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电力系统继电保护原理课程设计作者姓名学号指导教师所在院系专业班级目录第一章绪论 (2)第1.1节电力系统继电保护概论 (2)第1.2节继电保护的构成与分类 (3)第二章数据分析 (3)第2.1节数据的分析和整理 (3)第2.2节继电保护的作用 (4)第2.3节计算系统中个原元件主要参数 (4)第2.4节节元件参数一览表 (5)第2.5节输电线路PT和CT的选择 (10)第三章短路电流计算 (11)第3.1节短路计算的目的规定和步骤 (11)第3.2节运行方式的确定 (11)第3.3节短路电流周期计算 (12)第四章电力网电流保护整定和灵敏度检验 (23)第4.1节对继电保护装置的基本要求 (23)第4.2节电流保护整定计算 (24)第五章电力网相间距离保护整定计算与灵敏度检验 (29)第5.1节继电保护的基本要求 (29)第5.2节距离保护整定计算 (30)第六章电力网零序继电保护整定计算 (35)第6.1节概述 (35)第6.2节零序电流保护整定计算 (36)第6.3节零序接地距离保护 (38)第七章高频保护的整定 (40)第八章自动重合闸装置的配置 (43)第7.1节自动重合闸的作用和要求 (43)第7.2节自动重合闸的配置 (43)附录 (44)参考文献 (48)第一章绪论第1.1节电力系统继电保护概论从科学技术的角度，电力系统继电保护隶属于电力系统及其自动化专业领域；从工业生产的角度，电力系统继电保护是电力工业的一个必不可少的组成部分，担负着保障电力系统安全运行的重要职责。
继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。
继电保护技术是一个完整的电力技术理论体系。
它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计与继电保护运行及维护等技术构成。
1.1.1 继电保护的基本概念电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。
电力系统继电保护原理引言电力系统继电保护是电力系统中非常重要的一部分，它的作用是保护发电、输电和配电设备以及负载设备，以防止电力系统发生故障。
本文将详细介绍电力系统继电保护的原理以及其在电力系统中的应用。
一、继电保护的概述继电保护是电力系统中的一项重要技术，用于及时发现和切除发电、输电和配电系统中的故障。
它起着安全、稳定运行电力系统的作用。
继电保护系统主要由继电保护装置、CT（Current Transformer）和PT（Potential Transformer）、配电自动化装置和通信装置等组成。
二、继电保护原理1. 继电保护装置继电保护装置是实现继电保护功能的关键设备。
它通过对电力系统各个部分电压和电流的测量，来实现故障的检测和切除。
根据检测到的电压和电流信号，继电保护装置会发出指令来切断电路，防止故障进一步扩大。
2. CT和PTCT（Current Transformer）和PT（Potential Transformer）是继电保护装置中的关键设备，用于将电流和电压信号转换为继电保护装置可处理的信号。
CT和PT通常与高压电力系统中的电流和电压传感器配合使用，将高电压和高电流信号降低到继电保护装置可处理的范围。
3. 配电自动化装置配电自动化装置是电力系统中常用的继电保护装置之一。
它可以实现对配电系统的自动化控制、故障检测和切除。
配电自动化装置通过测量电流和电压信号，来判断是否有电力系统故障，并根据设定的保护动作条件，自动切除故障电路，保证电力系统的安全运行。
4. 通信装置通信装置在电力系统继电保护中起着重要的作用。
它通过与其他继电保护装置和监控系统进行通信，实时传输电力系统状态信息，以实现对电力系统的远程监控和故障处理。
通信装置可以使继电保护系统具备远程操作、远程监控和远程维护等功能。
三、继电保护在电力系统中的应用1. 发电系统在发电系统中，继电保护主要用于保护发电机和变压器等重要设备。
电力系统继电保护原理习题第一章绪论1、什么是主保护、后备保护？什么是近后备保护、远后备保护？在什么情况下依靠近后备保护切除故障？在什么情况下依靠远后备保护切除故障？答：主保护是一次保护，当发生故障时瞬时动作；后备保护是在主保护不动作时再动作，一般有延时来判断主保护动作与否，它包括近后备和远后备.远后备保护是当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护.近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护2 、说明对电力系统继电保护有那些基本要求。
答：可靠性（安全性和信赖幸），速动性，灵敏性和选择性。
3、简要说明继电保护装置的一般构成以及各部分的作用.4、针对下图系统，分别在D1、D2、D3点故障时说明按选择性的要求哪些保护应动作跳闸。
第二章电网的电流保护1、分析电流保护中各段如何保证选择性？各段的保护范围如何,与哪些因素有关?2、什么是继电器的返回系数，增量动作继电器、欠量动作继电器的返回系数有什么区别？3、在图示网络中，试分析断路器1DL、4DL和9DL保护的最大和最小运行方式。
4、在图所示网络中,线路AB电源端装有三段式电流保护，线路BC装有二段式电流保护,均采用不完全星形接线方式，系数参数如图所示,线路AB和BC的最大负荷电流分别为2。
3A和2A，线路BC的过电流保护动作时限为3S，负荷自起动系数为1。
试计算：（1)、线路AB和BC各段电流继电器的动作电流和时间继电器的动作时限。
（2)、求出无时限电流速断的保护范围和校验Ⅱ、Ⅲ段的灵敏度。
()5、如图所示，对保护1进行三段式相间电流保护的整定计算。
，,,，，线路阻抗为0.4Ω/km，阻抗角为700，AB线最大负荷电流为170A。
电源阻抗，， ,，电源相电势为,，。
6、如图（a）所示网络中，线路AB装有三段式电流保护，各段保护的接线方式如图（b）所示.已知AB线路末端三相短路时的最大短路电流为1320A，末端三相短路时的最小短路电流为980A；限时电流速断保护的灵敏度为1.32.（a）（b)（1)计算保护1电流速断和限时电流速断保护的定值()（2)说明各段的接线方式，除此之外还有哪些常见接线方式?说明不同接线方式的异同及其特点。
电力系统继电保护的原理
电力系统继电保护的原理是基于监测电力系统中的电流、电压等参数，一旦这些参数超过了设定的阈值，继电保护设备就会发出信号，触发断路器等设备进行动作，以保护电力系统的安全稳定运行。
继电保护设备通常由电流互感器和电压互感器等传感器、测量单元、比较单元、逻辑单元以及执行单元等组成。
其中，电流互感器和电压互感器负责将电力系统中的电流和电压信号转化为测量信号，传送给测量单元进行处理。
测量单元将测量信号转化为数字信号，并与事先设定的保护阈值进行比较。
比较单元负责对比测量信号和阈值的大小关系，当测量信号超过设定阈值时，比较单元会发出触发信号。
逻辑单元接收触发信号，并根据预设的保护逻辑进行判断，决定是否需要进行保护动作。
最后，执行单元接收逻辑单元的指令，通过操纵断路器等设备进行相应的动作。
继电保护设备的阈值设置是根据电力系统的运行要求和设备的额定参数进行调整的。
不同的电力设备，如发电机、变压器、线路等，具有不同的保护要求，因此需要针对性地设置保护阈值。
阈值的设置需要综合考虑设备的稳定工作范围、起动过电流、过负荷电流等因素，并根据实际情况进行适当调整。
继电保护系统的关键在于快速、准确地检测电力系统中的异常情况，并及时采取相应的保护措施。
通过使用互感器转化电路参数为可测量的信号，再经过测量、比较和逻辑判断等步骤，
能够快速、有效地实现对电力系统的保护。
这种原理能够大大提高电力系统的可靠性和安全性，确保电力系统的正常运行。
《电力系统继电保护》《电力系统继电保护》第一章绪论一,电力系统的正常工作状态,不正常工作状态和故障状态电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路.发生短路时可能产生以下后果:1)通过故障点的短路电流和所燃起的电弧使故障设备或线路损坏.2)短路电流通过非故障设备时,由于发热和电动力的作用,引起电气设备损伤或损坏,导致使用寿命大大缩减.3)电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用户工作的稳定性或影响产品的质量.4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至导致整个系统瓦解.继电保护装置的基本任务是:1)自动地,迅速地和有选择地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迅速恢复正常运行.2)反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号的装置. 二, 继电保护的基本原理及其组成1,继电保护的基本原理电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征是:1)电流增大. 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流.2)电压降低. 当发生相间短路和接地短路故障时,系统各点的相间电压或相电压值下降,且越靠近短路点,电压越低.3)电流与电压之间的相位角改变. 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角,一般约为20°;三相短路时,电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定,一般为60°～85°;而在保护反方向三相短路时,电流与电压之间的限额将则是180°+(60°～85°).4)不对称短路时,出现相序分量, 如单相接地短路及两相接地短路时,出现负序和零序电流和电压分量.这些分量在正常运行时是不出现的.利用短路故障时电气量的变化,便可构成各种原理的继电保护.例如,据短路故障时电流的增大,可构成过电流保护;据短路故障时电压的降低,可构成电压保护;据短路故障时电流与电压之间相角的变化,可构成功率方向保护;据电压与电流比值的变化,可构成距离保护;据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化,可构成差动保护; 据不对称短路故障时出现的电流,电压相序分量,可构成零序电流保护,负序电流保护和负序功率方向保护等.2, 继电保护的组成及分类模拟型继电保护装置的种类很多,它们都由测量回路,逻辑回路和执行回路三个主要部分组成.3,对继电保护装置的基本要求(l) , 选择性选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时,其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除,当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时,应由相邻设备或线路的保护将故障切除.(2),速动性速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障.对于反应短路故障的继电保护,要求快速动作的主要理由和必要性在于1 )快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性.2 )快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间,加速恢复正常运行的过程.保证厂用电及用户工作的稳定性.3 )快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度.4 )快速切除故障可以防止故障的扩大,提高自动重合问和备用电源或设备自动投人的成功率.对于反应不正常运行情况的继电保护装置,一般不要求快速动作,而应按照选择性的条件,带延时地发出信号.3 , 灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时,保护装置的反应能力.所谓系统最大运行方式,就是在被保护线路末端短路时,系统等效阻抗最小,通过保护装置的短路电流为最大的运行方式;系统最小运行方式,就是在同样的短路故障情况下,系统等效阻抗为最大,通过保护装置的短路电流为最小的运行方式.保护装置的灵敏性用灵敏系数来衡量.灵敏系数表示式为:l )对于反应故障参数量增加(如过电流)的保护装置:保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值2 )对于反应故障参数量降低(如低电压)的保护装置:保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值4,可靠性可靠性是指在保护范围内发生了故障该保护应动作时,不应由于它本身的缺陷而拒动作;而在不属于它动作的任何情况下,则应可靠地不动作.以上四个基本要求是设计,配置和维护继电器保护的依据,又是分析评价继电保护的基础.这四个基本要求之间,是相互联系的,但往往又存在着矛盾.因此,在实际工作中,要根据电网的结构和用户的性质,辩证地进行统一.第二章,电网的电流保护一, 单侧电源网络相间短路的电流保护输电线路发生相间短路时,电流会突然增大,故障相间的电压会降低.利用电流会这一特征,就可以构成电流保护.电流保护装置的中心环节是反应于电流增大而动作的电流继电器.电流继电器是反应于一个电器量而电阻的简单继电器的典型.1,继电器(1)电磁型继电器电磁继电器的基本结构形式有螺管线圈式, 吸引衔铁式和转动舌片式三种,如图2.1 所示. 电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件, 它是反应电流超过一整定值而动作的继电器. 电磁继电器是利用电磁原理工作的,以吸引衔铁式继电器例进行分析,在线圈1 中通以电流,则产生与其成正比的磁通,通过由铁心,空气隙和可动舌片而成的磁路,使舌片磁化于铁心的磁极产生电磁吸力,其大小于成正比,这样由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转距可表示为( 2.1 )式中比例常数;电磁铁与可动铁心之间的气隙.( a )螺管线圈式; (b) 吸引衔铁式; (c) 转动舌片式图2.1 电磁型继电器的结构原理1 —线圈;2 —可动衔铁;3 —电磁铁;4 —止挡;5 —接点;6 —反作用弹簧正常工作情况下,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产生一个初始力矩 .由于弹簧的张力与伸长量成正比,因此,当空气长度由减小到时,弹簧产生的反作用力矩为式中比例常数.另外,在可动舌片转动的过程中,还必须克服摩擦力力矩 .因此1 )继电器动作的条件.为使继电器动作,必须增大电流,通过增大电流来增大电磁电磁转矩,使其满足关系式: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称为继电器的动作电流(起动电流),记作 .3 )继电器的返回条件.继电器动作后,当减小时,继电器在弹簧的作用下将返回.为使继电器返回,弹簧的作用力矩必须大于电磁力矩及摩擦力矩之和,即或4 ) 返回电流. 满足上述条件,使继电器返回原位的最大值电流称为继电器的返回电流,记为,5 )返回系数. 返回电流和起动电流的比值成为继电器的返回系数,可表示为6 ) 动作电流的调整方法:①改善继电器线圈的匝数;②改变弹簧的张力;③改变初始空气隙的长度.7 ) 剩余力矩 .在继电器的动作过程和返回过程中,随着气隙的变化,都将出现一个剩余力矩,从而使继电器的动作过程和返回过程都雪崩式的进行,继电器要么动作,要么返回,它不可能停留在某一个中间状态,具有明显的"继电特性".同时,该力矩还有利于继电器的触点可靠的接触与断开.2,几个基本概念1 )系统最大运行方式在被保护线末端发生短路时,系统等值阻抗最小,而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式.2 )最小运行方式在同样短路条件下,系统等值阻抗最大,而通过保护装置的电流为最小的运行方式.系统等值阻抗的大小与投入运行的电气设备及线路的多少等有关.3 )最小短路电流与最大短路电流在最大运行方式下三相短路时通过保护装置的电流为最大,称之为最大短路电流.而在最小运行方式下两相短路时,通过保护装置的短路电流为最小,称之为最小短路电流.4 )保护装置的起动值对因电流升高而动作的电流保护来讲,使起动保护装置的最小电流值称为保护装置的起动电流,记作 .保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的,当一次侧的短路电流达到这个数值时,安装在该处的这套保护装置就能够起动.5 )保护装置的整定所谓整定就是根据对继电保护的基本要求,确定保护装置的起动值(一般情况下是指电力系统一次侧的参数),灵敏性,动作时限等过程.3,无时限电流速断保护根据对保护速动性的要求,在满足可靠性和保护选择性的前提下,保护装置的动作时间,原则上总是越快越好.因此,各种电气元件应力求装设快速动作的继电保护.仅反应电流增大而能瞬时动作切除故障的保护,称为电流速断保护,也称为无时限流速断保护.(1),工作原理无时限速断保护是为了保证其动作的选择性,一般情况下速断保护只保护被保护线路的一部分,具体工作原来如图2.6 所示.对于单侧电源供电线路,在每回电源侧均装有电流速断保护.在输电线上发生短路时,流过保护安装地点的短路电流可用下式计算( 2.4 )图2.06 电流速断保护的动作特性分析Ⅰ—最大运行方式下三相短路电流;Ⅱ—最小运行方式下两相短路电流由式( 2.4 )和( 2.5 )可看出,流过保护安装地点的短路电流值随短路点的位置而变化,且与系统的运行方式和短路类型有关. 和与的关系如图2.6 中的曲线Ⅰ和Ⅱ所示.从图可看出,短路点距保护安装点愈远,流过保护安装地点的短路电流愈小.(2),整定计算1 )动作电流为了保证选择性,保护装置的起动电流应按躲开下一条线路出口处(如点即B 变电所短路时,通过保护的最大保护电流(最大运行下的三相短路电流)来整定.即可靠系数对保护1 ( 2.6 )把起动电流标于图2.6 中,可见在交点M 与保护 2 安装处的一段线路上短路对2 能够动作.在交点M 以后的线路上的短路时,保护2 不动作.因此,一般情况下,电流速断保护只能保护本条线路的一部分,而不能保护全线路.2 )保护范围(灵敏度)计算(校验)规程规定,在最小运行方式下,速断保护范围的相对值为15%~20% ,即式中——最小保护范围;当系统为最大运行方式时,三相短路时保护范围最大;当系统为最小运行方式时,两相短路时保护范围最小.求保护范围时考虑后者.由图2.6 可知( 2.7 )其中, 代入式( 2.7 )整理得( 2.8 )(3)动作时限无时限电流速断保护没有人为延时,只考虑继电保护固有动作时间.考虑到线路中管型避雷器放电时间为0. 04~0.06s ,在避雷器放电时速断保护不应该动作,为此在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器,一方面扩大接点的容量和数量,另一方面躲过管型避雷器的放电时间,防止误动作.由于动作时间较小,可认为t=0 .( 4 )电流速断保护的接线图1 )单相原理接线图电流继电器接于电流互感器TA 的二次侧,它动作后起动中间继电器,其触点闭合后,经信号继电器发出信号和接通断路器跳闸线圈.(5),对电流速断保护的评价优点:简单可靠,动作迅速.缺点:①不能保护线路全长.②运行方式变化较大时,可能无保护范围.如图2.9 所示,在最大运行方式整定后,在最小运行方式下无保护范围.③在线路较短时,可能无保护范围.4, 限时电流速断保护由于电流速断保护不能保护本线路的全长,因此必须增设一套新的保护,用来切除本线路电流速断保护范围以外的故障,作为无时限速断保护的后备保护,这就是限时电流速断保护.( 1 )对限时电流速断保护的要求增设限时电流速断保护的主要目的是为了保护线路全长,,对它的要求是在任何情况下都能保护线路全长并具有足够的灵敏性,在满足这个全体下具有较小的动作时限.( 2 )工作原理1 ) 为了保护本线路全长,限时电流速断保护的保护范围必须延伸到下一条线线路去,这样当下一条线路出口短路时,它就能切除故障.2 ) 为了保证选择性,必须使限时电流速断保护的动作带有一定的时限.3 ) 为了保证速动性,时限尽量缩短.时限的大小与延伸的范围有关,为使时限较小,使限时电流速断的保护范围不超出下一条线路无时限电流速断保护的范围.因而动作时限比下一条线路的速断保护时限高出一个时间阶段 .( 3 )整定计算1 )动作电流动作电流按躲开下一条线路无时限电流速断保护的电流进行整定( 2.9 )2 )动作时限 .为了保证选择性,时限速断电流保护比下一条线路无时限电流速断保护的动作时限高出一个时间阶段,即( 2.10 )当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后,它们联合工作就可以0.5s 内切除全线路范围的故障,且能满足速动性的要求,无时限电流速断和限时速断构成线路的"主保护".3 )灵敏度校验. 保护装置的灵敏度(灵敏性),是只在它的保护范围内发生故障和不正常运行状态时,保护装置的反应能力.灵敏度的高低用灵敏系数来衡量, 限时电流速断保护灵敏度为( 2.11 )式中——被保护线路末端两相短路时流过限时电流速断保护的最小短路电流;当时,保护在故障时可能不动,就不能保护线路全长,故应采取以下措施:①为了满足灵敏性,就要降低该保护的起动电流,进一步延伸限时电流一条线路限时电流速断保护的保护范围).②为了满足保护选择性,动作限时应比下一条线路的限时电流速断的时限高一个,即速断保护的保护范围,使之与下一条线路的限时电流速断相配合(但不超过下( 4 )限时电流速断保护的接线图1 )单相原理接线如图2.11 所示,( 5 )对限时电流速断保护的评价限时电流速断保护结构简单,动作可靠,能保护本条线路全长,但不能作为相邻元件(下一条线路)的后备保护(有时只能对相邻元件的一部分起后备保护作用).因此,必须寻求新的保护形式.5,定时限过电流保护( 1 )工作原理过电流保护通常是指其动作电流按躲过最大负荷电流来整定,而时限按阶梯性原则来整定的一种电流保护.在系统正常运行时它不起动,而在电网发生故障时,则能反应电流的增大而动作,它不仅能保护本线路的全长,而且也能保护下一条线路的全长.作为本线路主保护拒动的近后备保护,也作为下一条线路保护和断路器拒动的远后备保护.如图2.13 所示,( 2 )整定计算1 )动作电流.按躲过被保护线路的最大负荷电流,且在自起动电流下继电器能可靠返回进行整定( 2.12 )2 )灵敏系数校验.要求对本线路及下一条线路或设备相间故障都有反应能力,反应能力用灵敏系数衡量.本线路后备保护(近后备)的灵敏系数有关规程中规定为( 2.13 )作为下一条线路后备保护的灵敏系数(远后备),〈〈规程〉〉中规定( 2.14 )当灵敏度不满足要求时,可以采用电压闭锁的过流保护,这时过流保护自起动系数可以取13 )时间整定.由于电流Ⅲ段的动作保护的范围很大,为保证保护动作的选择性,其保护延时应比下一条线路的电流Ⅲ段的电阻时间长一个时限阶段为( 2.15 )( 3 )灵敏系数和动作时限的配合过电流保护是一种常用的后备保护,实际中使用非常广泛.但是,由于过电流保护仅是依靠选择动作时限来保证选择性的,因此在负责电网的后备保护之间,除要求各后备保护动作时限相互配合外,还必须进行灵敏系数的配合(即对同一故障点而言越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数).( 4 )对定时限过电流的评价定时限过电流结构简单,工作可靠,对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作.不仅能作本线路的近后备(有时作主保护),而且能作为下一条线路的远后备.在放射型电网中获得广泛的应用,一般在35kv 及以下网络中作为主保护.定时限过电流保护的主要缺点是越靠近电源端其动作时限越大,对靠近电源端的故障不能快速切除.6, 阶段式电流保护的应用及评价电流速断保护只能保护线路的一部分,限时电流速断保护能保护线路全长,但却不能作为下一相相邻的后备保护,因此必须采用定时限过电流保护作为本条线路和下一段相邻线路的后备保护.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一整套保护,叫做三段电流保护.实际上,供配电线路并不一定都要装设三段式电流保护.比如,处于电网末端附近的保护装置,,当定时限过电流保护的时限不大于0.5~0.7s 时,而且没有防止导线烧损及保护配合上的要求的情况下,就可以不装设电流速断保护和限时电流速断保护,而将过电流保护为主要保护.在某些情况下,常采用两段组成一套保护, ( 2 )阶段式电流保护的时限阶段式电流保护的时限特性是指各段电流保护的保护范围与动作时限的关系曲线.电流三段式保护的保护特性及时限特性如图2.14 所示.图2.14 电流三段式保护特性及时限特性分析图继电保护的接线图一般可以用原理图和展开图形式来表示.电流三段式保护单相原理接线图如图2.15 所示,( 3 )阶段式保护的选择性电流速断保护是通过选择动作电流保证选择性的,定时限过电流保护通过选择动作时限来保证选择性的,而限时电流速断保护则是通过同时选择动作电流和动作时限来保证选择性的.这是应当重点理解的环节. ( 4 )对阶段式电流保护的评价三段式电流保护的优点是简单,可靠,并且一般情况下都能较快切除故障,一般用于35kv 及以下电压等级的单侧电源电网中.缺点是它的灵敏度和保护范围受系统运行方式和短路类型的影响,此外,它只在单侧电源的网络中才有选择性.7,电流保护接线方式电流保护的接线方式就是指保护中电流继电器与电流互感器二次绕组之间的连接方式.( 1 )三相完全星型接线主要接线方式1 )三相完全星型接线方式如图2.17 所示,三个电流互感器与三个电流继电器分别按相连接在一起,形成星型.三个继电器触点并联连接,相当于"或"回路.三相星型接线方式的保护对各种故障,如三相,两相短路,单相接地短路都能动作.图2.17 完全星型接线图图 2.18 不完全星形接线图2 )相不完全星型接线方式两相不完全星型接线方式如图 2.18 所示.它与三相星形的保护的区别是能反应各种相间短路,但B 相发生单相短路时,保护装置不会动作.( 2 )各种接线方式在不同故障时的性能分析1 )中性点直接接地或非直接接地电网中的各种相间短路.前述三种接线方式均能反应这些故障(除两相电流接线不能保护变压器外),不同之处在于动作的继电器数目不同,对不同类型和相别的相间短路,各种接线的保护装置灵敏度有所不同.2 )中性点非直接接地电网中的两点接地短路图2.20 串联内线路上两点接地的示意图在中性点非直接接地电网(小接地电流)中,某点发生单相接地时,只有不大的对地电容电流流经故障点,一般不需要跳闸,而只要给出信号,由值班人员在不停电的情况下找出接地点并消除之,这样就能提高供电的可靠性.因此,对于这种系统中的两点接地故障,希望只切除一个故障.①串联线路上两点接地情况,如图2.20 所示,在和点发生接地短路,希望切除距电源远的线路.若保护1 和保护2 均采用三相星形接线时,如果它们的整定值和时限满足选择性,那么,就能保证100%地只切除BC 段线路故障.如采用两相星形接线,则保护就不能切除B 相接地故障,只能由保护2 切除BC 线路,使停电范围扩大.这种接线方式在不同相别的两点接地组合中,只能有2/3 的机会有选择地后面的一个线路.②放射性线路上两点接地情况如图2.21 所示,图2.21 放射性线路上两点接地的示意图在点发生接地短路时,希望任意切除一条线路即可.当采用三相星型接线时,两套保护(若时限整定相同)均将起动.如采用两相星型接线,则保护有2/3 的机会只切除任一线路.因此,在放射性的线路中,两相星型比三相星型应用更广泛.( 3 )各种接线方式的应用三相星形接线方式能反应各种类型的故障,保护装置的灵敏度不因故障相别的不同而变化.主要应用如下方面:1 )广泛用于发电机,变压器,大型贵重电气设备的保护中.2 )用在中性点直接接地电网中(大接地电流系统中),作为相同短路的保护,同时也可保护单相接地(对此一般都采用专门的零序电流保护).3) 在采用其它更简单和经济的接线方式不能满足灵敏度的要求时,可采用这种接线方式.两相星形接线方式较为经济简单,能反应各种类型的相同短路.主要应用于如下方面:1 )在中性点直接接地电网和非直接接地电网中,广泛地采用它作为相间短路保护在10kv 以上,特别在3 5kv非直接接地电网中得到广泛应用.2 )在分布很广的中性点非直接接地电网中,两点接地短路常发生在放射型线路上.在这种情况下,采用两相星形接线以保证有2/3 的机会只切除一条线路(要使保护装置均安装在相同的两相上,一般为AC 相).如在6 ~ 10kv 中性点不接地系统中对单相接地可不立即跳闸,允许运行2 小时,因此在6~10kv 中性点不接地系统中的过流保护装置广泛应用两相星形接线方式.两相电流差接线方式具有接线简单,投资较少等优点,但是灵敏性较差,又不能保护Y/ -11 接线变压器后面的短路,故在实际应用中很少作为配电线路的保护.这种接线主要用在6 ~ 10kv 中性点不接地系统中,作为馈电线和较小容量高压电动机的保护.二,双侧电源网络相间短路的方向性电流保护1,方向性电流保护的工作原理在单侧电源网络中,各个电流保护线路靠近电源的一侧,在发生故障时,它们都是在短路功率的方向从母线流向线路的情况下,有选择性地动作,但在双侧电源网络中,如只装过电流保护是不能满足选择性要求.( 2 )几个概念1 ) 短路功率:指系统短路时某点电压与电流相乘所得到的感性功率.。
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、基本概念1、电力系统 电力系统：是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合体。
技术要求：比如变压器的容量能够负担相应的负荷，断路器在出现故障时能够跳闸等，双电源互投装置在一回电源故障时，另一回能够自动投入等。
经济要求：比如某项目附近有35kV 和110kV 电源，究竟采用那个等级的电源，应进行经济性比较，采用综合费用较低的方案。
（电力系统中包含一次设备、二次设备、调度通讯设备）2、一次设备一次设备：一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备。
比如发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机、消弧线圈等。
3、二次设备二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。
比如电流互感器、电压互感器、监察测量仪表、继电保护装置、自动装置等。
电能的生产、传输和消费是同一时间内完成的。
因此任意时刻都要保证电能的生产和消耗量保持平衡，并满足质量要求，比如电压、频率等。
这就需要我们及时掌握电力系统中各个设备的运行状态，并能及时调整发输电设备的运行状态，从而满足而实际的电能消耗量是不断的变化的，电力系统运行中也会出现各种不正常状态|、故障状态，系统运行中，应及时切除故障部分的电路，避免故障范围扩大，保证其他线路能够正常运行。
4、电力系统运行状态电力系统运行状态：是指电力系统在不同运行条件下（如负荷水平、出力配置、系统接线、故障等）的系统与设备的工作状况。
电力系统的运行条件可用三组方程描述，一组微分方程式和两组代数方程。
微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律（略）。
两组代数方程分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条件（1）等式约束条件：系统发出的有功功率和无功功率应在任意时刻与系统中随机变化的负荷功率（包括传输损耗）相等，数学表达式 0Gi Lj S P P P ∑-∑∆-∑∆=0Gi Lj S Q Q Q ∑-∑∆-∑∆=（2）不等式约束条件：供电质量和电气设备安全运行的某些参数，他们应处于安全运行的范围内max .k k S S ≤max .min .i i i U U U ≤≤max .ij ij I I ≤max min f f f ≤≤（根据不同的运行条件，电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态、故障状态）二、正常运行状态及其特点正常运行状态：正常状态下运行的电力系统，所有的等式和不等式约束条件均满足。
也就是说电力系统以足够电功率满足负荷对电能的需求（等式约束条件）；电力系统中各发输电和用电设备均在规定的长期安全工作限额内运行；电力系统中各母线电压和频率均在允许的偏差范围内等。
正常状态下的电力系统，其发电、输电和变电设备保持一定的备用容量，能满足负荷随时变化的需要，同时在保证安全的条件下，可以实现经济运行，能承受常见的干扰，从一个正常状态和不正常状态、故障状态通过预定的控制连续变化到另一个正常状态。
三、不正常运行状态及其危害1、不正常运行状态：所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障状态的电力系统工作状态。
常见的不正常运行状态有：① 负荷潮流超过电气设备的额定上线造成的电流升高（过负荷）；② 系统中出现功率缺额而引起的频率降低；③ 发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高；④ 中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压的升高；⑤ 电力系统发生的震荡等。
都属于不正常运行状态。
2、不正常运行状态的危害：① 电流超过额定值：使得电气设备的载流部分和绝缘材料的温度超过散热条件的允许值而不断升高，在成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏，可能发展成故障状态；② 电压升高：有可能超过绝缘介质的耐压水平，造成绝缘击穿，酿成短路故障；照明设备的寿命将明显缩短，白炽灯在电压长期升高10%时寿命缩短一半；变压器和电动机由于铁芯饱和，损耗和温升都将增加。
③ 电压过低：对于占负荷比重最大的异步电动机转差率增大，转速降低，绕组中电流增大。
温升增加，寿命缩短；转速的降低致使其拖动的的发电厂用机械出力减少，硬性到锅炉、汽轮机和发电机的出力；用户的电热设备将因电压的降低而减少发热量，使产品质量下井④ 电压过大偏移：会引起电力系统无功潮流的改变，增加有功损耗。
不利于系统的经济、安全运行。
⑤ 频率变化：频率变化引起电动机转速变化（n=60f/p ），由此驱动的机械制造的产品质量受到影响；电动机转速和功率的降低，导致传动机械出力降低。
频率偏离额定值会导致测量控制等电子设备的准确性和工作性能，甚至无法工作。
对发电厂和电力系统：频率下降时，汽轮机叶片的震动变大；由异步电动机驱动的活力发电厂厂用机械的出力降低，导致发电机出力下降，使得系统的频率进一步下降，从而引发频率崩溃；频率降低时，一部电动机和变压器的励磁电流增加，所消耗的无功功率增加，引起电压下降，（供电设备和用电设备在设计时，都考虑了一定的安全系数，处于不正常运行状态时，不会马上损坏，我们通常允许系统继续运行，但如果电气设备长期工作在这种状态下，设备长期处于危险编辑，随着时间的积累将缩短设备的使用寿命或发展成故障状态，直接损坏设备，因此应当尽快排除不正常状态，是系统进入正常运行状态，从而避免造成系统事故。
因此必须识别电力系统的不正常运行状态，通过自动和人工的方式消除不正常状态。
在继电保护中，检测到不正常状态一般是发出信号，或延时切除不正常工作的元件）四、故障状态及其危害1.故障状态：电力系统的一次设备在运行过程中，由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生断线、短路等故障。
（所谓短路就是电力系统正常运行情况以外的一切相与相之间或相与地之间的短接。
电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的，如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路。
）短路故障是最危险也是最常见的故障，在发生短路时可能产生以下后果：① 通过短路点的很大的短路电流和所燃起的电弧使元件损坏。
② 短路电流通过非故障元件，由于发热和点动力的作用，会使其损坏或缩短其使用寿命；任何一台设备都有电阻存在，当电流流过时，将做功产生热量（W=I2Rt）,短路电流很大，较短的时间内产生巨大的热量使设备温度迅速升高，而损坏或缩短使用寿命。
通电导体的周围产生磁场，通过强大的短路电流在导体周围产生很大的磁场，磁场中有导体时，两导体将产生作用力，作用力的大小与导体的电流和磁场强度成正比，强大的短路电流在绕组间产生强大的机械力，电气设备受损。
③ 非常大的短路电流流过，会使电力系统中部分地区的电压大大降低，在短路点周围地区的电网电压严重低于正常值，使大量电力用户的正常工作遭到破坏；④ 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使系统瓦解。
电能的生产、输送、消费之间必须保持平衡和连续，发生短路时，就打破的这种平衡，局部地区功率过剩，另一局部地区功率不足，过剩地区的发电机转子将加速，功率不足的地区发电机转子减速，硬气发电机失步，处理不快速将造成整个电力系统的瓦解。
⑤不对称接地短路所造成的不平衡电流将可能产生零序不平衡磁通，会在临近的平行线路内（如通信线路、铁道信号系统等）感应出很大的电动势，这将造成对通信的干扰。
2.短路故障类型：三相短路、两相短路、两相短路接地、单相接地短路。
不同类型的短路发生概率不同，短路电流大小也不同，一般为额定电流的几倍到几十倍。
据统计单相接地故障发生概率最高。
而相间短路较少，但是不能由此就轻视相间短路的保护，特别是三相短路，虽然它发生的机会较少，但情况较严重，又是研究其他短路的基础，所以要重视。
单项接地短路如果不及时切除，可能发展为两相接地短路，设置三相短路（故障状态和不正常运行状态都可能在电力系统中引起事故，事故是指系统或其中一部分正常工作遭到破坏，并造成对用户少送点电或电能质量变坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏事件。
自然因素可导致事故，如雷击、线路倒塌，另外如果故障切除迟缓或设备被错误的切除，也可致使故障发展成为事故。
通过合理配置继电保护系统，可避免故障发展成事故。
）五、继电保护的作用1.继电保护的定义继电保护：就是指能够反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
继电保护也就是通常所理解的电力系统继电保护与安全自动装置。
我们了解的电力系统的运行状态，以及不正常运行状态和故障状态有可能造成事故，在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生事故的可能性以外，故障一旦发生必须迅速有选择的切除故障部分，这项功能就是通过继电保护装置来实现的。
电力系统自动控制：继电保护只是二次设备的一部分，把整个电力系统或其中的一部分作为调节对象，完成电能生产过程的连续自动调节的功能，这一部分称作电力系统自动控制，其动作相对迟缓，调节稳定性高。
2.电力系统继电保护的基本任务：（1）故障状态：自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常为了在故障后迅速恢复电力系统的正常运行，或尽快消除运行中的异常情况，以防止大面积停电和保证对重要用户的连续供电，常采用以下自动化措施，如输电线路自动重合闸、备用电源自动投入、低电压切负荷、按频率自动减负荷、电气制动、震荡解列等措施。
（2）不正常运行状态：反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。
此时一般不要求迅速动作，二是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的演示，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引自误动。
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1.故障状态和不正常状态识别途径目的：只有分辨出不正常运行状态和故障状态，才能在电力系统处于不正常运行状态和故障状态使进行报警或切除故障元件。
识别方法：电力系统在不同的运行状态下，通过各个元件的电量会发生变化，通过对这些发生变化的电量的识别，就可以分辨不同的运行状态。
单线图1.1说明不同状态下个电量的变化：可识别电气量（不同运行状态下具有明显差异的电气量）：①流过元件的相电流、序电流②功率及其方向；③相电压、序电压的幅值④元件的电压与电流的比值，即“测量阻抗等”。
继电保护的基本原理就是通过对各电量的实时监测，发现电量的变化，从而及时识别出当电网出现的不正常运行状态或故障状态，并分别进行报警或切除等操作。
下面我们本图为单电源供电网络，在正常运行时，每条线路上都流过正常的负荷电流，若BC段发生三相短路，1.过流保护：若BC段发生三相短路，则短路点至电源之间的线路上将流过很大的短路电流，这个电流我们标为Ik，Ik会使我们装设的电流保护继电器动作，这就形成了过流保护2.低电压保护：正常运行时，各母线上的电压一般都在额定电压的±5%~±10%范围内，发生短路后各母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降低程度越严重，，这样，利用短路点电压的降低，就可以构成低电压保护。
