电力系统继电保护原理.docx
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电力系统继电保护原理
第一章绪论
第一节电力系统继电保护的任务
一、电力系统的运行状态
电力系统的运行状态分为：
正常运行状态（U、I、f等）、不正常运行状态（过电压或过负荷等）、故障状态（单相接地故障、两相接地故障、两相故障、三相故障和复杂故障等）和事故。
电力系统短路的后果
二、电力系统继电保护装置的任务
1．继电保护装置:
就是安装在被保护元件（如发电机、变压器、输电线、母线或电动机等）上，反应被保护元件的故障并作用于被保护元件断路器跳闸的一种自动装置或反应不正常工作状态并发出信号的一种自动装置。
2．电力系统继电保护自动装置的任务:
（1）发生故障时，自动地、迅速地借助于断路器将故障设备从电力系统中切除，以保证系统无故障部分继续正常运行。
此外，也使故障设备免于继续遭受破坏;对于某些故障,如小接地电流系统的单相接地,由于它不会直接破坏电力系统的运行,因此在大多数情况下,继电保护装置只作用于信号，而不立即动作于断路器跳闸。
（2）反应电气设备的不正常工作情况,根据不正常工作情况的种类和设备运行维护的条件（例如有无经常值班人员），发出信号由值班人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。
反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。
三、电力系统故障特征
电力系统故障状态的基本特征是继电保护装置工作的根据，也就是继电保护装置为了切除故障,反应不正常运行状态所需要反映的物理量。
考察对象：
①
②
③
=
④Φz．N
电力系统故障时的一般基本特征：
电压降低②电流上升 ③测量阻抗下降④ 测量阻抗角变大
四、电力系统的保护类型
利用电力系统故障时的一般基本特征，可以构成许多不同原理的继电保护,如过电流保护、电压保护、方向保护、距离保护和差动保护等等。
五、继电保护装置的基本组成
第二节 继电保护装置的基本要求
一、选择性
后备保护分为近后备保护和远后备保护。
二、快速性（速动性）
三、灵敏性
对于反应故障时参数增大的继电保护，其灵敏系数为
Ｋlm＝
对于反应故障时参数降低的继电保护，其灵敏系数为
Ｋlm=
四、可靠性
五、经济性
第三节电力系统继电保护工作的特点
继电保护在电力系统中的作用及其对电力系统安全连续供电的重要性,要求继电保护必须具有一定的性能、特点,因而对继电保护工作者也应提出相应的要求。
继电保护的主要的特点及对保护工作者的要求如下：
⑴ 电力系统是由很多复杂的一次主设备和二次保护、控制、调节、讯号等辅助设备组成的一个有机的整体。
⑵ 电力系统继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工、电机学和电力系统等基础理论,还与电子技术、通讯技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。
⑶继电保护是一门理论和实践并重的学科。
⑷继电保护的工作稍有差错，即可能对电力系统的运行造成严重的影响,给国民经济和人民生活带来不可估量的损失。
第四节继电保护技术发展概况
1．从保护原理上分：
电流电压保护 方向电流保护 差动保护 距离保护
高频保护行波保护 微波保护等。
2．从实现的型式上分:
机典型保护 电磁型保护 晶体管型保护 集成电路型保护
微机保护等。
第二章继电保护装置的基础元件和电路
第一节互感器
一、继电保护用互感器的极性和一、二次电气量的正方向
二、继电保护用电流互感器的选择与校验
1．电流互感器的误差:
是指电流互感器一、二次电流大小的误差。
2．电流互感器的误差产生的因素
电流互感器在运行中产生的误差,主要取决于下列两个因素：
（1）电流互感器的二次负载阻抗Zｆｈ。
如果负载阻抗增大，电流互感器的输出电压增大，其铁心趋向饱和，励磁电流增大,故误差增大。
（2）一次电流倍数m。
一次电流倍数是指流过电流互感器的一次电流I1与一次绕组额定电流I1ｅ之比，即
3．
电流互感器的10%误差曲线
10%误差曲线是指电流互感器变比误差
为10%，角度误差不超过7０时，饱和电
流倍数m10与负载阻抗Zｆｈ之间的关系曲线。
4．
调整负载阻抗的分配来满足１0％的误差的办法
三、测量变换器
1．测量变换器的作用有：
（1）电路的隔离。
互感器的二次绕组必须接地，而继电保护的逻辑贿回路不许接地。
因此需要通过测量变换器,将它们从电气上进行隔离。
（2）电量的变换。
将互感器二次侧的电气量变小，或将电流互感器的二次电流变换为电压，以适应保护测量元件的需要。
（3）定值的调整。
借助于测量变换器一次绕组或二次绕组抽头的改变,实现保护整定值的调整,或扩大整定值的范围。
2．常用测量变换器的种类：
常用的测量变换器有电压变换器（YB）、电流变换器（LB）和电抗变压器（DKＢ）等三种。
3．电抗变压器的工作原理
4．三种测量变换器比较表
变换器种类
电压变换器（YB）
电流变换器（LB）
电抗变压器（DKB）
电量变换关系
一次绕组接于
电压互感器二次绕组
电流互感器二次绕组
电流互感器二次绕组
铁心特点
无气隙,励磁阻抗大
无气隙,励磁阻抗大
有气隙，励磁阻抗小
一、二次绕组漏抗
可以忽略
可以忽略
较大
绕组情况
匝数多、线径细
匝数少,线径粗
一次绕组匝数少线径粗；二次绕组匝数多线径细
简化等值电路
第二节 对称分量滤过器
一、对称分量滤过器的原理
由电路理论知：
一组不对称的三相量可以分解为三组对称的三相量，即正序、负序和零序分量。
对称分量滤序器就是一种能从三相全电流或全电压中滤出一种或两种分量电路。
电力系统正常运行时,只含有正序分量U1，Ｉ1。
如能用负序或零序分量来作为故障的判据，就可以摆脱负荷电流和正常电压的影响,大幅度地提高保护灵敏度,对称分量滤序器的出现为实现这一目标提供了可能。
对称分量滤序器的输入为三相电压或电流，其输出则可以是单相电压也可以是三相电压。
以电压滤序器为例：
因为滤序器电路由线性元件组成，所以其输出电压
是三相输入电压或电流的线性函数,则空载时其输出电压可写为：
由对称分量法表达式（以A相为参考相）
由上两式可得：
其中：
若
已知,则由上式可得到:
二、对称分量滤序器的设计
1．如何设计一个对称分量滤序器?
2．如何验证对称分量滤序器的类型?
三、零序电流滤过器
四、零序电压滤过器
五、负序电压滤过器
六、负序电流滤过器
1．两电流变换器式负序电流滤过器
2．电流变换器——电抗变压器式负序电流滤过器
第二节电磁式继电器
一、电磁式继电器的基本工作原理
电磁式继电器是利用电磁铁的铁心与衔铁间的吸力作用而工作的继电器。
它主要由电磁铁、衔铁、线圈、触点、反作用弹簧及止档等构成。
如图所示。
电磁式继电器的原理结构图
（a）螺管线圈式（b） 吸引衔铁式（c）转动衔铁式
1—电磁铁；２—衔铁;3—线圈;4—触点；5—反作用弹簧；6—止档
继电器的动作特性
二、
电磁式电流继电器
ＤＬ—10型电流继电器的结构图
1—电磁铁;2—线圈;3—Z形舌片;4—弹簧;
2—5—动触点；6—静触点;７—整定值调整把手；8—整定值刻度盘；
ＤＬ—1０型继电器的动作特性
调整继电器的整定值可以采用以下两种方法:
（1）改变弹簧力矩。
（2）
改变两个弹簧线圈的连接方式。
DL—10型继电器的内部接线图
（a）线圈串联（b）线圈并联
三、电磁式电压继电器
四、
电磁式时间继电器
电磁式时间继电器的结构示意图
1—线圈;２—衔铁;3、5—弹簧;4—连杆;
6—动触点;7—静触点;8—定值刻度盘
五、
电磁式中间继电器
DZ—１0型中间继电器结构图
1—电磁铁;2—线圈；3—衔铁;
3—
静触点;5—动触点；6—弹簧;7—衔铁行程限制器
干簧继电器结构示意图
1—线圈;2—密封玻璃管;3—簧片（舌簧触点）
六、
信号继电器
DX—11型信号继电器结构图
1—电磁铁;2—线圈；３—衔铁；4、５—动、静触点;
６—弹簧；7—显示信号牌窗口；8—复归旋钮;9—信号牌
ＤXM—2A型信号继电器
（a） 结构图；（b）接线图
1—干簧触点;2—工作线圈磁通;
３—释放线圈磁通;4—释放线圈；5—永久磁铁；６—工作磁通
七、极化继电器
极化继电器的结构图
1—铁心;2—工作线圈；3—磁极;4—衔铁；5—永久磁铁;
6—固定螺丝；7—转轴;8—金属翅片；9—动触点；10—静触点
第三节静态继电器
一、静态电流继电器
1．
反应瞬时值的静态电流继电器
反应瞬时值的静态电流继电器原理
（a）原理框图;（b）原理接线图； （c）动作时电压波形图
2．反应平均值的电流继电器
反应平均值电流继电器
（a）原理框图； （ｂ）原理接线图
3．
反应增量的电流继电器
反应增量电流继电器
（a）原理框图； （b）整流、滤波及微分环节电路图
用运算放大器实现的增量电流继电器
（ａ）原理框图;（b）动作说明图
二、静态时间继电器
1．
充电式时间电路
时间电路
（a）框图；（ｂ）输入信号；（c）延时动作瞬时返回电路的Uｓc=ｆ（t）及其符号;
（d）一次脉冲电路的Usc= f（ｔ）及其符号;（e）脉冲展宽电路的Ｕsc= ｆ（t）及其符号
2．
放电—充电式时间继电器
充电式时间电路 放电—充电式时间电路
（a）电路图； （b）波形图 （ａ）电路图； （b）波形图
第四节晶体管继电保护的基本电路
第一篇输电线路的继电保护
第一章输电线路的电流电压保护
第二章输电线路的距离保护
第三章输电线路的差动保护
第四章输电线路的高频保护
第五章超高压线路保护的特殊问题
第二篇自动重合闸
第一章三相自动重合闸
第二章综合自动重合闸
第三篇电气元件保护
第一章电力变压器的保护
第二章同步发电机的保护
第三章母线的保护
第四章电动机的保护
第四篇微型计算机保护
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