复杂问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。 1.2继电保护的基本任务 继电保护的基本任务包括： 1）自动、迅速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分恢复正常运行。 2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号、减轻负荷或跳闸。 2.1继电保护的基本原理和保护装置的组成 2.1.1继电保护的基本原理 利用正常运行与区内外短路故障电气参数变化的特征构成保护的判据，根据不同的判据就构成不同原理的继电保护。例如： （1）电流增加（过电流保护）：故障点与电源直接连接的电气设备的电流会增加电压降低（低电压保护）：各变电站母线上的电压将在不同程度上有很大的降低，短路点得电压降到零。 （2）电流与电压的相位角会发生变化（方向保护）：正常20°左右，短路时60°~85°
继电保护基本原理及电力知识问答
第一篇 继电保护基本原理 第一章 概述 一．什么是电力系统？ 有两种说法： 1．由生产和输送电能的设备所组成的系统叫电力系统，例如发电机、变压器、母线、输电线路、配电线路等，或者简单说由发、变、输、配、用所组成的系统叫电力系统。 2．有的情况下把一次设备和二次设备统一叫做电力系统。 一次设备：直接生产电能和输送电能的设备，例如发电机、变压器、母线、输电线路、断路器、电抗器、电流互感器、电压互感器等。 二次设备：对一次设备的运行进行监视、测量、控制、信息处理及保护的设备，例如仪表、继电器、自动装置、控制设备、通信及控制电缆等。 二．电力系统最关注的问题是什么？ 由于电力系统故障的后果是十分严重的，它可能直接造成设备损坏，人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计的巨大损失，因此电力系统最为关注的是：安全可靠、稳定运行。 三．电力系统的三种工况 正常运行状态；故障状态；不正常运行状态。而继电保护主要是在故障状态和不正常运行状态起作用。 四．继电保护装置 就是指能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。它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发信号。 五．继电保护的基本原理和保护装置的组成 为完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。如图1-1（a ）、（b ）所示的单侧电源网络接线图，（这是一种最简单的系统），图1-1(a)为正常运行情况，每条线路上都流过由它供电的负荷电流?f （一般比较小）， 各变电所母线上的电压，一般都在额定电压（二次线电压100V ）附近变化，由电压和电流之比所代表的“测量阻抗”Z f 称之为负荷阻抗，其值一般很大。图1-1(b )表示当系统发生故障时的情况，例如在线路B-C 上发生了三相短路，则短路点的 电压U d 降低到零，从电源到短路点之间 将流过很大的短路电流?d , 各变电所母线 上的电压也将在不同 程度上有很大的降低 （称之为残压）。设以Z d 表示短路点到变 电所B 母线之间的阻 抗，根据欧姆定律很 2)
继电保护复习题老师给的 1.电力系统对继电保护的基本要求为（1）、⑵、灵敏性和可靠性。 2. 在整定单侧电源线路的电流速断保护的定值时，应按躲过系统_ （3）（填入最大/ 最小）运行方式下本线路末端发生（4）故障时流过保护的电流计算。（填入故障类型） 3.若线路阻抗角＜Pk为70°,则90°接线的功率方向元件内角a应设为（5） 4. 90°接线方式的功率方向元件，A相方向元件加入的电流和电压为：（6） （7）。 5.接地距离保护接线方式，A相接入的电压Um和电流Im应为（8）, （9） 6.我国闭锁式纵联保护常见的起动方式有（1U）,（⑴，（12） 7.对于Ydll接线的变压器，传统的纵差动保护接线时，变压器星形侧（1侧）的TA应接 为（13）,变压器三角侧（2侧）的TA应接为（14）,且两侧TA变比 n TM N n TA2与变压器变比弓应满足的条件是______o 8.试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；（10分） 什么是阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗？以方向阻抗继电器为例来说明三者的区另！J。①测量阻抗是指其测量（感受）到的阻抗，即为加入到阻抗继电器的电压、电流的比值;②动作阻抗是指能使阻抗继电器动作的最大测量阻抗； ③整定阻抗是指编制整定方案时根据保护范伟I给岀的阻抗. 9?说明相间距离保护的0°接线方式和接地距离保护接线方式中，接入阻抗元件的电压电流？ 10 ??何谓方向阻抗继电器的最大灵敏角？为什么要调整其最大灵敏角等于被保护线路的阻抗 角？ 答：方向阻抗继电器的最大动作阻抗（幅值）的阻抗角，称为它的最大灵敏角。被保护线路发生相间短路时，短路电流与继电器安装处电压间的夹角等于线路的阻抗角。线路短路时，方向阻抗继电器测量阻抗的阻抗角等于线路的阻抗角，为了使继电器工作在最灵敏状态下，故要求继电器的最大灵敏角等于被保护线路的阻抗角 11?纵联保护的逻辑信号可分为哪几类，各起什么作用。 12.说明变压器纵差动保护的基本原理、绘出其单相原理接线（以两绕组变压器为例）。并画 出直线型比率制动特性原理图，分析釆用穿越电流制动有何作用？
41 、什么是继电保护装置? 答:当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时,需要向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的开关发出跳闸命令,以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套设备,一般通称为继电保护装置。 42 、继电保护在电力系统中的任务是什么? 答：继电保护的基本任务主要分为两部分: 1、当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的开关发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对电力元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。 2、反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整,或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。 43、简述继电保护的基本原理和构成方式？ 答:继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等）的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置将包括测量部分(和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。 44、如何保证继电保护的可靠性? 答:可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。220kV及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立,并分别控制不同开关的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组开关拒绝动作时,能由另一套继电保护装置操作另一组开关切除故障。在所有情况下,要求这两套继电保护装置和开关所取的直流电源均经由不同的熔断器供电。 45 、为保证电网继电保护的选择性,上、下级电网继电保护之间配合应满足什么要求? 答:上、下级电网(包括同级和上一级及下一级电网)继电保护之间的整定,应遵循逐级配合的原则,满足选择性的要求,即当下一级线路或元件故障时,故障线路或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的 继电保护整定值相互配合,以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。 46 、在哪些情况下允许适当牺牲继电保护部分选择性? 答：1、接入供电变压器的终端线路,无论是一台或多台变压器并列运行(包括多处T接供电变压器或供电线路),都允许线路侧的速动段保护按躲开变压器其他侧母线故障整定。需要时,线路速动段保护可经一短时限动作。 2、对串联供电线路,如果按逐级配合的原则将过份延长电源侧保护的动作时间,则可将容量较小的某些中间变电所按T接变电所或不配合点处理,以减少配合的级数,缩短动作时间。 3、双回线内部保护的配合,可按双回线主保护(例如横联差动保护)动作,或双回线中一回线故障时两侧零序电流(或相电流速断)保护纵续动作的条件考虑；确有困难时,允许双回线中一回线故障时,两回线的延时保护段间有不配合的情况。 4、在构成环网运行的线路中,允许设置预定的一个解列点或一回解列线路。 47、为保证灵敏度,接地保护最末一段定值应如何整定? 答:接地保护最末一段(例如零序电流保护Ⅳ段),应以适应下述短路点接地电阻值的接地故障为整定条件:220kV线 路,100Ω；330kV线路,150Ω；500kV线路,300Ω。对应于上述条件,零序电流保护最末一段的动作电流整定值应不大于300A。当线路末端发生高电阻接地故障时,允许由两侧线路继电保护装置纵续动作切除故障。对于110kV线路,考虑到在可能的高电阻接地故障情况下的动作灵敏度要求,其最末一段零序电流保护的电流整定值一般也不应大于300A,此时,允许线路两侧零序电流保护纵续动作切除故障。 48 、简述220千伏线路保护的配置原则是什么？ 答:对于220千伏线路,根据稳定要求或后备保护整定配合有困难时,应装设两套全线速动保护。接地短路后备保护可装阶段式或反时限零序电流保护,亦可采用接地距离保护并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。相间短路后备保护一般应装设阶段式距离保护。