【正文】 第一章 電力系統(tǒng) 繼電保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 的目的和任務(wù) 一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的概念 二、電力系統(tǒng) 的 故障及不正常工作狀態(tài) 電力系統(tǒng)由于受自然如雷擊、風(fēng)災(zāi)、人為 （ 如誤操作 ） 等因素 的 影響，會(huì)發(fā)生故障和異常運(yùn)行狀態(tài) 。 1．電 力系統(tǒng) 故障 2．電 力系統(tǒng)異常運(yùn)行狀態(tài) 指系統(tǒng)的正常工作受到干擾， 設(shè)備的 運(yùn)行參數(shù)偏離正常值。 如：過(guò)負(fù)荷、頻率降低等。 3．故障和 異常運(yùn)行 可能引起的后果 電?。唤^緣老化；設(shè)備變形；電壓降低，影響用戶(hù) 正常工作； 破壞系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。 三、電力系統(tǒng) 繼電保護(hù)的任務(wù) 1. 繼電保護(hù)的任務(wù) 故障時(shí)， 將故障 設(shè)備 切除 ； 出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出 告警 信號(hào) 或減負(fù)荷、跳閘。 反應(yīng) 電氣設(shè)備 故障或異常狀態(tài) ，動(dòng)作 于斷路器跳閘或發(fā)信號(hào)的一種自動(dòng) 裝置 。 裝置的目的 預(yù)防或縮小事故范圍 ， 提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。 避免或減輕 故障 對(duì)電器設(shè)備造成的損壞。 第二節(jié) 對(duì)電力系統(tǒng) 繼電保護(hù)的基本要求 一、 選擇性 將故障 設(shè)備 從系統(tǒng)中切除，減小停電范圍 ， 保證系統(tǒng)中非故障 設(shè)備 繼續(xù)安全運(yùn)行。 二、 速動(dòng)性 快速地切除故障 設(shè)備： 可提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；使電壓盡快恢復(fù)，減輕對(duì)用戶(hù)的影響；減輕電氣設(shè)備損壞程度；防止事故擴(kuò)展，提高重合成功 率。 故障切除的時(shí)間 ＝ 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 ＋ 斷路器 分閘 時(shí)間 三、 靈敏性 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 廣義：根據(jù)系統(tǒng)最大 負(fù)荷 的需要，電力系統(tǒng)中所有可以投入的 發(fā)電設(shè)備 都投入運(yùn)行（全部或絕大部分），以及所有 線路 和規(guī)定接地的 中性點(diǎn) 全部投入運(yùn)行的方式稱(chēng)為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式。 繼電保護(hù)：短路時(shí)通過(guò)該保護(hù)的短路電流為最大的系統(tǒng)的可能運(yùn)行方式。 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式 廣義：根據(jù)系統(tǒng) 負(fù)荷 為最小，投入與之相適應(yīng)的 發(fā)電機(jī)組 且系統(tǒng) 中性點(diǎn) 只有少部分接地的運(yùn)行方式稱(chēng)為系統(tǒng)的最小運(yùn)行方式。 繼電保護(hù)：短路時(shí)通過(guò)該保護(hù)的短路電流為最小的系統(tǒng)的可能運(yùn)行方式。 靈敏 度： 繼電 保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)范圍 內(nèi) 發(fā)生故障 或異常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。 四、可靠性 正常時(shí)不誤動(dòng)； 內(nèi) 部 故障時(shí)應(yīng)可 靠動(dòng)作；不該動(dòng)作的情況下 應(yīng)可 靠 不 動(dòng)作 。 第三節(jié) 繼電保護(hù)的基本原理及 分 類(lèi) 一、繼電保護(hù)的基本原理 利用正常運(yùn)行與故障或 異常運(yùn)行狀 態(tài)時(shí) ，各種物理量的差別來(lái)判斷故障或異常，并通過(guò)斷路器將故障切除或發(fā)出告警信號(hào)。 例： 電流增大 、 電壓降低 、 阻抗 減小、溫度升高等 二、 繼電保護(hù)裝置的 分 類(lèi) 繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成原理 分類(lèi)： 電流保護(hù)、電壓保護(hù) 、差動(dòng)保護(hù)、功率方向保護(hù)、 距離保護(hù)和高頻保護(hù)等。 被保護(hù) 的 對(duì)象分 類(lèi)： 線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保 護(hù)、母線保護(hù)、 電動(dòng)機(jī)保護(hù)、 電容器保護(hù)等。 構(gòu)成保護(hù)裝置的元件 分 類(lèi)： 機(jī)電型保護(hù) 裝置 、靜態(tài)型保護(hù) 裝置 、微機(jī)型繼電保護(hù) 裝置； 保護(hù)的功能 分 類(lèi)： 主保護(hù) 、 后備保護(hù) 、 輔助保護(hù) 等。 三、繼電保護(hù)裝置的基本組成 1．繼電保護(hù)裝置的基本工作過(guò)程 2．繼電保護(hù)裝置的基本組成 第四節(jié) 繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 一、 機(jī)電型 繼電 保護(hù)裝置 圖形符號(hào)、文字符號(hào) LJ（ KA）、 YJ（ KV）、 SJ（ KT）、 ZJ（ KC）、 XJ（ KS） 二、 靜態(tài)型繼電保護(hù)裝置 三、微機(jī)型 繼電保護(hù)裝置 硬件電路 的基本組成； 軟件 模塊的基本結(jié)構(gòu) 繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)： 計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化。 第二章 輸配電線路相間短路的電流保護(hù) 第一節(jié) 電流保護(hù)及電流元件的基本概念 一、電流保護(hù) 1．電流保護(hù)的概念 2．電流保護(hù)的分類(lèi)： 二、電流元件 1．電流元件的作用 2．動(dòng)作電流 .oprI 3．返回電流 .rerI 4． 返回系數(shù) reK 三、電流互感器的極性和電流保護(hù)的接線方式 四、電流保護(hù)的接線方式 指電流繼電器的線圈或電流變換器的一次繞組與電流互感器二次繞組的連接方式。 1．三相完全星形接線方式 2rII＝ n u v wI I I I? ? ? 接地短路故障時(shí)： 03nII? 三相完全星形接線方式：可以反映各種類(lèi)型的相間短路及接地故障。主要用于大電流接地系統(tǒng)中輸電線路的保護(hù)以及發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)等。 2．兩相不完全星形接線方式 兩相不完全星形接線方式：可以反映各種類(lèi)型的相間短路故障，但不能完全反映接地故障。該接線方式多用于小電流接地系統(tǒng)的相間短路保護(hù)。電流互感器必須裝設(shè)在 A 相和 C相上。 3．兩相電流差接線方式 r u wI I I?? 正常運(yùn)行時(shí)：23r u wI I I I? ? ? ； UV或 VW 兩相短路時(shí)： 2ruI I I?? 或 2rwI I I??； UW兩相短路時(shí)： 22r u wI I I I? ? ? 兩相電流差接線方式：可以反映各種類(lèi)型的相間短路故障， 對(duì)于不同類(lèi)型的故障，其靈敏度不同。一般用于 10KV及以下小接地電流系統(tǒng)的配電線路、電動(dòng)機(jī)等的相間短路保護(hù)。 4．接線系數(shù) 2rcon IK I? 三相完全星形接線方式、兩相不完全星形接線方式： 1conK ? 。 兩相電流差接線方式： 3conK ? 。 五、電流保護(hù)的整定 一次動(dòng)作電流：根據(jù)被保護(hù)設(shè)備中電流的大小，按一定條件計(jì)算得出； 二次動(dòng)作電流：根據(jù)一次動(dòng)作電流、電流互感器的變比、電流保護(hù)的接線方式折算得出。 . opop r conTAIIKK? 設(shè)： .max 253lIA? ， 300/5TAK ? ， 1conK ? ?。?270opIA? 則： . 270 1 4 .53 0 0 5op rIA? ? ? 整定計(jì)算：對(duì)保護(hù)裝置的動(dòng)作值、靈敏度進(jìn)行計(jì)算； 整定原則：計(jì)算動(dòng)作值的條件、靈敏度檢驗(yàn)的條件； 對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行整定：把計(jì)算出的動(dòng)作值告知保護(hù)裝置； 第二節(jié) 反映線路相間短路的電流保護(hù) 一、瞬時(shí)電流速斷保護(hù) （一）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理及整定原則 1． 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的原理 1）當(dāng)線路上任一點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)， 流過(guò)保護(hù) 1 的短路電流 。 2）系統(tǒng)最大運(yùn)行方式、系統(tǒng)最小運(yùn)行方式 2．動(dòng)作電流的整定原則 1）（滿足選擇性要求）動(dòng)作電流按躲過(guò)本線路末端可能出現(xiàn)的最大短路電流整定。.1 .max .IIop rel k BI K I? 圖 26 3．保護(hù)范圍及靈敏度校驗(yàn) 1）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度，可以用保護(hù)范圍的長(zhǎng)度占被保護(hù)線路全長(zhǎng)的百分比表示。 2）計(jì)算方法 3）要求： maxL 應(yīng)不小于線路全長(zhǎng)的 50％； minL 應(yīng)不小于線路全長(zhǎng)的 15％～ 20％。 （二）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成 1. 機(jī)電型瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（圖 27） 2. 微機(jī)型 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)（圖 28） 3. 幾個(gè)問(wèn)題 1）避雷器對(duì)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的影響。微機(jī)型： 1020ms；機(jī)電型：不用加時(shí)間繼電器。 2）瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的特點(diǎn)，較短線路不采用。 3）線路變壓器組，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)可以保護(hù)整個(gè)線路的全長(zhǎng)。 二、限時(shí)電流速斷保護(hù) （一）限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理及整定原則 1． 限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理 1）作用：切除瞬時(shí)電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，作為瞬時(shí)速斷的后備。 2）要求：在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，并具有足夠的靈敏度。 3）原理說(shuō)明（圖 210） 2．動(dòng)作電流的整定原則 （選擇性與速動(dòng)性）限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按與相鄰線路瞬時(shí)電流速斷保護(hù) 配合 整定。 .1 .2II II Iop rel opI K I? IIrelK 一般取 ～ ； 3．動(dòng)作時(shí)限的整定原則 限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限，按與相鄰線路瞬 時(shí)電流速斷保護(hù)配合整定。 .1 .2 Iop opt t t s? ? ? ? t? －時(shí)限級(jí)差 4． 靈敏度校驗(yàn) 1）限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度，按本線路末端發(fā)生相間短路故障時(shí)的最小短路電流校驗(yàn)。 ? ?2. m in 1 .3 ~ 1 .5II ks IIopIK I?? 2）當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)， 限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)限可按與相鄰線路限時(shí)電流速斷保護(hù)配合整定。 .1 .2II II IIop rel opI K I? .1 .2II IIop opt t t? ?? （二）限時(shí)電流速斷保護(hù)的構(gòu)成 1．機(jī)電型限時(shí)電流速斷保護(hù) 2． 微機(jī)型 限時(shí)電流速斷保護(hù) 三、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù) （一） 主保護(hù)和后備保護(hù) 主保護(hù)、 后備保護(hù) （近后備 保護(hù) 、遠(yuǎn)后備 保護(hù)） I 段和 II段構(gòu)成 35kV及以下電壓等級(jí)線路的主保護(hù) 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)被廣泛 用來(lái)作為線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備的后備保護(hù)。 （二）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的原理及整定原則 1．定時(shí)限過(guò)電流保 護(hù)的原理及動(dòng)作電流 1） 圖 213，過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍，對(duì)其動(dòng)作電流的要求。 2）動(dòng)作電流的整定 .maxIIIre lII? ； III IIIop re reI I K? ； .maxIIIIII rel lopreKII K? ； .maxIII rel ss lopreK K II K? 3）最大負(fù)荷電流：被保護(hù)線路實(shí)際可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重情況。 2．定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限 1）圖 215 選擇性要求 .1 .2III IIIop optt? ； .1 .2 .3III III IIIop op opt t t?? 2）階梯形原則： .1 .2III IIIop opt t t? ?? ； .2 .3III IIIop opt t t? ?? ；??（動(dòng)作時(shí)限保證選擇性） 3）圖 216，動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算 4）定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限是一定的，與短路電流的大小沒(méi)有關(guān)系。 3． 靈敏度校驗(yàn) 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù) 具有較高的靈敏度，但 不能快速切除故障。一般用來(lái)作為本線路和相鄰元件的后備保護(hù)。 ? ?s IIIopIK I? 四、階段式電流保護(hù) （一） 階段式電流保護(hù)的構(gòu)成 1．階段式電流保護(hù)的構(gòu)成 1）三段式電流保護(hù)的構(gòu)成 2）實(shí)際上，對(duì)于不同的線路，應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)選擇配置三段式或兩段式電流保護(hù)。 IIzdII?? 限時(shí)速斷 壓板投入 amp。 IIzdt 0 I 限時(shí)速斷出口 set set ? 作近后備保護(hù)時(shí)，要求 ~ ? ； 作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，要求 ? 。 2．機(jī)電型三段式電流保護(hù)的接線圖 1）原理接線圖：以二次元件（如繼電器）的整體形式表示各二次元件之間的電氣聯(lián)系，二次元件之間的連線按實(shí)際工作順序畫(huà)出。（圖 217（ a）） 2）展開(kāi)接線圖：按供電給二次回路的每個(gè)獨(dú)立電源來(lái)劃分，它將二次回路劃分為交流電流回路、交 流電壓回路、直流控制回路、直流信號(hào)回路等。（圖 217（ b）） 三段式電流保護(hù) 整定計(jì)算舉例 如圖所示，線路 L L2 上均配置有三段式電流保護(hù)。已知系統(tǒng)在最大、最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗分別為 .max ??, .min ?? ；線路 L L2 的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=25KM , L2=62KM ； 線路每公里正序電抗為 X1= ；保護(hù) 2 中定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為 ＝ ；線路 L1的最大負(fù)荷功率為 9MW， cos ?? ， 3005TAK ?，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù) ? 。試對(duì)線路 L1上配置的三段式電流保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。 解：（ 1） 選擇短路點(diǎn)并計(jì)算最大、最小短路電流 K1點(diǎn)短路時(shí)的三相短路電流： 最大運(yùn)行方式下： ? ? ? ?31 37000 13106 . 3 0 . 4 2 5 3kIA???? 最小運(yùn)行方式下： ? ? ? ?31 37000 11009 . 4 0 . 4 2 5 3k ???? K2點(diǎn)短路時(shí)的三相短路電流： 最大運(yùn)行方式下： ? ?? ?32 37000 5206 . 3 0 . 4 2 5 6 2 3kIA???????? 最小運(yùn)行方式下： ? ?? ?32 37000 4839 . 4 0 . 4 2 5 6 2 3k ???????? （ 2） 對(duì)電流保護(hù) I段，即瞬時(shí)電流速斷保