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1、 第 1 部分 考点复习 考点 1：电力系统继电保护的基本构成、作用、原理及基本要求 第 1 部分 考点复习 考点 1：电力系统继电保护的基本构成、作用、原理及基本要求 在电力系统中，继电保护的任务之一就是当一次系统设备故障时，由保护向距离故障元件最近的断路器发出 跳闸命令，使之从系统中脱离，以保证系统其他部分的安全稳定运行，并最大限度的减少对电力设备的损坏。因 此保护应能区分正常运行与短路故障；应能区分短路点的远近。 电力系统在运行中会发生故障，最常见的故障是各种类型的短路。当短路故障发生时，将伴随出现很大的短 路电流和部分地区电压降低，对电力系统可能产生以下后果： (1)破坏电力系统并联运
2、行的稳定性，引发电力系统振荡，甚至造成系统瓦解、崩溃； (2)故障点通过很大的短路电流和燃烧电弧，损坏或烧毁故障设备； (3)在电源到短路点之间，短路电流流过非故障设备，产生发热和电动力，造成非故障设备损坏或缩短使用 寿命； (4)故障点附近部分区域电压大幅度下降，用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。 电力系统运行中还可能出现异常运行状态，使电力系统的正常工作受到干扰，运行参数偏离正常值。最常见 的电力系统异常状态是过负荷，过负荷使电力系统元件或设备温度升高，加速绝缘老化，甚至发展成故障。另外， 电力系统异常状态还有电办系统振荡、频率降低、过电压等。 故障和异常运行如果得不到及时处理，都可能
3、在电力系统中引起事故。电力系统事故是指整个系统或部分的 正常运行遭到破坏，造成对用户少送电或电能质量严重恶化，甚至造成人身伤亡、电气设备损坏或大面积停电等 事故。 针对电力系统可能发生的故障和异常运行状态需要装设继电保护装置。继电保护装置是在电力系统故障或 异常运行情况下动作的一种自动装置，与其他辅助设备及相应的二次回路一起构成继电保护系统。因此，继电保 护系统是保证电力系统和电气设备的安全运行，迅速检出故障或异常情况，并发出信号或向断路器发跳闸命令， 将故障设备从电力系统切除或终止异常运行的一整套设备。 继电保护的任务是： 1)反映电力系统元件和电气设备故障,自动、有选择性、迅速地将故障元件
4、或设备切除，保证非故障部分继续 运行，将故障影响限制在最小范围。 2)反映电力系统的异常运行状态，根据运行维护条件和设备的承受能力自动发出信号，减负荷或延时跳闸。 考点 2：线路三段式电流保护原理、构成及整定计算 考点 2：线路三段式电流保护原理、构成及整定计算 通常，将瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组合在一起，构成三段式电流保护。瞬 时电流速断保护称为工段保护，或电流保护 I 段；限时电流速断保护称为段保护，或电流保护段；定时限过 电流保护称为段保护，或电流保护段。其中，电流保护工段和电流保护段组成线路的主保护，电流保护 段作为本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。
5、 三段式电流保护的原理逻辑框图如图 3-8 所示。用于反应相间故障的电流保护通常可以有选择地接入两相电 流，一般接入 A 相和 C 相电流，则任何相间短路至少有一相的电流元件可以反应。但需要注意，在同一电压等级 中，两相电流应取自同名相。图 3-8 中 I、分别为电流保护 I 段、段、段的电流测量元件(可以采用电 流继电器)，T1、T2 分别为电流保护段、段的时间元件(可以采用时间继电器)。图中 Hl、H2、H3、H4 是或门。 在工程应用中，三段式电流保护不一定三段全部投入。例如，当系统运行方式变化很大，I 段保护范围太小或 没有保护区时，则不投入 I 段；对于线路一变压器接线，工段可以保护
6、线路全长时，则可以不投入段；在末端因为在发生单相接地短路时，3IO 等于故障相电流 IKA；同时考虑线路 X1=X2 则有： U UKAMKAM=U=UKAKA+I+IKAKA1* X1* X LM LM1+ I1+ IKAKA2* X2* X LM LM2+ I2+ IKAKA0* X0* X LM LM0 0 =U=UKAKA+I+IKAKA1*X1*X LM LM1+ I1+ IKAKA2*X2*X LM LM1+ I1+ IKAKA0*X0*X LM LM0+ (I0+ (IKAKA0* X0* X LM LM1 1I IKAKA0* X0* X LM LM1) =U1) =UKAKA
7、+ X+ X LM LM1(I1(IKAKA1+ I1+ IKAKA2+ I2+ IKAKA0)+ I0)+ IKAKA0（X0（X LM LM0 0X X LM LM1）1） =U=UKAKA+X+X LM LM1*I1*IKAKA+ 3I+ 3IKAKA0（X0（X LM LM0 0X X LM LM1）*X1）*X LM LM1/3X1/3X LM LM1 1 =U=UKAKA+X+X LM LM1*I1*IKAKA1+（X1+（X LM LM0 0X X LM LM1）/3X1）/3X LM LM1 1 令 K=（XK=（X LM LM0 0X X LM LM1）/3X1）/3X LM
8、 LM1 1 则有 U UKAMKAM=U=UKAKA+I+IKAKA*X*X LM LM1(1+K) 1(1+K) 或 U UKAMKAM=U=UKAKA+I+IKAKA*X*X LM LM1(1+K) =U1(1+K) =UKAKA+X+X LM LM1(I1(IKAKA+KI+KIKAKA) =U) =UKAKA+X+X LM LM1(I1(IKAKA+K3I+K3I KA KA0) 0) 同理可得 U UKBMKBM=U=UKBKB+ X+ X LM LM1(I1(IKBKB+K3I+K3I KB KB0)0) U UKCMKCM=U=UKCKC+ X+ X LM LM1(I1(IKC
9、KC+K3I+K3I KC KC0)0) 这样我们就可得到母线电压计算得一般公式： U UK KM M=U=UK K+ X+ X LM LM1(I1(IK K+K3I0) 该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量 K3I+K3I0) 该公式适用于任何母线电压的计算，对于相间电压，只不过因两相相减将同相位的零序分量 K3I KC KC0 减去了而 已。0 减去了而 已。 一、接地阻抗继电器的测量阻抗接地阻抗继电器的测量阻抗 我们希望，故障时加入阻抗继电器的电压、电流测量值 ZJ=UJ/IJ 正好成正比于保护安装处至短路点的线路阻二、相间阻抗继电器的测量阻抗
10、 二、相间阻抗继电器的测量阻抗 在前面两相短路的分析中，我们得出： IKABM M=2IKAM M UKABM M=2IKAM M*X1M M 则有母线处测量阻抗 ZJ=2IKAM M*X1M M/2IKAM M=X1M M 因此对于相间阻抗继电器来说，如果按相间电压、对应相间电流方式接线，则故障时继电器的测量阻抗 ZJ=UJ/IJ = 2I IK K*Z LM/2 I IK K =Z LM 能够正确反映保护安装处至短路点的线路阻抗 Z LM ZJ=UJ/IJ的接线方式称为相间阻抗继电器的 0。接线，相间距离一般采用该种接线。 三、正、反向短路故障测量阻抗比较 三、正、反向短路故障测量阻抗比较
11、 假设为金属性短路，故障点电压为零 规定正方向：电流由母线指向线路为正方向； 电压以电压升为正方向 如下图示： 1、正方向短路故障测量阻抗： ZJ=UJ/IJ=ZLM 2、反方向短路故障测量阻抗： ZJ=UJ/IJ=ZLM 由上式可以看出：在特定的正方向下，测量阻抗具有明显的方向性；也就是说正向故障实际上是由保护装置 背侧电源作用的结果；而反向故障是由对侧电源作用的结果。 四、距离保护的实现方法 四、距离保护的实现方法 不论是常规保护还是微机保护为了实现对一次设备的保护，首先要按照我们的意愿确定一个固定的动作特性 （相对应有一个动作方程） ，若计算出的测量阻抗 ZJ 落在动作特性内部，继电器就
12、动作。 阻抗继电器一般应包含两个量 1）补偿电压或工作电压 2）极化电压或参考电压 工作电压 UOP=UJIJZZD 通过这个等式可以看出，IJZZD实际上是保护安装处至整定点的压降。那么母线电压减去保护安装处至整定点 的压降实际上就是整定点的电压。即保护范围末端的电压。 现在我们结合下图来看一下工作电压UOP在正向区内、 正向区外及反方向故障时同测量电压UJ测量的相位关系。 在正向区内 K1 点发生短路，ZJZZD则 UOP=UJIJZZD=IJ(ZJZZD) UJ=IJZJ UOP与 UJ同向； 在反方向 K3 点发生短路，ZJZZD则 UOP=UJIJZZD=IJ(ZJ+ZZD) UJ=
13、IJZJ UOP与 UJ同向； 所以可以通过比较 UOP与 UJ的相位关系来判断区内、区外及反向故障。 只要是按动作方程实现的距离保护就一定含有工作电压这一项。 极化电压是与工作电压比较的参考电压，选用不同的极化电压可以获得不同的动作特性。例如：选用 UJ为极 化电压可构成方向阻抗继电器、选用 UJ+IJZZD为极化电压可构成全阻抗继电器、选用 IJRZD为极化电压可构成电抗性 阻抗继电器、选用 IJXZD为极化电压可构成电阻性阻抗继电器等等。 下面我来介绍一下方向阻抗继电器的动作特性： 其动作方程为 |1/2ZZD|ZJ1/2ZZD| (绝对值比较方程) 或 90oarg(Z JZZD)/Z
14、J270o (相位比较方程) 这两个方程对应同一个动作特性，又是如何等效互换的呢？ 是根据平行四边形法则实现的互换。大家看一下下面的四个图形： 由图可看出：C=BA；D=B+A 当|A|=|B|，且 B 超前 A 时，argC/D=90o； 当|A|=|B|，且 A 超前 B 时，argC/D=270o； 当|A|B|，且 B 超前 A 时，argC/D90o； 当|A|B|，且 A 超前 B 时，argC/D K2IKD (4-4) 式中 IKD2差动电流中的二次谐波电流； K2二次谐波制动系数； IKD差动电流。 满足式(4-4)时，判别为励磁涌流，闭锁差动保护；不满足式(4-4)时，开放
15、差动保护。 制动方式有最大相制动和分相制动，图 4-5 为最大相制动方式。当任一相差动回路电流的二次谐波分量满足 制动判据时， 经过或门 H2 闭锁与门 Y1， 即使有差动元件动作保护也不会出口； 如果是发生短路， 无二次谐波制动， 允许保护由差动元件决定保护的动作。 3差动速断元件 当变压器内部发生严重故障时，短路电流很大，应该快速切出故障。但是，当短路电流很大时，由于电流互 感器饱和影响，造成二次电流波形畸变，将出现二次谐波电流，影响保护的正确动作。因此，当短路电流数值达 到差动速断动作值时，通过差动电流速断元件直接出口切除变压器，不再经过任何其他条件的判断。通常差动速 断元件的动作电流大于变压器励磁涌流数值。 4TA 断线检测 在电流互感器二次断线时发出信号。 变压器差动保护的保护范围为保护用电流互感器之间的一次系统，包括变压器绕组和变压器绕组的引出线， 反应各种短路故障，但不能反应变压器发生少数匝数的匝间短路、铁芯过热烧伤、油面降低等。变压器气体保护 的保护范围为变压器油箱内部，反应变压器油箱内部的任何短路故障，以及铁芯过热烧伤、油面降低等，但不能 反应变压器绕组引出线的故障。可见不论是差动保护还是气体保护，都不能同时反应以上各种故障，所以不
