定义和概念解析(继电保护)

事故：系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变化到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。

继电保护：牵涉到每个电气主设备和二次辅助设备。

要求对所有这些设备的工作原理、性能、参数计算和故障状态的分析等有深刻的理解，还要有广泛的生产运行知识。

此外对于整个电力系统的规划设计原则、运行方式制订的依据、电压及频率调节的理论、潮流及稳定计算的方法以及经济调度、安全控制原理和方法等都要有清楚的概念。

磁阻：就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。

磁路中磁阻的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关。

m为磁导率，单位H/m，长度l和截面积S的单位分别为m和㎡。

因此，磁阻Rm的单位为1/亨(H-1)。

由于磁导率m不是常数，所以Rm也不是常数。

与电阻根本不同之处：
1）电路中在电动势的驱动下，确实存在电荷在电路中流动，并因此引起电阻、磁阻变化率的发热。

而磁路中磁通是伴随着电流存在的。

对于恒定电流，在磁导体中，并没有物质或能量在流动，因此不会在磁导体中产生损耗。

即使在交变磁场中，磁导体的损耗也不是磁通“流通”产生的。

2)电路中电流限定在铜导线和其他导电元件内，这些元件的电导率高，比电路的周围材料的电导率一般高10（12）倍以上。

由于没有磁绝缘材料，周围介质的磁导率只比组成磁路材料的磁导率低几个数量级。

3）导体的电导率与导体流过电流无关，而磁路中磁导率与磁通密度有关的非线性参数。

4）由于有散磁通存在，即使均匀绕制，也不能做到全耦合，漏磁通一般很难用分析方法求得，通常采用经验公式计算。

5）磁场较复杂，交流激励的磁场在其周围导体中产生涡流效应，磁路计算是近似的
最大运行方式和最小运行方式：
电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。

在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。

最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。

一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。

最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。

一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。

系统最大运行方式和最小运行方式是指系统运行方式变化的限度。

它应满足常见的运行方式为基础，在不影响保护保护效果的前提下，可适当加大变化范围，提高系统的应变能力。

其一般原则是：
1、必需考虑检修与故障两种状态的重迭出现的可能，但不考虑多种重迭；
2、不考虑极少见的特殊方式，以免恶化保护的效果。

确定最大、最小方式时至少要注意以下几个方面：
1、发电机、变压器运行变化限度；
2、中性点直接直地系统中的中性点选择；
3、线路运行变化限度；
由此可知：
系统最大运行方式是在所有发电机组正常运行，所有主变压器及线路正常运行，此时系统可提供的短路容量最大。

最小运行方式是系统在只有部分发电机组运行，只有部分主变压器及部分线路正常运行的情况下运行，此时系统可提供的短路容量最小。

关键是系统和主变中性点运行方式来定的。

系统阻抗的变化决定了各点的故障电流的大小的。

三相星形接线和两相星形接线之间的比较
短路功率：短路时某点电压与电流相乘所得到感性功率，在无串联电容也不考虑分布电容的线路上短路时，认为短路功率从电源流向短路点。

线路阻抗角：早在70年代，距离保护特性为圆特性，圆的直径对应的角度称最大灵敏角，阻抗在此角度下定值最大，认为最灵敏，将此角称为最大灵敏角。

在70年代中期，人们发现，当系统频率变化时最大灵敏角在变化，而线路阻抗角不变，应按线路阻抗角整定为好，后来研究又发现按线路阻抗角从概念上是正确合理的，而按最大灵敏角整定从概念上是错误的。

因为距离保护最大的优点是，如果是金属性故障，保护安装处的故障相电压与故障相电流的关系符合欧姆定律（即U/I=保护安装处到故障点的线路阻抗）。

具体解释如下：如果是三相金属故障，母线各相电压（保护安装处的电压）应等于故障点到母线的线路阻抗与故障各相电流的相量积；如果是相间金属故障，母线两故障相间电压（保护安装处的电压）应等于故障点到母线的线路阻抗与故障相电流相量积二倍，如果选取相间电流，则应等于故障点到母线的线路阻抗与两故障相间电流的相量积；如果是单相接地故障，受零序互感的影响，故障相母线电压（保护安装处的电压）应等于故障点到母线的线路阻抗与经零序电流补偿后的故障相电流的相量积（假若线路正序阻抗角与零序阻抗角相等）；因此距离保护均选取零度接线方式。

对比相式的距离保护，若取参考极化电压为故障前后相量不变的某一电压量（目前大都取正序电压或记忆电压），工作电压（补偿电压）为所选取故障电流与整定阻抗的相量积，在区外故障时工作电压与参考电压同相位；在区内故障时工作电压与参考电压反相位；整定阻抗的相角只有选取线路阻抗角才是合理的。

大电流接地系统和小电流接地系统：
大电流接地系统：中性点直接接地的系统，发生单相接地故障时，接地短路电流很大，这种系统称为大电流接地系统。

一般110kv及以上的系统采用大电流接地系统。

单相接地时，故障点和中性点之间会有很大的短路电流流过，整个系统的电压严重不对称，完全不能正常运行，因此需要立即跳闸，这种系统，零序保护应作为主保护使用。

大电流接地系统是指中性点直接接地系统，像我们的3相4线制就属于，因为在发生故障的时候接地电流会比较大。

小电流接地系统：中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，发生单相接地故障时，由于不构成短路回路，接地短路电流比负荷电流小很多，这种系统称为小电流接地系统。

一般66kv 及以下系统常采用这种系统
小电流接地系统包括：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统、中性点经大电阻接地系统。

（中性点非有效接地系统），发生故障的时候接地电流比较小。

解释：中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于不够成回路，所以流过故障点的是由对地电容形成的容性电流，数值很小，而整个系统的中性点对地电压发生偏移（偏移程度取决于接地短路的程度，完全金属性短路则中性点对地电压上升为相电压），而不接地相的对地电压也会升高（金属性短路升为线电压），但是每相对中性点电压以及相间的线电压保持不变，所以整个系统可以维持运行，但由于对地的电压升高考验整个系统对地的绝缘好坏，所以在绝缘还没破坏前，最好要及时消除故障，不能在这种状态下长时间运行，一般不超过
1-2小时。

另外一种情况是，当中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。

如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。

在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。

为此，我国采取的措施是：当各级电压电网单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值(35kV电网为10A，10kV电网为20A，3～6kV电网为30A)，就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电
流来补偿接地故障时的容性电流，就可以减少流经故障点的电流，以致自动熄弧，保证继续供电。

该接地方式因电网发生单相接地的故障是随机的，造成单相接地保护装置动作情况复杂，寻找故障点比较难。

消弧线圈采用无载分接开关，靠人工凭经验操作比较难实现过补偿。

消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压，给继电保护的功能实现增加了困难。

所以当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。

该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定优越性。

中性点经电阻接地的方式有高电阻接地、中电阻接地、低电阻接地等三种方式。

这三种电阻接地方式各有优缺点，要根据具体情况选定。

保护接地与保护接零的主要区别是：
（1）保护原理不同保护接地是限制设备漏电后的对地电压，使之不超过安全范围。

在高压系统中，保护接地除限制对地电压外，在某些情况下，还有促使电网保护装置动作的作用；保护接零是借助接零线路使设备漏电形成单相短路，促使线路上的保护装置动作，以及切断故障设备的电源。

此外，在保护接零电网中，保护零线和重复接地还可限制设备漏电时的对地电压。

（2）适用范围不同保护接地即适用于一般不接地的高低压电网，也适用于采取了其他安全措施（如装设漏电保护器）的低压电网；保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。

（3）线路结构不同如果采取保护接地措施，电网中可以无工作零线，只设保护接地线；如果采取了保护接零措施，则必须设工作零线，利用工作零线作接零保护。

保护接零线不应接开关、熔断器，当在工作零线上装设熔断器等开断电器时，还必须另装保护接地线或接零线。

我国现在的10KV 110KV 220KV 500KV （国网已经有1000KV）高压输电线路都是没有零线的，因为这些电压等级都是不可以直接被设备（少数超高压设备除外）所接受的。

而我们平时用电最多的是3相4线制（TN—C系统），3根火线+1零线。

而零线的作用是：1.中性线（N线），和火线一起接成相电压。

2.充当某些运行设备的中性点接地（工作接地）。

3.和设备外壳相接充当保护（P线）。

而这些在10KV以上电压等级是不需要的，110KV以上的输电线路上方有2条架空零线（或称架空避雷线、架空地线），其作用是起避雷作用（防止雷电波）。

所以日常见到的高压进线没零线。

1相接地的问题，高压输电线都是需要保护的（禁止在无保护的条件下运行），110KV 一般有一套保护，220KV以上则需要2套原理不同、且来自不同厂家的保护，运用比较广泛的是光纤纵差和高频保护。

当发生一相接地的时候会发生跳闸，因为线路都有重合闸（分单重、3重、综重），在判定为永久性故障后不进行重合。

所以：短路——重合——跳闸。

电力的变压器为什么需要装有瓦斯保护？在电网的变压器中，差动保护和瓦斯保护一起构成变压器的主保护，差动保护是用首末两端电流的对比判断故障然后动作的，保护的是变压器的绕组、套管、到CT侧，差动保护属于电气量保护。

瓦斯保护是属于非电气量的保护，装在油箱和油枕之间，分过气流和过油流，如果变压器内部发生短路，那么短路电流会
分解变压器油而产生气体，让瓦斯继电器发出告警信号（轻瓦斯保护），短路严重的时候，气温很高，会让油面上升，冲到瓦斯继电器的动作位置，发生跳闸信号（重瓦斯保护）。

由于瓦斯保护可以保护到差动保护所保护不到的位置——铁心，所以瓦斯和差动一起构成变压器的主保护。

变压器、电流互感器、电压互感器、电抗互感器：
电抗器、变压器、互感器在结构上来看都是有线圈、铁芯组成，但电抗器也有制成空心的，即没有铁芯，当然超高频的变压器也可以没有铁芯（一般称耦合线圈）。

电抗器在电路中的作用是电感，一般起到谐振、滤波、隔离交流等作用，主要参数是电感量，当然还有额定电流等参数，带铁芯的电抗器为了防止铁芯饱和往往在铁芯中留有气隙，电抗器一般只有一个或一组线圈，在交流电路中的特性是流过电抗器的电流的相位滞后端电压9 0度。

变压器的作用是变换电压，可以变低也可以变高，一般有2个（组）或2组以上的线圈，加电源的一组线圈叫原边，也叫初级，输出电源的一组线圈叫副边，也叫次级，可以有多个次级，只要电压合适，初次级是可以交换的，变压器的主要参数有变压比、额定容量等。

互感器的原理和结构同变压器，可以认为是一种特殊的变压器，作用是把大电流或者是高电压变换成容易被仪表能测量的较小电流或电压，同时也起到一、二次隔离作用，互感器有电压互感器、电流互感器，互感器主要参数有变比、额定电压、额定电流、精度等级等。

波阻抗：为了研究各向同性大地介质的电阻率和地面电磁场测量值之间的关系，我们引入波阻抗的概念，定义平面波的波阻抗为Z=E/H，波阻抗的单位为欧姆，其中E为均匀各向同性介质中的电场，H是该介质中的磁场。

其中自由空间中的波阻抗为固定值：120pi=377ohm。

对于复杂复合结构，比如带有介质衬底的频率选择周期结构（简称FSS），波阻抗的特性将会更加复杂。

然而，所有这些都可以利用传输线理论来进行解释和计算。

传输线理论是电磁理论中一个非常重要的理论分支，它是从电路中的电压电阻转化而来的，使其可以应用于电磁场的解方程应用。

波阻抗（另一个解释）：顾名思义就是波（包括电压波和电流波）行进时遇到的阻抗。

而波行进的通道是一个具有分布电感和分布电容参数的通道。

严格地说，还要求前进波（电流）与反回波（电流）相等，波的前进通道与反回通道平行。

后面一个条件有时达不到，或给忽略了。

电压波或电流波在一个具有分布电感和分布电容参数的通道中行进时，它要遇到电感和电容两参数组成的波阻抗。

即是说，电流波与电压波之间具要波阻抗的关系——电压等于电流乘以波阻抗，电压和电流仍符合欧姆定律。

波阻抗是一个表述分布参数电路的参数。

它是一个无形参数，或分布参数。

它虽然叫做“阻抗”，但它的单位是电阻，因为它即不具有电感性，也不具有电容性。

说它是电阻性，可是它又不是一个通常意义下的电阻。

当电流流过它时，在它上面却没的电阻（焦耳）损耗，即不发热，没有功率损耗。

波阻抗等于分布电感被分布电容除，再开方。

不同的电路媒质，具有不同的波阻抗。

如输电线其波阻抗取决于线路导线的粗细、间隔、离地高度等。

空气也有波阻抗，电缆的波阻抗比较空中导线的波阻抗小，是因为它的电容大。

在电磁兼容分析中，经常用到波阻抗这个物理量。

电磁波中的电场分量与磁场分量的比值称为波阻抗，定义如下：
近场和远场：根据观测点到辐射源的距离不同，划分出近场区和远场区两个区域，当距离小
于时，称为近场区，大于时称为远场区。

波阻抗的值：近场区中，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。

若辐射源为大电流、低电压（辐射源电路的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为低阻抗波，或磁场波。

若辐射源为高电压，小电流（辐射源电路的阻抗较高），则波阻抗大于377，称为高阻抗波，或电场波。

在远场区，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377
波阻抗的变化：在近场区内，特定电场波的波阻抗随距离而变化。

如果是电场波，随着距离的增加，波阻抗降低，如果是磁场波，随着距离的增加，波阻抗升高。

在远场区，波阻抗保持不变。

注意：近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时要注意。

例如，在考虑机箱的屏蔽时，机箱相对与线路板上的高速时钟信号而言，可能处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能出于近场区。

后面会看到，在近场区设计屏蔽时，要分别考虑电场屏蔽和磁场屏蔽。

内桥接线与外桥接线
定义：由一台断路器和两组隔离开关组成连接桥，将两回路变压器-线路组横向连接起来的电气主接线。

连接桥连接在变压器-线路组的断路器和变压器之间称“内桥接线”。

连接桥连接在变压器-线路组的断路器和线路之间称“外桥接线”。

优缺点：
内桥接线的任一线路投入、断开、检修或路障时，都不会影响其他回路的正常运行，但当变压器投入、断开、检修或故障时，则会影响另一回线路的正常运行。

由于变压器运行可靠，而且不需要经常进行投入和因此内桥接线的应用较广泛。

外桥接线的变压投入、断开、检修或故障时，不会影响其他回路的正常运行。

但当线路投入、断开、检修或故障时，则会影响一台变压器的正常运行。

因此外桥接线仅适用于变压
器按照经济运行需要要经常投入或断开的情况。

此外当线路上有较大的穿越功率时，为避免穿越功率通过多台断路器，通常采用外桥接线。

为了提高桥形接线的灵活性和可钻性，避免因检修线路或变压器时影响其他回路的正常运行，一般在接线中加设一组跨条（导线）。

内桥接线的跨条位置与外桥接线中连接桥的位置相同，外桥接线的跨条位置与外桥接线中连接桥的位置相同，外桥接线的跨条位置与内桥接线中连接桥的位置相同。

跨条上通常设置两组串接的隔离开关，以便于跨条上隔离开关进行检修，此两组隔离开关在正常运行时是断开的。

变电站一次回路接线方式
1）一次接线种类
变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备（变压器及进出线开关等）的相互连接方式。

其接线方案有：线路变压器组，桥形接线，单母线，单母线分段，双母线，双母线分段，环网供电等。

2）线路变压器组
变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。

3）桥形接线
有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。

针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线，联络断路器在两个进线断路器之外为外桥接线。

4）单母线
变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路备用（不同时供电），二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引出。

5）单母线分段
有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两段母线上，两段母线用母联开关连接起来。

出线分别接到两段母线上。

单母线分段运行方式比较多。

一般为一路主供，一路备用（不合闸），母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。

备用电源容量较小时，备用电源合上后，要断开一些出线。

这是比较常用的一种运行方式。

对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。

单母线分段也有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路母线可以不停电，旁路母线只用于电力系统变电站。

6）双母线
双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两个隔离开关分别接到两条母线上，这样在母线检修时，就可以利用隔离开关将线路倒在一条件母线上。

双母线也有分段与不分段两种，双母线分段再加旁路断路器，接线方式复杂，但检修就非常方便了，停电范围可减少。

断路器的操作回路
断路器的主要指标为：电压等级、分断容量、动作时间和同期性；
断路器的操作回路主要由断路器的合跳闸控制回路、断路器的放跳跃回路、断路器操作电源监视回路和相关信号回路组成。