继电保护高级工培训讲义

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1、继电保护高级工培训,广东电网公司韶关供电局张静伟2018/9/20,正弦交流电路基本概念 三相交流电路 电子电路及微型计算机 电力系统短路电流计算 一次设备 常用仪器仪表,电压和电流均为稳恒直流电，其大小和方向均不随时间变化，称为稳恒直流电，简称直流电。直流电的波形图如下图所示,一、正弦交流电路基本概念,电子通讯技术中通常接触到电压和电流，通常其大小随时间变化，方向不随时间变化，称为脉动直流电，如图所示。,电压或电流的大小和方向均随时间变化时，称为交流电，最常见的交流电是随时间按正弦规律变化正弦电压和正弦电流。表达式为：,正弦量的三要素,1. 正弦交流电的周期、频率和角频率,角频率： 正弦量单

2、位时间内变化的弧度数。,角频率与周期及频率的关系：,周期T： 正弦量完整变化一周所需要的时间。,频率f： 正弦量在单位时间内变化的周数。,周期与频率的关系：,2. 正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值,瞬时值是以解析式表示的：,最大值就是上式中的Im， Im反映了正弦量振荡的幅度。,有效值指与交流电热效应相同的直流电数值。,交流电i 通过电阻R时，在t 时间内产生的热量为Q,直流电I 通过相同电阻R时，在t 时间内产生的热量也为Q,即：热效应相同的直流电流 I 称之为交流电流 i 的有效值。有效值可以确切地反映交流电的作功能力。,理论和实际都可以证明：,3. 正弦交流电的相位、初相和相位差,正弦

3、量解析式中随时间变化的电角度(t+)。,相位：,t=0时的相位，它确定了正弦量计时始的位置。,初相：,两个同频率正弦量之间的相位之差。,相位差：,相位,初相,u、i 的相位差为：,显然，相位差实际上等于两个同频率正弦量之间的初相之差。,各种元件电流电压相位关系,电阻元件上电压与电流的相位同相，,电感元件上电压与电流的相位差,感抗与频率成正比，直流情况下f=0，L相当于短路；,高频情况下，由于感抗很大，L相当于开路。,高频情况下，由于容抗近似等于零，C相当于短路。,电容元件上电压与电流的相位差,容抗与频率成反比，直流情况下f=0，C相当于开路；,二、三相交流电路,1、三相交流电动势的产生,1.1

4、对称三相电动势振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差 120 的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为,第一相(U 相)电动势： e1 = Emsin t 第二相(V 相)电动势： e2 = Emsin( t 120) 第三相(W 相)电动势：e3 = Emsin( t 120),显然，有 e1 e2 e3= 0。波形图与相量图如图所示。,1.2 相序,三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。e1 比 e2 超前 120 ，e2 比e3 超前 120 ，而 e3 又比 e1 超前120 ，称这种相序称为正相序或顺相序；反之，如果e1比 e3 超前 120 ，e3

5、 比 e2 超前 120 ， e2 比 e1 超前 120，称这种相序为负相序或逆相序。,相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出 U 相，用绿色标出 V 相，用红色标出 W 相。,2、三相电源的连接,三相电源有星形(亦称 Y )接法和三角形(亦称 ）联结两种。,2.1三相电源的星形( Y 形)联结,将三相发电机三相绕组的末端 U2、V2、W2 (相尾)连接在一点，始端 U1、V1、W1 (相头)分别与负载相连，这种连接方法叫做星形(Y 形)联结。如图所示。,三相绕组的星形联结,从三相电源三个相头 U1、V1、W1 引出的三根导线

6、叫作端线或相线，俗称火线，任意两个火线之间的电压叫做线电压。Y 公共连接点 N 叫作中性点，从中点引出的导线叫做中性线或零线。由三根相线和一根中性线组成的输电方式叫做三相四线制(通常在低压配电中采用)。,每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中线之间的电压)叫做相电压，它们的瞬时值用 u1、u2、u3 来表示，显然这三个相电压也是对称的。相电压大小(有效值)均为,U1 = U2 = U3 = UP,相电压与线电压的相量图,任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压)叫做线电压，它们的瞬时值用 u12、u23、u31 来表示。接法的相量图如图所示。,显然三个线电压也是对称的。大小(有效值)均

7、为,线电压比相应的相电压超前 30 ，如线电压 u12 比相电压 u1 超前 30 ，线电压 u2 3 比相电压 u2 超前 30 ，线电压 u31 比相电压 u3 超前 30 。,2.2 三相电源的三角形( 形)联结,将三相发电机的第二绕组始端 V1 与第一绕组的末端 U2 相连、第三绕组始端 W1 与第二绕组的末端 V2 相连、第一绕组始端 U1 与第三绕组的末端 W2 相连，并从三个始端 U1、V1、W1 引出三根导线分别与负载相连，这种连接方法叫做三角形(形)联结。显然这时线电压等于相电压，即,UL = UP,这种没有中性线、只有三根相线的输电方式叫做三相三线制。,特别需要注意的是，在

8、工业用电系统中如果只引出三根导线(三相三线制)，那么就都是火线(没有中性线)，这时所说的三相电压大小均指线电压 UL ；而民用电源则需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压 UP 。,3.1 三相负载的 Y 联结,在三相四线制电路，线电压 UL 是负载相电压UYP 的 倍，即,负载的相电流 IYP 等于线电流 IYL ，即 IYL = IYP,当三相负载对称时，即各相电流(或各线电流)最大值相等、频率相同、相位彼此相差 120 ，并且中线电流为零。所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路。,3、三相负载,3.2 三相负载的 联结,负载做 联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称(相等)

9、，电路中负载相电压 UP 都等于线电压 UL，即,UP = UL,当三相负载对称时，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为,线电流 IL 等于相电流 IP 的 倍，即,IL= IP,4、 三相电路的功率,三相负载的有功功率等于各相功率之和，即,P = P1 P2 P3,在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为,其中 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。,三相电路的功率因数为,三、微型计算机,一. 进位计数制及其表示方法 （一）、进位计数制及其要素：进位计数制：按进位原则进行计数的方法。 例：十进

10、制数有 :0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。 我们说：十进制数基数10，变化范围0（10-1）, 逢十进一。,123456= 1 103+2 102+3 101+4 100+5 10-1+6 10-2,二进制,二进制数 B=10011101 B=1 27+1 24+1 23+1 22+1 20 =（157）10在计算机里进行运算和处理均是按二进制数处理的。 而二进制数写起来麻烦; 书写时又以八进制或十六进制表示； 日常生活中又常用十进制， 因此就有：二 十八 十 二 八 数制之间转换问题十六 十二 十六,二. 反码：正数反码表示与原码相同，(最高位“0”表示正，其余位为数值位。)

11、负数的反码表示为负数原码的符号位不变尾数按位取反。 例： +4反 = 0 0000100-4反 = 1 1111011+127反 = 0 1111111-127反 = 1 0000000 +0反 = 0 0000000-0反 = 1 1111111,三. 补码：正数的补码表示与原码相同，(最高位 用“0”表示正，其余位为数值位.)负数的补码表示为它的反码+1。+127原=0 1111111 +0原=0 0000000-127反=1 0000000 -0反=1 1111111-127补=1 0000001 -0补=0 0000000,1.2.5 BCD码及其十进制调整,注意：BCD码与真正的纯二

12、进制是不同的，用于计算机输入输出设备，作为计算机用的二进制与人们日常使用的二进制之间的一种过渡性编码，以简化人机关系。,BCD码只是将每个十进制数用4位二进制数来表示，直接运算结果可能出错。每组4位二进制之间应是逢十进一。,每组4位二进制之间应是逢十进一。为得到正确运算结果，应进行十进制调整。,0100 +00110111,0111 +01101101,0111 +01101101 +0110,0001 0011,=,四、电力系统短路电流计算,1、短路概述 电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。 短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。 1.1 短路原因及后果 1

13、短路原因 （1）短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。 （2）误操作及误接。 （3）飞禽跨接裸导体。 （4）其它原因。 2短路后果 电力系统发生短路，短路电流数值可达几万安到几十万安。 （1）产生很大的热量，很高的温度，从而使故障元件和其它元件损坏。 （2）产生很大的电动力，该力使导体弯曲变形。 （3）短路时，电压骤降。 （4）短路可造成停电。 （5）严重短路要影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪。 （6）单相短路时，对附近通信线路，电子设备产生干扰。,1.2 短路种类,短路形式：,三相短路用 表示，二相短路 表示，单相短路用 表示， 两相接地短路用 表示。 只有三相短路，属对称短路。,

14、短路的类型 a) 三相短路 b) 两相短路 c) 单相短路 d) 单相接中心点短路 e) 两相接地短路 f) 两相短路接地,选择、检验电气设备，以三相短路计算为主。校验继电器保护装置用两相或单相短路电流。,短路电流计算假设条件,（1）电力系统在正常工作时三相是对称的；所有发电机的转速和电势相位在短路过程中保持不变，即发电机无摇摆现象。 （2）电力系统各元件的电容和电阻略去不计；各元件的电抗在短路过程中保持不变；即不受铁芯饱和的影响；变压器还略去励磁电流和励磁回路。各电力元件的寄生电容仅在超高压时才考虑；在1kV及以下的低压网络中，或短路回路的总电阻常大于总电抗的1/3(甚至大于电抗)时，应计入

15、电阻。在高压电网中计算短路电流非周期分量的时间常数时，应考虑短路回路中电阻的影响。,2、短路电流计算,2.1短路电流计算方法： 在供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑正常运行的情况，而且要考虑短路。短路电流计算结果可作为选择电气设备及供配电设计的依据。 短路电流的计算方法有：,= /,2.2 采用标幺制法计算短路电流 1标幺制法概念 任意一个有名值的物理量与同单位的基准值之比，称为标幺值。无单位的纯数。基准值选择以运算方便、简单为目的。通常标幺值用 表示，参考值用 表示，实际值用 表示，因此,按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量 和基准电压 。 一般取 =100MVA。基准电压取元件所在处的短路计算电压， 即 = 。,基准电流按下式计算：基准电抗按下式计算：,在实用计算中，通常选取某一段电路的平均标称电压作为基准电压，也就是说各段电路的基准电压均等于该段电路的平均电压。我国电力系统中常用到的各电压级的平均标称电压如下：,基准电压选取,