緒論(劉學(xué)軍第三版)

北華大學(xué)電氣信息學(xué)院繼電保護原理張今朝嘉興學(xué)院機電工程學(xué)院繼電保護原理劉學(xué)軍編制中國電力出版社教材配套電子教案課程介紹一、本課程在本專業(yè)中的地位及教學(xué)目標二、本課程的教學(xué)內(nèi)容三、學(xué)習(xí)本課程的根本要求考試選修課程(32+8)

根本要求:1〕上課要關(guān)機；2)課堂保持安靜;3)作業(yè)按時完成;考試

卷面70分+平時30分實驗

10分作業(yè)

10分考勤

10分(考勤三次不到,平時成績?yōu)?)

不劃范圍、補考不會輔導(dǎo)一、本課程在本專業(yè)中的地位及教學(xué)目標

本課程是本專業(yè)的一門主要專業(yè)課，必修課，考試課。通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生掌握發(fā)電廠、變電站繼電保護裝置工作原理、配置原那么，常用繼電器的試驗方法；培養(yǎng)學(xué)生繼電保護裝置整定計算和識讀繼電保護裝置原理圖、展開圖的技能，為畢業(yè)后從事發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計研發(fā)、運行、安裝、調(diào)試檢修等工作打下根底。二、本課程的教學(xué)內(nèi)容1、理論局部1〕繼電保護的根底元件〔互感器及變換器、繼電器等〕2〕電網(wǎng)的繼電保護〔電網(wǎng)的相間短路保護、接地保護、距離保護、差動保護、高頻保護〕3〕輸電線路的自動重合閘4〕主設(shè)備保護〔如電力變壓器保護、同步發(fā)電機的繼電保護、母線保護、電力電容器保護等〕5〕微機繼電保護2、實踐局部繼電保護裝置的實驗及調(diào)試實習(xí)三、學(xué)習(xí)本課程的幾點要求

1、學(xué)會抓重點，領(lǐng)會問題的真諦；2、提倡課前預(yù)習(xí)、課堂認真聽講、課后復(fù)習(xí)三部曲；3、擴大自己的視野，以教材為藍本，鉆研學(xué)習(xí)相關(guān)參考書籍及期刊雜志；4、成績評定：考勤、紀律10%+作業(yè)10%+試驗10%+期考70%。第一章緒論1、本章主要講授內(nèi)容第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)和作用第二節(jié)對繼電保護的根本要求第三節(jié)繼電保護的構(gòu)成及分類第四節(jié)繼電保護開展簡史2、本章根本要求了解電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果；掌握繼電保護裝置的概念、繼電保護的任務(wù)〔作用〕、原理及組成；熟練掌握對繼電保護的根本要求。第一章緒論第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)和作用

一.電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果二.繼電保護裝置三.繼電保護裝置的根本任務(wù)一.電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果電力系統(tǒng)的故障：三相短路K(3)、兩相短路K(2)

、單相短路接地K(1)、兩相短路接地K(1,1)、斷線、變壓器繞組匝間短路、復(fù)合故障等。不正常運行狀態(tài)：小接地電流系統(tǒng)的單相接地、過負荷、變壓器過熱、系統(tǒng)振蕩、電壓升高、頻率降低等。1、變壓器短路故障2、帶負荷拉閘3、單相接地故障發(fā)生故障可能引起的后果

1、故障點通過很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設(shè)備燒壞；

2、系統(tǒng)中設(shè)備，在通過短路電流時所產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備縮短使用壽命；

3、因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量；破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。

一.電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果事故－指系統(tǒng)的全部或局部的正常運行遭到破壞，以致造成對用戶的停止送電、少送電、電能質(zhì)量變壞到不能容許的程度，甚至毀壞設(shè)備等等。事故產(chǎn)生的原因:自然因素、設(shè)備制造缺陷、設(shè)計安裝錯誤、檢修質(zhì)量不高、運行維護不當一.電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果二、繼電保護裝置繼電保護裝置指反響電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置最初是以機電式繼電器為主構(gòu)成的，現(xiàn)代繼電保護裝置那么已開展成以電子元件或微機、可編程序控制器為主構(gòu)成?！袄^電保護〞一詞泛指繼電保護技術(shù)或由各種繼電保護裝置組成的機電保護系統(tǒng)。三、繼電保護裝置的根本任務(wù)〔1〕發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使非故障局部繼續(xù)運行?！?〕反響電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或開展成為事故的電氣設(shè)備予以切除?！?〕繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。第二節(jié)對繼電保護的根本要求四性：1、選擇性；2、速動性；3、靈敏性；4、可靠性對四性的評價：以上四條根本要求，選擇性是關(guān)鍵，靈敏性必須足夠高，速動性到達要求即可，最重要的是必須滿足可靠性的要求。第二節(jié)對繼電保護的根本要求選擇性：保護裝置動作時僅將故障對象從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍限制在最小的范圍內(nèi)。圖1-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動作的說明(1)當k3點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由故障線路WL1上的保護P7和P5動作，將故障線路WL1切除，這時變電所B那么仍可由非故障線路WL2繼續(xù)供電。當K4點發(fā)生短路故障時，應(yīng)由線路的保護P4動作，使斷路器4QF跳閘，將故障線路WL4切除，這時只有WL4停電。由此可見，繼電保護有選擇性的動作可將停電范圍限制到最小，甚至可以做到不中斷對用戶的供電。圖1-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動作

第二節(jié)對繼電保護的根本要求

起輔助作用的保護。如為消附除方向繼電器的電壓死區(qū)或為加速切除靠近母線附近的線路故障而加裝的電流速斷保護。一般地，把反映被保護元件嚴重故障，快速動作于跳閘的保護裝置稱為主保護，而把在主保護系統(tǒng)失效時作備用的保護裝置稱為后備保護。主保護和后備保護輔助保護第二節(jié)對繼電保護的根本要求第二節(jié)對繼電保護的根本要求②遠后備：裝設(shè)在相鄰上一元件斷路器處，動作時限比近后備保護時限還要長。當本元件的保護或開關(guān)拒動時，利用相鄰元件的遠后備保護切除故障。①近后備：裝設(shè)在本元件斷路器處，動作時限比主保護長。當本元件主保護拒動時，才由近后備保護動作來切除故障。后備保護考慮后備保護的問題

當k1點發(fā)生短路故障時，距短路點最近的保護P1應(yīng)動作切除故障WL5，但由于某種原因，該處的保護或斷路器拒動，故障便不能消除，此時如其前面一條線路(靠近電源測)的保護P3動作，故障也可消除。此時保護P3所起的作用就稱為相鄰元件的遠后備保護。同理保護P5和P6又應(yīng)該作為保護P3的遠后備保護。如k1點故障，保護1裝置兩套保護裝置即主保護和近后備保護，當主保護拒動時，可用近后備保護切除故障線路WL5。圖1-1單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動作

考慮后備保護的問題

指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。第二節(jié)對繼電保護的根本要求速動性故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.06s～

0.12s，最快的可達0.02s～0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s～0.15s，最快的可達0.02s～0.06s。

(2)一些必須快速切除的故障:P3第二節(jié)對繼電保護的根本要求靈敏性指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行情況時，保護裝置的反響能力。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，那么保護的靈敏度就越高，反之就越低。過量繼電器欠量繼電器保護范圍末端金屬性短路故障參數(shù)的最小計算值保護裝置動作參數(shù)的整定值保護裝置動作參數(shù)的整定值保護范圍末端金屬性短路時故障參數(shù)的最大計算值(3)行業(yè)標準DL400-1991《繼電保護和平安自動裝置技術(shù)規(guī)程》可靠性包括平安性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。所謂平安性是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。所謂信賴性是要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不拒動。第二節(jié)對繼電保護的根本要求第二節(jié)對繼電保護的根本要求以上四個根本要求是設(shè)計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的根底。這四個根本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)一。第三節(jié)繼電保護的工作原理、構(gòu)成及分類一、繼電保護的工作原理根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)前后物理量變化特征為根底構(gòu)成繼電保護裝置。

發(fā)生短路故障后，利用電流、電壓、線路測量阻抗、電壓電流間相位、負序和零序分量的出現(xiàn)等的變化，構(gòu)成相應(yīng)的保護。如過電流及電流速斷保護、低電壓及電壓速斷保護、功率方向保護、序分量保護、距離保護、差動保護、高頻保護等等。電力系統(tǒng)故障后工頻電氣量變化主要特征1、電流增大。故障元件上電流增大到大大超過額定負荷電流2、電壓降低。系統(tǒng)各節(jié)點電壓均下降，短路點電壓最低可降至零。3、電壓與電流之間的相位角發(fā)生改變。4、測量阻抗發(fā)生變化。5、出現(xiàn)負序和零序分量。6、電氣元件流入和流出的電流關(guān)系發(fā)生變化。元件內(nèi)部故障，其流入電流不等于流出電流。一、繼電保護的工作原理反響非工頻電氣量的保護1、超高壓輸電線路的行波保護。2、電力變壓器的氣體〔瓦斯〕保護。3、電力變壓器繞組溫度過高的過負荷保護對于反響電氣元件不正常運行情況的繼電保護，主要根據(jù)不正常運行情況時電壓和電流變化特征來構(gòu)成。一、繼電保護的工作原理二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成

〔一〕繼電保護裝置的分類20世紀80年代前應(yīng)用的常規(guī)繼電保護裝置都屬于模擬型，80年代后開展的繼電保護裝置屬于數(shù)字型。模擬型又分為機電型、靜態(tài)型繼電保護裝置。1、機電型繼電保護裝置包括電磁型或感應(yīng)型。感受元件---比較元件—執(zhí)行元件2、靜態(tài)型繼電保護裝置是應(yīng)用晶體管或集成電路等電子元件構(gòu)成。3、數(shù)字繼電保護:保護裝置由微機系統(tǒng)構(gòu)成?！捕忱^電保護裝置的構(gòu)成1、模擬型繼電保護裝置〔1〕測量局部。測量被保護對象的有關(guān)物理量，與給定量進行比較，給出“是〞或“非〞信號?！?〕邏輯局部。根據(jù)測量輸出的大小、性質(zhì)、輸出邏輯狀態(tài)，使保護按一定邏輯關(guān)系工作，然后確定跳閘或發(fā)信號?！?〕執(zhí)行局部。根據(jù)邏輯局部傳送的信號，最后完成保護裝置所承擔的任務(wù)。二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成

模擬型繼電保護裝置的構(gòu)成見圖1-2測量回路邏輯回路執(zhí)行回路跳閘信號被測電氣量整定值圖1-2模擬型繼電保護裝置原理框圖二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成

圖1-3線路過電流保護裝置單相原理接線圖二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成

舉例說明1、正常狀態(tài)：

一次設(shè)備通過的電流為負載電流，

KA流過的二次電流小于動作值

KA不動作其接點不閉合斷路器主、輔觸點保護不動作

電流繼電器時間繼電器電流互感器脫扣器中間繼電器跳閘線圈2、當線路故障，短路故障電流大于電流繼電器KA的動作電流，電流繼電器KA動作，啟動時間繼電器KT,經(jīng)整定延時時間tset接通信號繼電器KS和斷路器跳閘線圈YR回路，斷路器跳閘并發(fā)信號。2、數(shù)字型微機繼電保護

微機繼電保護裝置由硬件局部和軟件局部組成。圖1-4微機繼電保護硬件局部原理框圖二、繼電保護裝置的分類及構(gòu)成

圖1-4微機繼電保護硬件局部原理框圖〔1〕微機保護裝置的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)〔模擬量輸入系統(tǒng)〕包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。完成將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。微機主系統(tǒng)包括微處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、定時器及并行口等。開關(guān)量輸入輸出通道。由假設(shè)干并行口、光電耦合器件及中間繼電器組成。通訊接口。包括通訊接口電路及接口。電源。供給微處理器、數(shù)字電路、模擬轉(zhuǎn)換芯片及繼電器所需弱電電壓?！?〕微機保護的工作原理被保護元件的模擬量〔交流電壓、電流〕經(jīng)電流互感器TA和電壓互感器TV進入到微機繼電保護的模擬量輸入通道。由于需要同時輸入多路電壓或電流〔如三相電壓和三相電流〕，因此要配置多路輸入通道。在輸入通道中，電量變換器將電流和電壓變成適用于微機保護用的低電壓量〔±5v～±10v〕,再由模擬低通濾波器〔ALF〕濾除直流分量、低頻分量和高頻分量及各種干擾波后，進入采樣保持電路〔S/H〕，將一個在時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時間上的離散量，完成對輸入模擬量的采樣。〔2〕微機保護的工作原理通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)〔MPX〕將多個輸入電氣量按輸入時間前后分開，依次送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔A/D〕，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入計算機系統(tǒng)進行運算處理，判斷是否發(fā)生故障，通過開關(guān)量輸出通道，經(jīng)光電隔離電路送到出口繼電器發(fā)出跳閘脈沖給斷路器跳閘繞組YR，使斷路器跳閘，切除系統(tǒng)故障局部。人機接口部件的作用是建立起微機型保護與使用者之間的信息聯(lián)系。以便對裝置進行人工操作、調(diào)試和得到反響信息。外部通信接口部件的作用是提供計算機局域通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)絡(luò)的信息通道?！?〕微機保護的工作原理軟件局部是根據(jù)保護工作原理和動作要求編制計算程序，不同原理的保護其計算程序不同。微機保護的計算程序是根據(jù)保護工作原理的數(shù)學(xué)模型即數(shù)學(xué)表達式來編制的。這種數(shù)學(xué)模型稱為計算機繼電保護的算法。通過不同的算法可以實現(xiàn)各種保護功能。〔2〕微機保護的工作原理

各類型保護的計算機硬件和外圍設(shè)備是通用的，只要計算程序不同，就可以得到不同原理的保護。而且計算機根據(jù)系統(tǒng)運行方式改變能自動改變動作的整定值，使保護具有更大的靈敏性。保護用計算機有自診斷能力，不斷地檢查和診斷保護本身的故障，并及時處理，大大地提高了保護裝置的可靠性，并能實現(xiàn)快速動作的要求。繼電保護課程的特點繼電保護是一門專門研究電力系統(tǒng)故障及反響事故措施的技術(shù)學(xué)科，要注重提高對電力系統(tǒng)故障和異常工作情況的認識和加強故障分析計算的能力。第四節(jié)繼電保護開展簡史1901年出現(xiàn)感應(yīng)過流繼電器。1908年出現(xiàn)比較保護元件兩端的差動保護原理。1910年方向性電流保護開始應(yīng)用。19世紀20年代初距離保護出現(xiàn)1927出現(xiàn)高壓線路高頻載波電流的傳送和比較輸電線兩端功率或相位的高頻保護裝置第四節(jié)繼電保護開展簡史19世紀90年代出現(xiàn)裝與斷路器上并直接作用于斷路器的一次式的電磁型過流繼電器。20世紀初，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護。20世紀50年代微波中繼通訊開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)，出現(xiàn)利用微波傳送和比較輸電線兩端故障電氣量的微波保護。第四節(jié)繼電保護開展簡史1975年誕生行波保護，光纖通道繼電保護得到廣泛應(yīng)用。20世紀50年代初，出現(xiàn)晶體管式繼電保護裝置，稱為電子式靜態(tài)保護裝置。20