继电保护实用基础培训讲课2

1、第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 为了提高供电的可靠性和经济性，需要将许多发电厂用电力网联结起来并列运行，组成统一的电力系统。目前，电力主要来自水电、火电和核电。由于用电的分散性和受地理条件的限制，负荷中心和动力资源往往相隔很远，必须将电能经变压器升高电压后，由输电线路输送到用户处，因此有必要在发电厂和用户之间建立升压和降压变电所。为了提高供电的可靠性和经济性，还须将各发电厂联接起来并列运行。 由发电厂的发电机及配电装置、升压及降压变电所、电力线路及电能用户的电气设备所组成的统一整体，称为电力系统。在电力系统中，变电所和电力线路所组成的部分称为电力网。电力系统加上水电厂的水力

2、部分以及火电厂的热力部分和热能用户称为动力系统。动力系统、电力系统、电力网三者的相互关系如图所示。 在电力系统中，发电、供电、用电是一个统一的整体，建立电力系统在技术上和经济上有着显著的优越性，主要表现在：1提高供电的可靠性和电能质量。 当系统中任一发电厂事故停电时，系统中的其它发电厂可以继续供电，使对用户供电的可靠性大大提高，电能质量也得到保证。2. 提高系统运行的经济性。 建立统一的电力系统后，可以充分利用动力资源和发挥各类电厂的作用。例如，在丰水期，让水电厂多发电，火电厂少发电，以节省燃料；在枯水期，让水电厂少发电，任高峰负荷，让火电厂担任基本负荷。这样可以使水电和火电互相配合、互相调剂

3、，充分发挥各类电厂的作用，有利于电网安全、经济、稳定运行。3节省投资及减少备用容量 为了代替出故障或被检修的机组，必须装有备用机组，以保证对用户不间断的供电。建立电力系统以后，就不必在每个电厂都装设备用机组了，只要在系统中有总的备用发电容量即可。这样，从整个系统来看，便减少了投资。 为保证电能不间断地生产和输送，在电力系统中要装设各种各样的电气设备，它们可以分为两大类：1 .一次设备。 在电力系统中，担任发电，变电、配电任务的设备，称为一次设备。一次设备包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、负荷开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力电缆、电抗器、熔断器、避雷器、电力电容器、电压互感器

4、、电流互感器等。表示一次设备连接的电气接线图，称为一次接线图或主接线图。2. 二次设备。对一次设备进行监视、测量、控制、保护、调节的辅助设备，称为二次设备。二次设备包括继电器、仪表、控制开关、信号设备、自动装置、控制电缆等。表示二次设备连接的电气接线图，称为二次接线图。1.短路事故 短路是输电线路和电气设备最严重的故障，它可以分为对称短路(三相短路)和不对称短路，后者又分为单相短路、两相短路、两相短路接地。短路引起的危害很大：(1) 中断或影响对用户的供电。(2) 损坏电气设备。(3) 破坏电力系统稳定。(4) 使电厂失去厂用电，甚至引起全厂停电。(5) 引起对通信线路的干扰。 为了减少短路的

5、危害，必须尽快将发生事故的元件从电网中切除，以便恢复系统的正常运行，并减轻故障设备损坏的程度，这就借助于继电保护装置。2.不正常运行状态 电气设备的不正常运行状态有多种，如小接地电流系统的单相接地，电气设备温度过高，过负荷，发电机转子一点接地等等。发生不正常运行状态时，不需立即将设备从电网中切除，只发出预告信号，通知值班人员以便及时处理，使系统恢复正常运行，这也要借助于继电保护装置。二、对继电保护的基本要求 为了使继电保护装置能及时、正确地完成它所担负的任务，对其有以下四个基本求：1选择性 当电力系统某部分发生故障时，继电保护应只切除网络中的故障元件，称为保护装置的选择性。即首先切除靠近故障点

6、的断路器，使停电范围尽量缩小，保证非故障部分的正常运行。用户用户用户电源2快速性 快速切除故障可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，为电动机自起动创造有利条件，并可提高电力系统的稳定性。但切除故障的时间越短，往往使保护装置越复杂，可靠性将相应降低，因此对不同元件的保护，应作具体的分析。3灵敏性 灵敏性是指保护装置对故障和不正常工作状态的反应能力。在继电保护装置保护范围内发生故障，不管系统的运行方式、短路点位置和短路性质如何，保护装置都应正确动作；而在保护范围外发生故障时，保护装置又都不应动作。通常用灵敏系数来衡量保护装置对故障的反应能力，各种保护装置的最小灵敏系数，都有具体

7、的规定数值。4可靠性 投入运行的保护装置，应随时处于准备状态，当被保护设备发生故障时，保护装置应能有选择性的正确动作，不应拒动，而当无故障或故障发生在保护范围外时，则不应误动作，若不能保证工作的可靠性，保护装置本身便成为扩大事故或直接造成事故的根源。为了保证保护装置的可靠性，要求保护的设计原理、整定计算、安装调试正确误，还要求组成保护的各元件质量好，并需加强运行维护。三、变电所继电保护的基本接线保护装置及断路器操作箱测控装置后台机刀闸断路器电压互感器电流互感器1. 电流互感器及接线作用： 将大电流变为便于测量的小电流（额定值为5 安或1 安），使测量仪表和继电器小型化和标准化，并可采用小截面的

8、电缆进行远距离测量。使测量仪表和继电器与高压装置在电气上隔离，保证工作人员的安全。 电流互感器的一次绕组串联于一次电路中，二次绕组则与仪表和继电器的电流线圈串联，由于通过电流互感器将大电流变为小电流，所以其一次绕组匝数仅一匝或几匝，而次绕组匝数较多。电流互感器根据一次绕组的匝数，可以分为单匝式和多匝式；根据铁心的数目可以分为单铁心式和多铁心式；根据安装方式可以分为穿墙式、支柱式和套管式；根据装设地点可以分为户内式和户外式。K1K2K3 电流互感器使用时要注意极性。电流互感器一、二次绕组的极性是按减极性原则标注的，L1 和K1、L2 和K2 为同极性端，如图 所示。若一次电流从同极性端L1 流入

9、，从L2 端流出，二次电流 必然从同极性端K1 流出，从K2 端流进。同理，若一次电流I1 从同极性端L2 流入，二次电流I2 必然从同极性端K2 流出。L2L1一次绕组二次绕组有人往往只注意电流互感器二次侧的标记，却不注意检查一次电流从那一个极性端流入（二次图一般不标出L1、L2），就可能产生错误接线。在运行中，由于电流互感器的极性错误而产生异常情况的事例屡见不鲜。例如：(1) 继电保护装置可能误动或拒动；(2) 有功功率表、无功功率表、功率因数表指示不正常；(3) 有功电度表、无功电度表读数不对，电能计量错误；另外：电流互感器的使用还要注意以下几个方面(1) 电流互感器二次测不允许开路。串

10、联于电流互感器二次侧的仪表、继电器的电流线圈，阻抗都是很小的，互感器的工作接近于短路状况。这时，二次负荷电流所产生的磁通和一次电流所产生的磁通相互抵消，铁心中的合成磁通是不大的。如果二次侧开路，二次电流为零，而一次电流仍然保持不变，这就使铁心中的磁通大大增加达到饱和状态，从而使开路的二次绕组将感应出很高的电势e2，其峰值可达到数千伏，这对二次设备和工作人员的安全都是很危险的。同时由于磁通剧增，铁心损耗增大，发热严重，将损坏电流互感器绕组的绝缘。因此，在运行中，如果需要断开仪表或继电器的电流线圈时，必须先将电流互感器的二次侧短接后再进行。(2) 电流互感器二次绕组必须有一端必须接地。以免一、二次

11、绕组之间绝缘击穿使二次侧也带上高电压时，危及人身和设备设备的安全。由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，所以：I1N1=I2N2电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。 穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，见图52。由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比

12、：。式中I1穿心一匝时一次额定电流；n穿心匝数。 例如在同一负荷情况下，为了保证电能计量准确，要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右)，准确度等级高一些(如1K1、1K2为200/5、0.2级)；而用电设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，则要求变比较大一些，准确度等级可以稍低一点(如2K1、2K2为300/5、1级)。(a)一次串联(两匝)(b)一次并联(一匝)图55一次绕组匝数可调、二次多绕组的电流互感器原理图 图图1直流法测电流互感器极性直流法测电流互感器极性 图图2交流法测电流互感器极性交流法测电流互感器极性 U3=U1+U2为加极性。注意：在试验过程中尽量使

13、通入电压低一些，以免电流太大损坏线圈，为了读数清楚电压表尽量选择小一些，变流比在5以下时采用交流法测量比较简单准确，对变流比超过10的互感器不要采用这种方法进行测量，因为U2的数值较小U3与U1的数值接近，电压表的读数不易区别大小，所以在测量时不好辨别，一般不宜采用此法测量极性。 2. 电压互感器及接线 作用：将高电压变为便于测量的低电压（额定值为100 伏），其工作原理和电力变压器是相同的。使测量仪表和继电器与高压装置在电气上隔离，保证工作人员的安全，同时还可以降低仪表和继电器的绝缘要求，使之结构简化，成本降低。电压互感器的接线方式根据发电厂和变电所中测量仪表、继电器等二次设备的要求，电压互

14、感器常用的接线方式有以下几种。（1）单相接线。如图a所示，单相电压互感器的一次侧接于电源的线电压上，二次侧一端接地，可以测量一个线电压，常接于需要同期或检查电压的线路侧。（2）不完全三角形接线（VV 接线）。如图b所示，它由两只单相电压互感器组成，电压互感器二次绕组分别接在一次回路AB、BC 相间，可以测量三个线电压Uab、Ubc、Uca。当仪表和保护只需接三个线电压时（如三相功率表、电度表），采用此接线最简单。但这种接线不能测量相电压，而且其输出的有效容量仅为两台电压互感器额定容量总和的3 /2倍。这种接线常用于小型发电厂和变电所中。V-V 接线是由两只单相电压互感器构成的，如果互感器二次侧

15、两个同极性端连起来作为b 相引出，就是一种错误接线，如下图所示。三个电压之间的相位不相等，而且其中一个电压值增大了 倍（3）星形星形接线（Y/Y0 接线）。如图c所示，它由三相三柱式的电压互感器构成。互感器的一、二次绕组都接成星形，可以用来测量三个线电压。但在负载不平衡时，将引起较大误差，而且一次侧中性点不允许接地，否则当一次侧电网有单相接地故障时，可能烧坏互感器，故互感器一次侧中性点无引出线，也就不能测量对地电压，由于存在这些缺点，这种接线方式应用较少。（4）星形星形开口三角接线（Y0/Y0，D 接线）。如图d、e所示，电压互感器的线圈是按相电压设计的，它的三个基本二次线圈接成星形，可以测量

16、三个线电压和三个相电压（由于一次侧中性点接地，也即三个相对地电压）；它的三个辅助二次线圈接成开口三角形，可以测量零序电压，辅助线圈的额定电压，用于小接地电流系统时按100/3 伏设计，用于大接地电流系统为100 伏。这种接线方式应用很广泛。电压互感器的使用还要注意以下几个方面：（1）电压互感器二次测不允许短路。接于电压互感器二次侧的仪表、继电器的电压线圈阻抗都是很大的，电压互感器的工作接近于变压器的空载状态，因而其容量很小。如果二次侧短路就会烧坏电压互感器，所以电压互感器的高低压侧都要装短路保护设备。（2）电压互感器二次绕组必须有一点接地。这是为了防止一、二次绕组之间绝缘损坏时，危及二次设备及

17、工作人员的安全。（3）应防止二次回路向一次回路反馈电压。电压互感器在停用或检修时，既要断开其一次侧的隔离开关，又要同时切断其二次回路，以防止二次侧向一次侧反送电，造成人身和设备事故。为此，电压互感器二次引出端需串入隔离开关的辅助触点。单母接线单母接线单母分段接线单母分段接线内桥接线内桥接线双母接线双母接线双母带旁路接线双母带旁路接线双母单分段接线双母单分段接线一个半接线一个半接线1、110kV线路保护一、110kV线路保护继电保护的基本功能 变电站继电保护能够在变电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回

18、路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。 变电站继电保护是根据变电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。 目前应用比较广泛的载波通道是“导线一大地”制，即相地耦合。其构成如图所示。组成：组成：1.高频阻波器：高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路，使高频电流限制在被保护输电线路以内。而工频电流可畅通无阻 2结合电容器：它是一个高压电容器，电容很小，对工频电压呈

19、现很大的阻抗，使收发信机与高压输电线路绝缘，载频信号顺利通过 3连接滤波器：它是一个可调节的空心变压器，与结合电容器共同组成带通滤波器，连接滤波器起着阻抗匹配的作用，可以避免高频信号的电磁波在传输过程中发生反射，并减少高频信号的损耗，增加输出功率。 4高频电缆 ：用来连接户内的收发信机和装在户外的连接滤波器。 5保护间隙 ：保护间隙是高频通道的辅助设备。用它来保护高频电缆和高频收发信机免遭过电压的袭击。 6接地刀闸 ：接地刀闸也是高频通道的辅助设备。在调整或检修高频收发信机和连接滤波器时，用它来进行安全接地，以保证人身和设备的安全。 7高频收、发信机：高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发

20、信机部分是由继电保护来控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号，但有时也可以采用长期发讯的方式。由发信机发出信号，通过高频通道为对端的收信机所接收，也可为自己一端的收信机所接收。高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号。经过比较判断之后，再动作于跳闸或将它闭锁。闭锁式：闭锁式：收不到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。允许式：允许式：收到这种信号是高频保护动作跳闸的必要条件。电源电源AB保护1保护2高频保护的动作过程：高频保护的动作过程：保护1起动发信区内故障时（如图f1点）判断为正方向后停信保护2起动发信判断为正方向后停信保护1收不到信号保护2收不到信号保护1跳闸保

21、护2跳闸区外故障时（如图f2点）保护1起动发信判断为正方向后停信保护2起动发信判断为反反方向后不不停信保护1收到信号保护2虽收不到信号，但由于本侧是反方向保护1不动作保护2不动作f1f2远方发信及作用： 远方发信是指每一侧的发信机，不但可以由本侧的发信元件将它投入工作，而且还可以由对侧的发信元件借助高频通道将它投入工作，以保证“发信”的可靠性。这样做的目的是考虑到当发生故障时，如果只采用本侧“发信”元件将发信机投入工作，再由“停信”元件的动作状态来决定它是否应该发信，实践证明这种“发信”方式是不可靠的。例如：当区外故障时（f2点），由于某种原因，靠近反方向侧（保护2侧）的“发信”元件拒动，这时

22、该侧的发信机就不能发信，导致正方向侧（保护1侧）收信机收不到信号，从而使得正方向的保护保护误动作。为了消除上述缺陷，就采用了远方发信的办法。还有就是方便通道检查。电源电源ABf1f2保护1保护2远方起动试验（通道检查）逻辑：A侧B侧5s10s10sA侧试验起动B侧发信按A侧“通道试验按钮”，发信回路瞬时起讯将高频信号送至B侧，起动B侧发信， B侧被起动后发信10s，A侧起动200ms后被收到的来自B侧的信号闭锁，同时起动5s计时回路，并使A侧停止5s发信，在此5s内， A侧收信回路只收到B侧发来的信号。5s之后，A侧重新起动发信10s，然后自动停止发信，两侧解环，试验完毕。通道裕量如图所示：通

23、道裕量如图所示：0dB-5dB3dB8.686dB12dB灵敏启动电平收发信机不明确工作区保证可靠工作的最小裕量允许的最大传输衰耗收信机灵敏启动电平：当收信入口处的电平达到此值时，收信输出就起变化。收发信机不明确工作区：收信输出能使保护正常工作的最低收信电平。保证可靠工作的最小裕量，即通道裕量：应在1N（8.686dB）以上。允许的最大传输衰耗，建议不超过12dB约6dB电压（绝对）电平：在电路中某测试点的电压和标准比较电压（0.775V，1mW的功率在600负载上的电压为0.775V ）之比取常用对数的20倍，成为该点的电压（绝对）电平。功率（绝对）电平：在电路中某测试点的功率和标准比较功率（1mW）之比取常用对数的10倍，成为该点的功率（绝对）电平。计算可以得出：当负载为600时，该处的功率电平等于电压电平；当负载为75时，该处的功率电平等于