电力系统继电保护

、继电保护装置的作用：能反应电力系统中各电气设备发生故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号。

2、继电保护装置的基本要求：选择性、快速性、灵敏性、可靠性。

选择性：系统发生故障时，要求保护装置只将故障设备切除，保证无故障设备继续运行，从而尽量缩小停电范围，保护装置这样动作就叫做有选择性。

快速性：目前，断路器的最小动作时间约为0.05～0.06秒。

110KV 的网络短路故障切除时间约为0.1～0.7秒；配电网络故障切除的最小时间还可更长一些，其主要取决于不允许长时间电压降低的用户，一般约为0.5～1.0秒。

对于远处的故障允许以较长的时间切除。

灵敏性：保护装置对它在保护范围内发生故障和不正常工作状态的反应能力称为保护装置的灵敏度。

可靠性：保护装置的可靠性是指在其保护范围内发生故障时，不因其本身的缺陷而拒绝动作，在任何不属于它动作的情况下，又不应误动作。

保护装置的选择性、快速性、灵敏性、可靠性这四大基本要求是相互联系而有时又相互矛盾的。

在具体考虑保护的四大基本要求时，必须从全局着眼。

一般说来，选择性是首要满足的，非选择性动作是绝对不允许的。

但是，为了保证选择性，有时可能使故障切除的时间延长从而要影响到整个系统，这时就必须保证快速性而暂时牺牲部分选择性，因为此时快速性是照顾全局的措施。

3、继电保护的基本原理继电保护装置的三大组成部分：一是测量部分、二是逻辑部分、三是执行部分。

继电保护的原理结构图如下：第一章电网相间短路的电流电压保护一、定时限过流保护的工作原理及时限特性1、继电保护装置阶梯形时限特性：各保护装置的时限大小是从用户到电源逐级增长的，越靠近电源的保护，其动作时限越长，用t1、t2、t3分别表示保护1、2、3的动作时限则有t1>t2>t3，它好比一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。

定时限过流保护的阶梯形时限特性如下图：二、电流电压保护的常用继电器1、继电器的动作电流：使继电器刚好能够动作的最小电流叫继电器的动作电流Id.j。

2、继电器的返回电流：使继电器刚好能够返回的最大电流叫继电器的返回电流If.j。

3、电流返回系数：Kf=Id.j/If.j DL-10系列电流继电器的返回系数一般不小于0.85。

4、过电压继电器的动作电压Ud.j：使继电器刚好能够动作的最小电压叫继电器的动作电压。

5、过电压继电器的返回电压Uf.j：使继电器刚好能够返回的最大电压叫继电器的返回电压。

6、DJ-122型是低电压继电器，其电压返回系数Kf>1，一般不大于1.2。

7、电压返回系数：Kf=Ud.j/Uf.j 一般不在0.85左右。

8、信号继电器的选择原则：①、在继电器线圈中通过电流时，该工作电流在其线圈两端造成的压降应不超过直流操作电源电压的10%；②、为了保证信号继电器的可靠动作，在保护装置动作时，流过继电器线圈的电流必须等于或大于其额定电流的1.5倍。

三、电流互感器和电流保护的接线方式1、电流互感器的误差从电流互感器的运行角度来考虑，可采取以下措施来减小电流互感器的误差：①、限制电流互感器的二次负载；②、限制一次电流倍数（I1/I1e：即实际流过电流互感器的一次电流I1与电流互感器一次绕组额定电流I1e之比）。

2、限制电流互感器二次负载的大小，可采用下列方法：①、限制电流互感器的负载，使其不超过额定二次负载，这就需要考虑接入继电器的数目、适当地选择二次导线的有效截面等。

②、可以将两个型号和变比都相同的电流互感器串联使用，这样，二次负载两端的电压I2*Zfh将由两个串联使用的电流互感器共同负担，对每个电流互感器来说，它们各自的二次电压U2为I2*Zfh的一半，由于U2的降低，E2也随之减小，则每个电流互感器的励磁电流减小，从而减小了误差。

3、限制一次电流倍数，可采用下列方法：①、选用一次电流倍数允许值较大的电流互感器；②、选用变比较大的电流互感器4、电流互感器的准确度可分为五级：0.2、0.5、1.0、3.0、5.0。

D 级电流互感器是专供差动保护用的。

5、电流互感器的10%误差曲线制造厂把变比误差为10%，角度误差为7º时允许的各一次电流倍数和相应的二次负载绘制成一条曲线给用户，这曲线就称为电流互感器的10%误差曲线。

6、两点接地短路时，在小接地电流电网中，可能在不同地点不同相别的两点发生接地而形成两点接地故障，这时只需切除一个接地点，因为在这种电网中单相接地时，还可继续运行一短时间。

7、完全星形接线不适用于小接地电流系统。

因为当发生两点接地时，它会同时切除两个故障点，这与上面只需切除一个接地点不相符。

8、在采用不完全星形接线时，必须注意把电流互感器装在同名的两相上，否则当不同地点未接电流互感器的两相接发生两点接地时，保护都不会动作。

如下图保护不会动作。

四、定时限过电流保护的定值整定计算1、定时限过电流保护的整定原则：①、在最大负荷电流Ifh.zd时（包括由于电动机启动或自启动，用户负荷变动或其他原因引起的短时负荷电流冲击），保护装置的电流继电器不应动作，即：Id.b > Ifh.zd②、当外部短路时，如继电器以启动，则在电流降到最大负荷电流后应能可靠地返回。

2、定时限过电流保护的定值整定计算式中：Id.j为继电器的动作电流（二次值）Kk为可靠系数，对定时限过电流保护取1.15～1.25Kj为接线系数，对于三相完全星形接线和两相不完全星形接线取1Kf为返回系数，对DL-10系列电流继电器取0.85Kzq为自启动系数，其数值由负荷性质及电网具体接线决定，一般取1.5～3Ig.zd为线路正常最大工作电流nL为电流互感起变比3、过电流保护的灵敏度KL=Idl.j.zx/Id.j五、无时限电流速断1、无时限电流速断：为了电流保护的范围限制在本线路，则保护的动作电流必须大于下一线路首端短路时的最大短路电流，这种电流保护的选择性是靠动作电流的整定获得的，所以不必加时限，可以作成瞬动保护，这种保护就叫无时限电流速断保护。

2、电流速断保护一般只能保护线路的一部分，不能保护线路全长。

六、带时限电流速断带时限电流速断的动作时限只要比下一线路无时限电流速断保护大一个时限级差△t（一般取0.5秒）就可以了。

这带0.5秒延时的第二套电流速断就叫带时限电流速断保护。

七、三段式电流保护装置1、三段式电流保护：无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全长，但不能作为下一线路的后备保护，还必须采用过流保护作为本线路和下一线路的后备。

由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合构成的一整套保护，叫做三段式电流保护。

八、反时限过电流保护反时限过电流保护的特点：短路电流大，动作时限就短，反之，短路电流小，动作时限就长。

第一章电网相间短路的方向电流保护一、方向过电流保护1、方向过电流保护：在过电流保护的基础上加一个方向元件（功率方向继电器）的保护装置叫方向过电流保护。

2、方向过电流保护是由三个主要元件组成：①起动元件—电流继电器；②方向元件—功率方向继电器；③时限元件—时间继电器。

二、电压互感器及其接线1、电压互感器的作用：①将系统的一次电压按比例地变换为数值较小的二次电压，以供保护、测量仪表等二次设备使用，为了使二次设备的规格统一，不管系统的一次额定电压为何值，其二次电压一律规定为100伏；②将系统的一次高压与二次设备的低压系统隔离开来，以保证二次设备和工作人员的人身安全。

2、电压互感器的准确度等级通常可分为：0.5、1和3级三种。

3、三相五柱电压互感器：这种电压互感器的铁心有五根芯柱，在中间三根芯柱上绕有三相的一次绕组，它们按Y0接线，在这三根芯柱上还绕有两组三相的二次绕组，其中一组三相二次绕组也按Y0接线，可以从它取得线电压、相对地电压、相对系统中性点的相电压，另一组三相二次绕组称为辅助二次绕组，它按开口三角形接线，从它可取得零序电压3 。

4、上述三相五柱电压互感器的最外面两根芯柱上没有绕组，当系统发生接地故障时，系统电压中就出现了零序电压，故在电压互感器的中间三根芯柱中就有零序磁通ΦA0、ΦB0、ΦC0、显然这三个零序磁通的相位是相同的，所以，如果在三相三柱的电压互感器中，就没有铁芯柱作为零序磁通的回路，这样零序磁通就只能经过空气隙和电压互感器的外壳构成回路。

这一方面由于零序磁通在互感器外壳上造成涡流损耗而使外壳发热；另一方面，由于空气的磁阻很大，因此零序的励磁电流也就很大，一般要比正序励磁电流大好几倍，这样，电压互感器的一次绕组里含有很大的零序电流，使三相中每相的全电流相位很接近，而且数值很大，使绕组过热，以至烧坏。

所以，在三相五柱电压互感器的铁芯结构上多两根芯柱，以作为零序磁通的回路。

三、功率方向继电器1、功率方向继电器是方向电流保护的主要元件，其作用是用来判断短路功率方向的，当短路功率是由母线流向线路时，继电器就动作；而当短路功率是由线路流向母线时，继电器就不动作；第三章电网的接地保护一、电网接地保护的作用1、一般110KV及以上电压等级的电网都采用中性点直接接地方式，3～35KV的电网采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的方式。

2、小接地电流电网发生单相接地时，一般不破坏系统线电压的对称性，所以可以对用户继续供电，电网可继续运行。

但是当电网发生单相接地故障后，为了防止事故的进一步扩大，必须及时采取措施加以消除。

一般电网允许带一点接地故障运行的时间约为1～2小时。

二、中性点不接地电网但相接地时电流电压的变化特点1、假设电网发生A相单相接地时，则：三、中性点不接地电网的接地保护1、无选择性绝缘监视装置：中性点不接地电网正常运行时无零序电压，一但发生单相接地时就会出现零序电压，因此可利用零序电压的有无来实现无选择性的绝缘监视装置。

2、当零序互感器在电缆头下侧时，为什么在安装保护接地时，必须将电缆头的保安接地线沿电缆方向穿过零序电流互感器的铁芯窗口？答：当电网中发生接地故障时，故障电流不仅可能经由大地流动，而且也经由电缆的导电外皮和铠装流动，这部分电流会降低故障线路接地保护的灵敏度。

在线路正常运行时，由于地中杂散电流在电缆的导电外皮和铠装中流动，会导致保护的误动。

所以，当零序互感器在电缆头下侧安装保护接地时，必须将电缆头的保安接地线沿电缆方向穿过零序电流互感器的铁芯窗口，这样安装后，铠装电缆外皮中的电流与电缆头保安接地线中的电流大小相等，方向相反，因此，在铁芯中不会产生磁通，对其二次绕组不会产生影响。

3、在中性点不接地电网中，当发生单相接地故障时，如流过接地点电容电流数值较大的话，就会在接地点产生电弧，以至引起弧光过电压，造成非故障相的绝缘破坏，发展为相间短路或多点接地故障，使事故扩大。

第四章电网的差动保护一、纵联差动保护的基本原理1、纵差保护的动作原理：是基于比较线路始端和末端电流的数值大小与相位。