电力系统继电保护的基本元件

实验一继电器特性实验二、原理说明1、电流继电器DL-20C系列电流继电器用于反映发电机、变压器及输电线路短路和过负荷的继电保护装置中。

过电流继电器：当电流升高至整定值时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。

继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联，电压继电器两线圈并联时标注的指示值等于整定值；若上述二继电器两线圈分别作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。

2、时间继电器DS系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制原则进行动作。

DS-20系列时间继电器是带有延时机构的吸入式电磁继电器，其中DS-21～DS-24是内附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于短时工作），DS-21/C～DS-24/C是外附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于长时工作）。

DS-25～28是交流时间继电器。

该继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动主触点和一付终止主触点。

当加电压于线圈两端时，衔铁克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时常开触点闭合，常闭触点断开，同时延时机构开始启动，先闭合滑动常开主触点，再延时后闭合终止常开主触点，从而得到所需延时，当线圈断电时，在塔形弹簧作用下，使衔铁和延时机构立刻返回原位。

从电压加于线圈的瞬间起到延时闭合常开主触点上，这段时间就是继电器的延时时间，可通过整定螺钉来移动静接点位置进行调整，并由螺钉下的指针在刻度盘上指示要设定的时限。

三、实验设备四、实验内容及步骤1、电流继电器整定点的动作值、返回值及返回系数测试电流继电器特性测试实验接线图注2如图1-1所示。

（1） 电流继电器的动作电流和返回电流测试a 、选择ZB11继电器组件中的DL-24C/6型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。

选2.4A 和4.8A 为实验整定值。

b 、根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）本实验整定值2.4A 采用是串联的接线方式，4.8A 采用并联的接线方式。

c 、按图1-1接线，检查无误后，调节自耦调压器及变阻器，增大输出电流，使继电器动作。

继电保护（Relay Protection ）绪论本部分主要介绍电力系统故障类型，不正常运行状态及电力系统发生故障产生的危害后果。

重点介绍继电保护部分的任务，工作原理及对继电保护的要求。

一．电力系统的故障与不正常运行1．电力系统：电能的生产，输送，分配和应用组成的系统。

2．一次设备：电能通过的设备。

如发电机，变压器，断路器，隔离开关，PT,CT ，电力电容器，电抗器，母线及线路为一次设备。

3．二次设备：对一次设备运行状态进行监视，测量，保护及控制的设备为二次设备。

（弱电）电力系统在运行中可能会发生各种故障及不正常运行状态，会严重影响系统的正常运行，甚至会使系统瓦解。

4．电力系统中的故障和不正常运行状态及后果。

a ． 故障：最常见也是最危险的故障是发生各种形式的短路，其次是系统断路及复合故障。

危害：○1 通过故障点很大的短路电流（为负载电流的几倍或几十倍）备。

○2 短路电流通过电源到短路点的非故障元件。

由于发热和电动力的作用（如线路间力的作用）使它们损坏或缩短使用寿命，功能降低。

○3 使电压大大下降，供电质量下降，影响用户工作的稳定性（大面积停电）○4 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡。

b. 不正常运行状态：电力系统中电气设备不能正常工作，但没发生故障。

○1 过负荷：负荷超过电气设备额定值，即负载上升，R 下降，负荷电流上升大于额定电流即fhI>N I （载流部分和绝缘材料温度上升，加速绝缘的老化损坏，可能会发展为故障）○2 过电压：发电机突然甩负荷或急剧下降。

R 上升。

I 下降 aaaU EI R=-↑○3 系统频率下降（低用状态） ○4 发生轻微振荡。

5．短路的类型： ○1 三相短路 (3)D 2% ○2 两相短路 (2)D1.6%○3单相接地短路 (1)D 87% ○4两相接地短路 (1.1D6.1%6．系统发生事故的原因：○1 自然条件因素 （如雷击等） ○2 设备设计不合理，使正常的电流偏离。

第一部分1²只要电源是正弦波，则电路中各部分的电流和电压势必是正弦波。

2²纯电阻电路中，各部分电流与电压的波形是相同的。

3²在线性电路中，如果电源电压是方波，则电路中各个部分的电流及电压也是方波。

4²当流过某负载的电流ι=1.4sin(314t+12π)A 时，其端电压为u=311sin(314t-12π)V 那么这个负载一定是容性负载。

5²动态稳定是指电力系统受到小的扰动(如负荷和电压较小的变化)后，能自动地恢复到原来运行状态的能力。

6²暂态稳定是电力系统受到小的扰动后，能自动的恢复到原来运行状态的能力。

7²电力系统有功出力不足时，不只影响系统的频率，对系统电压的影响更大。

8．220kV 系统时间常数较小，500kV 系统时间常数较大，后者短路电流非周期分量的衰减较慢。

9．220kV 系统时间常数较大，500kV 系统的时间常数较小，导致短路电流非周期分量的衰减较快。

10．空载长线充电时，末端电压会升高。

11．无论线路末端断路器是否合入，始端电压必定高于末端电压。

12．空载长线路充电时，末端电压会升高。

这是由于对地电容电流在线路自感电抗上产生了电压降。

13．长距离输电线路为了补偿线路分布电容的影响，以防止过电压和发电机的自励磁，需装设并联电抗补偿装置。

14．由母线向线路送出有功100MW，无功100MW。

电压超前电流的角度是45°。

15．输电线路采用串联电容补偿，可以增加输送功率、改善系统稳定及电压水平。

16．345kV±1.5％U N/110kV 的有载调压变压器的调压抽头运行在+1.5％档处，当1lOkV 侧系统电压过低时，应将变压器调压抽头调至-1.5％档处。

17．在电力系统中，负荷吸取的有功功率与系统频率的变化有关，系统频率升高时，负荷吸取的有功功率随着增高，频率下降时，负荷吸取的有功功率随着下降。

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。

第三章电力系统继电保护一、继电保护电力系统在运行中会发生故障，最常见的故障是各种类型的短路。

当短路故障发生时，将伴随出现很大的短路电流和部分地区电压降低，对电力系统可能产生以下后果：(1)破坏电力系统并联运行的稳定性，引发电力系统振荡，甚至造成系统瓦解、崩溃；(2)故障点通过很大的短路电流和燃烧电弧，损坏或烧毁故障设备；(3)在电源到短路点之间，短路电流流过非故障设备，产生发热和电动力，造成非故障设备损坏或缩短使用寿命；(4)故障点附近部分区域电压大幅度下降，用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。

电力系统运行中还可能出现异常运行状态，使电力系统的正常工作受到干扰，运行参数偏离正常值。

最常见的电力系统异常状态是过负荷，过负荷使电力系统元件或设备温度升高，加速绝缘老化，甚至发展成故障。

另外，电力系统异常状态还有电办系统振荡、频率降低、过电压等。

故障和异常运行如果得不到及时处理，都可能在电力系统中引起事故。

电力系统事故是指整个系统或部分的正常运行遭到破坏，造成对用户少送电或电能质量严重恶化，甚至造成人身伤亡、电气设备损坏或大面积停电等事故。

针对电力系统可能发生的故障和异常运行状态．需要装设继电保护装置。

继电保护装置是在电力系统故障或异常运行情况下动作的一种自动装置，与其他辅助设备及相应的二次回路一起构成继电保护系统。

因此，继电保护系统是保证电力系统和电气设备的安全运行，迅速检出故障或异常情况，并发出信号或向断路器发跳闸命令，将故障设备从电力系统切除或终止异常运行的一整套设备。

继电保护的任务是：1)反映电力系统元件和电气设备故障,自动、有选择性、迅速地将故障元件或设备切除，保证非故障部分继续运行，将故障影响限制在最小范围。

2)反映电力系统的异常运行状态，根据运行维护条件和设备的承受能力．自动发出信号，减负荷或延时跳闸。

二、自动装置保障电力系统安全经济运行、提高供电可靠性和保证电能质量，电力系统自动装置是必不可少的。

第一章 继电器特性实验JTC-III型继电器特性测试台概况本测试台由电源部分、多种继电器及测量表计等组成。

可以用来进行电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器、功率方向继电器、方向阻抗继电器等继电器的特性测试，也可以根据需要设计多种组合继电器保护实验。

JTC-III型继电器特性测试台外观立体图如图1.0.1所示，台正面由实验面板，桌台和两个柜子组成。

台后面全封闭。

电源线从台下方通过，再进入内部端子排。

图1.0.1 JTC-III型继电器特性测试台外观图实验面板布置如图1.0.2所示，由电源刀闸，电源接线柱，继电器和测量表计等组成，与继电器特性有关的实验均可在实验面板和桌面上进行接线和测量。

面板上各符号名称如下：XD1—继电器动作信号灯 ZJ—中间继电器XD2—交流220V电源指示灯 LGJ—功率方向继电器XD3—三相电源指示灯 LZJ—方向阻抗继电器XD4—直流220V电源指示灯 V1、V2—交流电压表XD5—继电器动作指示灯 A1、A2、A3—交流电流表BK—备用闸刀 DB—电秒表ZK—直流220V电源刀闸 XB—相位表SK—测试台三相电源刀闸 YJ—电压继电器DK—交流220V电源刀闸 LJ—电流继电器XJ—信号继电器 SJ—时间继电器CG1—交流220V电源（单相调压器TY1）输出接线柱（a、0）CG2—三相交流电源输出接线柱（a、b、c、o）CG3—直流220V电源输出接线柱（+、—）CG4—交流220V电源（单相调压器TY2）输出接线柱CG5—整流桥CG6—电秒表接线柱CG7—相位表接线柱图1.0.2实验面板布置图表1.0.1 JTC-III继电器特性测试台设备明细表编号标号名称 型号规格数量1A电流表6L2 32V电压表6L2 23电秒表自制（SM-II） 14相位表自制（DP-II） 15单相调压器2KVA TDGC2-2 26三相调压器15KVA 17TXSGA移相器STSGA感应移相器1 8滑线变阻器BX8-11 30Ω/5A 39YJ电压继电器DY-32（60V） 110LJ电流继电器DL-31（1A-2A） 111XJ信号继电器DX-31B（0.01A） 112ZJ中间继电器DZY-204 113SJ时间继电器DS-32(5秒) 114LG-11功率方向继电LG-11 1器LZ-21 1 15LG-21阻抗方向继电器16引线若干17灯220V指示灯 52 18DK.ZK单相开关DZ47-60（二路）（20A）1 19SK三相开关DZ47-60（三路）（20A）20整流桥 221接线柱φ4小接线栏 126LW6-222万能式转换开关实验一 用JTC-III继电器特性测试台做电压、电流继电器特性实验一、实验目的1.了解继电器基本分类方法及其结构。

电力系统继电保护摘要：一种自动的测量和装置，它是指在电力系统中的发电机、线路等部件或电力系统自身出现故障而威胁到电力系统的安全操作时，可以对操作人员发出警报，或直接给受控制的断路器下达跳闸指令，以结束此类事故的发展。

完成此项自动控制的成套设备通常称为继电保护。

编者将对继电保护的基本原理、基本要求、基本任务、分类和设备的继电保护。

关键词：电力系统；继电保护；基本原理一、基本原理继电器应具备正确区分受保护部件是否在正常工作或出现故障、是否在保护区范围或区域以外。

为了达到这种目的，必须从电力系统故障前后的电物量的变化特点出发，建立起保护设备的安全防护功能。

在电力系统故障后，工频电气量的变化表现为：1)增加了电流。

当发生短路时，在断路处与供电端的电力装置及传输线的电流会从负载电流增加到远大于负载电流。

2)电压下降（voltage）。

在相间和接地之间出现短路时，系统中各个点的相位电压或相电压都会降低，并且随着距离短路点的增加而降低。

3)电流和电压的相位角度发生变化。

当三相短路时，电流和电压的相角是负载的功率因数角，通常为20度左右，当三相短路时，电流和电压的相角是60~85度，而当保护反向短路时，电流和电压的相位角度为180°+(60°~85°）。

4)测量阻抗发生变化。

测量电阻，也就是测量点的电压和电流的比率（在保护装置上）。

在正常工作状态下，测得的阻抗是负载阻抗；当金属短路时，测量的阻抗向线路的阻抗转换，当发生故障时，测量的阻抗明显降低，而阻抗角增加。

非对称短路时，会产生相序成分，例如，当两相或单相接地短路时，会产生负序电流和负序电压；在单相接地的情况下，会产生负、零序和电压分量。

这些分量在正常运行时是不出现的。

根据短路故障时的电量变化，可以根据不同的原理，组成继电保护。

另外，除上述的反应工频电气量保护外，还提供了气体保护、继电保护等反应非工频电容量保护。

二、基本要求要实现继电保护装置任务，必须满足四个基本的技术需求：选择性、速度性、灵敏度、可靠性。

继电保护的基本概念电气一次系统：直接完成发电、变电、输电、配电、用电的设备所组成的强电系统电气二次系统：保证电气一次安全稳定运行所配置的的：继电保护、控制、检测以及自动控制与调节组成的弱电系统。

注：电压互感器和电流互感器属于一次设备。

互感器的分类：规定：电压互感器的二次额定线电压是100V；电流互感器二次额定电流为5A或者1A无论电压互感器还是电流互感器，其二次侧均接地（安全接地）。

TV可以认为是一个电压源，TA可以认为是一个电流源。

TV可以开路但是不能短路，TA可以短路，但是不能开路。

电压互感器的接线方式是YN，yn，开口三角形电压互感器的变比：对于35KV及以下的中性点不接地系统变比为（Un/根号3）/（100/根号3）/（100/3）电流互感器二次绕组的串并联：二次绕组串联时：二次电流不变、变比不变、容量增大一倍。

二次绕组并联时：二次电流增加一倍、变比变为原来的1/2、容量不变。

三相短路的短路电流不一定最大，当零序阻抗小于正序阻抗时，则单相接地短路最大。

继电保护的作用和任务:1.自动、快速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

2.反映电气设备不正常运行状态，并根据运行维护条件而及时动作于发信号或跳闸。

两种电网保护的基本原理：1.反映单侧电气量的保护（阶段式保护）所测电气量上不能区分本设备末端短路与下个设备首端短路。

不能全线速动2.同时反映两侧电气量的保护（纵联保护）具有绝对的选择性（从两侧电气量变化的关系区分本设备短路还是相邻下个设备短路），这种保护可以“全线速动”。

规定流进被保护设备为正方向，（母线流向设备）。

正常情况和外部短路的情况下两端为一正一负，本设备短路都是正的。

主保护：以较短时间有选择性地切除故障的保护。

后备保护：主保护拒绝动作时，用来切除故障的保护。

《电力系统继电保护》课程标准一、课程简介在电力系统中，继电保护和自动装置是电力系统安全运行和提高电能质量的重要工具，通过该课程的学习，使学生掌握输电线路和主要电气元件（发电机、变压器等）继电保护及自动装置的工作原理，学会使用常见的继电器及自动装置，掌握常见继电器和自动装置的基本测试方法，熟悉继电保护及自动装置的构成原理，了解继电保护装置、自动装置之间的配合，了解电力系统故障和不正常状态的危害，从而熟悉继电保护及自动装置的基本要求，加深对电力系统的理解。

二、课程性质与定位（一）性质本课程是电力系统自动化技术专业的一门专业课，它是针对从事继电保护运行与维护、继电保护调试、继电保护安装、电气运行工作的人员所需的职业能力要求而设置的课程。

以职业能力培养为目标，基于工作任务分析，结合我校的办学定位、人才培养目标、岗位需求、前后续课程内容和生源情况，将该课程分为若干个项目，将职业行动领域的工作过程融合在各项目训练中。

学生以学习小组为单位，通过共同完成项目的设计、制作、调试，培养学生基本技能、分析与解决实际问题的能力、参与意识、责任意识、协作意识和自信心。

（二）定位《电力系统继电保护》课程是电力系统自动化技术专业的核心课程之一。

该课程是学生今后在相关企业从事电气运行工作对事故进行分析和处理或从事电气安装及检修工作对二次系统的安装和检修工作必要的一门课程。

课程内容由完成电力系统重要电气设备（高压输电线路、电力变压器、母线等）继电保护的安装、调试工作任务组成，这些工作任务是本专业所涵盖岗位群的工作任务中最重要和较复杂的工作任务，它是专业课程中核心课程之一，对本专业学生的职业能力培养和职业素养的养成起主要支撑作用。

为满足企业要把岗位技能融入课程体系的人才培养要求，通过本课程学习，使学生达到企业所需求的实用型高技能人才，拓宽学生视野及知识面，满足用人单位需求，从而全面促进学生的就业工作。

三、课程设计思路本课程设计师基于工作过程，以典型工作任务驱动模式进行课程的开发。