供电技术第4版ppt课件

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1、 现代供电技术现代供电技术教学内容、教学环节及参考资料1、教学内容教学内容n绪论绪论 （电力系统的基本概念、用户供电系统（电力系统的基本概念、用户供电系统 的特点、供电质量的主要指标）的特点、供电质量的主要指标）n用户供电系统用户供电系统 （电力负荷及计算、供电电压及电源的（电力负荷及计算、供电电压及电源的 选择、用户供电系统的设计、用户供选择、用户供电系统的设计、用户供 电系统的电能损耗及电能节约）电系统的电能损耗及电能节约）n短路电流计算短路电流计算 （短路计算的意义及目的、无限容量电（短路计算的意义及目的、无限容量电 源供电系统短路过程分析、短路参数源供电系统短路过程分析、短路参数 的计

2、算、供电系统中电气设备的选择的计算、供电系统中电气设备的选择 与校验）与校验）教学内容、教学环节及参考资料n供电系统的保护供电系统的保护 （继电保护的基本概念、单端供电网（继电保护的基本概念、单端供电网 络的保护、电力变压器的保护、低络的保护、电力变压器的保护、低 压配电系统的保护、供电系统的微压配电系统的保护、供电系统的微 机保护）机保护）n供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷 （供电系统的安全保护接地、供电系（供电系统的安全保护接地、供电系 统的防雷保护）统的防雷保护）n供电系统的电能质量与无功补偿供电系统的电能质量与无功补偿 （电压质量的含义、电压偏差及调节、（电压质量的含义

3、、电压偏差及调节、 电压波动（闪变）及其抑制、电力电压波动（闪变）及其抑制、电力 谐波及抑制、供电系统的三相不平谐波及抑制、供电系统的三相不平 衡、供电系统的无功功率补偿）衡、供电系统的无功功率补偿）教学内容、教学环节及参考资料n供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （变电所自动化的基本功能、变电所（变电所自动化的基本功能、变电所 综合自动化系统的结构、备用电源综合自动化系统的结构、备用电源 自动投入装置、自动重合闸装置、自动投入装置、自动重合闸装置、 变电所的电压、无功综合控制、单变电所的电压、无功综合控制、单 相接地自动选线装置、电力负荷管相接地自动选线装置、电力负荷管 理与控制理

4、与控制 ）2 2、教学环节、教学环节 课程实习课程实习理论教学课程实验（考试）理论教学课程实验（考试）课程课程设计（答辩）设计（答辩）教学内容、教学环节及参考资料3 3、参考资料、参考资料n 教材：供电技术教材：供电技术（第四版）（第四版） 余健明、同向前、苏文成余健明、同向前、苏文成 机械工业出版社机械工业出版社. 2008.2. 2008.2n参考资料：参考资料： 供电技术供电技术（第三版）（第三版） 余健明等余健明等 机械工业出版社机械工业出版社 现代供电技术现代供电技术 孟祥忠孟祥忠 清华大学出版社清华大学出版社 电力系统继电保护电力系统继电保护 张保会等张保会等 中国电力出版社中国电

5、力出版社 电能质量电能质量 程浩忠等程浩忠等 清华大学出版社清华大学出版社 变电站综合自动化技术变电站综合自动化技术 丁书文丁书文 中国电力出版社中国电力出版社 工业与民用配电设计手册工业与民用配电设计手册 （第三版）（第三版） 中国航空工业规划设计研究院中国航空工业规划设计研究院 中国电力出版社中国电力出版社第第1 1章章 绪论绪论 （1-11-1） 一、电力系统的基本概念一、电力系统的基本概念 1 1、电力系统的构成、电力系统的构成 电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网及电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网及 电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分电力用户组成。它们分别完成

6、电能的生产、输送、分 配及使用。如图所示配及使用。如图所示: :第第1 1章章 绪论绪论 （1-21-2）图图1-1 1-1 电力系统示意图电力系统示意图第第1 1章章 绪论绪论 （1-31-3）发电厂发电厂火力发电厂火力发电厂水力发电厂水力发电厂原子能发电厂原子能发电厂利用风能发电；利用风能发电；利用太阳能发电；利用太阳能发电；利用可再生能源发电利用可再生能源发电 生物（秸杆）发电；生物（秸杆）发电；（利用农（利用农作物秸秆和林业废弃物作为燃料发电。特点：二氧化碳零排放）作物秸秆和林业废弃物作为燃料发电。特点：二氧化碳零排放）发电厂：发电厂：第第1 1章章 绪论绪论 （1-41-4）n输（配

7、）电电压等级；输（配）电电压等级； (10(10、3535、110110、220220、330330、500500、750kV)750kV)n输电线路的结构；输电线路的结构； （架空线、电缆）（架空线、电缆）n输电距离；输电距离； （电压等级、输送功率）（电压等级、输送功率）n输电方式：输电方式： （交流、直流）（交流、直流）交流输电的特点交流输电的特点n频率确定；频率确定；n三相输电线路；三相输电线路；n无功问题；无功问题；直流输电的特点直流输电的特点n换流站；换流站；n两条输电线；两条输电线；n不同频率电网的互联；不同频率电网的互联；n开关元件问题；开关元件问题；输（配）电网：输（配）电网

8、：第第1 1章章 绪论绪论 （1-51-5） 用户：用户：n工业用电；工业用电；n农业用电；农业用电；n市政、交通、生活用电；市政、交通、生活用电；第第1 1章章 绪论绪论 （1-61-6）组成大型电力系统的优点：组成大型电力系统的优点： 1) 1)发电量不受地方负荷的限制，可以增大单台发电量不受地方负荷的限制，可以增大单台 机组容量，充分利用地方自然资源，提高发机组容量，充分利用地方自然资源，提高发 电效率，降低电能成本。电效率，降低电能成本。 2) 2)充分利用各类发电厂的特点，合理地分配负充分利用各类发电厂的特点，合理地分配负 荷，使系统能保持在最经济的条件下运行。荷，使系统能保持在最经

9、济的条件下运行。 3) 3)在减少备用机组的情况下，能提高对用户供在减少备用机组的情况下，能提高对用户供 电的可靠性。电的可靠性。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-71-7）2 2、电力网的额定电压、电力网的额定电压 电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。我国公布的标准额定电压如表的。我国公布的标准额定电压如表1-11-1所示。所示。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-81-8

10、） 电力网和用电设备电力网和用电设备 额定电压额定电压 发电机发电机 额定电压额定电压 电力变压器额定电压电力变压器额定电压 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 低压（低压（V） 220127 380220 660380 230 400 690 220127 380220 660380 230133 400230 690400 高压（高压（kV） 3 6 10 35 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8,15.75,18,20 - - - - - -3及及3.156及及6.310及及10.513.8,15.75,18,203511022033050075

11、0 3.15及及3.3 6.3及及6.6 l0.5及及11 38.5 121 242 363 550表表1-1 1-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压第第1 1章章 绪论绪论 （1-91-9）n变压器的额定电压变压器的额定电压n用电设备的额定电压用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。和电网的额定电压是一致的。即即 n发电机的额定电压发电机的额定电压 升压变压器：升压变压器： 降压变压器：降压变压器：第第1 1章章 绪论绪论 （1-101-10） 3 3、电力系统的中性点运行方式、电力系统的中性点运行方式 电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的

12、电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点中性点。其中性点运行方式可分为。其中性点运行方式可分为中性点有效接地系统中性点有效接地系统和和中性点非有效接地系统中性点非有效接地系统两大类。两大类。中性点有效接地系统中性点有效接地系统中性点非有效接地系统中性点非有效接地系统中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点不接地系统中性点不接地系统中性点经消弧线圈中性点经消弧线圈( (或电阻或电阻) )接地系统接地系统第第1 1章章 绪论绪论 （1-111-11） 1 1）中性点不接地系统）中性点不接地系统 在正常运行时，各相对地电压在正常运行时，各相对地电压 、 、 是对称的，是对称的，其值为相

13、电压其值为相电压 ；各相对地电容相同（设线路单位长；各相对地电容相同（设线路单位长度电容为度电容为 ，线路长度为，线路长度为 ），电容电流对称且超前相），电容电流对称且超前相电压电压9090，其值为，其值为 ， 故三相电容电流矢量和为零。故三相电容电流矢量和为零。第第1 1章章 绪论绪论 （1-121-12） 图图1-2 1-2 中性点不接地系统中性点不接地系统发生单相接地故障发生单相接地故障当发生一相接地故障时当发生一相接地故障时( (如如C C相相) )，第第1 1章章 绪论绪论 （1-131-13） 以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地故障

14、时：故障时：故障相电压为零，非故障相对地电压升高到故障相电压为零，非故障相对地电压升高到原来相电压的原来相电压的 倍，线间电压不变，流过故障点的电倍，线间电压不变，流过故障点的电流为正常情况下每一相对地电容电流的流为正常情况下每一相对地电容电流的3 3倍。倍。 采用中性点不接地系统运行方式时：采用中性点不接地系统运行方式时：1 1）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。2 2）若单相接地电容电流超过规定值）若单相接地电容电流超过规定值(6(610kV10kV线路为线路为30A30A， 35kV 35kV线路为线路为10A)10A)，会产生稳定

15、电弧致使电网出现暂态，会产生稳定电弧致使电网出现暂态 过电压，危及电气设备安全。这时应采过电压，危及电气设备安全。这时应采 取中性点取中性点 经消弧线圈（或电阻）接地的运行方式。经消弧线圈（或电阻）接地的运行方式。第第1 1章章 绪论绪论 （1-141-14） 消弧线圈实际上是一个铁心可消弧线圈实际上是一个铁心可调的电感线圈，安装在变压器或发调的电感线圈，安装在变压器或发电机中性点与大地之间，如图电机中性点与大地之间，如图1-31-3所示。系统发生单相接地故障时，所示。系统发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地电流中增加了一个感个回路，接地

16、电流中增加了一个感性电流性电流 ，它和装设消弧线圈前的，它和装设消弧线圈前的电容电流方向相反，相互补偿，减电容电流方向相反，相互补偿，减小了接地点的故障电流，使电弧易小了接地点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。于自行熄灭，提高了供电可靠性。图图1-3 1-3 中性点经消弧线圈接中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障地系统发生单相接地故障2 2）中性点经消弧线圈接地）中性点经消弧线圈接地第第1 1章章 绪论绪论 （1-151-15） 中性点经消弧线圈接地系统发生单中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统相接地故障时，与中性点不接地的系统一样，非故障相电压

17、仍升高一样，非故障相电压仍升高 倍，三相倍，三相导线之间的线电压仍然平衡，电力系统导线之间的线电压仍然平衡，电力系统可以继续运行。可以继续运行。第第1 1章章 绪论绪论 （1-161-16） 电力系统经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，电力系统经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，即即全补偿全补偿、欠补偿欠补偿和和过补偿过补偿。 全补偿方式全补偿方式：（：（ ） 此时系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过此时系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过电流，可能造成设备的绝缘损坏，影响系统的安全电流，可能造成设备的绝缘损坏，影响系统的安全运行。因此，一般系统都不采用全补偿方式。运行。因此，一般系统都不

18、采用全补偿方式。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-171-17）欠补偿方式欠补偿方式（ ），）， 此时接地点有未被补偿的电容电流流过，当系此时接地点有未被补偿的电容电流流过，当系统运行方式改变而切除部分线路时，整个系统的对统运行方式改变而切除部分线路时，整个系统的对地电容电流将减少，有可能发展成为全补偿方式，地电容电流将减少，有可能发展成为全补偿方式，从而出现上述严重后果，所以也很少被采用。从而出现上述严重后果，所以也很少被采用。过补偿方式过补偿方式（ ），）， 在过补偿方式下，即使系统运行方式改变而切在过补偿方式下，即使系统运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使除部分线

19、路时，也不会发展成为全补偿方式，致使系统发生谐振。因此，实际工程中大都采用过补偿系统发生谐振。因此，实际工程中大都采用过补偿方式。方式。第第1 1章章 绪论绪论 （1-181-18） 当发生一相对地绝缘破当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相接地故障，坏时，即构成单相接地故障，供电中断，可靠性降低。但供电中断，可靠性降低。但是由于中性点接地的钳位作是由于中性点接地的钳位作用，非故障相对地电压不变，用，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电电气设备绝缘水平可按相电压考虑。压考虑。3 3）中性点直接接地系统）中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点直接接地系统第第1 1章章 绪论绪论 （1

20、-191-19）n110kV110kV及以上高压系统，为降低设备绝缘要求，多及以上高压系统，为降低设备绝缘要求，多采用中性点直接接地运行方式；采用中性点直接接地运行方式；n6 635kV35kV中压系统中，为提高供电可靠性，中压系统中，为提高供电可靠性， 首选中性点不接地运行方式，当接地电流不首选中性点不接地运行方式，当接地电流不 满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地 的运行方式；的运行方式；n低于低于1kV1kV的低压配电系统中，通常为中性点直接接的低压配电系统中，通常为中性点直接接地运行方式。地运行方式。 （380380220V220V供电系统中，中

21、性点直接接地，可以减少中性点的供电系统中，中性点直接接地，可以减少中性点的电压偏差，可以防止一相接地时出现超过电压偏差，可以防止一相接地时出现超过250V250V的危险电压）的危险电压）第第1 1章章 绪论绪论 （1-201-20）二、用户供电系统的特点和决定供电质二、用户供电系统的特点和决定供电质 量的主要指标量的主要指标 1 1、用户供电系统的特点、用户供电系统的特点 用户供电系统由用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路用户内部变配电所、供电线路和和用电设备用电设备等组成，其中变配电所是电力系统的终端降等组成，其中变配电所是电力系统的终端降压变配电所。对于某些大型工业企业，在可靠性要求压

22、变配电所。对于某些大型工业企业，在可靠性要求或技术经济比较合理时，也可建立自备发电站。或技术经济比较合理时，也可建立自备发电站。 用户供电系统的供电电压一般在用户供电系统的供电电压一般在110kV110kV及以下。及以下。第第1 1章章 绪论绪论 （1-211-21）1 1）电压）电压 理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质负荷的变化和用电负荷的性质( (如冲击性负荷、如冲击性负荷、非线性负荷非线性负荷) )等因素，实际供电电压无论是在幅等因素，实

23、际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电压之间存在着偏差。压之间存在着偏差。 2 2、决定供电质量的主要指标、决定供电质量的主要指标决定用户供电质量的指标为决定用户供电质量的指标为电压电压、频率频率和和可靠性可靠性。第第1 1章章 绪论绪论 （1-221-22）电压偏差电压偏差 电压偏差是指电网实际电压与额定电压之电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差。实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运差。实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定：及容许偏

24、差规定： 35kV 35kV及以上：及以上： 电压正、负偏差绝对值之和为电压正、负偏差绝对值之和为1010； 10kV 10kV及以下：及以下：77； 220V 220V（单相）：（单相）：7 7，1010。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-231-23） 电压波动和闪变电压波动和闪变 电压波动电压波动: : 电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速 变化。变化。 电压闪变电压闪变: : 波动电压波动电压照明灯具照明灯具工作面上工作面上照度闪烁照度闪烁人的视觉人的视觉大脑反映大脑反映人能接受闪人能接受闪 烁的程度烁的程度第第1 1章章 绪论绪论 （1

25、-241-24）电力谐波电力谐波 系统中大量的非线性负荷是引起供电系统电系统中大量的非线性负荷是引起供电系统电流和电压波形发生畸变的主要原因。流和电压波形发生畸变的主要原因。n含有半导体器件的变流设备；含有半导体器件的变流设备；（电力电子变换器）（电力电子变换器）n具有电弧特性的设备；具有电弧特性的设备；（电弧炉、电弧焊机、日光灯、（电弧炉、电弧焊机、日光灯、 气体气体 放电光源等）放电光源等）n具有磁饱和特性的设备；具有磁饱和特性的设备；（电力变压器、铁心电抗器等）（电力变压器、铁心电抗器等）对系统的影响：对系统的影响：增大系统损耗；系统保护装置误动；增大系统损耗；系统保护装置误动； 增大计

26、量误差；干扰通信和自动化设备的正常工作。增大计量误差；干扰通信和自动化设备的正常工作。第第1 1章章 绪论绪论 （1-251-25）三相不对称三相不对称 三相电压不对称指三个三相电压不对称指三个相电压相电压在在幅值幅值和和相位相位关系上存在关系上存在偏差偏差。三相不对称主要由。三相不对称主要由系统运行参系统运行参数不对称数不对称、三相用电负荷不平衡三相用电负荷不平衡等因素引起。供等因素引起。供电系统的不对称运行，会产生负序电流，影响发电系统的不对称运行，会产生负序电流，影响发电机的出力；同时对用电设备及供配电系统都有电机的出力；同时对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中

27、性点偏危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。移，从而危及人身和设备安全。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-261-26） 2 2）频率）频率 我国规定的电力系统标称频率我国规定的电力系统标称频率( (俗称工频俗称工频) )为为50Hz50Hz。国际上标称频率有国际上标称频率有50Hz50Hz和和60Hz60Hz两种。两种。 当电能供需不平衡时，系统频率便会偏离其标称值。当电能供需不平衡时，系统频率便会偏离其标称值。频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要地影响到电力系统的稳定运行。质量，更重要地

28、影响到电力系统的稳定运行。 大多数国家规定频率偏差在大多数国家规定频率偏差在(0.1(0.10.3)Hz0.3)Hz之间。之间。我国相关标准规定：我国相关标准规定：系统容量在系统容量在300300万万kWkW以上以上 频率允许偏差频率允许偏差0.2Hz0.2Hz；系统容量在系统容量在300300万万kWkW以下以下 频率允许偏差频率允许偏差0.5Hz0.5Hz。第第1 1章章 绪论绪论 （1-271-27） 3 3）可靠性）可靠性 供电可靠性指供电系统持续供电的能力，衡量供电可靠性指供电系统持续供电的能力，衡量供电系统供电可靠性的主要指标有供电系统供电可靠性的主要指标有： (1)(1)供电可靠

29、率供电可靠率 在统计期间内，对用户有效供电时间在统计期间内，对用户有效供电时间 总小时数与统计期间小时数的比值。总小时数与统计期间小时数的比值。 (2)(2)用户平均停电时间用户平均停电时间 用户在统计期间内的平均停电用户在统计期间内的平均停电 小时数。小时数。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-281-28）(3)(3)用户平均停电次数用户平均停电次数 用户在统计期间内的平均停电次数。用户在统计期间内的平均停电次数。 (4)(4)用户平均故障停电次数用户平均故障停电次数 用户在统计期间内的平均故障用户在统计期间内的平均故障 停电次数。停电次数。 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-1

30、)(2-1) 用户供电系统的基本设计目标是为各电力用用户供电系统的基本设计目标是为各电力用户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素包合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素包括：括：n电力负荷及其计算；电力负荷及其计算；n供电电压的选择与调整；供电电压的选择与调整；n电源（包括备用电源和应急电源）的选择；电源（包括备用电源和应急电源）的选择；n配电系统（包括变电所和配电网）的设计；配电系统（包括变电所和配电网）的设计；n供电系统的电能节约与电能质量控制；供电系统的电能节约与电能质量控制； 第二章第二章 用户供电

31、系统用户供电系统 (2-2)(2-2)一、电力负荷与负荷计算一、电力负荷与负荷计算 1.1.关于负荷的基本概念关于负荷的基本概念 1 1）设备安装容量）设备安装容量 设备安装容量（亦称设备功率）是指连续工作的设备安装容量（亦称设备功率）是指连续工作的 用电设备铭牌上的标称功率。用电设备铭牌上的标称功率。 用电设备工作制分为：连续运行工作制、短时运用电设备工作制分为：连续运行工作制、短时运 行工作制、断续周期工作制行工作制、断续周期工作制 2 2）负荷与负荷曲线）负荷与负荷曲线 电力负荷电力负荷是指用电设备从电源取用的电功率，包括是指用电设备从电源取用的电功率，包括 有功功率、无功功率和视在功率

32、。电力负荷随时间变化有功功率、无功功率和视在功率。电力负荷随时间变化 的曲线称为的曲线称为负荷曲线负荷曲线。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-3)(2-3)负荷曲线负荷曲线电力负荷的变化规律电力负荷的变化规律记录电力负荷变化的时间间隔记录电力负荷变化的时间间隔（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（同一变化规律的负荷，记录负荷变化的间（同一变化规律的负荷，记录负荷变化的间隔不同，得到的曲线亦不同）隔不同，得到的曲线亦不同）第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-4)(2-4) 根据负荷曲线绘制的时间长度分类：根据负荷曲线绘制的时间长度分类：u

33、工作班负荷曲线：工作班负荷曲线：8 8小时工作班内的负荷曲线；小时工作班内的负荷曲线；u日负荷曲线：表示在一天中一定时间间隔日负荷曲线：表示在一天中一定时间间隔 t t内的平均内的平均 负荷随时间的变化情况；负荷随时间的变化情况；u周负荷曲线周负荷曲线; ;u月负荷曲线月负荷曲线; ;u年负荷曲线：表示全年负荷变动与负荷持续时间关系年负荷曲线：表示全年负荷变动与负荷持续时间关系 的曲线，是由不同季节典型日负荷曲线推算而来的。的曲线，是由不同季节典型日负荷曲线推算而来的。 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-5)(2-5)a)a)日有功负荷曲线日有功负荷曲线 b)b)年有功负荷曲线年有

34、功负荷曲线图图2-1 2-1 日负荷曲线与年负荷曲线日负荷曲线与年负荷曲线第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-6)(2-6)3 3）平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷）平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷 (1) (1) 平均负荷平均负荷Pav：指电力负荷在一段时间内的平均值：指电力负荷在一段时间内的平均值： (2) (2) 最大负荷最大负荷Pmax：是指一年中典型日负荷曲线中的最：是指一年中典型日负荷曲线中的最 大负荷，记作大负荷，记作Pmax或或P30。 (3) (3) 有效负荷有效负荷Pe：指由典型工作班负荷曲线（工作班时：指由典型工作班负荷曲线（工作班时 间为间为T T

35、）按下式计算所得的有效值：）按下式计算所得的有效值： 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-7)(2-7)(4) (4) 计算负荷计算负荷P Pc c：是为方便工程设计而假想的一个等效：是为方便工程设计而假想的一个等效 负荷。（系统实际运行中该负荷是不存在的）。负荷。（系统实际运行中该负荷是不存在的）。 电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备 额定功率之和，因为：额定功率之和，因为： 并非所有的用电设备都同时投入运行；并非所有的用电设备都同时投入运行； 并非所有的用电设备都能工作在额定状态；并非所有的用电设备都能工作在额定状态； 并非所

36、有的用电设备的功率因数都相同；并非所有的用电设备的功率因数都相同； 用电设备的效率不完全相同；用电设备的效率不完全相同； 配电设备亦有功率损耗等。配电设备亦有功率损耗等。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-8)(2-8) 在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定一个一个最大的、恒定不变的等效负荷最大的、恒定不变的等效负荷来代替来代替实际变化的实际变化的真实负荷真实负荷，作为工程设计的依据。该最大的、恒定不，作为工程设计的依据。该最大的、恒定不变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称为计算负

37、荷。为计算负荷。 实际负荷实际负荷：真是存在、随机变化的；：真是存在、随机变化的； 计算负荷计算负荷：假想最大的、恒定不变的等效负荷；：假想最大的、恒定不变的等效负荷；第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-9)(2-9) 假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作用下，其温升不超过配电设备在规定使用年限内所允用下，其温升不超过配电设备在规定使用年限内所允许的最高温升。许的最高温升。即：用电设备在实际运行中对配电设即：用电设备在实际运行中对配电设备所产生的

38、最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生备所产生的最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生的热效应相同。的热效应相同。 计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等配电设备参数选择的依据。配电设备参数选择的依据。 从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户典型日负荷曲线中的典型日负荷曲线中的30min30min最大平均负荷最大平均负荷P30。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-10)(2-10) 4 4）负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数）负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数 (1) (1) 负荷系数负荷

39、系数：负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，：负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比， 它反映了负荷的平稳程度。它反映了负荷的平稳程度。 (2)(2) 利用系数利用系数 ：定义为用电设备组在最大负荷工作班内：定义为用电设备组在最大负荷工作班内 消耗的平均负荷与该设备组的总安装容量之比。消耗的平均负荷与该设备组的总安装容量之比。 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-11)(2-11)(3) (3) 需要系数需要系数：定义为用电设备组的最大负荷与该设：定义为用电设备组的最大负荷与该设 备组的总安装容量之比。备组的总安装容量之比。 (4) (4) 形状系数形状系数：定义为有效负荷与平均负荷之比。

40、形：定义为有效负荷与平均负荷之比。形 状系数与负荷的平稳程度有关。当负荷曲线无间状系数与负荷的平稳程度有关。当负荷曲线无间 断时，断时，1 1 K Kz z1.5 Z ZF F F F选用方案选用方案若若Z Z Z ZF F R3时才计算时才计算X的影响。因的影响。因XR3时，用时，用R代代替替Z，误差，误差5.4%，在工程允许范围内。，在工程允许范围内。 3) 低压配电网电气元件的电阻多以低压配电网电气元件的电阻多以m计，因而用计，因而用有名值比较方便。有名值比较方便。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-51)(3-51) 4) 因低压配电网的非周期分量衰减快，一般因低压配电网

41、的非周期分量衰减快，一般 值在值在11.3范围。范围。 可通过求出可通过求出XR比值比值后在图后在图3-8中的曲线查出，也可按下式直接计算：中的曲线查出，也可按下式直接计算： 图图38冲击系数冲击系数 与与 的关系曲线的关系曲线 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-52)(3-52) 2 2、低压配电网中各主要元件的阻抗计算、低压配电网中各主要元件的阻抗计算 1）高压侧系统阻抗高压侧系统阻抗 由于配电变压器一次侧可视为由于配电变压器一次侧可视为无穷大功率电源供电来考虑。高压系统阻抗一般可忽略无穷大功率电源供电来考虑。高压系统阻抗一般可忽略不计。若需精确计算时，归算至低压侧的高压系统

42、阻抗不计。若需精确计算时，归算至低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：可按下式计算：式中式中 归算至低压侧的高压系统阻抗归算至低压侧的高压系统阻抗(m)(m) 配电变压器低压侧电网的平均线电压配电变压器低压侧电网的平均线电压(V)(V) 配电变压器高压侧的短路容量配电变压器高压侧的短路容量(MVA)(MVA) 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-53)(3-53) 在工程实用计算中，一般高压侧系统电抗在工程实用计算中，一般高压侧系统电抗 ；高压侧系统电阻高压侧系统电阻 。 2） 配电变压器的阻抗配电变压器的阻抗 变压器电阻变压器电阻式中式中 PCuNT 变压器额定负荷下的短路损耗变压器

43、额定负荷下的短路损耗(kW)(kW) SNT 变压器的额定容量变压器的额定容量(kVA)(kVA) UNT2 变压器二次侧的额定电压变压器二次侧的额定电压(V) (V) 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-54)(3-54) 变压器阻抗变压器阻抗式中式中 uk %变压器的短路电压百分数。变压器的短路电压百分数。 变压器的电抗变压器的电抗 3）长度在长度在(10-15)m以上的母线的阻抗以上的母线的阻抗 母线的电阻母线的电阻 母线的电阻 (m) 母线长(m) 材料电阻率(mm2)/m A 母线截面积 (mm2) 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-55)(3-55) 水平

44、排列的平放矩形母线，每相母线的电抗水平排列的平放矩形母线，每相母线的电抗 可可按下式计算：按下式计算：式中式中 母线的电抗母线的电抗 (m)(m) l 母线长度母线长度 (m)(m) 母线的相间几何均距母线的相间几何均距(mm)(mm) b 母线宽度母线宽度 (mm)(mm) 在工程实用计算中，母线的电抗的近似计算公式：在工程实用计算中，母线的电抗的近似计算公式：母线截面积在母线截面积在500 mm500 mm2 2以下时以下时母线截面积在母线截面积在500 mm500 mm2 2以上时以上时 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-56)(3-56) 4）电流互感器一次线圈的电阻及电

45、抗、低压断路器过电流互感器一次线圈的电阻及电抗、低压断路器过流线圈的电阻以及刀开关和低压断路器的触头接触电阻通流线圈的电阻以及刀开关和低压断路器的触头接触电阻通常由制造厂家提供，计算时可参考相应的产品手册。常由制造厂家提供，计算时可参考相应的产品手册。3 3、低压配电网的短路计算、低压配电网的短路计算 三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流可根据下式三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流可根据下式计算计算式中式中 低压侧平均线电压低压侧平均线电压（V V）； R及及X 电源至短路点的总电阻、电抗电源至短路点的总电阻、电抗(m)(m)； 三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值(kA)(

46、kA)。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-57)(3-57) 五、不对称短路电流的计算方法五、不对称短路电流的计算方法1 1 、对称分量法、对称分量法 对称分量法指出，任意一组不对称的相量对称分量法指出，任意一组不对称的相量 、 和和 ，可分解为对称的正序、负序和零序三个分量之，可分解为对称的正序、负序和零序三个分量之和。即：和。即： 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-58)(3-58)在三相对称系统中，其旋转因子：在三相对称系统中，其旋转因子：则则B B相、相、C C相与相与A A相正序、负序间有如下关系：相正序、负序间有如下关系：第第3 3章章 短路电流计算短

47、路电流计算 (3-59)(3-59) 用用A相分量来表示相分量来表示B相、相、C相分量，可得：相分量，可得： 简写成简写成 其逆变换关系是其逆变换关系是 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-60)(3-60) 2 2、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路 当供电系统内某处发生三相不对称短路时，当供电系统内某处发生三相不对称短路时，短路点的三相电压短路点的三相电压 、 和和 不对称，利用不对称，利用对称分量法可将这组不对称电压分解成三组各自对称分量法可将这组不对称电压分解成三组各自对称的正序、负序和零序分量。根据对称分量法对称的正序、负序和零

48、序分量。根据对称分量法的特点，只需求解出其中一相电压的正序、负序、的特点，只需求解出其中一相电压的正序、负序、零序分量零序分量(往往是往往是A相相)，即可得出另外两相电压的，即可得出另外两相电压的参数。参数。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-61)(3-61) 下图所示是一个简化的供电系统图，图中下图所示是一个简化的供电系统图，图中k k 处的处的 、 、 是从该点的不对称三相电压分解是从该点的不对称三相电压分解出来的各序电压分量。在这个系统中，线路上相出来的各序电压分量。在这个系统中，线路上相应地要流过正序、负序和零序电流，各序电流流应地要流过正序、负序和零序电流，各序电流流经

49、回路的不同相序阻抗产生相应的压降。经回路的不同相序阻抗产生相应的压降。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-62)(3-62) 其值可以表示为其值可以表示为第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-63)(3-63) 图图310 用对称分量法分析供电系统的不对称短路用对称分量法分析供电系统的不对称短路 b)正序网络正序网络 c) 负序网络负序网络 d)零序网络零序网络 因此，可作出系统的序网络图如下：因此，可作出系统的序网络图如下：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-64)(3-64) 无论是正常情况或是故障情况，电源发电无论是正常情况或是故障情况，电源发电机的电

50、势总被认为是纯正弦的正序对称电动势，机的电势总被认为是纯正弦的正序对称电动势，不存在负序和零序分量。故各序网络的方程为不存在负序和零序分量。故各序网络的方程为： 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-65)(3-65) 由供电系统的序网络方程可知：由供电系统的序网络方程可知：在求解不对称短路参数中只要确定了短路回路中在求解不对称短路参数中只要确定了短路回路中的序阻抗，根据对称分量法方程组和序网络方程的序阻抗，根据对称分量法方程组和序网络方程组及短路的初始条件可求得相应的短路参数。因组及短路的初始条件可求得相应的短路参数。因此序阻抗的计算是不对称短路计算的关键。此序阻抗的计算是不对称短

51、路计算的关键。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-66)(3-66) 3 3、供电系统元件的各序阻抗、供电系统元件的各序阻抗 1)1) 正序阻抗正序阻抗 正序阻抗即各个元件在三相对称正序阻抗即各个元件在三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称短路时所采用的阻抗值。短路时所采用的阻抗值。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-67)(3-67) 2) 2) 负序阻抗负序阻抗 交流电路中同一静止元件相与相之交流电路中同一静止元件相与相之间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与正序阻抗相

52、等，即正序阻抗相等，即X2=X1。如架空线、电缆、变压。如架空线、电缆、变压器和电抗器等。器和电抗器等。 3) 3) 零序阻抗零序阻抗 系统中的零序电抗取决于零序电系统中的零序电抗取决于零序电流的回路。流的回路。 供电系统各类元件各序电抗值如表供电系统各类元件各序电抗值如表3-4所示。所示。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-68)(3-68) 表表3-4 各类元件的平均电抗值各类元件的平均电抗值 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-69)(3-69) 供电系统是由各类元件连结组成。它的零序供电系统是由各类元件连结组成。它的零序阻抗与变压器的接法很有关系，所以需要着重

53、分阻抗与变压器的接法很有关系，所以需要着重分析一下变压器的零序电抗。析一下变压器的零序电抗。 变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构，变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构，图图3-11表示双绕组变压器在绕组各种不同接法下表示双绕组变压器在绕组各种不同接法下计算零序阻抗时的接线示意图。根据变压器绕组计算零序阻抗时的接线示意图。根据变压器绕组的不同接法，可以想像开关置于不同的相应位置。的不同接法，可以想像开关置于不同的相应位置。图中图中 分别表示变压器一次绕组与二次绕组电抗，分别表示变压器一次绕组与二次绕组电抗，X为为其励磁电抗。其励磁电抗。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-70

54、)(3-70) 图图311 双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-71)(3-71) 不同接线方式情况下变压器的零序等效电路不同接线方式情况下变压器的零序等效电路 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-72)(3-72) 4 4、不对称短路的计算方法、不对称短路的计算方法 应用对称分量法分析供电系统不对称短路时，应用对称分量法分析供电系统不对称短路时，总共有总共有 、 、 和和 12个变量，而依据个变量，而依据对称分量法和序网络方程组则有对称分量法和序网络方程组则有共共9个方程，再加上不对称短

55、路时的初始条件，即个方程，再加上不对称短路时的初始条件，即可求出供电系统中发生不对称短路时的短路参数。可求出供电系统中发生不对称短路时的短路参数。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-73)(3-73) 5 5、正序等效定则、正序等效定则 正序等效定则就是不对称短路下最大一相短正序等效定则就是不对称短路下最大一相短路电流用正序短路电流分量来表示的方法。即：路电流用正序短路电流分量来表示的方法。即： n相短路时最大一相短路电流周期分量相短路时最大一相短路电流周期分量 该短路类型的正序电流分量值。该短路类型的正序电流分量值。 m(n) 与短路类型有关的系数。与短路类型有关的系数。 Xa

56、 与短路类型有关的附加电抗。与短路类型有关的附加电抗。 E E 电源电势电源电势 。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-74)(3-74)短路类型短路类型三相短路三相短路两相短路两相短路单相接地短路单相接地短路两相接地短路两相接地短路表表3-5 不同类型短路的不同类型短路的Xa、m(n)计算值计算值 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-75)(3-75) 由于正序等效定则的应用，使计算不对称短路由于正序等效定则的应用，使计算不对称短路电流变得非常简捷。因此，计算供电系统不对称短电流变得非常简捷。因此，计算供电系统不对称短路电流可按下列步骤进行：路电流可按下列步骤进行：

57、 1) 求出短路点至供电电源的序阻抗，作出各序等效求出短路点至供电电源的序阻抗，作出各序等效网络图，忽略电阻，可得网络图，忽略电阻，可得X1、X2、X0。2) 根据短路类型确定根据短路类型确定Xa和和m(n)的算式，进行计算的算式，进行计算。3) 计算短路参数计算短路参数 等。等。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-76)(3-76) 六、感应电动机对短路电流的影响六、感应电动机对短路电流的影响 在计算靠近电动机处发生三相短路的冲击电在计算靠近电动机处发生三相短路的冲击电流时，应把电动机作为附加电动势来考虑。因为流时，应把电动机作为附加电动势来考虑。因为当电网发生三相短路时，短路

58、点的电压为零，接当电网发生三相短路时，短路点的电压为零，接在短路点附近的电动机因端电压的消失而转速下在短路点附近的电动机因端电压的消失而转速下降，但由于电动机有较大的惯性，其转速不可能降，但由于电动机有较大的惯性，其转速不可能立即下降到零，故此时出现电动机的反电动势大立即下降到零，故此时出现电动机的反电动势大于该点电网的剩余电压，它相当于发电机，电动于该点电网的剩余电压，它相当于发电机，电动机有反馈电流送到短路点。如图机有反馈电流送到短路点。如图3-13所示。所示。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-77)(3-77) 图图313 计算感应电动机端点上短路时的短路电流计算感应电动

59、机端点上短路时的短路电流 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-78)(3-78) 电动机向短路点反馈的冲击电流为电动机向短路点反馈的冲击电流为式中式中 电动机的次暂态电动势，一般为电动机的次暂态电动势，一般为0.9； 电动机的次暂态电抗。电动机的次暂态电抗。 为电动机的额定电流；为电动机的额定电流； 短路电流冲击系数，对高压电动机取短路电流冲击系数，对高压电动机取 1.41.6，对低压电动机取，对低压电动机取1。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-79)(3-79) 因为感应电动机供给的反馈短路电流衰减很因为感应电动机供给的反馈短路电流衰减很快，所以只考虑对短路冲击电

60、流的影响。当计及快，所以只考虑对短路冲击电流的影响。当计及感应电动机的反馈冲击电流，系统短路电流冲击感应电动机的反馈冲击电流，系统短路电流冲击值为值为一般在工程计算中，如果在短路点附近所接的感一般在工程计算中，如果在短路点附近所接的感应电动机容量在应电动机容量在100 kW以上（或总容量在以上（或总容量在100 kW以上的电动机群），当以上的电动机群），当 值为短路冲击电流值为短路冲击电流 的的5以上时需考虑其影响。以上时需考虑其影响。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-80)(3-80) 七、供电系统中电气设备的选择及校验七、供电系统中电气设备的选择及校验1、短路电流的力效应和

61、热效应、短路电流的力效应和热效应1）短路电流的力效应）短路电流的力效应 两根平行敷设的载流导体，当其通过电流两根平行敷设的载流导体，当其通过电流i1、i2时，时，它们之间的作用力它们之间的作用力F为为:式中式中 i1、i2 载流体中通过的电流载流体中通过的电流(A)； l 平行敷设的载流体长度平行敷设的载流体长度(m)； a 两载流体轴线间的距离两载流体轴线间的距离(m)； k k 与载流体形状和相对位置有关的系数。与载流体形状和相对位置有关的系数。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-81)(3-81) 图图314 矩形母线的形状系数曲线矩形母线的形状系数曲线 k k 值的选取：

62、值的选取：n对园形、管形导体对园形、管形导体 k k =1=1。n对其它截面查曲线图对其它截面查曲线图3-143-14确定。确定。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-82) 如果三相载流导体水平敷设在同一平面上，如果三相载流导体水平敷设在同一平面上，且三相短路电流且三相短路电流 、 、 流过各相导体时，根流过各相导体时，根据两平行导体间同相电流力相吸，异向电流力相据两平行导体间同相电流力相吸，异向电流力相斥的原理，标出各载流体的受力情况如图斥的原理，标出各载流体的受力情况如图3-15所示，所示，显然中间相受力最大。显然中间相受力最大。 图图315 平行敷设的三相载流导体的短路受力

63、分析平行敷设的三相载流导体的短路受力分析 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-83)(3-83) 可以证明，平行敷设的三相矩形母线在短路可以证明，平行敷设的三相矩形母线在短路时受力最严重的中间相所受电动力的计算式为：时受力最严重的中间相所受电动力的计算式为：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-84)(3-84)2)2)短路电流的热效应短路电流的热效应设短路过程是一个绝热过程；设短路过程是一个绝热过程；0 0为导体周围介质温度；为导体周围介质温度；N N为导体通过额定电流时的额定温为导体通过额定电流时的额定温度；度；N N= =N N- -0 0 额定温升；额定温升；t

64、t1 1- -t t0 0为短路持续时间；为短路持续时间；k k为导体由于短路电流作用产生温为导体由于短路电流作用产生温升升（K K= =K K- -N N）； k k为导体由于短路电流作用达到的为导体由于短路电流作用达到的最高温度。最高温度。短路后导体温度对时间短路后导体温度对时间 的变化曲线的变化曲线第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-85)(3-85) 所谓热稳定校验，就是比较导体材料所允许所谓热稳定校验，就是比较导体材料所允许温度温度Nmax与与导体由于短路电流作用达到的最高导体由于短路电流作用达到的最高温度温度k，以满足，以满足kNmax条件为合格。条件为合格。 不同的载

65、流导体最大允许温度不同的载流导体最大允许温度Nmax参考教材参考教材P81表表3-33-3所示。所示。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-86) 由于假设短路过程是一个绝热过程由于假设短路过程是一个绝热过程（即短路（即短路过程产生的热量全部转化为导体的温升）过程产生的热量全部转化为导体的温升）即短路即短路过程的热平衡方程为：过程的热平衡方程为：式中式中 I Ikt kt 短路全电流的有效值；短路全电流的有效值； R R 导体的电阻导体的电阻。n短路电流流作用产生的热量：短路电流流作用产生的热量：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-87) 由于短路全电流的有效值由于短路全

66、电流的有效值Ikt在整个短路过程在整个短路过程中并不是常数，特别是发电机端短路，其变化比中并不是常数，特别是发电机端短路，其变化比较复杂，为了便于计算，工程上通常用短路稳态较复杂，为了便于计算，工程上通常用短路稳态分量的有效值分量的有效值I代替代替Ikt，则：，则：式中式中 t tj j 短路电流作用的假想时间；短路电流作用的假想时间； t tjz jz 短路电流周期分量作用的假想时间；短路电流周期分量作用的假想时间； t tjfijfi 短路电流非周期分量作用的假想时间。短路电流非周期分量作用的假想时间。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-88)(3-88) 由于无限大容量电源供

67、电的用户供电系统短由于无限大容量电源供电的用户供电系统短路电流的周期分量保持不变，即路电流的周期分量保持不变，即 ；周期分；周期分量的包络线是与坐标横轴平行的直线。因此，周量的包络线是与坐标横轴平行的直线。因此，周期分量的假想时间期分量的假想时间 tjz与短路电流持续的时间与短路电流持续的时间 t 相相同，也就是保护装置的动作时间同，也就是保护装置的动作时间 tb 和断路器切断和断路器切断电路的固有分闸时间电路的固有分闸时间t tQF之和，即之和，即 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-89)(3-89) 保护装置的动作时间保护装置的动作时间 将在第五章阐明。将在第五章阐明。 断路

68、器的固有分闸时间是指脱扣线圈接通到断路器的固有分闸时间是指脱扣线圈接通到各相触头完全息弧所需的时间各相触头完全息弧所需的时间（P228附表附表15）。在缺。在缺乏适当数据且保护装置无延时要求时，对于快速乏适当数据且保护装置无延时要求时，对于快速及中速动作的断路器及中速动作的断路器 t =0.150.15s ；慢速动作的断路；慢速动作的断路器器 t =0.2=0.2s。 非周期分量的假想时间非周期分量的假想时间tjfijfi可计算如下可计算如下:第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-90)(3-90)当当t t 0.10.1s s, , 且且T Tfi fi =0.05=0.05s s

69、时时由于无限大容量电源供电系统由于无限大容量电源供电系统 故：故：t tjfijfi=0.05s=0.05s由于由于所以所以第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-91)(3-91) 在无限大容量电源供电系统中，当在无限大容量电源供电系统中，当 tjz 1s，由于非，由于非周期分量衰减较快，产生的热量有限，相对周期分量衰减较快，产生的热量有限，相对 Qkfikfi 可以可以忽略。忽略。 根据上述分析，短路过程的热平衡方程如下：根据上述分析，短路过程的热平衡方程如下：n导体温度升高导体温度升高k k所吸收的热量：所吸收的热量：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-92)(3-9

70、2)式中式中 A 导体的截面积；导体的截面积； 导体的长度；导体的长度； 导体材料的密度；导体材料的密度； 导体材料的电阻率，该值实际上是温度的函数，导体材料的电阻率，该值实际上是温度的函数， 即即 ；其中；其中0 是是 0 时的电时的电 阻率，阻率， 是是0的温度系数；的温度系数； c 导体的比热容，导体的比热容， ，其中，其中c0是导体材料是导体材料 在在0时的比热容，时的比热容，是是c0的温度系数。的温度系数。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-93) 整理上式并积分后可得：整理上式并积分后可得：式中式中 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-94)(3-94)

71、图图317 M=f()关系曲线关系曲线 在导体的材料确定后，在导体的材料确定后，M M 值仅为温度的函数，值仅为温度的函数，即即 为了使为了使M Mk k、M MN N的计算简的计算简化，工程设计中通常是化，工程设计中通常是将不同材料导体的将不同材料导体的关系作出曲线，如图所关系作出曲线，如图所示。示。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-95)(3-95) 载流导体载流导体热稳定校验的热稳定校验的步骤可表述为：步骤可表述为：a)从纵坐标上找出导体在正常负从纵坐标上找出导体在正常负b) 荷电流时的温度荷电流时的温度N值。值。b) 由由 向右查得对应于该导体材向右查得对应于该导体材

72、料料 曲曲线线上上的的 a 点点，进进 而求出横坐标上的而求出横坐标上的MN值。值。c) 根据下式计算出根据下式计算出d) 由由 值值查查出出对对应应 曲曲线线 上的上的 b 点，进而求出纵坐标上点，进而求出纵坐标上 的的k值。值。 图图3 318 18 由由N N查查k k的步骤说明的步骤说明第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-96)(3-96) n载流导体和电器设备承受短路电流作用时载流导体和电器设备承受短路电流作用时满足热稳定的条件是：满足热稳定的条件是： 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-97)(3-97) 在工程设计中，为了简化计算，对于载流导体在工程设计中

73、，为了简化计算，对于载流导体常采用在满足短路时发热的最高允许温度下所需导常采用在满足短路时发热的最高允许温度下所需导体的最小截面体的最小截面Amin来校验导体的热稳定性。即：来校验导体的热稳定性。即：式中式中 与导体材料有关的热稳定系数，与导体材料有关的热稳定系数， 如表如表3-3所示。所示。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-98)(3-98) 表表3-3 导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-99)(3-99) 对于一般电器设备，在出厂前都要进行热稳对于一般电器设备，在

74、出厂前都要进行热稳定试验，从而确定了设备在定试验，从而确定了设备在 t 时间内允许通过热时间内允许通过热稳定电流稳定电流 It 数值，根据短路电流热效应的等效法，数值，根据短路电流热效应的等效法，即：即：或：或：式中式中 设备出厂时设备出厂时 t 秒的热稳定试验电流。秒的热稳定试验电流。 t 设备出厂时热稳定试验时间。设备出厂时热稳定试验时间。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-100)(3-100)2 2、供电系统中电气设备的选择及校验、供电系统中电气设备的选择及校验1) 1) 按正常工作条件选择时要根据以下几个方面按正常工作条件选择时要根据以下几个方面: : a) a) 环境环

75、境 供电系统的电气设备在制造上分户内供电系统的电气设备在制造上分户内 型及户外型，户外型设备工作条件较恶劣，型及户外型，户外型设备工作条件较恶劣， 户内型设备不能用于户外。此外，还应考虑户内型设备不能用于户外。此外，还应考虑 防腐、防爆、防尘、防火及海拔等要求防腐、防爆、防尘、防火及海拔等要求. .b) b) 电压电压 通常一般电气设备允许的最高工作电通常一般电气设备允许的最高工作电 压为设备额定电压的（压为设备额定电压的（1.11.11.151.15）倍，在选）倍，在选 择电气设备的额定电压时，应满足：择电气设备的额定电压时，应满足：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-101)(

76、3-101)c) 电流电流 电气设备的额定电流是指在规定的环境电气设备的额定电流是指在规定的环境温度温度0（0一般由设备生产厂家规定）下，电一般由设备生产厂家规定）下，电气设备长期允许通过的电流。选择设备或载流导气设备长期允许通过的电流。选择设备或载流导体时应满足：体时应满足： 式中式中 I INetNet 设备铭牌标出的额定电流；设备铭牌标出的额定电流； I Irmax rmax 设备或载流导体长期通过的最大设备或载流导体长期通过的最大 工作电流。工作电流。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-102)(3-102) 目前我国普通电器产品的额定电流所规定的环目前我国普通电器产品的额

77、定电流所规定的环境温度为境温度为0=40，如果电气设备或载流导体所处，如果电气设备或载流导体所处的周围环境温度是的周围环境温度是1时，则设备或载流导体允许通时，则设备或载流导体允许通过电流过电流 可修正如下：可修正如下：式中式中 N.max、1 分别为设备或载流导体在长期工作分别为设备或载流导体在长期工作 时允许的最高温度和实际环境温度。时允许的最高温度和实际环境温度。 0 0 设备或载流导体在长期工作的环境温度。设备或载流导体在长期工作的环境温度。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-103)(3-103) 2)2)按短路情况进行动稳定和热稳定校验按短路情况进行动稳定和热稳定校验a

78、)a)动稳定校验动稳定校验 即以设备出厂时的最大动稳定试即以设备出厂时的最大动稳定试验电流与短路电流的冲击电流相比，且验电流与短路电流的冲击电流相比，且式中式中 iet 设备出厂时的最大动稳定试验电流幅值。设备出厂时的最大动稳定试验电流幅值。 设备在系统中安装处的短路冲击电流设备在系统中安装处的短路冲击电流。某些电气设备某些电气设备(例如电流互感器例如电流互感器)由制造厂家提供由制造厂家提供动稳定倍数动稳定倍数kd，选择设备时要求：，选择设备时要求：式中式中 IN1TA电流互感器一次侧的额定电流。电流互感器一次侧的额定电流。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-104)(3-104

79、) b)热稳定校验热稳定校验 热稳定应满足式热稳定应满足式(3-75)的要求。的要求。对电流互感器则要满足下面的热稳定关系对电流互感器则要满足下面的热稳定关系式中式中 kt 产品目录中给定的热稳定倍数；产品目录中给定的热稳定倍数； IN1TA 电流互感器一次侧额定电流电流互感器一次侧额定电流； t 由产品目录中给定的热稳定试验时间。由产品目录中给定的热稳定试验时间。3) 3) 电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验 在工程设计中，选择各类电气设备和载流导在工程设计中，选择各类电气设备和载流导体时，除了上述的基本条件外，还应考虑它们在体时，除了上述的基本条件外，还应考虑它们在供电系统中不同的功

80、能，根据其特殊的工作条件供电系统中不同的功能，根据其特殊的工作条件进行校验。进行校验。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-105)(3-105) 表表3-4 选择电气设备时选择电气设备时 应校验的项目应校验的项目 F 高压断路器（高压断路器（QF)QF) 高压断路器是供电系统中最重要的开关电器高压断路器是供电系统中最重要的开关电器之一。之一。 QFQF的作用是的作用是：系统正常工作时，切、合负载：系统正常工作时，切、合负载 回路电流；故障时，切除故障回路电流；故障时，切除故障 电流；电流； QFQF的结构特征的结构特征：具有灭弧能力，因此可以带：具有灭弧能力，因此可以带 负荷操作负

81、荷操作（六氟化硫（六氟化硫F F6 6S S、真空）、真空）。 所以在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、所以在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、 额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验 其断流容量。其断流容量。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-106)(3-106)第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-107)(3-107)按工作环境选型按工作环境选型 按使用地点的条件选择，如户内式、户外式，按使用地点的条件选择，如户内式、户外式， 在井下及具有爆炸危险的地点要选择防爆型的在井下及具有爆炸危险的地点要选择防爆型的 设

82、备。设备。按正常工作条件选择按正常工作条件选择 断路器的额定电压断路器的额定电压 断路器的额定电流断路器的额定电流 断路器的断流容量断路器的断流容量第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-108)(3-108) 按短路电流校验动、热稳定性按短路电流校验动、热稳定性 动稳定性校验动稳定性校验 若要断路器在通过最大短若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值大动稳定试验电流峰值 不小于断路器安不小于断路器安装处的短路电流冲击值装处的短路电流冲击值 ，即，即 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-109

83、)(3-109) 热稳定性校验热稳定性校验 当断路器在通过最大短路当断路器在通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：许温度，应满足：式中式中 ， t t 分别为断路器出厂的热稳定分别为断路器出厂的热稳定 试验电流及该电流所对应的试验电流及该电流所对应的 热稳定时间；热稳定时间； ， t tj j 分别为断路器安装处的短路分别为断路器安装处的短路 稳态电流及短路电流的持续稳态电流及短路电流的持续 假想时间。假想时间。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-110)(3-110) 断路器的额定断流容量是可靠切除短路故障断路

84、器的额定断流容量是可靠切除短路故障的关键参数。因此，断路器的额定断流容量应大的关键参数。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏。在分断故障电流时不至于损坏。即即 断路器额定断流容量的大小，取决于断路器断路器额定断流容量的大小，取决于断路器灭弧装置的结构和尺寸。如果断路器安装在较其灭弧装置的结构和尺寸。如果断路器安装在较其额定电压低的电网中使用时，其断流容量相应降额定电压低的电网中使用时，其断流容量相应降低。低。即即 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-111)(3-111) 在用户

85、高压配电网中，也有采用在用户高压配电网中，也有采用负荷开关负荷开关与熔断器与熔断器配合使用，以配合使用，以替代断路器替代断路器。负荷开关负荷开关的灭弧装置简单，断流容量较小，只适宜于切、的灭弧装置简单，断流容量较小，只适宜于切、合线路的负荷电流，不能切断短路电流。切断合线路的负荷电流，不能切断短路电流。切断短路电流要依靠与它配套的高压熔断器来实现。短路电流要依靠与它配套的高压熔断器来实现。这种与负荷开关配套的高压熔断器的选择原则这种与负荷开关配套的高压熔断器的选择原则与高压供电系统中选择高压熔断器的原则相同，与高压供电系统中选择高压熔断器的原则相同，并需要校验它的断流能力，即熔断器的分断容并需

86、要校验它的断流能力，即熔断器的分断容量要大于熔断器安装处的最大三相短路容量。量要大于熔断器安装处的最大三相短路容量。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-112)(3-112)n由于负荷开关一般情况下多与熔断器配合使由于负荷开关一般情况下多与熔断器配合使 用，故选择负荷开关只需按照上述选择电气用，故选择负荷开关只需按照上述选择电气 设备的一般条件进行，不需进行动稳定和热设备的一般条件进行，不需进行动稳定和热 稳定校验。稳定校验。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-113)(3-113) F 高压隔离开关高压隔离开关（QS)QS) 隔离开关在供电系统中只用于接通和开断没隔

87、离开关在供电系统中只用于接通和开断没有负荷电流流过的电路，有负荷电流流过的电路，它的作用是为保证电气它的作用是为保证电气设备检修时，使需检修的设备与处于电压下的其设备检修时，使需检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器分断弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器分断以后才能进行。以后才能进行。 隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进行动稳定和热稳定的校验。行动稳定和热稳

88、定的校验。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-114)(3-114)按工作环境选型按工作环境选型按正常工作条件选择按正常工作条件选择 隔离开关的额定电压隔离开关的额定电压 隔离开关的额定电流隔离开关的额定电流 按短路电流校验动、热稳定性按短路电流校验动、热稳定性 动稳定性校验动稳定性校验 热稳定性校验热稳定性校验 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-115)(3-115)F电流互感器电流互感器 (TA)(TA) 在高压电网中，计量仪表的电流线圈在高压电网中，计量仪表的电流线圈( (如电流表、如电流表、功率表等功率表等) )和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通和继电保护

89、装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。化。 由于测量仪表和继电保护对准确度要求不同，故也由于测量仪表和继电保护对准确度要求不同，故也有电流互感器设有一个一次线圈、两个铁心和两个不同有电流互感器设有一个一次线圈、两个铁心和两个不同准确度的二次线圈，准确度高的接测量仪表用于计量，准确度的二次线圈，准确度高的接测量仪表用于计量，低的用于继电保护。低的用于继电保护。 电流互感器的绕组线圈可以长期通过电流互感器的绕组线圈

90、可以长期通过120的额定的额定电流而不致造成故障。电流而不致造成故障。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-116)(3-116) 电流互感器的选择电流互感器的选择 根据二次设备对互感器的精度等级要求以及根据二次设备对互感器的精度等级要求以及安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷电流来选，并按短路条件校验其动、热稳定性。电流来选，并按短路条件校验其动、热稳定性。电流互感器的额定电压应大于或等于安装地点电流互感器的额定电压应大于或等于安装地点 的电网额定电压。的电网额定电压。电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线电流互感器一次侧的额定电

91、流应大于或等于线 路最大工作电流的路最大工作电流的1.21.5倍。倍。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-117)(3-117)电流互感器的精度电流互感器的精度电流互感器的精度等级：电流互感器的精度等级： 0.2 0.2级级;0.5;0.5级级;1;1级级;3;3级级; ;电流互感器的测量误差：电流互感器的测量误差： 影响影响 大小的因素：大小的因素： （铁磁材料、制造工艺、二次侧所接的负荷大小）（铁磁材料、制造工艺、二次侧所接的负荷大小）电流互感器的精度选择除满足用途要求外，还要电流互感器的精度选择除满足用途要求外，还要考虑二次侧所接的负荷大小。考虑二次侧所接的负荷大小。第第3

92、3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-118)(3-118) 电流互感器二次侧所接的负荷大小即与它接电流互感器二次侧所接的负荷大小即与它接入的阻抗入的阻抗 Z Z2 2大小有关。对于同一精度的电流互感大小有关。对于同一精度的电流互感器，如果二次侧接入的阻抗不同，直接影响其测器，如果二次侧接入的阻抗不同，直接影响其测量精度。即：量精度。即： 如果二次侧接入的阻抗功率消耗如果二次侧接入的阻抗功率消耗 。则电流互感器的测量精度将会降低。在应用时，则电流互感器的测量精度将会降低。在应用时，应按准确度等级允许的额定容量应按准确度等级允许的额定容量 S SNTA NTA 选定二次侧选定二次侧的接入负荷的

93、接入负荷Z Z2 2，以保证电流互感器在运行中的测量以保证电流互感器在运行中的测量精度。精度。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-119)(3-119) 电流互感器的动、热稳定性校验电流互感器的动、热稳定性校验 动稳定性校验动稳定性校验 热稳定性校验热稳定性校验 校验短路冲击电流通过它一次侧绕组时在出线校验短路冲击电流通过它一次侧绕组时在出线 瓷帽处出现的应力瓷帽处出现的应力 F 是否低于绝缘瓷帽上给定是否低于绝缘瓷帽上给定 的最大允许应力的最大允许应力Fal, Fal为产品说明书上给出的数据。为产品说明书上给出的数据。0.5是考虑互感器所受的外部冲是考虑互感器所受的外部冲 击力在

94、其绝缘瓷帽与间距为击力在其绝缘瓷帽与间距为l的两绝缘子之间的分布系数的两绝缘子之间的分布系数。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-120)(3-120)F电压互感器电压互感器 (TV) (TV) 电压互感器在供电系统中是用来测量高电电压互感器在供电系统中是用来测量高电压的，其一次绕组与高压电网并联。压的，其一次绕组与高压电网并联。 电压互感器二次侧不能短路运行。为了保电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，一般工程设计中在高、低压两护电压互感器，一般工程设计中在高、低压两侧均装设熔断器来切除内部故障。侧均装设熔断器来切除内部故障。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算

95、(3-121)(3-121) 电压互感器的选择项目如下：电压互感器的选择项目如下：额定电压要与供电电网的额定电压相同。额定电压要与供电电网的额定电压相同。合适的类型：户内型、户外型。合适的类型：户内型、户外型。应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧 允许接入的负荷。即：允许接入的负荷。即：式中式中 及及 为二次侧所连接仪表并联线圈所消耗的功率为二次侧所连接仪表并联线圈所消耗的功率 及其功率因数。此值可查有关手册得到。及其功率因数。此值可查有关手册得到。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-122)(3-122) 电压互感器的测量误差是随

96、二次侧的负荷不同电压互感器的测量误差是随二次侧的负荷不同而改变的。同一互感器在不同的准确度等级下工作而改变的。同一互感器在不同的准确度等级下工作时，有不同的容量。一般互感器的容量通常只有几时，有不同的容量。一般互感器的容量通常只有几十几百伏安。所谓互感器的额定容量，是指对应十几百伏安。所谓互感器的额定容量，是指对应于最高准确度等级时的容量。如果降低准确度等级，于最高准确度等级时的容量。如果降低准确度等级，互感器的容量可以相应增大互感器的容量可以相应增大。 由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路的力稳定和热稳定校验。行短路的力稳定和热稳定校验。第第

97、3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-123)(3-123)F 母线母线 目前变电站的母线除因大电流用铜母线以外，目前变电站的母线除因大电流用铜母线以外，大都采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统大都采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的中性线则有时也采用钢母线。的中性线则有时也采用钢母线。 母线的形状有圆形、矩形和楔形，如图所示。母线的形状有圆形、矩形和楔形，如图所示。 图图3 319 19 母线在绝缘子上的设置母线在绝缘子上的设置 a a）单条矩形）单条矩形 b) b) 两条矩形两条矩形 c) c) 楔形楔形第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-124)(3-124)

98、 母线截面一般按满足长期最大工作电流的发热条母线截面一般按满足长期最大工作电流的发热条件选择，对于平均负荷较大，线路较长的主母线，件选择，对于平均负荷较大，线路较长的主母线，则可按经济电流密度选择。同时用短路条件校验则可按经济电流密度选择。同时用短路条件校验其动稳定和热稳定性其动稳定和热稳定性。 母线的选择：母线的选择： 按允许载流量选择：按允许载流量选择： 按经济电流密度选择：按经济电流密度选择：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-125)(3-125) 母线的动稳定校验母线的动稳定校验 母线的动稳定应满足：母线的动稳定应满足：母线的热稳定校验母线的热稳定校验 母线的最小截面应满

99、足：母线的最小截面应满足： n短路产生的弯曲应力计算：短路产生的弯曲应力计算：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-126)(3-126)式中：式中： M M 最大弯曲力矩最大弯曲力矩 （N.mN.m） 母线的截面系数母线的截面系数（m m3 3）支柱式绝缘子在四个及以上支柱式绝缘子在四个及以上支柱式绝缘子在三个及以下支柱式绝缘子在三个及以下矩形母线竖放矩形母线竖放矩形母线横放矩形母线横放直径为直径为 d d 的圆形母线的圆形母线第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-127)(3-127) al 母线材料的允许应力母线材料的允许应力 (N(Nm m2 2) )； 铜为铜为

100、40010400105 5N Nm m2 2； 铝为铝为 (500(500700)10700)105 5N Nm m2 2； 钢为钢为 1000101000105 5N Nm m2 2。 n如如不满足式不满足式 时，就需采用一定措施：如时，就需采用一定措施：如限制短路电流；变更母线放置方式以增大限制短路电流；变更母线放置方式以增大；增大；增大母线相间距离；减小绝缘子间的跨距或增大母线截母线相间距离；减小绝缘子间的跨距或增大母线截面等。其中最经济有效的方法就是减小绝缘子之间面等。其中最经济有效的方法就是减小绝缘子之间的跨距。的跨距。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-128)(3-1

101、28) 根据母线的机械强度的条件来计算绝缘子的根据母线的机械强度的条件来计算绝缘子的最大可能跨距最大可能跨距 lamx 的方法如下：的方法如下：由：由：式中式中 f单位长度所受的电动力单位长度所受的电动力(N(Nm)m)。因此因此设支柱式绝缘子在四个及以上时：设支柱式绝缘子在四个及以上时： 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-129)(3-129) 故故代入解之得代入解之得n在工程设计中，只要满足母线支柱式绝缘子间在工程设计中，只要满足母线支柱式绝缘子间的实际跨距不大于的实际跨距不大于 即可满足母线动稳定要即可满足母线动稳定要求。求。（一般母线支柱式绝缘子间的实际跨距通（一般母线支

102、柱式绝缘子间的实际跨距通常为配电装置间隔的宽度）常为配电装置间隔的宽度）4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-1) 继电保护的基本概念继电保护的基本概念一、继电保护一、继电保护 所谓继电保护，泛指继电保护的技术和由各种继电所谓继电保护，泛指继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统，具体包括：继电保护的设计、保护设备组成的保护系统，具体包括：继电保护的设计、配置、整定、调试等技术；从获取电量信息的互感器二配置、整定、调试等技术；从获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸线圈的一整次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸线圈的一整套设备。如果需要利用通信手段传送信息，还

103、包括通信套设备。如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。设备。 继电保护装置是一种能反映供电系统中电气元件继电保护装置是一种能反映供电系统中电气元件（电力线路、变压器、母线、用电设备等）发生故障或（电力线路、变压器、母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。如图的自动装置。如图4-1所示，继电保护装置由三部分组所示，继电保护装置由三部分组成：成： 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-2) 图图4-1 继电保护装置的组成框图继电保护装置的组成框图 1. 测量比较部分测量比较部分 测量通过被保护

104、对象的物理量，测量通过被保护对象的物理量，适当处理后并与给定的值进行比较，根据比较的结果给适当处理后并与给定的值进行比较，根据比较的结果给出出“是是”或或“非非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。装置是否应该启动。 2. 逻辑判断部分逻辑判断部分 根据测量比较部分各输出量的大根据测量比较部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、出现顺序、持续时间等，使保护小、性质、逻辑状态、出现顺序、持续时间等，使保护装置按一定逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定装置按一定逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将有关指是否应使

105、断路器跳闸、发出信号或不动作，并将有关指令传给执行输出部分。令传给执行输出部分。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-3) 3. 执行输出部分执行输出部分 根据逻辑判断部分传来的指令，根据逻辑判断部分传来的指令，最后完成继电保护所担负的任务。如：故障时动作于跳最后完成继电保护所担负的任务。如：故障时动作于跳闸；不正常运行时发出信号；正常运行时不动作等。闸；不正常运行时发出信号；正常运行时不动作等。 要完成继电保护的基本任务，必须首先区分供电系要完成继电保护的基本任务，必须首先区分供电系统的正常、不正常和故障三种运行状态，并甄别出发生统的正常、不正常和故障三种运行状态，并甄别出发生故障和出现

106、异常的电气元件。为此，必须寻找电气元件故障和出现异常的电气元件。为此，必须寻找电气元件在这三种运行状态下的可测参量（继电保护主要测电气在这三种运行状态下的可测参量（继电保护主要测电气量）的量）的“差异差异”，提取和利用这些，提取和利用这些“差异差异”，实现对正，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速区分。目前，已经发常、不正常工作和故障元件的快速区分。目前，已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电气现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电气元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值等。依据这些可测电气量

107、的差异，电压幅值、序电压幅值等。依据这些可测电气量的差异，就形成了继电保护的基本原理，这也是实现保护装置动就形成了继电保护的基本原理，这也是实现保护装置动作的关键作的关键。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-4) 继电保护一般应满足以下四个基本要求：继电保护一般应满足以下四个基本要求：1. 可靠性可靠性 可靠性是指继电保护该动作时应动作、不该动作时可靠性是指继电保护该动作时应动作、不该动作时不动作，这是对继电保护最基本的要求。继电保护的可不动作，这是对继电保护最基本的要求。继电保护的可靠性可以用拒动率、误动率来衡量，显然，拒动率及误靠性可以用拒动率、误动率来衡量，显然，拒动率及误动率愈小

108、，则保护的可靠性愈高。动率愈小，则保护的可靠性愈高。 为保证可靠性，宜选用性能满足要求、原理尽可能为保证可靠性，宜选用性能满足要求、原理尽可能简单的保护方案，应采用由可靠的硬件和软件构成的装简单的保护方案，应采用由可靠的硬件和软件构成的装置，并应具有必要的自动监测、闭锁、报警等措施。置，并应具有必要的自动监测、闭锁、报警等措施。2. 灵敏性灵敏性 灵敏性是指在设备的被保护范围内发生金属性短路灵敏性是指在设备的被保护范围内发生金属性短路时，继电保护装置应具有必要的反应能力，通常以灵敏时，继电保护装置应具有必要的反应能力，通常以灵敏系数来衡量。灵敏系数应根据最小正常运行方式和不利系数来衡量。灵敏系

109、数应根据最小正常运行方式和不利的故障类型来计算。的故障类型来计算。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-5) 在国家标准在国家标准GB14285-2006继电保护和安全自动继电保护和安全自动装置技术规程中，对各类继电保护的灵敏系数要求都装置技术规程中，对各类继电保护的灵敏系数要求都做了具体的规定，一般要求其在做了具体的规定，一般要求其在1.22之间。高灵敏度之间。高灵敏度的保护装置使故障易于反应，从而减小了故障对系统的的保护装置使故障易于反应，从而减小了故障对系统的影响和波及范围；但高灵敏度的保护装置比较复杂，有影响和波及范围；但高灵敏度的保护装置比较复杂，有可能使继电保护的可靠性降低。可

110、能使继电保护的可靠性降低。3. 选择性选择性 选择性是指首先由故障设备的继电保护切除故障，选择性是指首先由故障设备的继电保护切除故障，当故障设备的继电保护或断路器拒动时，才允许由相邻当故障设备的继电保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备的继电保护切除故障。如图设备的继电保护切除故障。如图4-2所示的单端供电系所示的单端供电系统中，当统中，当k2点短路时，继电保护动作只应使断路器点短路时，继电保护动作只应使断路器QF2跳闸来切除故障线路。跳闸来切除故障线路。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-6) 图图4-2 继电保护选择性动作的图示继电保护选择性动作的图示 当当k1点发生短路时，只应使断路器

111、点发生短路时，只应使断路器QF1跳闸，切除跳闸，切除电动机电动机M，而其它断路器不跳闸；但是若由于某种原因，而其它断路器不跳闸；但是若由于某种原因造成造成QF1跳不开，上级线路的继电保护动作（起到远后跳不开，上级线路的继电保护动作（起到远后备作用）才跳开备作用）才跳开QF2，那么相对的停电范围也较小，这，那么相对的停电范围也较小，这种保护的动作也是有选择性的。种保护的动作也是有选择性的。 为保证选择性，对相邻设备有配合要求的继电保护，为保证选择性，对相邻设备有配合要求的继电保护，其灵敏系数及动作时间应相互配合。在某些条件下必须其灵敏系数及动作时间应相互配合。在某些条件下必须加速切除故障时，可使

112、保护无选择动作，但必须采取补加速切除故障时，可使保护无选择动作，但必须采取补救措施，例如采用自动重合闸或备用电源等装置自动投救措施，例如采用自动重合闸或备用电源等装置自动投入来补救。入来补救。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-7) 4. 速动性速动性 速动性是指继电保护应能尽快地切除短路故障。其速动性是指继电保护应能尽快地切除短路故障。其目的是提高电力系统稳定性，减轻故障设备的损坏程度，目的是提高电力系统稳定性，减轻故障设备的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。设备自动投入的效果等。 故障切除时

113、间等于继电保护装置与断路器的动作时故障切除时间等于继电保护装置与断路器的动作时间之和，一般快速保护的动作时间为间之和，一般快速保护的动作时间为0.060.12秒，最快秒，最快可达可达0.010.04秒；一般的断路器的动作时间为秒；一般的断路器的动作时间为0.060.15秒，最快可达秒，最快可达0.020.06秒。对大量的中、低压电气设备秒。对大量的中、低压电气设备来说，不一定都采用高速动作的保护。但是有些情形的来说，不一定都采用高速动作的保护。但是有些情形的故障必须快速切除，例如：大容量电动机内部故障、中故障必须快速切除，例如：大容量电动机内部故障、中低压线路导线截面过小而为避免过热不允许延时

114、切除的低压线路导线截面过小而为避免过热不允许延时切除的故障、可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号系统故障、可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号系统有强烈干扰的故障等。有强烈干扰的故障等。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-8) 此外，继电保护除应满足上述基本要求外，还要求此外，继电保护除应满足上述基本要求外，还要求其投资省、便于其投资省、便于整定、调试和运行维护，并尽可能满足整定、调试和运行维护，并尽可能满足系统运行时所要求的灵活性。系统运行时所要求的灵活性。二、继电器与继电特性二、继电器与继电特性 继电保护装置是由若干个继电器组成的。继电器是继电保护装置是由若干个继电器组成的。继电

115、器是一种能自动执行断、续控制的部件，当其输入量达到一一种能自动执行断、续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具如触点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现有对被控电路实现“通通”、“断断”控制的作用。常用继控制的作用。常用继电器的实现原理随相关技术的发展而变化，目前仍在使电器的实现原理随相关技术的发展而变化，目前仍在使用的继电器按实现型式可分为：电磁型、感应型、数字用的继电器按实现型式可分为：电磁型、感应型、数字型等；按照反映的物理量可分为：

116、电流继电器、电压继型等；按照反映的物理量可分为：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、瓦斯（气体）继电器等；按照电器、功率方向继电器、瓦斯（气体）继电器等；按照继电器在保护回路中所起的作用可分为：量度继电器、继电器在保护回路中所起的作用可分为：量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-9) 量度继电器是实现保护的关键测量元件，量度继电量度继电器是实现保护的关键测量元件，量度继电器分过量、欠量继电器。过量继电器如过电流继电器等；器分过量、欠量继电器。过量继电器如过电流继电器等；欠量继

117、电器如低电压继电器等。过电流继电器是供电系欠量继电器如低电压继电器等。过电流继电器是供电系统中主要继电保护统中主要继电保护电流保护电流保护的基本元件，它也的基本元件，它也是反映于一个电气量而动作的简单过量继电器的典型，是反映于一个电气量而动作的简单过量继电器的典型，下面就过电流继电器的构成原理分析来说明一般量度继下面就过电流继电器的构成原理分析来说明一般量度继电器的构成原理。电器的构成原理。图图4-3 过电流继电器的原理框图过电流继电器的原理框图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-10) 如图如图4-3所示，来自电流互感器所示，来自电流互感器TA二次侧的电流二次侧的电流I，加入到过电流继

118、电器的输入端。当电流加入到过电流继电器的输入端。当电流I大于由继电器大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值的安装位置和工作任务而预先给定的动作值Iop时，比较时，比较环节有输出。在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩环节有输出。在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩驱动机械触点的转动与闭合，需要一定的功率和时间，驱动机械触点的转动与闭合，需要一定的功率和时间，继电器有自身固有动作时间（几毫秒），一般的干扰不继电器有自身固有动作时间（几毫秒），一般的干扰不会造成误动；在数字型继电器中，由于其动作速度快、会造成误动；在数字型继电器中，由于其动作速度快、功率小，为提高动作的可靠性并防止干扰信

119、号引起的误功率小，为提高动作的可靠性并防止干扰信号引起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间超动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间超过过23ms时，继电器才能动作于输出。时，继电器才能动作于输出。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-11) 为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变，对继电器有明流在整定值附近波动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。例如图确的动作特性要求。例如图4-4所示，对于过电流继电所示，对于过电流继电器，流过正常状态下的电流器，流过正常状态下的电流I时不

120、动作，输出高电平时不动作，输出高电平E0（或其触点是开的）；只有其流过的电流大于动作电流（或其触点是开的）；只有其流过的电流大于动作电流Iop时才能够迅速起动、稳定可靠地输出低电平时才能够迅速起动、稳定可靠地输出低电平E1（或闭（或闭合其触点）；一旦流过继电器的电流减小，并小于返回合其触点）；一旦流过继电器的电流减小，并小于返回电流电流Ire（其值能够确保继电器复位到初始状态），继电（其值能够确保继电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出高电平器又能立即返回到输出高电平E0（或触点重新打开）。（或触点重新打开）。无论起动和返回，继电器的动作都是明确的，它不可能无论起动和返回，继电器的动作

121、都是明确的，它不可能停留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为停留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为“继电继电特性特性”。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-12) 图图4-4 过电流继电器的继电特性曲线过电流继电器的继电特性曲线 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-13) 返回电流返回电流Ire与起动电流与起动电流Iop的比值称为继电器的返回的比值称为继电器的返回系数系数kre，可表示为，可表示为 为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器的返回系数恒小于流继电器的返回系数恒小于1。在实际应用中，常常要。在实际应用中，常常要

122、求过电流继电器有较高的返回系数，如求过电流继电器有较高的返回系数，如0.850.95。三、继电保护用的电流互感器三、继电保护用的电流互感器 当供电系统设备发生故障或状况异常时，其电流或当供电系统设备发生故障或状况异常时，其电流或电压均会瞬间或永久发生变化。除极少数如温度、压力电压均会瞬间或永久发生变化。除极少数如温度、压力等继电器外，绝大多数继电器的输入量为电流及电压。等继电器外，绝大多数继电器的输入量为电流及电压。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-14) 然而，不可能将继电器直接作用于强电流、高电压然而，不可能将继电器直接作用于强电流、高电压的电力设备上，这就得借助于某些设备例如电流互

123、感器的电力设备上，这就得借助于某些设备例如电流互感器及电压互感器，将强电流、高电压按变比变换为较低的及电压互感器，将强电流、高电压按变比变换为较低的电流、电压，供继电器使用，以满足设备与人身的安全电流、电压，供继电器使用，以满足设备与人身的安全要求，并达到经济设计的目的。要求，并达到经济设计的目的。 互感器二次电流及电压必须与工业规范的要求相配互感器二次电流及电压必须与工业规范的要求相配合，保护用电流互感器在稳态短路电流下的准确性能应合，保护用电流互感器在稳态短路电流下的准确性能应符合符合GB1208电流互感器的有关规定，有些场合还电流互感器的有关规定，有些场合还应符合应符合GB16847保护

124、用电流互感器暂态特性技术要求保护用电流互感器暂态特性技术要求；保护用电压互感器的传变误差及暂态响应应符合；保护用电压互感器的传变误差及暂态响应应符合GB1207电压互感器的有关规定。电压互感器的有关规定。 鉴于供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对鉴于供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对电流互感器的两个重要方面进行介绍。电流互感器的两个重要方面进行介绍。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-15) 1. 电流互感器的电流互感器的10%误差曲线误差曲线 电流互感器的电流误差是指测出的电流电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际对实际电流电流I1的相对误差百分值，即的相对误差百

125、分值，即式中式中kTA为变流比。为变流比。 我国规程规定：保护用电流互感器的电流误差范围我国规程规定：保护用电流互感器的电流误差范围为为10%。一个电流互感器的输出电流幅值、相角和输。一个电流互感器的输出电流幅值、相角和输入量之间的相对误差与接到其二次侧的负荷阻抗入量之间的相对误差与接到其二次侧的负荷阻抗 密密切相关。如果切相关。如果 大，则允许的一次电流对其额定电流大，则允许的一次电流对其额定电流的倍数的倍数k= 就较小，反之，就较小，反之， 小，则允许的小，则允许的 就较大。就较大。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-16) 所谓电流互感器的所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器

126、的电误差曲线，是指互感器的电流误差为流误差为10%时一次电流对其额定电流的倍数时一次电流对其额定电流的倍数k= 与二次侧负荷阻抗与二次侧负荷阻抗 的关系曲线，如图的关系曲线，如图4-5所示。通常所示。通常是按电流互感器接入位置的最大三相短路电流来确定其是按电流互感器接入位置的最大三相短路电流来确定其 值，从相应型号互感器的值，从相应型号互感器的10%曲线中找出横坐曲线中找出横坐标上允许的阻抗欧姆数，使接入二次侧的总阻抗不超过标上允许的阻抗欧姆数，使接入二次侧的总阻抗不超过此此 值，则互感器的电流误差保证在值，则互感器的电流误差保证在10%以内。当然以内。当然与接线方式有关。与接线方式有关。 4

127、.供电系统的保护供电系统的保护 (4-17) 图图4-5 电流互感器的电流互感器的10%误差曲线误差曲线 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-18) 2. 电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式 电流互感器的接线方式是指互感器与电流继电器之电流互感器的接线方式是指互感器与电流继电器之间的联结方式。为了表述流过继电器线圈的电流间的联结方式。为了表述流过继电器线圈的电流IK与电与电流互感器二次电流流互感器二次电流 的关系，引入一个接线系数的关系，引入一个接线系数kkx： kkx= 图图4-6 电流互感器的连接方式电流互感器的连接方式 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-19) 图图4-6

128、a为全星形联结方式，它是利用三个电流互感为全星形联结方式，它是利用三个电流互感器串接三个电流继电器而成，器串接三个电流继电器而成， =1。这种结线方式对。这种结线方式对各种故障都起作用，当短路电流相同时，对所有故障都各种故障都起作用，当短路电流相同时，对所有故障都同样灵敏，对相间短路动作可靠，至少有两个继电器动同样灵敏，对相间短路动作可靠，至少有两个继电器动作。因此它主要用于高压大电流接地系统，以及大型变作。因此它主要用于高压大电流接地系统，以及大型变压器、电动机的差动保护、相间保护和单相接地保护。压器、电动机的差动保护、相间保护和单相接地保护。 图图4-6b为非全星形联结法，它广泛地应用在中

129、性点为非全星形联结法，它广泛地应用在中性点不接地系统中。因为这种联结法对单相接地的误动作率不接地系统中。因为这种联结法对单相接地的误动作率低。低。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-20) 图图4-6c为差接法，应用于中性点不接地系统的变压为差接法，应用于中性点不接地系统的变压器、电动机及线路的相间保护。差接法的接线系数器、电动机及线路的相间保护。差接法的接线系数kkx随不同的短路方式而不同。如发生三相短路时，流过继随不同的短路方式而不同。如发生三相短路时，流过继电器的电流为电器的电流为 ，kkx= ，如图，如图4-7a所示；当所示；当AB或或BC两相短路时，流过继电器的电流为两相短路时

130、，流过继电器的电流为 ，kkx=1，如图，如图4-7b所示；当在所示；当在AC两相短路情况下，流两相短路情况下，流过继电器的电流为过继电器的电流为2 ，kkx=2，如图，如图4-7c所示。因所示。因此，不同的短路情况此，不同的短路情况下，差接法具有不同的灵敏度。下，差接法具有不同的灵敏度。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-21) 图图4-7 差接法过电流保护在不同短路情况下流过继电器的电流差接法过电流保护在不同短路情况下流过继电器的电流a) 三相短路，三相短路，kkx= ； b) AB或或BC两相短路，两相短路，kkx=1； c) AC两相短路，两相短路，kkx=2 4.供电系统的保护

131、供电系统的保护 (4-22) 单端供电网络的保护单端供电网络的保护一、过电流保护一、过电流保护 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。其时限特性有定时限和反时限两种。保护。其时限特性有定时限和反时限两种。1. 定时限过电流保护定时限过电流保护 所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的

132、大小无关。与通过其上电流的大小无关。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-23) (1) 定时限过电流保护的原理接线定时限过电流保护的原理接线 如图如图4-8所示某定时限过电流保护的原理接线，它所示某定时限过电流保护的原理接线，它由电流继电器由电流继电器1KA与与2KA、时间继电器、时间继电器KT和信号继电和信号继电器器KS组成。其中，组成。其中，1KA、2KA是测量元件，用来判断是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保用来发出保护动作的

133、信号。护动作的信号。 正常运行时，正常运行时，1KA、2KA、KT、KS的触点都是断的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，开的，当被保护区故障或电流过大时，1KA或或2KA动作，动作，通过其触点起动时间继电器通过其触点起动时间继电器KT，经过预定的延时后，经过预定的延时后，KT的触点闭合，将断路器的触点闭合，将断路器QF的跳闸线圈的跳闸线圈YR接通，接通，QF跳闸，同时起动了信号继电器跳闸，同时起动了信号继电器KS，信号牌掉下，并接，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。这样，不正常状态或故障被切除。通灯光或音响信号。这样，不正常状态或故障被切除。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-

134、24) 图图4-8 定时限过电流保护的原理接线定时限过电流保护的原理接线a) 原理图原理图 b) 展开图展开图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-25) (2) 工作原理与动作电流工作原理与动作电流 为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电

135、流应大于负荷自起动电流。一般情能够返回，其返回电流应大于负荷自起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。 能使电流继电器起动的最小电流称为继电器的动作能使电流继电器起动的最小电流称为继电器的动作电流，以电流，以 表示。若电流互感器的接线系数为表示。若电流互感器的接线系数为kkx，变，变流比为流比为kTA，则与，则与 相对应的电流互感器一次侧动作电相对应的电流互感器一次侧动作电流以流以Iop表示，且表示，且 = 。 4.供电系统的保护供电系统的保护

136、 (4-26) 另一方面，当保护动作后流入电流继电器的电流将另一方面，当保护动作后流入电流继电器的电流将减小。能使电流继电器返回到原先状态的最大电流称为减小。能使电流继电器返回到原先状态的最大电流称为继电器的返回电流，以继电器的返回电流，以 表示，与这一电流对应的电表示，与这一电流对应的电流互感器一次侧的返回电流以流互感器一次侧的返回电流以Ire表示，有：表示，有： = 。 在供电系统中整定保护装置的电流值时，必须使返在供电系统中整定保护装置的电流值时，必须使返回电流回电流Ire大于线路出现且能持续大于线路出现且能持续12s的尖峰电流，也的尖峰电流，也可考虑为被保护区母线电压恢复后其它非故障线

137、路的电可考虑为被保护区母线电压恢复后其它非故障线路的电动机自起动时所引起的最大电流，这常以计算负荷电流动机自起动时所引起的最大电流，这常以计算负荷电流IC的的 倍来表示。于是，倍来表示。于是， ，再引入可靠系数，再引入可靠系数表示成如下等式表示成如下等式 = ( )式中，可靠系数式中，可靠系数 一般取一般取1.151.25；自起动系数；自起动系数 由由负荷性质及线路接线决定，一般取负荷性质及线路接线决定，一般取1.53。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-27) 将式将式(4-4)代入返回系数表示式代入返回系数表示式(4-1)得电流互感器一得电流互感器一次侧的继电器的动作电流次侧的继电器

138、的动作电流 =则电流互感器二次侧的继电器的动作电流为则电流互感器二次侧的继电器的动作电流为由上式可见，返回系数由上式可见，返回系数kre越小，则保护装置的动作电流越小，则保护装置的动作电流越大，因而其灵敏性就越差，这是不利的。因此，要求越大，因而其灵敏性就越差，这是不利的。因此，要求过电流继电器应有较高的返回系数，工程上一般采用过电流继电器应有较高的返回系数，工程上一般采用0.850.95。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-28) (3) 按选择性要求整定过电流保护的动作时限按选择性要求整定过电流保护的动作时限 各级过电流保护中时间继电器各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶的

139、延时时限是按阶梯原则来整定的。图梯原则来整定的。图4-9为一单端电源供电线路，当为一单端电源供电线路，当k点发点发生短路故障时，设置在定时限过电流装置生短路故障时，设置在定时限过电流装置I中的过电流继中的过电流继电器和装置电器和装置II中的过电流继电器等都将同时动作，但根据中的过电流继电器等都将同时动作，但根据保护动作选择性要求，应该由距离保护动作选择性要求，应该由距离k点最近的保护装置点最近的保护装置I动动作使断路器作使断路器QF1跳闸，故保护装置跳闸，故保护装置I中时间继电器的整定值中时间继电器的整定值应比装置应比装置II的时间继电器整定值小一个的时间继电器整定值小一个 值值 。同理能推。

140、同理能推出装置出装置II的时间继电器又比装置的时间继电器又比装置III的时间继电器小的时间继电器小 值等。值等。设设 ，则，则 ， 。考虑到保护装置动。考虑到保护装置动作时间有一定的误差，断路器动作需要一定的时间，并计作时间有一定的误差，断路器动作需要一定的时间，并计及一定的时间裕度，过电流保护的时限及一定的时间裕度，过电流保护的时限 一般确定在一般确定在0.50.7s之间，对于微机型过电流保护，可取之间，对于微机型过电流保护，可取 =0.35s。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-29) 图图4-9 按照阶梯原则整定的定时限过电流保护原理图按照阶梯原则整定的定时限过电流保护原理图 4.

141、供电系统的保护供电系统的保护 (4-30) (4) 灵敏系数的校验灵敏系数的校验 定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流短路电流 与动作电流与动作电流Iop之比之比ks来衡量，要求来衡量，要求ks1.31.5。对于中性点不接地的供电系统，最小短路。对于中性点不接地的供电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流 ，故，故2. 反时限过电流保护反时限过电流保护 由图由图4-9可见，供电系统中越靠近电源的定时限过可见，供电系统中越靠近电源的定时限过电流保护，其动作时间越长，

142、这对有些系统的安全稳定电流保护，其动作时间越长，这对有些系统的安全稳定是很不利的。为克服上述缺点，可以采用动作时间与流是很不利的。为克服上述缺点，可以采用动作时间与流过继电器中电流的大小有关的动作时限特性，当电流大过继电器中电流的大小有关的动作时限特性，当电流大时保护的动作时限短，而电流小时动作时限长，此即反时保护的动作时限短，而电流小时动作时限长，此即反时限。时限。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-31) (1) 反时限过电流保护的原理接线反时限过电流保护的原理接线 如图如图4-10所示某反时限过电流保护，所示某反时限过电流保护，1KA、2KA带带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器，

143、其本身动作带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器，其本身动作带有时限并有动作指示掉牌信号，所以回路不需接时间继有时限并有动作指示掉牌信号，所以回路不需接时间继电器和信号继电器。电器和信号继电器。 当线路有故障时，继电器当线路有故障时，继电器1KA、2KA动作，经过一动作，经过一定时限后，其常开触点闭合，常闭触点断开，这时断路定时限后，其常开触点闭合，常闭触点断开，这时断路器的交流操作跳闸线圈器的交流操作跳闸线圈1YR、2YR（去掉了短接分流支（去掉了短接分流支路）通电动作，断路器跳闸，切除故障部分，在继电器路）通电动作，断路器跳闸，切除故障部分，在继电器去分流的同时，其信号牌自动掉下，指示保护装

144、置已经去分流的同时，其信号牌自动掉下，指示保护装置已经动作。当故障切除后，继电器返回，但其信号牌却需手动作。当故障切除后，继电器返回，但其信号牌却需手动复位。动复位。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-32) 图图4-10 交流操作的反时限过电流保护原理接线交流操作的反时限过电流保护原理接线a) 原理图原理图 b) 展开图展开图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-33) (2) 反时限过电流保护的整定配合反时限过电流保护的整定配合 下面以图下面以图4-11所示系统为例来说明反时限过电流保所示系统为例来说明反时限过电流保护的整定方法。护的整定方法。图图4-11 反时限过电流保护动作时

145、限反时限过电流保护动作时限a) 短路点距离与动作时间的关系短路点距离与动作时间的关系 b) 反时限动作特性曲线反时限动作特性曲线 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-34) 保护装置保护装置I和和II继电器的动作电流继电器的动作电流 和和 按式按式(4-6)确定。保护装置动作时限的整定，首先应从距离电确定。保护装置动作时限的整定，首先应从距离电源最远的保护装置源最远的保护装置I开始，具体步骤如下：开始，具体步骤如下：1) 根据已知的保护装置根据已知的保护装置I的继电器动作电流的继电器动作电流 和动作和动作时限，选择相应的电流继电器的动作特性曲线，如图时限，选择相应的电流继电器的动作特性曲线

146、，如图4-11b中的曲线中的曲线。2) 根据线路根据线路l1首端首端k1点三相短路时流经保护装置点三相短路时流经保护装置I继电器继电器的电流的电流 ，计算出保护装置，计算出保护装置I的继电器动作电流倍数的继电器动作电流倍数n1： 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-35) 根据根据n1就可以在保护装置就可以在保护装置I的继电器电流时间特性的继电器电流时间特性曲线上查到保护装置曲线上查到保护装置I在在k1点短路时的实际动作时间点短路时的实际动作时间t1，而线路而线路l1中其它各点短路时，保护装置中其它各点短路时，保护装置I的动作时间可以的动作时间可以用同样的方法求得。即得到了线路用同样的方法

147、求得。即得到了线路l1中各点短路时保护中各点短路时保护装置装置I的动作时间曲线，如图的动作时间曲线，如图4-11a的曲线的曲线1。3) 根据根据k1点短路时流经保护装置点短路时流经保护装置II继电器的电流继电器的电流 ，求，求出保护装置出保护装置II此时的动作电流倍数此时的动作电流倍数n2：当当k1点短路时，保护装置点短路时，保护装置II也将起动，为了满足保护装也将起动，为了满足保护装置动作的选择性，保护装置所需的动作时限置动作的选择性，保护装置所需的动作时限t2应比保护应比保护装置装置I的动作时限大一个时限的动作时限大一个时限 ，即，即 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-36) n2和

148、和t1的坐标交点为的坐标交点为P，过，过P的特性曲线的特性曲线(见图见图4-11b)为保护装置为保护装置II的继电器电流时间特性曲线。由曲线的继电器电流时间特性曲线。由曲线又可得线路上其它各点短路时保护装置又可得线路上其它各点短路时保护装置II的时限特性，的时限特性，如图如图4-11a中的曲线中的曲线2。从图中还可以看出，当。从图中还可以看出，当k1点发生点发生短路时，其短路时，其 较线路较线路l1上其它各点短路时小，所以，如上其它各点短路时小，所以，如果果k1点短路的时限配合能达到要求，则其它各点短路时，点短路的时限配合能达到要求，则其它各点短路时，必定能保证动作的选择性，这就是为什么选择这

149、一点来必定能保证动作的选择性，这就是为什么选择这一点来进行配合的原因。进行配合的原因。3. 定时限与反时限过电流保护的比较定时限与反时限过电流保护的比较 定时限过电流保护的特点是时限整定方便，且在上定时限过电流保护的特点是时限整定方便，且在上下级保护的选择性上容易做到准确的配合。它的缺点是下级保护的选择性上容易做到准确的配合。它的缺点是所需继电器数量较多，因而接线复杂，继电器触点容量所需继电器数量较多，因而接线复杂，继电器触点容量较小，不能用交流操作电源作用于跳闸，靠近电源处保较小，不能用交流操作电源作用于跳闸，靠近电源处保护装置动作时限长。护装置动作时限长。 4.供电系统的保护供电系统的保护

150、 (4-37) 反时限过电流保护的优点是所需的继电器数量少，反时限过电流保护的优点是所需的继电器数量少，接线简单，用一个继电器有可能实现不带时限的电流速接线简单，用一个继电器有可能实现不带时限的电流速断保护和带时限的过电流保护；继电器触点容量大，可断保护和带时限的过电流保护；继电器触点容量大，可以用交流操作电源作用于跳闸，可使靠近电源端的故障以用交流操作电源作用于跳闸，可使靠近电源端的故障具有较小的切除时间。但反时限过电流保护装置在整定具有较小的切除时间。但反时限过电流保护装置在整定动作时限的配合上比较复杂，继电器误差较大，尤其在动作时限的配合上比较复杂，继电器误差较大，尤其在速断部分不易配合

151、，以及当系统最小方式下短路时保护速断部分不易配合，以及当系统最小方式下短路时保护的动作时限可能较长。的动作时限可能较长。 但鉴于反时限过电流保护装置具有简单、经济等特但鉴于反时限过电流保护装置具有简单、经济等特点，在中小型点，在中小型610 kV供电系统中应用得较为普遍，主供电系统中应用得较为普遍，主要用于单侧电源供电的终端线路和较小容量的电动机上。要用于单侧电源供电的终端线路和较小容量的电动机上。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-38) 二、电流速断保护二、电流速断保护 定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如图如图4-9所示，当

152、所示，当k3处发生三相短路故障时，断路器处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时间必须经过处继电保护动作时间必须经过 才能动作，达不到才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流保护的动作时限大于围，当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电流保护即电流速断保护，以应电流增大而瞬时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。 具有电流速断和定时限过电流保护的线路如图具有电流速断和定时限过电流保护的线

153、路如图4-12所示。所示。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-39) 图图4-12 具有电流速断和具有电流速断和定时限过电流保护的线路图定时限过电流保护的线路图 a) 原理图原理图 b) 展开图展开图4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-40) 为了保证电流速断保护动作的选择性，在下级线路为了保证电流速断保护动作的选择性，在下级线路上可能出现的最大短路电流时保护不应动作。因此，速上可能出现的最大短路电流时保护不应动作。因此，速断保护的动作电流必须按躲开本段末端在最大运行方式断保护的动作电流必须按躲开本段末端在最大运行方式下发生三相短路时的电流来整定。即下发生三相短路时的电流来整定。即引

154、入可靠系数引入可靠系数kk是考虑到短路电流计算误差、继电器动是考虑到短路电流计算误差、继电器动作电流误差、短路电流中非周期分量的影响和必要的裕作电流误差、短路电流中非周期分量的影响和必要的裕度，一般度，一般kk=1.21.3。继电器上的动作电流为。继电器上的动作电流为 = =4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-41) 速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流装处两相短路电流 与其动作电流与其动作电流Iop之比，即之比，即 由于可靠系数由于可靠系数kk的引入，速断保护的动作电流大于的引入，速断保护的动作电流大于被保护范围末端的最

155、大短路电流，使保护装置不能保护被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护线路全长而有一段死区，因此速断保护不能作主保护，线路全长而有一段死区，因此速断保护不能作主保护，必须和过电流保护配合使用，作为辅助保护是比较经济必须和过电流保护配合使用，作为辅助保护是比较经济合理的。图合理的。图4-13是两种保护配合后的动作时间示意图。是两种保护配合后的动作时间示意图。速断保护与定时限过电流保护配合使用，既适用于线路速断保护与定时限过电流保护配合使用，既适用于线路保护，也可用于容量为保护，也可用于容量为6300kVA及以下的变压器保护。及以下的变压器保护。 = 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4

156、-42) 图图4-13 定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-43) 例例4-1某工厂某工厂10kV供电线路供电线路,已知计算负荷电流已知计算负荷电流 =180A， =1.5，在最大运行方式下末端和始端的短路电流分，在最大运行方式下末端和始端的短路电流分别为别为 2300A， 4600A；在最小运行方式时，；在最小运行方式时， 2200A， 4400A，线路末端出线保护动作时，线路末端出线保护动作时间为间为0.5s，线路首端保护的继电器为非全星形联结，试，线路首端保护的继电器为非全星形联结，

157、试整定该保护的各个参数。整定该保护的各个参数。解：解： 1) 过电流保护整定如下：过电流保护整定如下：因因 =1.5180A=270A，选用，选用300/5A电流互感器，电流互感器， =300/5=60。保护动作一次侧电流保护动作一次侧电流 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-44) 继电器继电器1KA动作电流动作电流时间继电器的整定时限时间继电器的整定时限保护灵敏度保护灵敏度2) 因动作时限大于因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，其整定计，需加速断保护装置，其整定计算如下：一次动作电流算如下：一次动作电流(选用选用DL型型) 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-45) 继电器继

158、电器2KA的动作电流的动作电流 速断保护的灵敏度速断保护的灵敏度三、低电压保护三、低电压保护 低电压保护主要用在以下几个方面。低电压保护主要用在以下几个方面。1. 低电压闭锁的过电流保护低电压闭锁的过电流保护 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-46) 图图4-14 过电流保护与低电压保护联锁接线原理图过电流保护与低电压保护联锁接线原理图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-47) 定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压闭锁

159、的过电流保护来提高其灵敏度，为此，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度，其闭锁接线如图其闭锁接线如图4-14所示。此时，过电流继电器的动作所示。此时，过电流继电器的动作电流电流 不必按躲过线路的最大负荷电流（一般为线路不必按躲过线路的最大负荷电流（一般为线路计算负荷电流计算负荷电流IC的的1.53倍）来整定，而只需按躲过倍）来整定，而只需按躲过IC来来整定，即整定，即低电压继电器的动作电压低电压继电器的动作电压 按躲过正常最低工作电压按躲过正常最低工作电压 来整定，即来整定，即 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-48) 式中，式中，Umin指线路最低工作电压，通常可取为指线路最低工

160、作电压，通常可取为(0.850.95) UN，UN系线路的额定电压；系线路的额定电压；kk表示低电压保护的可靠系数，可表示低电压保护的可靠系数，可取取1.2；kre表示低电压保护继电器的返回系数，可取表示低电压保护继电器的返回系数，可取1.15；kTV表示电压互感器的变压比。表示电压互感器的变压比。 过电流继电器的灵敏度校验方法与不带低电压闭锁的过过电流继电器的灵敏度校验方法与不带低电压闭锁的过电流保护相同。低电压继电器由于是反应于数值下降而动作，电流保护相同。低电压继电器由于是反应于数值下降而动作，其灵敏系数按下式校验其灵敏系数按下式校验式中式中 为最大运行方式下相邻电气元件末端发生三相金属

161、为最大运行方式下相邻电气元件末端发生三相金属性短路时保护安装处感受到的最大残压。一般要求灵敏系数性短路时保护安装处感受到的最大残压。一般要求灵敏系数 1.25.4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-49) 2. 用于电动机的低电压保护用于电动机的低电压保护 电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值时，低电压保护动作，将不重要的或不允许自某一数值时，低电压保护动作，将不重要的或不允许自起动的电动机从电网切除，以保证重要电动机在电网电起动的电动机从电网切除，以保证重要电动机在电网电压恢复时顺利地自起动。因此，保护装设的原则和动作压恢复时顺利

162、地自起动。因此，保护装设的原则和动作电压的整定为：电压的整定为：1) 在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，此时能顺利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压为可装设动作电压为(60%70%) UN、时限为、时限为(0.51.5)s的的低电压保护，即低电压保护，即 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-50) 2) 对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许对于由于生产工艺或技术

163、、安全的要求不允许“长期长期”失电后再自起动的电动机，可装设动作电压为失电后再自起动的电动机，可装设动作电压为(50%55%) UN、时限为、时限为(510)s的低电压保护。即的低电压保护。即四、中性点非有效接地系统的单相接地保护四、中性点非有效接地系统的单相接地保护 由第一章第一节可知，用户供电系统采取中性点非由第一章第一节可知，用户供电系统采取中性点非有效接地方式，当发生单相接地时，流经故障点的电流有效接地方式，当发生单相接地时，流经故障点的电流IC由线路相对地的分布电容决定（由线路相对地的分布电容决定（IC为正常时每相对地为正常时每相对地电容电流的电容电流的3倍），比负荷电流小得多，而且

164、三相之间倍），比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对接于线电压上负荷的供电没的线电压仍然保持对称，对接于线电压上负荷的供电没有影响，因此在一般情况下允许系统再继续运行有影响，因此在一般情况下允许系统再继续运行12小小时。时。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-51) 但是，在单相接地以后，故障相对地电压为零，非但是，在单相接地以后，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高到倍，如果流过故障点的接地电流故障相对地电压升高到倍，如果流过故障点的接地电流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约3.5倍的过电压、损坏绝缘，故障有可

165、能进一步扩大成倍的过电压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短路。此时，应及时发出信号，以便为相间或两相对地短路。此时，应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除；特工作人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。因此，根据中性点非有效接地系统发生单动作于跳闸。因此，根据中性点非有效接地系统发生单相接地时的特点，对供电系统应当装设绝缘监测装置，相接地时的特点，对供电系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。必要时还装设零序电流保护。 4.供电

166、系统的保护供电系统的保护 (4-52) 1. 绝缘监视装置绝缘监视装置 这种装置是利用供电系统单相接地后出现的零序电这种装置是利用供电系统单相接地后出现的零序电压给出信号。在中性点非有效接地的供电系统中，只要压给出信号。在中性点非有效接地的供电系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有母线上都将出现数值较高的零序电压。利用这一的所有母线上都将出现数值较高的零序电压。利用这一特点，在变电所的母线上一般装设网络单相接地的绝缘特点，在变电所的母线上一般装设网络单相接地的绝缘监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作监视装置

167、，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。 如图如图4-15所示，在变电所的母线上接一个三相五心所示，在变电所的母线上接一个三相五心式电压互感器，其二次侧的星形联结绕组接有三个电压式电压互感器，其二次侧的星形联结绕组接有三个电压表，以测量各相对地电压；另一个二次绕组接成开口三表，以测量各相对地电压；另一个二次绕组接成开口三角形，接入过电压继电器，用来反应线路单相接地时出角形，接入过电压继电器，用来反应线路单相接地时出现的零序电压。正常运行时，三相电压对称，故不出现现的零序电压。正常运行时，三相电压对称，故不出现零

168、序电压，电压继电器不动作。零序电压，电压继电器不动作。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-53) 当任一回线路发生单相接地故障时，故障相对地电当任一回线路发生单相接地故障时，故障相对地电压为零，其它两相对地电压升高到倍，同时出现零序电压为零，其它两相对地电压升高到倍，同时出现零序电压，使电压继电器动作，发出接地故障信号。压，使电压继电器动作，发出接地故障信号。 这种保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班这种保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，

169、开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即表明故障是在该线路上。这种监视装置可用于出线不即表明故障是在该线路上。这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为定为15V。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-54) 图

170、图4-15 绝缘监视装置接线图绝缘监视装置接线图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-55) 2. 零序电流保护零序电流保护 利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即的特点，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护。这种保护一般用于变电站出线较线路的零序电流保护。这种保护一般用于变电站出线较多或不允许停电的系统中。多或不允许停电的系统中。 当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都会出现不平衡的电容电流路上都会出现不平衡的电容

171、电流 （零序电流），而（零序电流），而这些非故障线路属于正常线路，其保护装置不应动作，这些非故障线路属于正常线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流因此，非故障线路保护装置的动作电流 应至少大于应至少大于本线路的电容电流本线路的电容电流 。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-56) 图图4-16 零序电流保护装置零序电流保护装置 a) 架空线路用架空线路用 b) 电缆线路用电缆线路用 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-57) (1) 对于架空线，采用图对于架空线，采用图4-16a的零序电流过滤器。电流的零序电流过滤器。电流继电器的整定值需要躲过正常负荷电流下产生

172、的不平衡继电器的整定值需要躲过正常负荷电流下产生的不平衡电流电流 和其它线路单相接地故障时本线路的电容电流和其它线路单相接地故障时本线路的电容电流 ，即，即 (2) 对于电缆线路，采用图对于电缆线路，采用图4-16b的专用零序电流互感器的专用零序电流互感器接线。整定动作电流时只需躲过本线路的电容电流接线。整定动作电流时只需躲过本线路的电容电流 即即可，因此可，因此 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-58) 上述两式中上述两式中 可靠系数，保护装置不带时限时取可靠系数，保护装置不带时限时取 =45；保护装置带时限时取；保护装置带时限时取 =1.52； 其它线路单相接地故障时时，本线其它线路

173、单相接地故障时时，本线 路的电容电流；路的电容电流； 正常运行时负荷不平衡在零序电流正常运行时负荷不平衡在零序电流 过滤器输出端出现的不平衡电流；过滤器输出端出现的不平衡电流； kTA电流互感器的变比。电流互感器的变比。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-59) 按式按式(4-19)、(4-20)整定后，还需要校验在本线路发整定后，还需要校验在本线路发生单相接地故障时的灵敏度系数。由于流经故障线路上生单相接地故障时的灵敏度系数。由于流经故障线路上的零序电流为与该线路有电联系的总电网电容电流的零序电流为与该线路有电联系的总电网电容电流 与该线路本身的电容电流与该线路本身的电容电流 之差，即

174、之差，即 ，在此电，在此电流作用下保护应可靠动作，因此零序电流保护的灵敏度流作用下保护应可靠动作，因此零序电流保护的灵敏度系数系数 校验为校验为 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-60) 需要指出的是，对于中性点非有效接地系统，迄今需要指出的是，对于中性点非有效接地系统，迄今为止还没有一种原理完善、动作可靠、实现简单的单相为止还没有一种原理完善、动作可靠、实现简单的单相接地保护，这是因为中性点非有效接地电网中发生单相接地保护，这是因为中性点非有效接地电网中发生单相接地时流过故障和非故障线路的电流变化仅为对地电容接地时流过故障和非故障线路的电流变化仅为对地电容电流的变化，其值都较小，特别是

175、当系统经消弧线圈接电流的变化，其值都较小，特别是当系统经消弧线圈接地且采用过补偿方式工作时，更是难于区分故障线路与地且采用过补偿方式工作时，更是难于区分故障线路与非故障线路。非故障线路。 五、过负荷保护五、过负荷保护 对于可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负对于可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，延时动作于信号，必要时可动作于跳闸。过负荷保护，延时动作于信号，必要时可动作于跳闸。过负荷保护的原理如图荷保护的原理如图4-17所示，由于过负荷电流对称，过所示，由于过负荷电流对称，过负荷保护采用单相式接线，并和相间电流保护共用电流负荷保护采用单相式接线，并和相间电流保护共用电流互感器

176、。互感器。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-61) 过负荷保护的动作电流按线路的计算负荷电流过负荷保护的动作电流按线路的计算负荷电流Ic整整定，即定，即式中式中kk为可靠系数，取为为可靠系数，取为1.21.3；kTA为电流互感器的为电流互感器的变比。动作时间一般整定为变比。动作时间一般整定为1015s。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-62) 图图4-17 过负荷保护的原理接线图过负荷保护的原理接线图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-63) 电力变压器的保护电力变压器的保护 电力变压器是供电系统中的重要设备，包括总降变电力变压器是供电系统中的重要设备，包括总降变电所的主

177、变压器和车间变电所或建筑物变电所的配电变电所的主变压器和车间变电所或建筑物变电所的配电变压器，它的故障或异常工作状态对供电的可靠性和用户压器，它的故障或异常工作状态对供电的可靠性和用户的生产生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的生产生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。装置。 变压器的故障按发生在油箱的内外，分为内部故障变压器的故障按发生在油箱的内外，分为内部故障和外部故障。内部故障主要有绕组的相间短路、匝间短和外部故障。内部故障主要有绕组的相间短路、匝间短路和单相接地，这很危险，因

178、为短路电流产生的电弧不路和单相接地，这很危险，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，而且使绝缘材料和变压仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，而且使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，有可能引起变压器油箱爆炸。器油受热而产生大量气体，有可能引起变压器油箱爆炸。外部故障有套管及其引出线的相间短路、单相接地故障。外部故障有套管及其引出线的相间短路、单相接地故障。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-64) 变压器的异常工作状态有：外部短路或过负荷引起变压器的异常工作状态有：外部短路或过负荷引起的过电流，风扇故障或油面降低引起的冷却能力下降等，的过电流，风扇故障或油面降低引起的冷却能力下降

179、等，这些都会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地这些都会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星型接线变压器，外部接地短路是有可能造成变运行的星型接线变压器，外部接地短路是有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器绝缘。压器中性点过电压，威胁变压器绝缘。 对于上述电力变压器的常见故障及异常运行状态，对于上述电力变压器的常见故障及异常运行状态，一般应装设下列继电保护：一般应装设下列继电保护： (1) 差动保护或电流速断保护差动保护或电流速断保护 反应变压器的内、外部故反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳闸。障，瞬时动作于跳闸。(2) 瓦斯保护瓦斯保护 反应油浸式变压器的内部故障或油面

180、降低，反应油浸式变压器的内部故障或油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。瞬时动作于信号或跳闸。(3) 过电流保护过电流保护 反应变压器外部短路引起的过电流，带反应变压器外部短路引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备。时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-65) (4) 过负荷保护过负荷保护 反应过载而引起的过电流，一般作用于反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。信号。 (5) 温度保护温度保护 反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统的故障，动作于信号或跳闸。的故障，动作于信号或跳闸。 一、变压器的瓦斯保护一、

181、变压器的瓦斯保护 电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其它绝缘材料会因受热而分解，的作用下，变压器油和其它绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。对于容量在置，称为瓦斯保护。对于容量在800kVA及以上的油浸及以上的油浸式变压器和式变压器

182、和400kVA及以上的户内油浸式变压器，均应及以上的户内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。装设瓦斯保护。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-66) 图图4-18 瓦斯继电器的安装及结构示意图瓦斯继电器的安装及结构示意图a) 瓦斯继电器在变压器上的安装瓦斯继电器在变压器上的安装1一变压器油箱一变压器油箱 2一联通管一联通管 3一瓦斯继电器一瓦斯继电器 4一油枕一油枕b) FJs一一80瓦斯继电器的结构示意图瓦斯继电器的结构示意图1一容器一容器 2一盖一盖 3一上油杯一上油杯 4一永久磁铁一永久磁铁 5一上动触点一上动触点 6一上静触点一上静触点 7一下油杯一下油杯 8一永久磁铁一永久磁铁 9

183、一下动触点一下动触点 10一下静触点一下静触点 11一支架一支架 12一下油杯平衡锤一下油杯平衡锤 13一下油杯转轴一下油杯转轴 14一挡板一挡板 15一上油杯平衡锤一上油杯平衡锤 16一上油杯转轴一上油杯转轴 17一放气阀一放气阀4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-67) 瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，如图器的油箱与油枕之间的联通管上，如图4-18a所示，图所示，图4-18b为为FJ3-80型瓦斯继电器的结构示意图。其大致工型瓦斯继电器的结构示意图。其大致工作原理如下：作原理如下： 在变压器正常工作时

184、，瓦斯继电器的上下油杯中都在变压器正常工作时，瓦斯继电器的上下油杯中都充满油，油杯因其平衡锤的作用使其上下触点都是断开充满油，油杯因其平衡锤的作用使其上下触点都是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，油箱内产生的气体的。当变压器内部发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度较慢致使油面下降，上油杯因其中盛有剩余较少且速度较慢致使油面下降，上油杯因其中盛有剩余的油使其力矩大于平衡锤的力矩而降落，从而使上触点的油使其力矩大于平衡锤的力矩而降落，从而使上触点接通，发出报警信号，这就是轻瓦斯动作，其动作值采接通，发出报警信号，这就是轻瓦斯动作，其动作值采用气体容积（用气体容积（cm3）表示。）表示。4.

185、供电系统的保护供电系统的保护 (4-68) 当变压器内部发生严重故障时，故障点周围的温度当变压器内部发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，迫使变压器油迅猛地由变剧增而迅速产生大量的气体，迫使变压器油迅猛地由变压器油箱通过联通管冲入油枕，在油流经过瓦斯继电器压器油箱通过联通管冲入油枕，在油流经过瓦斯继电器时冲击挡板，使下油杯降落，从而使下触点接通，直接时冲击挡板，使下油杯降落，从而使下触点接通，直接动作于跳闸断路器而切除变压器，这就是重瓦斯动作，动作于跳闸断路器而切除变压器，这就是重瓦斯动作，其动作值采用油流速度（其动作值采用油流速度（m/s）表示。）表示。 如果变压器出现漏

186、油，将会引起瓦斯继电器内的油如果变压器出现漏油，将会引起瓦斯继电器内的油也慢慢流尽。这时继电器的上油杯先降落，接通上触点，也慢慢流尽。这时继电器的上油杯先降落，接通上触点，发出报警信号，当油面继续下降时，会使下油杯降落，发出报警信号，当油面继续下降时，会使下油杯降落，下触点接通，从而使断路器跳闸。下触点接通，从而使断路器跳闸。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-69) 瓦斯继电器虽然简单灵敏经济，但它动作速度较慢，瓦斯继电器虽然简单灵敏经济，但它动作速度较慢，并且只能反应变压器内部的故障或异常工作状态等，而并且只能反应变压器内部的故障或异常工作状态等，而对变压器外部端子上的故障情况则无法

187、反应。因此，瓦对变压器外部端子上的故障情况则无法反应。因此，瓦斯保护需要与下述的过流、速断、差动等保护共同使用。斯保护需要与下述的过流、速断、差动等保护共同使用。二、变压器的电流保护二、变压器的电流保护 变压器内外部故障或异常运行都可能导致其过电流变压器内外部故障或异常运行都可能导致其过电流现象，应设置相应的电流保护。现象，应设置相应的电流保护。 1. 过电流保护和电流速断保护过电流保护和电流速断保护 规程规定，电压规程规定，电压10kV及以下、容量在及以下、容量在10MVA及以及以下的变压器，对其内部、套管及引出线的短路故障应采下的变压器，对其内部、套管及引出线的短路故障应采用电流速断保护；

188、用电流速断保护；3566kV及以下中小容量的降压变压及以下中小容量的降压变压器，对其外部相间短路引起的过电流，宜采用过电流保器，对其外部相间短路引起的过电流，宜采用过电流保护。同时，对于供电系统中单侧电源的双绕组或三绕组护。同时，对于供电系统中单侧电源的双绕组或三绕组变压器，过电流保护宜安装于变压器的各侧。变压器，过电流保护宜安装于变压器的各侧。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-70) 变压器过电流保护和电流速断保护的工作原理、整变压器过电流保护和电流速断保护的工作原理、整定原则与线路保护的基本相同，在此不赘述。定原则与线路保护的基本相同，在此不赘述。 由于降压变压器绕组结线不同，当低

189、压侧发生不同由于降压变压器绕组结线不同，当低压侧发生不同类型的短路故障时，反映到高压侧的故障电流分布就不类型的短路故障时，反映到高压侧的故障电流分布就不同；同时，变压器保护用电流互感器采用不同的结线方同；同时，变压器保护用电流互感器采用不同的结线方式，流过保护继电器的电流也不相同，这些都会影响到式，流过保护继电器的电流也不相同，这些都会影响到变压器电流保护的参数计算和灵敏度。图变压器电流保护的参数计算和灵敏度。图4-19为为D,ynll结线的配电变压器低压侧发生结线的配电变压器低压侧发生ab相间短路时，高低压侧相间短路时，高低压侧故障电流故障电流 的分布和电流相量图（设变压器电压比为的分布和电

190、流相量图（设变压器电压比为1）。通过对电流相量图的分析可以得出，当变压器低）。通过对电流相量图的分析可以得出，当变压器低压侧压侧ab相间短路时，流过变压器高压侧相间短路时，流过变压器高压侧A、C相的故障相的故障电流均为电流均为 ，且方向相同。而，且方向相同。而B相流过的故障电相流过的故障电流为流为2 。由此可见：。由此可见： 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-71) 1) 若变压器保护用电流继电器采用非全星形结线，则若变压器保护用电流继电器采用非全星形结线，则由于由于A、C相都是流过较小的故障电流，因此灵敏度较相都是流过较小的故障电流，因此灵敏度较低。低。2) 若电流互感器采用全星形结线

191、或两相三继电器结线，若电流互感器采用全星形结线或两相三继电器结线，则总有一个继电器流过的故障电流为则总有一个继电器流过的故障电流为2 ，因此比，因此比非全星形结线灵敏度高。非全星形结线灵敏度高。3) 若电流互感器采用两相电流差结线，则通过继电器若电流互感器采用两相电流差结线，则通过继电器的故障电流为零，保护装置不动作。的故障电流为零，保护装置不动作。 因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常采用全星形或非全星形，有时为了提高保护装置灵敏度，采用全星形或非全星形，有时为了提高保护装置灵敏度，在非全星形结线的中性线中接入一个电流继电器，构成在非全星形

192、结线的中性线中接入一个电流继电器，构成两相三继电器结线方式。两相三继电器结线方式。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-72) 容量容量400kVA及以上、一次电压及以上、一次电压10KV及以下、线圈及以下、线圈为三角为三角-星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的过流保护。变压器电流保护互感器一般不采用两相电流过流保护。变压器电流保护互感器一般不采用两相电流差结线。差结线。 图图4-19 D,yn11变压器低压侧变压器低压侧ab相间短路电流分布及相量图相间短路电流分布及相量图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-73) 2. 零序电流保护零序电流

193、保护 规程规定，一次侧接入规程规定，一次侧接入10kV及以下非有效接地系及以下非有效接地系统中统中Y,yno联结的变压器，对低压侧单相接地短路，可联结的变压器，对低压侧单相接地短路，可以选择在低压侧中性点回路装设零序电流保护。其接线以选择在低压侧中性点回路装设零序电流保护。其接线如图如图4-20所示。所示。 零序电流保护的动作电流按躲过变压器低压侧最大零序电流保护的动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流整定，最大不平衡电流取变压器二次侧额定不平衡电流整定，最大不平衡电流取变压器二次侧额定电流电流I2N的的25%，即，即式中式中kk为可靠系数，取为为可靠系数，取为1.2；kTA为零序电流互感器

194、的为零序电流互感器的变比。零序电流保护的动作时间一般取变比。零序电流保护的动作时间一般取0.50.7s，以躲，以躲过变压器瞬时最大不平衡电流。过变压器瞬时最大不平衡电流。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-74) 此处零序电流保护灵敏度的校验按变压器低压侧干此处零序电流保护灵敏度的校验按变压器低压侧干线末端最小单相短路电流线末端最小单相短路电流 来校验，如下式，其中来校验，如下式，其中要求架空线路的灵敏度要求架空线路的灵敏度ks1.5，电缆线路的，电缆线路的ks1.25。图图4-20 变压器的零序电流保护原理接线图变压器的零序电流保护原理接线图 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-7

195、5) 3. 过负荷保护过负荷保护 对于对于400kVA及以上数台并列运行的变压器和作为及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用电源的单台运行变压器，根据实际可能出其他负荷备用电源的单台运行变压器，根据实际可能出现过负荷情况，一般应装设过负荷保护。由于过负荷电现过负荷情况，一般应装设过负荷保护。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，只需在一相中安装一流在大多数情况下是三相对称的，只需在一相中安装一个电流继电器即可构成过负荷保护装置。对经常有人值个电流继电器即可构成过负荷保护装置。对经常有人值班的变电所，过负荷保护作用于信号；在无经常值班人班的变电所，过负荷保护作用于信号；在无经常值班人员

196、的变电所，过负荷可动作于跳闸或切除部分负荷。员的变电所，过负荷可动作于跳闸或切除部分负荷。 为了防止变压器外部短路时，变压器过负荷保护发为了防止变压器外部短路时，变压器过负荷保护发出错误的信号，以及在出现能自行消除的过负荷时不致出错误的信号，以及在出现能自行消除的过负荷时不致发出信号，通常过负荷动作时限为发出信号，通常过负荷动作时限为1015s。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-76) 变压器过负荷保护的动作电流变压器过负荷保护的动作电流 可按下式计算：可按下式计算：式中，式中，INT为变压器的额定电流；可靠系数为变压器的额定电流；可靠系数kk一般取为一般取为1.05；kre为返回系数

197、；为返回系数；kTA指电流互感器的变流比。指电流互感器的变流比。 三、变压器的差动保护三、变压器的差动保护 1. 差动保护的工作原理差动保护的工作原理 差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。变压器差动保护的原理接线如图的保护装置。变压器差动保护的原理接线如图4-21所示。所示。将变压器两侧的电流互感器同极性串联起来，使继电器将变压器两侧的电流互感器同极性串联起来，使继电器跨接在两联线之间，于是流入差动继电器的电流就是两跨接在两联线之间，于是流入差动继电器的电流就是两侧电流互感器二次电流之差，即侧电流互感器二次电流之差，即 。 4.供

198、电系统的保护供电系统的保护 (4-77) 在变压器正常工作或保护范围外部发生短路故障时，在变压器正常工作或保护范围外部发生短路故障时，流入差动继电器的电流为变压器一、二次侧的不平衡电流入差动继电器的电流为变压器一、二次侧的不平衡电流流 ，由于不平衡电流小于差动继电器的动作，由于不平衡电流小于差动继电器的动作电流，故保护装置不动作。如图电流，故保护装置不动作。如图4-21a所示。当变压器所示。当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源情况下，流入继差动保护范围内发生故障时，在单电源情况下，流入继电器回路的电流电器回路的电流 ，大于差动保护的动作电流，保，大于差动保护的动作电流，保动装置动作，使动

199、装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，将故障变压器退同时跳闸，将故障变压器退出工作，如图出工作，如图4-21b所示。所示。 变压器差动保护的工作原理是：正常工作或外部故变压器差动保护的工作原理是：正常工作或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的变流比和结线方式的条件下，该择好两侧电流互感器的变流比和结线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护不动作；在保护范围内发生故障，流入继电器的电流护不动作；在保护范围内发生故障，流入继电器的电流大于差

200、动保护的动作电流，保护动作于跳闸。大于差动保护的动作电流，保护动作于跳闸。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-78) 因此，它不需要与相邻元件的保护在整定值和动作因此，它不需要与相邻元件的保护在整定值和动作时间上进行配合可以构成无延时速动保护。其保护范围时间上进行配合可以构成无延时速动保护。其保护范围是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域，包括变是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域，包括变压器绕组内部及两侧套管和引出线上所出现的各种短路压器绕组内部及两侧套管和引出线上所出现的各种短路故障。故障。 图图4-21 变压器差动保护工作原理图变压器差动保护工作原理图a) 外部故障，保护不动

201、作；外部故障，保护不动作； b) 内部故障，保护动作内部故障，保护动作 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-79) 2. 变压器差动保护的不平衡电流变压器差动保护的不平衡电流 为了保证差动保护能正确动作，必须使其动作电流为了保证差动保护能正确动作，必须使其动作电流大于最大的不平衡电流；另一方面，为了提高差动保护大于最大的不平衡电流；另一方面，为了提高差动保护的灵敏度，在变压器正常运行或保护区外部短路时希望的灵敏度，在变压器正常运行或保护区外部短路时希望流入继电器的不平衡电流尽可能小。因此，分析变压器流入继电器的不平衡电流尽可能小。因此，分析变压器不平衡电流的产生原因及其克服方法是十分必要的

202、。变不平衡电流的产生原因及其克服方法是十分必要的。变压器差动保护中的不平衡电流包括：压器差动保护中的不平衡电流包括： (1) 变压器一、二次绕组结线方式的不同而引起的不平变压器一、二次绕组结线方式的不同而引起的不平衡电流衡电流 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-80) 总降变电所的变压器通常采用总降变电所的变压器通常采用Y, d11结线，其两侧结线，其两侧线电流间存在线电流间存在 的相位差，这样即使电流互感器二次的相位差，这样即使电流互感器二次电流的大小相等，在差动回路中也存在一个由相位差引电流的大小相等，在差动回路中也存在一个由相位差引起的不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，必须消除起

203、的不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，必须消除上述相位差。为此，如图上述相位差。为此，如图4-22所示，一般将变压器一次所示，一般将变压器一次侧的电流互感器联结成三角形而变压器二次侧联结成星侧的电流互感器联结成三角形而变压器二次侧联结成星形，使得两侧电流互感器的二次电流的相位相同，同时形，使得两侧电流互感器的二次电流的相位相同，同时电流互感器的变流比还应满足下式：电流互感器的变流比还应满足下式：式中，式中， 、 分别为变压器一、二次侧的额定电流；分别为变压器一、二次侧的额定电流； 、 分别为变压器两侧电流互感器的变流比。分别为变压器两侧电流互感器的变流比。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (

204、4-81) 图图4-22 Y,d11接线方式的变压器差动保护联结法及采用自耦变流器平衡循接线方式的变压器差动保护联结法及采用自耦变流器平衡循环电流环电流 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-82) (2) 电流互感器的实际变比与计算变比不同而引起的不电流互感器的实际变比与计算变比不同而引起的不平衡电流平衡电流 如果变压器两侧电流互感器所选的变流比与计算变如果变压器两侧电流互感器所选的变流比与计算变比完全相同，则不平衡电流为零。但由于变压器的变压比完全相同，则不平衡电流为零。但由于变压器的变压比和电流互感器的变流比都有规格等级，实际所选电流比和电流互感器的变流比都有规格等级，实际所选电流互感

205、器的变流比不可能与计算值完全一样，致使继电器互感器的变流比不可能与计算值完全一样，致使继电器回路产生不平衡电流。这种不平衡电流可通过（电磁式回路产生不平衡电流。这种不平衡电流可通过（电磁式保护装置中）平衡线圈或（数字式保护装置中）简单计保护装置中）平衡线圈或（数字式保护装置中）简单计算来补偿。算来补偿。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-83) (3) 变压器两侧电流互感器的型号不同而引起的不平衡变压器两侧电流互感器的型号不同而引起的不平衡电流电流 当变压器两侧电流互感器型号不同时，其饱和特性当变压器两侧电流互感器型号不同时，其饱和特性也不同，特别是在变压器差动保护范围外部出现短路时，也不

206、同，特别是在变压器差动保护范围外部出现短路时，两侧电流互感器在短路电流作用下其饱和程度相差更大，两侧电流互感器在短路电流作用下其饱和程度相差更大，因此在差动回路中出现不平衡电流，这可通过提高保护因此在差动回路中出现不平衡电流，这可通过提高保护动作电流来躲过。动作电流来躲过。 (4) 有载调压变压器分接头的改变而引起的不平衡电流有载调压变压器分接头的改变而引起的不平衡电流 供电系统中经常采用有载调压的变压器，利用改变供电系统中经常采用有载调压的变压器，利用改变变压器的分接头位置来保持运行电压。改变分接头的位变压器的分接头位置来保持运行电压。改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比。这样，电流

207、互感器置，实际上就是改变变压器的变比。这样，电流互感器的二次电流也将改变，引起新的不平衡电流。所以，差的二次电流也将改变，引起新的不平衡电流。所以，差动保护的动作电流应躲过采用分接头调压而造成的不平动保护的动作电流应躲过采用分接头调压而造成的不平衡电流。衡电流。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-84) (5) 变压器励磁电流产生的不平衡电流变压器励磁电流产生的不平衡电流 变压器正常工作时励磁电流只流经电源侧，其值很变压器正常工作时励磁电流只流经电源侧，其值很小，一般不超过额定电流的小，一般不超过额定电流的2%5%，由此引起的不平，由此引起的不平衡电流可以不计。但在变压器空载投入和外部故

208、障切除衡电流可以不计。但在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复的暂态过程中，由于变压器铁心中的磁通不后电压恢复的暂态过程中，由于变压器铁心中的磁通不能突变，在变压器一次绕组中可能会产生很大的冲击励能突变，在变压器一次绕组中可能会产生很大的冲击励磁电流（也称励磁涌流），如图磁电流（也称励磁涌流），如图4-23所示。励磁涌流数所示。励磁涌流数值很大，因此在差动回路中产生很大的不平衡电流。值很大，因此在差动回路中产生很大的不平衡电流。 励磁涌流的波形和试验数据显示其具有如下特点：励磁涌流的波形和试验数据显示其具有如下特点：励磁涌流的最大值可达到变压器额定电流的励磁涌流的最大值可达到变压器额定电流的

209、48倍；励倍；励磁涌流中含有很大成分的非周期分量及高次谐波并以二磁涌流中含有很大成分的非周期分量及高次谐波并以二次谐波为主，初值约为基波的次谐波为主，初值约为基波的40%60%，0.51s后衰后衰减至减至25%50%，但完全衰减则要数十秒；励磁涌流的，但完全衰减则要数十秒；励磁涌流的波形中出现间断角。波形中出现间断角。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-85) 图图4-23 变压器空负荷投入时的励磁电流变动曲线变压器空负荷投入时的励磁电流变动曲线 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-86) 依据这些特点，在变压器差动保护中，可以采用具依据这些特点，在变压器差动保护中，可以采用具有速饱

210、和铁心的中间变流器，以减少励磁涌流中非周期有速饱和铁心的中间变流器，以减少励磁涌流中非周期分量的影响；在微机型变压器差动保护中，还可以采用分量的影响；在微机型变压器差动保护中，还可以采用二次谐波或间断角的方法鉴别励磁涌流与故障电流，使二次谐波或间断角的方法鉴别励磁涌流与故障电流，使涌流出现时差动保护能可靠闭锁或不动作，从而完全躲涌流出现时差动保护能可靠闭锁或不动作，从而完全躲过励磁涌流的不利影响。过励磁涌流的不利影响。3. 变压器差动保护动作电流的一般整定原则变压器差动保护动作电流的一般整定原则 变压器差动保护的动作电流变压器差动保护的动作电流 应满足以下三个整应满足以下三个整定原则：定原则：

211、(1) 躲过变压器外部故障时的最大不平衡电流躲过变压器外部故障时的最大不平衡电流 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-87) 动作电流动作电流Iop的整定式为：的整定式为：其中，可靠系数其中，可靠系数kk取为取为1.3； 为外部故障时的最大不为外部故障时的最大不平衡电流，它是由变压器两侧的电流互感器可能不同型平衡电流，它是由变压器两侧的电流互感器可能不同型号、电流互感器实际变比与计算变比不一致、变压器分号、电流互感器实际变比与计算变比不一致、变压器分接头位置可能改变等因素综合引起的，接头位置可能改变等因素综合引起的， 可按下式计算可按下式计算 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-88)

212、 式中式中 保护范围外部短路时的最大短路电流；保护范围外部短路时的最大短路电流； 电流互感器的同型系数，型号相同时取电流互感器的同型系数，型号相同时取 0.5，型号不同时取，型号不同时取1； 电流互感器实际变比和计算变比不一致电流互感器实际变比和计算变比不一致 而产生的相对误差，可取为而产生的相对误差，可取为5%； 变压器分接头改变引起的相对误差，一变压器分接头改变引起的相对误差，一 般取调压范围的一半即般取调压范围的一半即 。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-89) (2) 躲过变压器的最大励磁电流躲过变压器的最大励磁电流 动作电流动作电流Iop的整定式为：的整定式为： Iop=kk

213、ke IN 式中，可靠系数式中，可靠系数kk取为取为1.31.5；ke为励磁涌流的最大倍为励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压器额定电流的比值），取为数（即励磁涌流与变压器额定电流的比值），取为48。由于励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其它措由于励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其它措施来减少它的影响：一种是采用速饱和中间变流器以减施来减少它的影响：一种是采用速饱和中间变流器以减少励磁涌流产生的不平衡电流，即取少励磁涌流产生的不平衡电流，即取ke =1，但此措施已，但此措施已逐渐被淘汰；另一种是微机保护中通过鉴别励磁涌流和逐渐被淘汰；另一种是微机保护中通过鉴别励磁涌流和故障电流，在励

214、磁涌流时将差动保护闭锁，这时在整定故障电流，在励磁涌流时将差动保护闭锁，这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即取值中不必考虑励磁涌流的影响，即取ke =0。 4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-90) (3) 躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流 在变压器正常运行情况下，为防止电流互感器二次在变压器正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，保护动作电流回路断线时引起差动保护误动作，保护动作电流 应应大于变压器的最大负荷电流大于变压器的最大负荷电流 ，如下式，如下式其中，可靠系数其中，可靠系数kk取为取为1.21.3。当最大负

215、荷电流不能确。当最大负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流定时，可采用变压器的额定电流 。4.供电系统的保护供电系统的保护 (4-91) 4. 变压器差动保护的灵敏度校验变压器差动保护的灵敏度校验 变压器差动保护的灵敏度可通过下式校验变压器差动保护的灵敏度可通过下式校验式中式中 变压器区内端部故障时流经差动继电器的最变压器区内端部故障时流经差动继电器的最小差动电流所对应的一次侧故障电流，灵敏度小差动电流所对应的一次侧故障电流，灵敏度ks一般不一般不应低于应低于2。当按上述整定原则计算的动作电流不能满足。当按上述整定原则计算的动作电流不能满足灵敏度要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器，灵

216、敏度要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器，在微机保护中还可以采用鉴别励磁涌流而构成的差动保在微机保护中还可以采用鉴别励磁涌流而构成的差动保护，这些内容将在本章第六节中进行介绍。护，这些内容将在本章第六节中进行介绍。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-924-92）第四节第四节. .低压配电系统的保护低压配电系统的保护n一、熔断器保护一、熔断器保护n1. 1. 熔断器及其安秒特性曲线熔断器及其安秒特性曲线 当被保护区出现短路故障或过电流时，熔断器熔体被熔当被保护区出现短路故障或过电流时，熔断器熔体被熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。 n熔

217、断器熔断器 熔断器的技术参数熔断器的技术参数熔管熔管熔体熔体额定电压、电流额定电压、电流分段能力分段能力熔体额定电流熔体额定电流熔体安秒特性熔体安秒特性n决决定定熔熔体体熔熔断断时时间间和和通通过过其其电电流流的的关关系系曲曲线线t t= =f(I)f(I)称称为为熔熔断断器器熔熔体体的的安安秒秒特特性性曲曲线线如如图图所所示示。该该曲曲线线由由实实验验得得出出，它它只只表表示示时时限限的的平平均均值值，其其时时限限相相对对误差会高达误差会高达50%50%。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-934-93）4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-944-94）n2. 2. 熔断器

218、的选用及其与导线的配合熔断器的选用及其与导线的配合 如采用熔断器保护，应在各配电线路的首端装设熔断如采用熔断器保护，应在各配电线路的首端装设熔断器。熔断器只装在各相相线上，中性线是不允许装设器。熔断器只装在各相相线上，中性线是不允许装设熔断器的。熔断器的。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-954-95）n对保护电力线路和电气设备的熔断器，其熔体电流的对保护电力线路和电气设备的熔断器，其熔体电流的选用可按以下条件进行：选用可按以下条件进行：n(1) (1) 熔断器熔体电流应不小于线路正常运行时的计算熔断器熔体电流应不小于线路正常运行时的计算电流，即电流，即 n(2) (2) 熔断器熔

219、体电流还应躲过由于电动机起动所引起熔断器熔体电流还应躲过由于电动机起动所引起的尖峰电流，以使线路出现正常的尖峰电流而不致熔的尖峰电流，以使线路出现正常的尖峰电流而不致熔断。因此断。因此 k k选择熔体的计算系数，根据熔体的特性和电动选择熔体的计算系数，根据熔体的特性和电动机的拖动情况确定；机的拖动情况确定； 尖峰电流。尖峰电流。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-964-96）n(3) (3) 为使熔断器可靠地保护导线和电缆，避免因线为使熔断器可靠地保护导线和电缆，避免因线路短路或过负荷损坏甚至起燃，熔断器的熔体额定路短路或过负荷损坏甚至起燃，熔断器的熔体额定电流必须和导线或电缆的允

220、许电流相配合，因此要电流必须和导线或电缆的允许电流相配合，因此要求：求： 熔断器熔体额定电流与被保护线路的允许电流熔断器熔体额定电流与被保护线路的允许电流的比例系数。的比例系数。 变压器的额定电流。变压器的额定电流。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-974-97）n3. 3. 熔断器保护灵敏度校验熔断器保护灵敏度校验 熔断器保护的灵敏系数计算如下：熔断器保护的灵敏系数计算如下：n 熔熔断断器器保保护护线线路路末末端端在在系系统统最最小小运运行行方方式式下下的的短短路路电电流流，对对中中性性点点不不接接地地系系统统，取取两两相相短短路路电电流流 ；对对中中性性点点直直接接接接地地系系

221、统统，取取单单相相短短路路电电流流 ；n 熔断器熔体的额定电流。熔断器熔体的额定电流。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-984-98）n 4. 4. 上下级熔断器的相互配合上下级熔断器的相互配合n用用于于保保护护线线路路短短路路故故障障的的熔熔断断器器，它它们们上上下下级级之之相相的的相相互互配配合合应应是是这这样样：设设上上一一级级熔熔体体的的理理想想熔熔断断时时间间为为 ，下下一一级级为为 因因熔熔体体的的安安秒秒特特性性曲曲线线误误差差约约为为50%50%，设设上上级级熔熔体体为为负负误误差差，有有 ，下下一一级级为为正正误误差差，即即 ，如如欲欲在在某某一一电电流流下下使使

222、，以以保保证证它它们们之之间间的的选选择择性性，这这样样就就应应使使 ，对对应应这这个个条条件件可可从从熔熔体体的的安安秒秒特特性性曲曲线线上上分分别别查查出出这这两两熔熔体体的的额额定定电电流流值值。一一般般使使上上、下下级级熔熔体体的的额额定定值值相相差差2 2个个等等级级即即能能满满足足动动作选择性的要求。作选择性的要求。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-994-99）n5. 5. 熔断器熔断器( (熔管或熔座熔管或熔座) )的选择和校验的选择和校验 选择熔断器选择熔断器( (熔管或熔座熔管或熔座) )时应满足下列条件：时应满足下列条件： (1) (1) 熔断器的额定电压应不

223、低于被保护线路的额定电熔断器的额定电压应不低于被保护线路的额定电压。压。 (2) (2) 熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体的额熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体的额定电流。定电流。 (3) (3) 熔断器的类型应符合安装条件及被保护设备的技熔断器的类型应符合安装条件及被保护设备的技术要求。术要求。 (4) (4) 熔断器的分断能力应满足熔断器的分断能力应满足 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1004-100）n例例4-2 4-2 图图4-25b4-25b的虚线框内是某车间部分的配电系统的虚线框内是某车间部分的配电系统图。其负荷分布如下表，各电动机均属轻负荷起动，图。其负荷

224、分布如下表，各电动机均属轻负荷起动，试选定各熔断器的额定电流及导线截面。试选定各熔断器的额定电流及导线截面。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1014-101）n解解 1) 1) 第第1 1组负荷各熔断器及导线截组负荷各熔断器及导线截面可根据式面可根据式(4-32)(4-32)和式和式(4-33)(4-33)计算计算 n 21.4A 21.4A或或 =(0.25- =(0.25-0.4)139.1A=(34.8-55.6)A 0.4)139.1A=(34.8-55.6)A n选选RTO-100RTO-100熔断器，熔丝额定电流熔断器，熔丝额定电流 n选用塑料绝缘铝导线选用塑料绝缘铝

225、导线BLV-34BLV-34，穿管，穿管，车间环境温度车间环境温度25C25C时，时， =50A =25A / =5025 =15.2A / =40/19 =51.3A / =80/50/ = 120/100 =200A，选，选BBLX-3100BBLX-3100，查得，查得T=40CT=40C时其时其 ，满足，满足 的要求。的要求。n2) 2) 选用选用DWDW系列低压断路器以保护变压器用。因变压系列低压断路器以保护变压器用。因变压器二次侧额定电流器二次侧额定电流 ，故选定低压断路器的额定，故选定低压断路器的额定电流电流 =1500A。= =5.291.5 224A /1.5 =1550A

226、4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1114-111）n三、低压断路器与熔断器在低压电网保护中的配合三、低压断路器与熔断器在低压电网保护中的配合 n低压断路器与熔断器在低压电网中的设置方案如图。低压断路器与熔断器在低压电网中的设置方案如图。若能正确选定其额定参数，使上一级保护元件的特性若能正确选定其额定参数，使上一级保护元件的特性曲线在任何电流下都位于下一级保护元件安秒特性曲曲线在任何电流下都位于下一级保护元件安秒特性曲线的上方，便能满足保护选择性的动作要求。线的上方，便能满足保护选择性的动作要求。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1124-112）n第五节第五节 供电系统的

227、微机保护供电系统的微机保护n一一. .微机保护的特点微机保护的特点n微机保护具有以下显著的特点：微机保护具有以下显著的特点：n1) 1) 微微机机具具有有强强大大的的存存储储记记忆忆、逻逻辑辑判判断断和和数数值值运运算算等等信信息息处处理理功功能能，在在应应用用软软件件的的配配合合下下有有极极强强的的综综合合分分析析和和判判断断能能力力，不不仅仅可可以以实实现现各各种种继继电电保保护护原原理理，而而且且可可以以解解决决机机电电式式、静静态态保保护护装装置置无无法法解解决决的的问问题题，不不仅仅可可以以实实现现复复杂杂原原理理的的保保护护，而而且且为为原原理理算算法法的的完完善和发展提供了良好的

228、实现条件；善和发展提供了良好的实现条件； ；n2) 2) 微微机机保保护护的的动动作作特特性性和和功功能能主主要要是是由由软软件件决决定定的的，可可以以通通过过改改变变软软件件程程序序以以获获取取所所需需要要的的保保护护性性能能，使使得得保保护护性性能能的的选选择择和和调调试试都都很很方方便便，具具有有很很大大的的灵灵活活性、适应性；性、适应性； 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1134-113）n3) 3) 可用相同的硬件实现不同原理的保护，使得保护装可用相同的硬件实现不同原理的保护，使得保护装置的制造大为简化，生产标准化批量化，硬件可靠性置的制造大为简化，生产标准化批量化，硬件

229、可靠性高；高； n4) 4) 可以不断地对本身的硬件软件自检，发现装置异常可以不断地对本身的硬件软件自检，发现装置异常情况并排除干扰和通知运行维护中心，使得保护装置情况并排除干扰和通知运行维护中心，使得保护装置工作可靠性很高，大大减轻运行维护的工作量；工作可靠性很高，大大减轻运行维护的工作量；n5) 5) 微机保护还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序微机保护还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录等辅助功能，微机保护装置设有的通信接口，可记录等辅助功能，微机保护装置设有的通信接口，可以方便地将各地的继电保护装置纳入融测量、控制、以方便地将各地的继电保护装置纳入融测量、控制、保护和数据通信为一体

230、的变电站综合自动化系统，这保护和数据通信为一体的变电站综合自动化系统，这对于保护的运行管理与远方监控、电网事故分析与处对于保护的运行管理与远方监控、电网事故分析与处理、实现无人值班与提高系统运行的自动化水平等具理、实现无人值班与提高系统运行的自动化水平等具有重要意义。有重要意义。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1144-114）n存在的问题存在的问题： 1) 1) 对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件比较容易对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件比较容易过时；过时； 2) 2) 微机保护与传统保护有根本性的差别，后者每个部微机保护与传统保护有根本性的差别，后者每个部分都是硬件构成，

231、保护的接线和整个动作过程直观易分都是硬件构成，保护的接线和整个动作过程直观易理解，使用者对装置的动作原理、接线及维护较易掌理解，使用者对装置的动作原理、接线及维护较易掌握；而微机保护的软件只有专门的设计人员才能改写握；而微机保护的软件只有专门的设计人员才能改写或调试，使用者较难掌握它的操纵和维护过程。或调试，使用者较难掌握它的操纵和维护过程。n一台完整的微机保护装置主要由硬件和软件两部分构一台完整的微机保护装置主要由硬件和软件两部分构成，硬件指模拟和数字电子电路，硬件提供软件运行成，硬件指模拟和数字电子电路，硬件提供软件运行的平台，并且提供数字保护装置与外部系统的电气联的平台，并且提供数字保护

232、装置与外部系统的电气联系；软件指计算机程序，由它按照保护原理和功能的系；软件指计算机程序，由它按照保护原理和功能的要求对硬件进行控制，有序地完成数据采集、外部信要求对硬件进行控制，有序地完成数据采集、外部信息交换、数字运算和逻辑判断、动作指令执行等各项息交换、数字运算和逻辑判断、动作指令执行等各项操作。操作。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1154-115）n二二. .微机保护装置的基本构成微机保护装置的基本构成n如图所示微机保护装置的硬件系统示意框图，包括：如图所示微机保护装置的硬件系统示意框图，包括：模拟量输入、开关量输入、微机系统、开关量输出、模拟量输入、开关量输入、微机系

233、统、开关量输出、人机对话、外部通信等六部分，其中微型机主系统是人机对话、外部通信等六部分，其中微型机主系统是核心部件，其他五部分是外围接口部件。核心部件，其他五部分是外围接口部件。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1164-116）4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1174-117）n1.1.模拟量输入部分模拟量输入部分 模拟量输入部分就是将互感器输入的模拟电信号正确模拟量输入部分就是将互感器输入的模拟电信号正确地变换成离散化的数字量，也称为数据采集系统。按地变换成离散化的数字量，也称为数据采集系统。按信号传递顺序，交流模拟量输入部分又主要包括以下信号传递顺序，交流模拟量输

234、入部分又主要包括以下几部分：几部分：n(1) (1) 输入变换及电压形成输入变换及电压形成 它接受来自电力互感器二它接受来自电力互感器二次侧的电压、电流信号，并将这些信号进一步变小，次侧的电压、电流信号，并将这些信号进一步变小，同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离和电同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离和电磁屏蔽，以保障保护装置内部弱电元件的安全和减少磁屏蔽，以保障保护装置内部弱电元件的安全和减少来自高压设备对弱电元件的干扰。信号的变换对交流来自高压设备对弱电元件的干扰。信号的变换对交流电压可直接采用电压变换器，对于交流电流，由于通电压可直接采用电压变换器，对于交流电流，由于通常使

235、用的弱电电子器件为电压输入型器件，因此还需常使用的弱电电子器件为电压输入型器件，因此还需将电流信号转换为电压信号，这个转换过程称为电压将电流信号转换为电压信号，这个转换过程称为电压形成。形成。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1184-118）n(2) (2) 低通滤波器低通滤波器 作用是抑制输入信号中对保护无用作用是抑制输入信号中对保护无用的较高频率的成分，以便采样时易于满足采样定理的的较高频率的成分，以便采样时易于满足采样定理的要求。低通滤波器可采用简单的有源或无源低通滤波要求。低通滤波器可采用简单的有源或无源低通滤波电路。电路。n(3) (3) 采样保持器采样保持器S/H S/

236、H 所谓采样保持，就是在某一时刻所谓采样保持，就是在某一时刻抽取输入模拟信号的瞬时值，并维持适当时间不变。抽取输入模拟信号的瞬时值，并维持适当时间不变。如果按固定的时间间隔重复地进行这种采样保持操作，如果按固定的时间间隔重复地进行这种采样保持操作，就将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散的就将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散的模拟信号序列。模拟信号序列。 n(4) (4) 多路转换器多路转换器 它可由它可由CPUCPU通过编码控制将多通道输通过编码控制将多通道输入信号（由入信号（由S/HS/H送来）依次与一路输出端连通，其输出送来）依次与一路输出端连通，其输出端与模数变换器的输入端

237、相连。此时，只用一路模数端与模数变换器的输入端相连。此时，只用一路模数变换器即可实现所有通道的模数变换，能大大简化电变换器即可实现所有通道的模数变换，能大大简化电路和降低成本。路和降低成本。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1194-119）n(4) (4) 模数变换器模数变换器A/D A/D 它将由它将由S/HS/H抽取并保持的输入模抽取并保持的输入模拟信号的瞬时值变换为相应的数字值，实现模拟量到拟信号的瞬时值变换为相应的数字值，实现模拟量到数字量的变换，通常采用逐次逼近型数字量的变换，通常采用逐次逼近型A/DA/D变换器。变换器。n输入变换、电压形成及模拟低通滤波三部分电路合起输

238、入变换、电压形成及模拟低通滤波三部分电路合起来通常又被称为信号调理回路。采样保持器、多路转来通常又被称为信号调理回路。采样保持器、多路转换器以及模数变换器既有各自独立的、也有组合在一换器以及模数变换器既有各自独立的、也有组合在一起的集成电路芯片，需要根据具体设计指标来选择。起的集成电路芯片，需要根据具体设计指标来选择。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1204-120）n2.2.开关量输入部分开关量输入部分n开关量泛指那些反映开关量泛指那些反映“是是”或或“非非”两种状态的逻辑两种状态的逻辑变量，如断路器的变量，如断路器的“合合”或或“分分”闸状态、开关或继闸状态、开关或继电器触点

239、的电器触点的“通通”或或“断断”状态、控制信号的状态、控制信号的“有有”或或“无无”状态等。这些状态正好对应二进制数字的状态等。这些状态正好对应二进制数字的“1”“1”或或“0”“0”，所以开关量可作为数字量读入（每一，所以开关量可作为数字量读入（每一路开关量信号占用二进制数字的一位）。开关量输入路开关量信号占用二进制数字的一位）。开关量输入部分就是为开关量提供输入通道，并在保护装置内外部分就是为开关量提供输入通道，并在保护装置内外部之间实现光电隔离，以保证内部弱电电路的安全和部之间实现光电隔离，以保证内部弱电电路的安全和减少外部干扰。减少外部干扰。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-

240、1214-121）n3.3.微型机主系统微型机主系统n微型机主系统执行编制好的程序，对由数据采集部分微型机主系统执行编制好的程序，对由数据采集部分输入的原始数据进行分析处理，并指挥各种外围接口输入的原始数据进行分析处理，并指挥各种外围接口部件的运转，从而实现继电保护和测量、逻辑、控制部件的运转，从而实现继电保护和测量、逻辑、控制等功能。微型机主系统一般由中央处理器等功能。微型机主系统一般由中央处理器CPUCPU、存储器、存储器、定时器定时器/ /计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交线、地址总线、控制总线连

241、成一个系统，实现数据交换和操作控制。换和操作控制。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1224-122）n(1) (1) CPU CPU 它是整个微机保护的指挥中枢，程序的运行它是整个微机保护的指挥中枢，程序的运行依赖于依赖于CPUCPU来实现。当前，应用于微机保护装置的来实现。当前，应用于微机保护装置的CPUCPU主要有单片微处理器、通用微处理器、数字信号处理主要有单片微处理器、通用微处理器、数字信号处理器几种类型，而多采用器几种类型，而多采用1616位单片微处理器构成供电系位单片微处理器构成供电系统大功率电力设备的微机保护装置。统大功率电力设备的微机保护装置。n(2) (2) 存

242、储器存储器 它用来保存程序和数据。根据微机保护中它用来保存程序和数据。根据微机保护中所需的数字信息类型，相应采用三种不同的存储器件：所需的数字信息类型，相应采用三种不同的存储器件：随机存储器随机存储器RAMRAM，暂存一些临时数据；，暂存一些临时数据；紫外线可擦紫外线可擦除且电可编程的只读存储器除且电可编程的只读存储器EPROMEPROM，保存微机保护的运，保存微机保护的运行程序和一些固定不变的数据；行程序和一些固定不变的数据；电可擦除且可编程电可擦除且可编程只读存储器只读存储器E2PROME2PROM，保存有时需要在线改写且在装置，保存有时需要在线改写且在装置失电后不会丢失的控制参数，如整定

243、值等。此外，目失电后不会丢失的控制参数，如整定值等。此外，目前还广泛使用快闪存储器前还广泛使用快闪存储器Flash MemoryFlash Memory，其存储容量，其存储容量更大且可靠性更高，可以用来保存程序或整定值，还更大且可靠性更高，可以用来保存程序或整定值，还可用来保存大量的故障记录数据。可用来保存大量的故障记录数据。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1234-123）n(3) (3) 定时器定时器/ /计数器计数器 除了为延时动作的保护提供精确除了为延时动作的保护提供精确计时外，它还起提供定时采样触发信号、形成中断控计时外，它还起提供定时采样触发信号、形成中断控制等作用。

244、目前很多制等作用。目前很多CPUCPU中已将定时器中已将定时器/ /计数器集成在计数器集成在其内部。其内部。n(4) (4) 控制电路控制电路 它用以保证整个微机数字电路的有效它用以保证整个微机数字电路的有效连接和协调工作，包括地址译码器、地址锁存器、数连接和协调工作，包括地址译码器、地址锁存器、数据缓冲器、晶体振荡器及时钟发生器、中断控制器等。据缓冲器、晶体振荡器及时钟发生器、中断控制器等。这些控制电路目前广泛采用大规模可编程逻辑器件这些控制电路目前广泛采用大规模可编程逻辑器件（如（如CPLDCPLD和和FPGAFPGA等器件），既大大简化了印制板连线，等器件），既大大简化了印制板连线，又提

245、高了微型机主系统的可靠性。又提高了微型机主系统的可靠性。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1244-124）n4.4.开关量输出部分开关量输出部分n开关量输出部分为正确地发出开关量操作命令提供输开关量输出部分为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现光电隔离。出通道，并在微机保护装置内外部之间实现光电隔离。微机保护装置通过开关量输出的微机保护装置通过开关量输出的“0”“0”或或“1”“1”状态来状态来控制执行回路（如报警信号、跳闸回路继电器触点的控制执行回路（如报警信号、跳闸回路继电器触点的“通通”或或“断断”等）。等）。4.4.供电系统的保护（供电系统的

246、保护（4-1254-125）n5.5.人机对话部分人机对话部分n人机对话部分建立起微机保护装置与使用者之间的信人机对话部分建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。继电保护的操作主要包括整定值和控制命反馈信息。继电保护的操作主要包括整定值和控制命令的输入等；而反馈信息主要包括被保护的一次设备令的输入等；而反馈信息主要包括被保护的一次设备是否发生故障、何种性质的故障、保护装置是否已发是否发生故障、何种性质的故障、保护装置是否已发生动作以及保护装置本身是否运行正常等。而数字保生动作以及保护装置本身是否运行

247、正常等。而数字保护装置采用智能化人机界面使人机信息交换功能大为护装置采用智能化人机界面使人机信息交换功能大为丰富、操作更为方便。人机对话部分通常包括：紧凑丰富、操作更为方便。人机对话部分通常包括：紧凑键盘、显示屏、指示灯、按钮、打印机接口、调试通键盘、显示屏、指示灯、按钮、打印机接口、调试通信接口等。信接口等。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1264-126）n6.6.外部通信部分外部通信部分n外部通信部分提供信息通道与变电站计算机局域网以外部通信部分提供信息通道与变电站计算机局域网以及电力系统远程通信网相连，实现更高一级的信息管及电力系统远程通信网相连，实现更高一级的信息管理和

248、控制功能，如信息交互、数据共享、远方操作及理和控制功能，如信息交互、数据共享、远方操作及远方维护等。远方维护等。n此外，微机保护装置还需要工作电源。由于电源必须此外，微机保护装置还需要工作电源。由于电源必须保证对所有有源器件安全稳定、优质可靠地供电并满保证对所有有源器件安全稳定、优质可靠地供电并满足它们的特殊要求，因此电源也是最重要的部件之一。足它们的特殊要求，因此电源也是最重要的部件之一。目前通常采用开关式逆变电源组件。目前通常采用开关式逆变电源组件。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1274-127）n三三. .微机保护的软件实微机保护的软件实现现n微机保护的软件以硬微机保护的

249、软件以硬件为基础，通过算法件为基础，通过算法及程序设计实现所要及程序设计实现所要求的保护功能，包括求的保护功能，包括监控软件和运行软件监控软件和运行软件两部分，如图所示。两部分，如图所示。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1284-128）n监控软件（即主程序）包括对打开中断、人机接口与监控软件（即主程序）包括对打开中断、人机接口与键盘命令的处理程序和为装置中各个单元进行调试、键盘命令的处理程序和为装置中各个单元进行调试、整定值设置、报告显示等配置的程序。中断打开后，整定值设置、报告显示等配置的程序。中断打开后，每当采样周期到就向微处理器申请中断，响应中断后每当采样周期到就向微处理

250、器申请中断，响应中断后即转入运行软件（即中断服务程序），进行数据采样即转入运行软件（即中断服务程序），进行数据采样和数字滤波、保护算法、故障判断和处理等子程序，和数字滤波、保护算法、故障判断和处理等子程序，以完成某种原理的保护功能。以完成某种原理的保护功能。n运行软件中的保护算法是微机保护的核心，根据模数运行软件中的保护算法是微机保护的核心，根据模数变换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算变换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断以实现各种继电保护的功能。和判断以实现各种继电保护的功能。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1294-129）n在微机保护中，算法可分为两

251、大类：一类是特征量算在微机保护中，算法可分为两大类：一类是特征量算法，它用来计算保护所需的各种电气量的特征参数，法，它用来计算保护所需的各种电气量的特征参数，如电流或电压的幅值及相位、序分量、基波分量、某如电流或电压的幅值及相位、序分量、基波分量、某次谐波分量的大小等；另一类是保护动作判据的算法，次谐波分量的大小等；另一类是保护动作判据的算法，它用特征量算法的结果来实现保护的动作方程和特性，它用特征量算法的结果来实现保护的动作方程和特性，因此与具体的保护功能密切相关。为此，下面首先介因此与具体的保护功能密切相关。为此，下面首先介绍供电系统微机保护中的一些基本算法，包括求解电绍供电系统微机保护中

252、的一些基本算法，包括求解电流或电压幅值（特征量）的半周绝对值积分算法、全流或电压幅值（特征量）的半周绝对值积分算法、全周傅氏算法以及微机保护的突变量起动判据算法；周傅氏算法以及微机保护的突变量起动判据算法； 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1304-130）n1.1.微机保护中的一些基本算法微机保护中的一些基本算法n在供电系统的微机保护中，需要求取的特征量主要是在供电系统的微机保护中，需要求取的特征量主要是电流或电压的基波分量、谐波分量的幅值大小，可用电流或电压的基波分量、谐波分量的幅值大小，可用的方法有半周绝对值积分、全周（半周）傅氏、采样的方法有半周绝对值积分、全周（半周）傅氏

253、、采样值乘积算法以及故障分量算法等，下面着重介绍其中值乘积算法以及故障分量算法等，下面着重介绍其中常用的两种。常用的两种。 n（1 1）半周绝对值积分算法）半周绝对值积分算法n半周绝对值积分算法可以求取电流或电压的基波幅值。半周绝对值积分算法可以求取电流或电压的基波幅值。该算法的依据是一个纯正弦量在任意半个周期内绝对该算法的依据是一个纯正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数值的积分为一常数。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1314-131）n对于正弦电流对于正弦电流 ， 、 分别为电流的幅值、分别为电流的幅值、相位，其半周绝对值积分相位，其半周绝对值积分S Sn上式积分值上式

254、积分值S S与积分起始点的初相角与积分起始点的初相角 无关无关，因为如因为如下图所示的两块阴影面积显然是相等的。上式中的积下图所示的两块阴影面积显然是相等的。上式中的积分可以用下图所示的梯形法近似求出：分可以用下图所示的梯形法近似求出：n只要采样率足够高，用梯形法近似积分的误差可以很只要采样率足够高，用梯形法近似积分的误差可以很小。求出积分值小。求出积分值S S后，即可求得正弦量的幅值后，即可求得正弦量的幅值 = 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1324-132）n半周绝对值积分算法本身具有一定的抗干扰和抑制高半周绝对值积分算法本身具有一定的抗干扰和抑制高次谐波的能力，算法的数据窗

255、长度为次谐波的能力，算法的数据窗长度为10ms10ms，此外这种，此外这种算法运算量极小，可以用非常简单的软件实现，因此，算法运算量极小，可以用非常简单的软件实现，因此，对于一些要求不高的电流、电压保护可以采用这种算对于一些要求不高的电流、电压保护可以采用这种算法，必要是可另外配一个简单的差分滤波器来抑制信法，必要是可另外配一个简单的差分滤波器来抑制信号中的直流分量，提高算法的精度。号中的直流分量，提高算法的精度。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1334-133）n（2 2）全周傅里叶算法）全周傅里叶算法n全周傅氏算法可求取电流或电压的基波幅值以及谐波全周傅氏算法可求取电流或电压

256、的基波幅值以及谐波分量的幅值，包括实部、虚部的大小。该算法的基本分量的幅值，包括实部、虚部的大小。该算法的基本思想源于傅里叶级数。假设输入信号思想源于傅里叶级数。假设输入信号i i中除基频分量外，中除基频分量外，还包含直流分量和各种整次谐波分量，即可表示为：还包含直流分量和各种整次谐波分量，即可表示为：n其中其中 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1344-134）n根据三角函数系在区间根据三角函数系在区间 上的正交性和傅立叶系数上的正交性和傅立叶系数的计算方法，可导出谐波分量实、虚部为的计算方法，可导出谐波分量实、虚部为 n取每基频周期点采样，取每基频周期点采样，i(k)表示第表示

257、第k点采样值，采用按点采样值，采用按采样时刻分段的梯形面积之和来近似上两式的连续积采样时刻分段的梯形面积之和来近似上两式的连续积分（即梯形法积分），求得分（即梯形法积分），求得 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1354-135）n该算法的数据窗为一个完整的基频周期，称之为全周该算法的数据窗为一个完整的基频周期，称之为全周傅氏算法。注意到全周傅氏算法中系数傅氏算法。注意到全周傅氏算法中系数 、 n 为可事先算得的常数，故算法的实时计算量为可事先算得的常数，故算法的实时计算量不大。特别地，如取不大。特别地，如取 ，则得到基频分量的实部，则得到基频分量的实部 和虚部和虚部 ，将它们代入上

258、两式中，便可求出基频分量，将它们代入上两式中，便可求出基频分量的有效值和相角，即的有效值和相角，即= = 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1364-136）n全周傅氏算法的幅频特性如图所示。可见，该算法不全周傅氏算法的幅频特性如图所示。可见，该算法不仅可以保留基波，完全滤除纯直流分量和整次谐波分仅可以保留基波，完全滤除纯直流分量和整次谐波分量，而且对非整次谐波分量和按指数衰减的非周期分量，而且对非整次谐波分量和按指数衰减的非周期分量有一定的抑制作用，尤其对高频分量的滤波能力相量有一定的抑制作用，尤其对高频分量的滤波能力相当强。正是因为全周傅氏算法具有良好的数字滤波作当强。正是因为全

259、周傅氏算法具有良好的数字滤波作用，加之原理清晰又计算精度高，在供电系统微机保用，加之原理清晰又计算精度高，在供电系统微机保护中应用极为广泛，但不足之处是需要的数据窗较长护中应用极为广泛，但不足之处是需要的数据窗较长( (为一个基频周期的为一个基频周期的20ms)20ms)，使保护的动作速度受到限，使保护的动作速度受到限制。制。n为了提高算法的响应速度，还可以在式为了提高算法的响应速度，还可以在式(4-59)(4-59)与与(4-(4-60)60)中将数据窗压缩到半个基频周期，从而得到所谓的中将数据窗压缩到半个基频周期，从而得到所谓的半周傅氏算法，不过这对消除直流分量和偶次谐波的半周傅氏算法，不

260、过这对消除直流分量和偶次谐波的效果比全周傅氏算法有所削弱。效果比全周傅氏算法有所削弱。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1374-137）n（3 3）突变量启动判据的算法）突变量启动判据的算法n微机保护中用于判断是否有故障发生的起动元件广泛微机保护中用于判断是否有故障发生的起动元件广泛采用反应两相电流之差突变量的元件。对于两相电流采用反应两相电流之差突变量的元件。对于两相电流之差之差 、 、 ，突变量启动判据为：，突变量启动判据为：n为防止干扰引起误启动，上式需要使用连续多点采样为防止干扰引起误启动，上式需要使用连续多点采样值进行连续多次判定（通常取为值进行连续多次判定（通常取为3

261、 3次）。次）。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1384-138）n在在正正常常运运行行时时，系系统统中中流流过过数数值值较较稳稳定定的的负负荷荷电电流流，相邻三个周期对应采样点的每相电流采样变化很小，相邻三个周期对应采样点的每相电流采样变化很小， 理理论论上上 接接近近零零，即即使使考考虑虑了了各各种种测测量量、计计算算和和随随机机误误差差，其其值值也也比比较较小小。因因此此，整整定定值值 可可选选择择得得很小，突变量起动元件具有较高灵敏度。很小，突变量起动元件具有较高灵敏度。n在系统发生故障时，故障相电流将急剧变化。在系统发生故障时，故障相电流将急剧变化。n需需要要说说明明的

262、的是是，上上式式中中采采用用了了两两个个绝绝对对值值相相减减的的形形式式，这这是是为为了了消消除除系系统统正正常常运运行行但但频频率率偏偏离离50Hz50Hz时时可可能能引引起起起起动动元元件件的的误误动动作作。因因为为频频率率变变化化时时，相相邻邻三三个个周周期对应采样点的每相电流值将不相等，使得期对应采样点的每相电流值将不相等，使得 n 、 不为零。不为零。 = = 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1394-139）n2.2.微机型电流保护微机型电流保护n微机型线路电流保微机型线路电流保护的中断服务程序护的中断服务程序流程如图所示流程如图所示4.4.供电系统的保护（供电系统的保

263、护（4-1404-140）n其过程简述如下：其过程简述如下：n1 1） 控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值成数字量的采样值i i( (k k) )，然后存于，然后存于RAMRAM区的循环控制器区的循环控制器中。中。n2 2） 进行时钟计时，便于在报告和报文中记录带有故进行时钟计时，便于在报告和报文中记录带有故障时刻的信息。障时刻的信息。n3 3） 采用前面所述的半周绝对值积分算法、全周傅氏采用前面所述的半周绝对值积分算法、全周傅氏算法，依据测量到的采样值算法，依据测量到的采样值i i( (k k) )计算幅值计算幅值I I，如电

264、流、，如电流、电压等。此处为清晰起见，上图中将用于比较的电流电压等。此处为清晰起见，上图中将用于比较的电流取为各输入电流中的最大值。取为各输入电流中的最大值。n 4 4） 将测量电流将测量电流I I与电流速断定值与电流速断定值I II I进行比较。如果进行比较。如果测量电流大于速断定值，则立即控制出口回路，发出测量电流大于速断定值，则立即控制出口回路，发出跳闸命令和动作信号，同时保存电流速断的动作信息，跳闸命令和动作信号，同时保存电流速断的动作信息，用于记录、显示、查询和上传。用于记录、显示、查询和上传。4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1414-141）n5 5） 在电流速断功能之

265、后，执行过电流保护的功能。在电流速断功能之后，执行过电流保护的功能。当过电流元件持续动作到当过电流元件持续动作到t tIIII时，立即发出跳闸命令。时，立即发出跳闸命令。当测量电流小于过电流定值当测量电流小于过电流定值I IIIII时，可以考虑一个返回时，可以考虑一个返回系数后才让过电流元件返回。此处，过电流保护的逻系数后才让过电流元件返回。此处，过电流保护的逻辑中需要用到延时功能，采用计数器辑中需要用到延时功能，采用计数器TN2TN2的计数值结合的计数值结合采样间隔计时为采样间隔计时为TN2*TN2*T Ts s，此计时与过电流保护延时，此计时与过电流保护延时t tIIII进行比较，从而判断

266、进行比较，从而判断“时间继电器时间继电器”是否满足动作条是否满足动作条件。件。n6 6） 当电流速断、过电流保护元件都不动作时，再控当电流速断、过电流保护元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的。收回跳闸命令的目的。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1424-142）n3.3.微机型变压器差动保护微机型变压器差动保护n对于微机型变压器差动保护，为了减小或消除不平衡对于微机型变压器差动保护，为了减小或消除不平衡电流的影响，使变压器外部短路时差动保护不致于误电流的影响，使变压器外部短路时差动保护不

267、致于误动作，在电流差动保护基本原理的基础上引入制动量，动作，在电流差动保护基本原理的基础上引入制动量，从而构成具有制动特性的差动保护，其动作电流值随从而构成具有制动特性的差动保护，其动作电流值随外部短路电流的增大而按比率增大。外部短路电流的增大而按比率增大。 n变压器差动保护的不平衡电流随外部故障时穿越变压变压器差动保护的不平衡电流随外部故障时穿越变压器的短路电流（简称穿越电流）的增大而增大。因此，器的短路电流（简称穿越电流）的增大而增大。因此，引入一个能够反应穿越电流大小的制动量，使穿越电引入一个能够反应穿越电流大小的制动量，使穿越电流大时产生的制动作用大，保护的动作电流也随着增流大时产生的

268、制动作用大，保护的动作电流也随着增大；穿越电流小时产生的制动作用小，保护的动作电大；穿越电流小时产生的制动作用小，保护的动作电流也减小。这种制动作用称之为比率制动。流也减小。这种制动作用称之为比率制动。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1434-143）n制动量通常由变压器各侧的电流综合而成，常见的形制动量通常由变压器各侧的电流综合而成，常见的形式有平均电流制动、复式制动、标积制动等，下面以式有平均电流制动、复式制动、标积制动等，下面以复式制动量为例进行说明。如图复式制动量为例进行说明。如图4-214-21所示的变压器差所示的变压器差动保护基本原理及电流方向定义，对差动量动保护基本

269、原理及电流方向定义，对差动量I Id d引入制引入制动量动量I Ir r，n构成如下图所示的比率制动式差动保护动作判据（构成如下图所示的比率制动式差动保护动作判据（“两折线两折线”特性），表示如下特性），表示如下 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1444-144）n由由图图可可见见，制制动动特特性性两两折折线线a-a-b-cb-c高高于于变变压压器器正正常常情情况况与与外外部部故故障障时时不不平平衡衡曲曲线线2 2，从从而而可可以以确确保保变变压压器器在在正正常常运运行行和和外外部部故故障障时时差差动动保保护护不不会会误误动动。当当供供电电系系统统的的变变压压器器内内部部故故障障时

270、时，差差动动量量与与制制动动量量的的关关系系是是，如如图图中中的的直直线线3 3所所示示，其其与与制制动动特特性性线线相相交交于于点点d d，此此时时差差动动量量只只要大于最小动作电流要大于最小动作电流 就就可可以以使使保保护护动动作作。而而不不具具制制动动特特性性的的差差动动保保护护的的动动作作电电流流为为固固定定的的 。采采用用制制动动特特性性后后，故故差差动动保保护护的的灵灵敏敏度度大大为为提高。提高。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1454-145）n另外一方面，为了进一步提高差动保护的可靠性和灵另外一方面，为了进一步提高差动保护的可靠性和灵敏性，目前我国的微机型变压器差

271、动保护中还广泛采敏性，目前我国的微机型变压器差动保护中还广泛采用二次谐波制动的方法来防止励磁涌流引起差动保护用二次谐波制动的方法来防止励磁涌流引起差动保护的误动。这是因为变压器励磁涌流中含有大量二次谐的误动。这是因为变压器励磁涌流中含有大量二次谐波分量而区别于短路电流，可以利用这个特点使差动波分量而区别于短路电流，可以利用这个特点使差动保护在励磁涌流作用下闭锁，而只在短路电流作用下保护在励磁涌流作用下闭锁，而只在短路电流作用下进行差动保护动作判据的判别。进行差动保护动作判据的判别。 n二次谐波制动元件的动作判据为二次谐波制动元件的动作判据为 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1464

272、-146）nK K2 2称为二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流下最小称为二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐波含量整定，整定范围通常为的二次谐波含量整定，整定范围通常为 n实际应用中常将二次谐波制动判据实际应用中常将二次谐波制动判据(4-59)(4-59)与比率制动与比率制动判据判据(4-57)(4-57)一起构成二次谐波和比率制动差动保护，一起构成二次谐波和比率制动差动保护，这样当变压器外部故障时比率制动起主要作用，而出这样当变压器外部故障时比率制动起主要作用，而出现励磁涌流时二次谐波制动起主要作用。考虑到内部现励磁涌流时二次谐波制动起主要作用。考虑到内部故障时差动电流中也会包含

273、一些二次谐波分量，从而故障时差动电流中也会包含一些二次谐波分量，从而会对灵敏度产生不利影响，所以通常先用比率制动判会对灵敏度产生不利影响，所以通常先用比率制动判据判断是否在动作区，若在动作区，再用二次谐波制据判断是否在动作区，若在动作区，再用二次谐波制动判据判定励磁涌流存在与否，以便决定是否闭锁差动判据判定励磁涌流存在与否，以便决定是否闭锁差动保护。动保护。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1474-147）n下面就以利用二下面就以利用二次谐波鉴别励磁次谐波鉴别励磁涌流、采用比率涌流、采用比率制动特性的微机制动特性的微机型变压器差动保型变压器差动保护方案为例，介护方案为例，介绍其软

274、件流程中绍其软件流程中中断服务程序的中断服务程序的故障处理部分，故障处理部分，如图所示。如图所示。 4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1484-148）n保护装置通常在中断服务程序中通过监测到差动电流保护装置通常在中断服务程序中通过监测到差动电流或者相电流突变量而起动，起动后先保留主程序中断或者相电流突变量而起动，起动后先保留主程序中断返回地址，再进入故障处理程序入口。返回地址，再进入故障处理程序入口。n1 1） 第第、框计算如式框计算如式(4-55)(4-55)、(4-56)(4-56)所示的差动所示的差动量量I Id d和制动量和制动量I Ir rn2 2） 第第框根据框根据I

275、Ir r的大小分别转至第的大小分别转至第或或框判别是框判别是否满足相应的比率制动判据，此判据如式否满足相应的比率制动判据，此判据如式(4-57)(4-57)所示；所示；n3 3） 若第若第或或框判别在制动范围内，则转至第框判别在制动范围内，则转至第框框作外部故障处理。为防止干扰或内部轻微故障时偶然作外部故障处理。为防止干扰或内部轻微故障时偶然计算误差等原因使保护误复归，设置了一个外部故障计算误差等原因使保护误复归，设置了一个外部故障复算次数复算次数n ne e。在未到。在未到n ne e之前，返回第之前，返回第框继续计算下一框继续计算下一时刻的时刻的I Id d；达到；达到n ne e后即判定

276、为外部故障。由第后即判定为外部故障。由第框框4.4.供电系统的保护（供电系统的保护（4-1494-149）n设置区内无故障标志，并等候中断。中断服务程序检设置区内无故障标志，并等候中断。中断服务程序检查到区内无故障标志后，恢复原中断返回地址，待中查到区内无故障标志后，恢复原中断返回地址，待中断返回后保护复归。断返回后保护复归。n4 4） 若第若第或或框判别为内部故障，先转至第框判别为内部故障，先转至第框进框进行二次谐波电流行二次谐波电流I Id2d2的计算，并进行第的计算，并进行第框励磁涌流鉴框励磁涌流鉴别，鉴别的判据如式别，鉴别的判据如式(4-58)(4-58)所示。在排除了是励磁涌所示。在

277、排除了是励磁涌流之后做出内部故障的判断，若第流之后做出内部故障的判断，若第框连续计算内部框连续计算内部故障判断次数达到故障判断次数达到n ni i时，才发出跳闸命令，否则回到时，才发出跳闸命令，否则回到第第1 1框重新计算。框重新计算。n5 5）第）第框发出跳闸命令后进入事故报告的整理输出过框发出跳闸命令后进入事故报告的整理输出过程，并等待复归命令。程，并等待复归命令。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-15-1）一、供电系统的保护接地一、供电系统的保护接地1 1、电流对人体的危害、电流对人体的危害 触电是指人体直接接触电气设备的带电部分或人体触电是指人体直

278、接接触电气设备的带电部分或人体不同部位同时接触不同电位时发生的电流通过人体的现不同部位同时接触不同电位时发生的电流通过人体的现象。电流对人体的伤害程度与通过人体的电流强度、持象。电流对人体的伤害程度与通过人体的电流强度、持续时间、频率、路径及人体健康状况等因素有关。电流续时间、频率、路径及人体健康状况等因素有关。电流大小不同，引起人体的生理、病理效应不同。大小不同，引起人体的生理、病理效应不同。 当通过人体的工频电流超过当通过人体的工频电流超过50mA50mA时，心脏就会停止时，心脏就会停止跳动，发生昏迷，并出现致命的电烧伤。工频跳动，发生昏迷，并出现致命的电烧伤。工频 lOOmA lOOmA

279、电电流通过人体时，很快使人致命。流通过人体时，很快使人致命。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-25-2）n下图是国际电工委员会下图是国际电工委员会(IEC)(IEC)提出的人体触电时间和通提出的人体触电时间和通过人体电流过人体电流(50Hz)(50Hz)对人身肌体反应的曲线。对人身肌体反应的曲线。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-35-3）通过上图可以看出通过上图可以看出: :n区区为无反应区；为无反应区；n区区为无有害的生理病变反应区；为无有害的生理病变反应区；n区区为对人体无危险，但可能出现病理生理反应区，为对人体无

280、危险，但可能出现病理生理反应区， 如呼吸困难、肌肉收缩、血压升高、心脏电刺击等；如呼吸困难、肌肉收缩、血压升高、心脏电刺击等；n区区除会发生区除会发生区的病理生理反应外，还可能出现的病理生理反应外，还可能出现 心室纤维颤动。随着通过人体电流的增加和持续时心室纤维颤动。随着通过人体电流的增加和持续时 间的延长将会出现心脏停跳、呼吸停止和严重烧伤间的延长将会出现心脏停跳、呼吸停止和严重烧伤 等后果。等后果。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-45-4）n我国规定触电时间不超过我国规定触电时间不超过lsls的安全电流的安全电流30mA(50Hz)30mA(50Hz

281、)，并以此规范了我国国家标准并以此规范了我国国家标准GB3805GB380519831983安全电压等安全电压等级如下表所示级如下表所示 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-55-5）2 2、接地和接地装置、接地和接地装置n在供电系统中，为了保证电气设备的正常工作，保障在供电系统中，为了保证电气设备的正常工作，保障 人身安全、防止间接触电而人身安全、防止间接触电而将供电系统中电气设备的将供电系统中电气设备的 外露可导电部分与大地土壤间作良好的电气连接，即外露可导电部分与大地土壤间作良好的电气连接，即 为为接地接地。n具有接地装置的电气设备，当绝缘损坏，外壳带电

282、时，具有接地装置的电气设备，当绝缘损坏，外壳带电时， 人若触及电气设备，接地电流将同时沿着电气设备的人若触及电气设备，接地电流将同时沿着电气设备的 接地装置和人体两条通路流过，流过每一条通路的电接地装置和人体两条通路流过，流过每一条通路的电 流值与其电阻的大小成反比，接地装置的电阻越小，流值与其电阻的大小成反比，接地装置的电阻越小， 流经人体的电流也越小，当接地装置的电阻足够小时，流经人体的电流也越小，当接地装置的电阻足够小时， 流经人体的电流几乎等于零，因而，人体就能避免触流经人体的电流几乎等于零，因而，人体就能避免触 电的危险。电的危险。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的

283、保护接地与防雷（5-65-6） 接地装置的构成接地装置的构成 接地装置是由接地装置是由接地极接地极和和接地线接地线所组成。由若干接地所组成。由若干接地 极在大地中相互连接而组成的总体，称为极在大地中相互连接而组成的总体，称为接地网接地网。 接地装置的散流效应接地装置的散流效应 当发生电气设备接地短路时，电流通过接地极向大当发生电气设备接地短路时，电流通过接地极向大 地作半球状扩散（接地电流），所形成的电阻叫散地作半球状扩散（接地电流），所形成的电阻叫散 流电阻。接地电阻是指接地装置的对地电压与接地流电阻。接地电阻是指接地装置的对地电压与接地 电流之比。由于接地线电阻很小，可忽略不计，故电流之比

284、。由于接地线电阻很小，可忽略不计，故 接地装置的接地电阻主要是指接地极的对地电压与接地装置的接地电阻主要是指接地极的对地电压与 接地电流之比。接地电流之比。根据通过接地极流入大地中工频电根据通过接地极流入大地中工频电 流求得的电阻，称为流求得的电阻，称为工频接地电阻工频接地电阻；而根据通过接；而根据通过接 地极流入大地中冲击电流求得的电阻，则为地极流入大地中冲击电流求得的电阻，则为冲击接冲击接 地电阻地电阻。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-75-7）电电气气上上的的“地地”电电位位、接接触触电压、跨步电压电压、跨步电压在离接地体在离接地体20m20m的半

285、球面处的半球面处 对应的散流电阻已经很小，对应的散流电阻已经很小， 由接地电流产生的压降已近由接地电流产生的压降已近 似于零，通常似于零，通常将距离接地体将距离接地体 20m 20m 处的地方称为电气上的处的地方称为电气上的 “地地”电电位位。电电气气设设备备从从接接地地 极到极到20m 20m 以外零电位之间的以外零电位之间的 电位差，称为接地时的对地电位差，称为接地时的对地 电压，用电压，用u uE E表示。表示。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-85-8）n接触电压接触电压 根据上述电位分布，在接地回路里，人站在地面根据上述电位分布，在接地回路里，人站

286、在地面 上触及到绝缘损坏的电气装置时，人体所承受的上触及到绝缘损坏的电气装置时，人体所承受的 电压称为接触电压，用电压称为接触电压，用u utoutou表示；表示；n跨步电压跨步电压 在接地回路里，人的双脚站在不同电位的地面上在接地回路里，人的双脚站在不同电位的地面上 时，两脚间时，两脚间( (一般跨距为一般跨距为0.8m)0.8m)所呈现的电压称为所呈现的电压称为 跨步电压，用跨步电压，用u uspsp表示。表示。 根据接地装置周围大地表面形成的电位分布，距根据接地装置周围大地表面形成的电位分布，距 离接地体越近，跨步电压越大。当距接地极离接地体越近，跨步电压越大。当距接地极20m20m外外

287、 时，跨步电压为零。时，跨步电压为零。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-95-9） 接地电阻的组成及电力系统对接地电阻的要求接地电阻的组成及电力系统对接地电阻的要求 接地电阻的组成：接地电阻的组成： 土壤电阻土壤电阻 土壤电阻的大小用土壤电阻率（土壤电阻的大小用土壤电阻率（1cm1cm3 3正正 立方体土壤的电阻值）表示立方体土壤的电阻值）表示（P P131 131 表表5 52 2）； （土壤的温度、湿度、化学成分、物理性质均会影响土壤电阻率）（土壤的温度、湿度、化学成分、物理性质均会影响土壤电阻率） 接地线接地线 一般为建筑物中的自然导体一般为建筑物中的

288、自然导体（建筑物的金属结（建筑物的金属结 构、生产设备中的金属框架、布线的钢管、电缆的外皮构、生产设备中的金属框架、布线的钢管、电缆的外皮 以及非可燃和无爆炸危险的工业管道等）以及非可燃和无爆炸危险的工业管道等） 工程设计中，接地线电阻很小往往忽略不计。工程设计中，接地线电阻很小往往忽略不计。 接地极接地极 可选用可选用自然接地极自然接地极和和人工接地极人工接地极第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-105-10）自然接地极：自然接地极：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、地下水管道，非可燃、非爆炸性液、 气金属管道；建筑物和构筑物的金属气金属管道；建筑物和构筑物的

289、金属 结构和电缆外皮。结构和电缆外皮。人工接地极：人工接地极：可以用垂直埋入地下的钢管、角钢、可以用垂直埋入地下的钢管、角钢、 槽型钢、工字钢以及水平放置的扁钢、槽型钢、工字钢以及水平放置的扁钢、 圆钢等。圆钢等。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-115-11）n一般情况下采用管形接地体较好，其优点是：一般情况下采用管形接地体较好，其优点是： 1) 1) 机械强度高，可以用机械方法打入土壤中，机械强度高，可以用机械方法打入土壤中， 施工较简单。施工较简单。 2) 2) 达到同样的电阻值，较其它接地体经济。达到同样的电阻值，较其它接地体经济。 3) 3) 容易

290、埋入地下较深处，土壤电阻系数变化较小。容易埋入地下较深处，土壤电阻系数变化较小。 4) 4) 与接地线易于连接，便于检查。与接地线易于连接，便于检查。 5) 5) 用人工方法处理土壤时，容易加入盐类溶液。用人工方法处理土壤时，容易加入盐类溶液。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-125-12）n在工程设计中通常选用直径在工程设计中通常选用直径50mm50mm、长度、长度2.5m2.5m的钢管的钢管 作为人工接地极。因为直径小于该值，机械强度小，作为人工接地极。因为直径小于该值，机械强度小，容易弯曲，不易打入地下，但直径大于容易弯曲，不易打入地下，但直径大于5

291、0mm50mm，流散，流散 电阻降低作用不大。电阻降低作用不大。（例如（例如125mm 125mm 比比50mm 50mm 流散电阻流散电阻 大约只减小大约只减小15%15%。长度与流散电阻也有关系，管长小于。长度与流散电阻也有关系，管长小于2.5m2.5m时，时， 流散电阻增加很多，但增加长度，流散电阻值减小很少）。流散电阻增加很多，但增加长度，流散电阻值减小很少）。n为了减少外界温度、湿度变化对流散电阻的影响，为了减少外界温度、湿度变化对流散电阻的影响， 管的顶部距地面一般要求约为管的顶部距地面一般要求约为500 500 700mm700mm。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系

292、统的保护接地与防雷（5-135-13）n通常，电力系统在不同情况下对接地电阻的要求通常，电力系统在不同情况下对接地电阻的要求 是不同的。下表给出了电力系统不同接地装置所是不同的。下表给出了电力系统不同接地装置所 要求的接地电阻值。要求的接地电阻值。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-145-14）工频接地电阻的计算工频接地电阻的计算单个接地极的接地电阻单个接地极的接地电阻 不同类型的单个接地极不同类型的单个接地极 的接地电阻计算公式，在设计手册中均有介绍，如的接地电阻计算公式，在设计手册中均有介绍，如 工厂配电设计手册。工厂配电设计手册。 在工程实际应用中，通

293、常采用的垂直接地极一般长在工程实际应用中，通常采用的垂直接地极一般长 2.5 2.5米，顶端埋于地面之下米，顶端埋于地面之下0.5 0.5 0.70.7米。此时单根米。此时单根 垂直接地极接地电阻的简化计算公式为：垂直接地极接地电阻的简化计算公式为： 式中：式中：KK与接地极形状相关的简化计算系数；与接地极形状相关的简化计算系数； 土壤电阻率。土壤电阻率。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-155-15） 在实际的供电系统设计在实际的供电系统设计 中，往往单个接地极的中，往往单个接地极的 接地电阻不能满足某些接地电阻不能满足某些 系统对接地电阻的要求，系统对接

294、地电阻的要求， 因此，必须将数根接地因此，必须将数根接地 极进行并联组成。如图极进行并联组成。如图 所示所示：人工接地网接地电阻的计算人工接地网接地电阻的计算第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-165-16） 由于在实际人工接地网的设计中，接地极间的由于在实际人工接地网的设计中，接地极间的 距离一般取为接地极长度的距离一般取为接地极长度的1 13 3倍倍( (远小于远小于40m)40m)。 此时电流流入各单根接地极时，由于互相之间此时电流流入各单根接地极时，由于互相之间 的磁场影响而妨碍电流的散流，即等于增加了的磁场影响而妨碍电流的散流，即等于增加了 各单根接

295、地极的电阻，这种影响电流散流的现各单根接地极的电阻，这种影响电流散流的现 象称为屏蔽作用。象称为屏蔽作用。n由于屏蔽作用的影响，由于屏蔽作用的影响，接地极组接地极组的电阻值并不的电阻值并不 等于各单根接地极散流电阻的并联值，而相差等于各单根接地极散流电阻的并联值，而相差 一个效率系数。即一个效率系数。即第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-175-17）n组合接地极是用扁钢连接的，扁钢对接地极也组合接地极是用扁钢连接的，扁钢对接地极也 有屏蔽作用，设扁钢长度为有屏蔽作用，设扁钢长度为 ，考虑扁钢的效，考虑扁钢的效 率系数为率系数为 ，其电阻为，其电阻为 n人工接

296、地网的总接地电阻人工接地网的总接地电阻 可表示为：可表示为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-185-18）n于是人工接地极组的总电阻为于是人工接地极组的总电阻为 n人工接地极组中垂直接地极的个数为人工接地极组中垂直接地极的个数为n考虑扁钢的作用，接地体一般可减少考虑扁钢的作用，接地体一般可减少10%左右。左右。 简化的计算公式为简化的计算公式为 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-195-19） 冲击接地电阻的计算冲击接地电阻的计算 由于雷电波冲击电流幅值很大，所以接地体的电位很由于雷电波冲击电流幅值很大，所以接地体的电位

297、很高，当电流密度增加时，靠近接地体的电场强度可以高，当电流密度增加时，靠近接地体的电场强度可以达到土壤的击穿程度，产生强烈的火花放电，因而使达到土壤的击穿程度，产生强烈的火花放电，因而使土壤电阻系数显著下降，这一效应使冲击接地电阻小土壤电阻系数显著下降，这一效应使冲击接地电阻小于工频接地电阻。冲击接地电阻于工频接地电阻。冲击接地电阻 与工频接地电阻与工频接地电阻 间的关系为：间的关系为：式中：式中：冲击系数冲击系数 随土壤电阻系数及接地导体的长度而变，土壤随土壤电阻系数及接地导体的长度而变，土壤 电阻率越大，电场强度越大，电阻率越大，电场强度越大， 值越小，接地极的长度越值越小，接地极的长度越

298、 小，冲击电流密度越大，小，冲击电流密度越大， 值也越小。值也越小。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-205-20）接地装置冲击电阻与工频接地电阻之间的近似关系：接地装置冲击电阻与工频接地电阻之间的近似关系： n由于由于 不易测量，为了检查方便起见，工程上总是不易测量，为了检查方便起见，工程上总是 用工频接地电阻作为标准来衡量用工频接地电阻作为标准来衡量 的。的。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-215-21）3、保护接地、保护接地n为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安 全

299、，而将电气设备的金属外壳进行接地即为保护全，而将电气设备的金属外壳进行接地即为保护 接地（又称安全接地）接地（又称安全接地）。n在用户供电系统中，根据系统的运行方式、电气在用户供电系统中，根据系统的运行方式、电气 设备（或装置）的外露可导电部分的对地关系以设备（或装置）的外露可导电部分的对地关系以 及整个系统的中性线（及整个系统的中性线（neutral wireneutral wire，简写，简写N N线）线） 与保护线（与保护线（protective wireprotective wire，简写，简写PEPE线）的组合线）的组合 情况，保护接地的型式有情况，保护接地的型式有ITIT系统、系统

300、、TTTT系统和系统和TNTN系系 统（包括统（包括TN-CTN-C、TN-STN-S、TN-C-STN-C-S系统）共五种。系统）共五种。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-225-22）n第一个字母第一个字母n第二个字母第二个字母T电源端有一点直接接地电源端有一点直接接地I电源端所有带电部分不接地电源端所有带电部分不接地或经消弧线圈或经消弧线圈(或电阻或电阻)接地接地 N电气设备（或装置）外露可电气设备（或装置）外露可导电部分与低压配电系统的中性点导电部分与低压配电系统的中性点有直接的电气连接有直接的电气连接 T电气设备（或装置）外露可电气设备（或装置）外

301、露可导电部分与大地有直接的电气连接导电部分与大地有直接的电气连接 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-235-23）n第三个字母第三个字母S 整个系统的中性线和保护线整个系统的中性线和保护线是分开的是分开的 C 整个系统的中性线和保护整个系统的中性线和保护线是共用的线是共用的 C-S 系统中有一部分中性线与系统中有一部分中性线与保护线是共用的保护线是共用的 n根据低压配电系统中，防止因电气设备绝缘损坏引起根据低压配电系统中，防止因电气设备绝缘损坏引起人体触电事故原理的不同，可将这五种接地型式分为人体触电事故原理的不同，可将这五种接地型式分为两类：两类：第第5

302、5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-245-24）n一类是当人们接触到绝缘损坏的电气设备外壳时，一类是当人们接触到绝缘损坏的电气设备外壳时， 使通过人体的电流在安全容许范围之内。使通过人体的电流在安全容许范围之内。n另一类是将电气设备外壳用保护线与中性点直接另一类是将电气设备外壳用保护线与中性点直接 接地的电源的接地装置相连。接地的电源的接地装置相连。n IT系统系统 IT系统即在中性点不接地系统中将电气设备正常系统即在中性点不接地系统中将电气设备正常 情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的 金属连接。金属连接。第第5 5

303、章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-255-25）n图表在中性点不接地系统中，当绝缘损坏，设备图表在中性点不接地系统中，当绝缘损坏，设备 外壳带电时，接地电流将同时沿接地装置和人体外壳带电时，接地电流将同时沿接地装置和人体 两条道路流过，流经人体的电流与流经接地装置两条道路流过，流经人体的电流与流经接地装置 的电流比为的电流比为第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-265-26）为了限制流过人体的电流，使其在安全电流以下，为了限制流过人体的电流，使其在安全电流以下，必须使必须使 。即只要使设备的接地电阻足够的。即只要使设备的接地电阻足够的

304、小，就可以保证小，就可以保证设备绝缘损坏，人触及带电体时，设备绝缘损坏，人触及带电体时，流过人体的电流在安全电流范围内。流过人体的电流在安全电流范围内。 安全电流值一般可取为：安全电流值一般可取为： 交流电流交流电流 30mA；直流电流；直流电流 50mA。 则当设备绝缘损坏，人触及带电体时，流过人体的则当设备绝缘损坏，人触及带电体时，流过人体的电流为：电流为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-275-27） TT系统系统 这种保护系统是在中性点接地系统中，将电气设这种保护系统是在中性点接地系统中，将电气设 备外壳，通过与系统接地无关的接地体直接接地，备外壳

305、，通过与系统接地无关的接地体直接接地， 如图所示：如图所示： 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-285-28）n在在TT系统中，如发生设备绝缘损坏，则人触及到系统中，如发生设备绝缘损坏，则人触及到 的设备外壳上的电压为的设备外壳上的电压为: 显然，只要限制显然，只要限制 的大小，就能保证的大小，就能保证 在安全电在安全电 压范围内。而要使压范围内。而要使 在安全电压以下，如在安全电压以下，如 则则第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-295-29）n设设 ，则，则 ，要实现这样小的接地，要实现这样小的接地电阻是比较昂贵的。为了

306、安全起见，电阻是比较昂贵的。为了安全起见，要求接设备要求接设备的电源处熔体熔断的电源处熔体熔断，但当设备容量较大时（设设，但当设备容量较大时（设设备的额定电流为备的额定电流为100A100A)，按照熔体额定电流，按照熔体额定电流 必必须小于或等于须小于或等于 3 倍导线按发热允许通过电流倍导线按发热允许通过电流 的的原则：原则： 为了保证人身安全，接地电阻应不大于为了保证人身安全，接地电阻应不大于第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-305-30）接地电阻要做到这样小非常困难，特别是当土接地电阻要做到这样小非常困难，特别是当土 壤电阻率较高的地区，根本就无法达到

307、。壤电阻率较高的地区，根本就无法达到。在该系统中，当设备绝缘损坏。欲使设备外壳在该系统中，当设备绝缘损坏。欲使设备外壳 上的电压在安全范围内上的电压在安全范围内 ，根据余弦定，根据余弦定 律，此时其它两相的对地电压为：律，此时其它两相的对地电压为： 同时变压器低压侧中性点的对地电压为：同时变压器低压侧中性点的对地电压为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-315-31） 在上述情况下，如果有人触及到与中性点相连的在上述情况下，如果有人触及到与中性点相连的裸露导线，显然是不安全的。同时也危及另外两相单裸露导线，显然是不安全的。同时也危及另外两相单相设备的正常工作

308、。因此在中性点直接接地的相设备的正常工作。因此在中性点直接接地的1000V1000V以下供电系统中，一般很少采用以下供电系统中，一般很少采用TTTT系统。系统。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-325-32） TN系统系统 在中性点直接接地系统中电气设备在正常情况在中性点直接接地系统中电气设备在正常情况 下不带电的金属部分用保护线或者中性线与系下不带电的金属部分用保护线或者中性线与系 统中性点相连接。按照中性线统中性点相连接。按照中性线N与保护线与保护线 PEPE的的 组合情况组合情况，TNTN系统分为以下三种形式：系统分为以下三种形式： TN-C系统系统

309、（三相四线）（三相四线） 整整个个系系统统中中的的中中性性线线N与与保保护护线线PE是是合合一一的的(过过去曾称为保护接零去曾称为保护接零)。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-335-33）该系统如果发生单相绝缘损坏，故障电流该系统如果发生单相绝缘损坏，故障电流 设备设备外壳外壳 保护连线保护连线 保护中性线保护中性线PEN PEN 电源中性电源中性点形成回路。此时流过该回路的电流为单相短路电流，点形成回路。此时流过该回路的电流为单相短路电流，只要合理选择保护电器（一般为熔断器），使之可靠只要合理选择保护电器（一般为熔断器），使之可靠动作，切断故障电，达到

310、安全保护的目的。动作，切断故障电，达到安全保护的目的。应用应用TN-CTN-C系统应注意的问题：系统应注意的问题：中性线不能断线；中性线不能断线；中性线上不允许安装保护电器；中性线上不允许安装保护电器；第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-345-34）三相负荷尽可能平衡，否则中性线上有电流流过，三相负荷尽可能平衡，否则中性线上有电流流过， 中性线上任意一点就有电位。三相负荷越不平衡，中性线上任意一点就有电位。三相负荷越不平衡， 中性线上离电源中性点越远，电位就越高，（有中性线上离电源中性点越远，电位就越高，（有 可能出现危险电位）。可能出现危险电位）。目前目前

311、TN-CTN-C系统大多应用在工厂供电系统中；而在系统大多应用在工厂供电系统中；而在 民用住宅、商场、宾馆、机房等场所，一般均不民用住宅、商场、宾馆、机房等场所，一般均不 建议采用建议采用TN-CTN-C系统。系统。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-355-35）TN-S系统系统 该系统的中性线该系统的中性线N与保护线与保护线 PEPE是分开的。即将是分开的。即将 设备外壳接在保护线设备外壳接在保护线 PEPE上，正常情况下，保护上，正常情况下，保护 线上没有电流流过，所以设备外壳不带电。故线上没有电流流过，所以设备外壳不带电。故 障情况下，单相短路电流通过

312、障情况下，单相短路电流通过 PEPE线形成回路，线形成回路， 是保护电器可靠动作，切除故障点。是保护电器可靠动作，切除故障点。 如图所示。如图所示。该系统在低压民用住该系统在低压民用住宅、商业、宾馆供电宅、商业、宾馆供电系统中普遍采用。系统中普遍采用。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-365-36）TN-C-S系统系统 该系统中有一部分采用中性线与保护线合一的，该系统中有一部分采用中性线与保护线合一的， 局部采用专设的保护线，如下图所示。局部采用专设的保护线，如下图所示。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-375-37）共

313、同接地与重复接地共同接地与重复接地 共同接地：共同接地：在中性点不接地且由同一台变压器供电的供电系统中，在中性点不接地且由同一台变压器供电的供电系统中，电气设备分别接地也是一种不合理的接地方式。电气设备分别接地也是一种不合理的接地方式。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-385-38） 当电动机当电动机 a 在在A A相上发生碰壳短路，电动机相上发生碰壳短路，电动机 b 在在 B B相上发生碰壳短路，此时流经电动机相上发生碰壳短路，此时流经电动机 a 的电流的电流 为为: 作用于电机外壳上的电压为作用于电机外壳上的电压为 作用于电机外壳上的电压为作用于电机外

314、壳上的电压为第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-395-39） 则：则： 显然，显然， 是危险电压。因此，这种接法无论是危险电压。因此，这种接法无论 电阻如何变化，接触到电机外壳上都是危险的。电阻如何变化，接触到电机外壳上都是危险的。 而采取共同接地的方式。就可以将两相分别接地而采取共同接地的方式。就可以将两相分别接地 短路变成相间短路，使保护装置可靠动作。短路变成相间短路，使保护装置可靠动作。 时时时时时时第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-405-40）n在中性点直接接地的在中性点直接接地的1000V1000V以下的低压电

315、网中，以下的低压电网中， 由同一台变压器或同一段母线供电的线路，也由同一台变压器或同一段母线供电的线路，也 不能采取两种不同的接地方式。不能采取两种不同的接地方式。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-415-41） 如图所示。如果电动机如图所示。如果电动机 b b 上绝缘损坏，发生上绝缘损坏，发生 单相碰壳接地时，凡是与中性线连接的设备单相碰壳接地时，凡是与中性线连接的设备 外壳都可能带上危险的电压。外壳都可能带上危险的电压。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-425-42） 重复接地：重复接地：n在在TNTN系统中，为确保

316、接地装置的可靠性，还应系统中，为确保接地装置的可靠性，还应 当采用重复接地。当采用重复接地。n以以TN-CTN-C系统为例，如果保系统为例，如果保 护中性线断裂，则在断裂护中性线断裂，则在断裂 后的某一电气设备发生碰后的某一电气设备发生碰 壳短路时，所有连于该段壳短路时，所有连于该段 中性线上的电气设备外壳中性线上的电气设备外壳 均承受接近于相电压。均承受接近于相电压。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-435-43）n右图为有重复接地时中性线断裂的情况：右图为有重复接地时中性线断裂的情况：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5

317、-445-44） 如果在中性线断点后发生如果在中性线断点后发生C C相碰壳，则断裂点前相碰壳，则断裂点前 后的电压分别为后的电压分别为 式中：式中： 重复接地电阻重复接地电阻 如果如果 则：则：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-455-45）n一般来说，重复接地时的接地电阻一般来说，重复接地时的接地电阻 ，所以，所以 即大于即大于 。 重复接地电阻一般规定为重复接地电阻一般规定为1010，用于，用于1000V1000V以下的以下的 TN TN系统中。上述分析表明，重复接地只能起到平系统中。上述分析表明，重复接地只能起到平衡中性线电位的作用，并不能完全解决中性

318、线上电衡中性线电位的作用，并不能完全解决中性线上电位的存在。因此在位的存在。因此在TNTN系统中：系统中：中性线的断裂是应当避免的；中性线的断裂是应当避免的；三相负荷应尽量对称，以减少中性线上的电流。三相负荷应尽量对称，以减少中性线上的电流。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-465-46）漏电保护器的应用漏电保护器的应用 漏电保护（又称剩余电流保护）是从泄漏电流，漏电保护（又称剩余电流保护）是从泄漏电流， 人体触电等非金属性单相接地故障考虑，用来保人体触电等非金属性单相接地故障考虑，用来保 护人身及设备安全的一种保护方式。护人身及设备安全的一种保护方式。 漏

319、电保护器的漏电保护器的类型类型按其工作原理可分为按其工作原理可分为电压动作电压动作 型型、电流动作型电流动作型、电压电流动作型电压电流动作型、交流脉冲型交流脉冲型 和和直流动作型直流动作型等。等。 电流动作型电流动作型的检测特性较好，既可作全系统的总的检测特性较好，既可作全系统的总 保护，也可作各干线、支线的分级保护，所以是保护，也可作各干线、支线的分级保护，所以是 目前应用较为普遍的一种。目前应用较为普遍的一种。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-475-47） 电流动作型漏电保护器主要由零序电流互感器、电流动作型漏电保护器主要由零序电流互感器、 脱扣机构及

320、主开关组成。零序电流互感器是一个脱扣机构及主开关组成。零序电流互感器是一个 检测元件，可以安装在变压器中性点与接地板之检测元件，可以安装在变压器中性点与接地板之 间，构成全网总保护，也可安装在干线或分支线间，构成全网总保护，也可安装在干线或分支线 上，构成干线或分支线保护。如下图所示。上，构成干线或分支线保护。如下图所示。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-485-48）n干线或分支线回路的漏电保护原理可如图所示干线或分支线回路的漏电保护原理可如图所示 n在正常情况下，各相电流的相量和等于零，即在正常情况下，各相电流的相量和等于零，即 第第5 5章章 供电系统

321、的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-495-49） 各相电流在电流互感器铁芯中所产生的磁通的相各相电流在电流互感器铁芯中所产生的磁通的相 量和也等于零，即量和也等于零，即 此时，零序电流互感器的二次线圈没有感应电压此时，零序电流互感器的二次线圈没有感应电压 输出，漏电保护器不动作。输出，漏电保护器不动作。当被保护支路发生绝缘损坏或其它接地漏电故障当被保护支路发生绝缘损坏或其它接地漏电故障时，时，漏电保护器的脱扣线圈上，产生感应电流漏电保护器的脱扣线圈上，产生感应电流I I2 2当故障电流达到漏电保护器的动作整定值时，推当故障电流达到漏电保护器的动作整定值时，推动脱扣器动作，使主开关迅

322、速切断源动脱扣器动作，使主开关迅速切断源。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-505-50）n由于漏电保护采用由于漏电保护采用“差动差动”原理，当配电线路发生原理，当配电线路发生 相地故障或绝缘损坏时，漏电保护器能否可靠相地故障或绝缘损坏时，漏电保护器能否可靠 动作，主要取决于故障电流或漏电电流的路径。动作，主要取决于故障电流或漏电电流的路径。 因此，漏电保护与接地系统的形式有很大关系。因此，漏电保护与接地系统的形式有很大关系。 下面分别讨论漏电保护在不同形式接地系统中的下面分别讨论漏电保护在不同形式接地系统中的 应用。应用。 第第5 5章章 供电系统的保护接

323、地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-515-51）漏电保护用于漏电保护用于TN系统中系统中 从使用漏电保护装置的从使用漏电保护装置的 地点起，地点起，TNTNC C系统应系统应 改用改用TNTNS S系统，即保系统，即保 护线不再用作中性线，护线不再用作中性线， 使整体成为使整体成为TNTNC CS S系系 统。此时应将相线和中统。此时应将相线和中 性线穿过漏电保护装置性线穿过漏电保护装置 的零序电流互感器，但的零序电流互感器，但 不可将保护线不可将保护线PEPE穿在零穿在零 序电流互感器中。序电流互感器中。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-525-52

324、）当发生相一地绝缘损坏时，漏电电流流经设备外壳，当发生相一地绝缘损坏时，漏电电流流经设备外壳，保护线回到电源中性点。此时零序电流互感器中才能保护线回到电源中性点。此时零序电流互感器中才能出现电流差值，使保护装置动作，切断主电源。出现电流差值，使保护装置动作，切断主电源。在在TNTN系统中，通常在中性线上间隔一定的距离设置重系统中，通常在中性线上间隔一定的距离设置重复接地，以确保接地装置的可靠。采用漏电保护装置复接地，以确保接地装置的可靠。采用漏电保护装置后，应注意中性线不可重复接地。后，应注意中性线不可重复接地。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-535-53

325、） 如如图图所所示示，如如中中性性线线上上设设置置重重复复接接地地，则则部部分分不不平平衡衡电电流流经经重重复复接接地地点点、大大地地、电电源源中中性性点点形形成成闭闭合合通通路路。从从而而使使 ，当，当 的的值值达达到到保保护护器器的的额额定定动动作作电电流流时时，漏漏电电保保护护就就会产生误动作。会产生误动作。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-545-54）漏电保护应用于漏电保护应用于TT系统中系统中 可以降低对设备接地电阻值的要求。但是装设可以降低对设备接地电阻值的要求。但是装设 漏电保护和不装漏电保护的设备不能共用一个漏电保护和不装漏电保护的设备不

326、能共用一个 接地装置。如下图所示。接地装置。如下图所示。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-555-55） 当未装设漏电保护器的电动机当未装设漏电保护器的电动机 M M1 1 绝缘损坏时，绝缘损坏时， 该设备外壳上出现对地电压，由于电动机该设备外壳上出现对地电压，由于电动机M M1 1、M M2 2 共用同一接地装置，电动机共用同一接地装置，电动机 M M2 2 的外壳上也出的外壳上也出 现对地电压。如操作人员接触到电动机现对地电压。如操作人员接触到电动机 M M2 2 的外的外 壳，漏电电流沿着壳，漏电电流沿着A A1 1、M M1 1外壳、外壳、M M2

327、 2外壳、触电者、外壳、触电者、 大地返回电源中性点。这样虽然电动机大地返回电源中性点。这样虽然电动机 M M2 2 装设装设 了漏电保护，而漏电电流却未经过了漏电保护，而漏电电流却未经过 M M2 2 所装设的所装设的 漏电保护器。因此漏电保护装置不动作。漏电保护器。因此漏电保护装置不动作。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-565-56）正确的接法是正确的接法是M M1 1，M M2 2各用各自的接地装置，并根各用各自的接地装置，并根据现场条件，尽可能使两接地体间相距得远些。据现场条件，尽可能使两接地体间相距得远些。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与

328、防雷供电系统的保护接地与防雷（5-575-57） 在电力系统中，由于过电压使绝缘破坏是造成系在电力系统中，由于过电压使绝缘破坏是造成系 统故障的主要原因之一。统故障的主要原因之一。电力系统过电压内过电压内过电压外过电压外过电压（谐振、操作不当、系统内不对称短路谐振、操作不当、系统内不对称短路）（雷电过电压或大气过电压雷电过电压或大气过电压）造成过电压的能量来自系统自身造成过电压的能量来自系统自身造成过电压的能量来自系统以外造成过电压的能量来自系统以外 过电压倍数过电压倍数k k过电压过电压/ /工频电压；工频电压；（k k值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地方式、值与电网结构、系统容量和参

329、数、中性点接地方式、 断路器性能以及操作方式等因素有关。）断路器性能以及操作方式等因素有关。） 二、二、 供电系统的防雷保护供电系统的防雷保护第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-585-58） 1、雷电冲击波的基本特性、雷电冲击波的基本特性 当输电线路受到雷击时，在输电线路上产生的当输电线路受到雷击时，在输电线路上产生的 冲击波向导线两侧流动和传播。用快速电子示冲击波向导线两侧流动和传播。用快速电子示 波器测得的雷电流波形如下图所示。波器测得的雷电流波形如下图所示。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-595-59）n雷电流（雷

330、电压）由零增长至最大幅值的这一雷电流（雷电压）由零增长至最大幅值的这一 部分称为雷电波的波头，通常只有部分称为雷电波的波头，通常只有(14) s，电，电 流值下降的部分称为雷电波的波尾，长达数十流值下降的部分称为雷电波的波尾，长达数十 微秒，这种波的形状称为半余弦波，用数学式微秒，这种波的形状称为半余弦波，用数学式 表达为：表达为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-605-60） 为了简化计算，在工程设计中也可取用斜角波头。为了简化计算，在工程设计中也可取用斜角波头。 这种波形与半余弦波进行比较，在计算线路防雷时这种波形与半余弦波进行比较，在计算线路防雷时

331、所得的结果是非常一致的。所得的结果是非常一致的。 在波头部分，电流对时间的在波头部分，电流对时间的 变化率变化率di/dtdi/dt（dv/dtdv/dt）称为）称为 陡度，陡度的最大值对半余陡度，陡度的最大值对半余 弦波对应在波头波形的拐点弦波对应在波头波形的拐点 处，当雷电流的幅值达到最处，当雷电流的幅值达到最 大时，雷电波的陡度为大时，雷电波的陡度为0 0。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-615-61）行波的概念行波的概念 用分布参数回路表示的输电线用分布参数回路表示的输电线 如图所示：如图所示：单位长度导线电感值单位长度导线电感值单位长度导线电容值

332、单位长度导线电容值第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-625-62） 雷电冲击波在线路上的传输过程是对输电线路雷电冲击波在线路上的传输过程是对输电线路 分布电容的充电、通过分布电感放电对下一个分布电容的充电、通过分布电感放电对下一个 分布电容的充电过程，以一定速度传播开，从分布电容的充电过程，以一定速度传播开，从 而形成行波。而形成行波。雷电冲击波的传输速度雷电冲击波的传输速度 假设在假设在t=0t=0时把时把 i=at i=at 的斜角波雷电流加在无限的斜角波雷电流加在无限 长长无损导线无损导线的左端的左端 A A点，在任一时间点，在任一时间t t，电流的，

333、电流的 分布如下图所示。分布如下图所示。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-635-63）由线路分布电感上的电压降来分析由线路分布电感上的电压降来分析A A点的电压点的电压 ：如果斜角波雷电流作用在导线如果斜角波雷电流作用在导线B B点上的电位为零，而点上的电位为零，而导线导线A A、B B间间的电感为的电感为 ，则导线，则导线A A、B B间的压降间的压降就是就是A A点的电压点的电压 。即：即：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-645-64）由线路分布电感上的电压降来分析由线路分布电感上的电压降来分析A A点的电压点的电

334、压 ：由于由于A A点的电压也与点的电压也与A A点长度为点长度为dxdx段的对地部分电容段的对地部分电容上储藏的电荷量有关，设单位长度导线上的电荷量上储藏的电荷量有关，设单位长度导线上的电荷量为为q q，则在，则在A A处处dxdx段上的电荷为段上的电荷为qdxqdx，因此：，因此：由：由：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-655-65）而对于线路而对于线路A A点而言：点而言：则：则：故有雷电波的传输速度为：故有雷电波的传输速度为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-665-66） 由于雷电压冲击波对电容依次充电后再放电

335、，可由于雷电压冲击波对电容依次充电后再放电，可以得出，伴随电压冲击波也必然有电流冲击波，电流以得出，伴随电压冲击波也必然有电流冲击波，电流波是和电压波同时、同速度、同方向的在输电线路上波是和电压波同时、同速度、同方向的在输电线路上以光速传播。冲击波在电缆中传播的速度约为架空线以光速传播。冲击波在电缆中传播的速度约为架空线路的路的1/21/21/31/3。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-675-67）波阻抗的概念波阻抗的概念 由于雷电波在沿导线传输过程中有：由于雷电波在沿导线传输过程中有： 即即 上式中：上式中： 称为导线的波阻抗。称为导线的波阻抗。第第5

336、 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-685-68） 从波阻抗的表达式来看和欧姆定律一样，但物理从波阻抗的表达式来看和欧姆定律一样，但物理意义不同。意义不同。欧姆定律反映的是欧姆定律反映的是在直流稳态下电压和电在直流稳态下电压和电流的关系；其值不仅与线路长度有关，也与线路终端流的关系；其值不仅与线路长度有关，也与线路终端负荷性质有关；负荷性质有关；而波阻抗反映的是而波阻抗反映的是沿导线传播的雷电沿导线传播的雷电压冲击波和雷电流冲击波之间的动态关系；波阻抗只压冲击波和雷电流冲击波之间的动态关系；波阻抗只与线路的分布参数有关，而与导线的长度及终端负荷与线路的分布参数有关，

337、而与导线的长度及终端负荷性质无关。因此，性质无关。因此， 对于任意波形的雷电压冲击波和雷对于任意波形的雷电压冲击波和雷电流冲击波都是适用的。电流冲击波都是适用的。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-695-69）波的折射与反射波的折射与反射 由波阻抗的表达式可得：由波阻抗的表达式可得： 即即 该式的物理意义可以解释为：该式的物理意义可以解释为：当冲击波沿无损导当冲击波沿无损导 线传播时，沿导线单位长空间中储存的磁能，恰好等于线传播时，沿导线单位长空间中储存的磁能，恰好等于 单位长空间储存的电能。即，冲击波沿导线传播，当无单位长空间储存的电能。即，冲击波沿导线传

338、播，当无 损失时，其能量中的一半用来建立磁场，而另一半用来损失时，其能量中的一半用来建立磁场，而另一半用来 建立电场。因此，雷电波也是一种电磁波。建立电场。因此，雷电波也是一种电磁波。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-705-70） 由上述分析可知：雷电冲击波沿线路传播过程中，由上述分析可知：雷电冲击波沿线路传播过程中， 传播导体的波阻抗发生变化，雷电压和雷电流之间传播导体的波阻抗发生变化，雷电压和雷电流之间 的动态关系也会发生变化的动态关系也会发生变化（如由架空线进入电缆、电抗器、（如由架空线进入电缆、电抗器、 变压器、线路断开的开关、线路短路或经接地装置

339、入地等情况）变压器、线路断开的开关、线路短路或经接地装置入地等情况）。 由于结点两侧元件的分布参数不同，波阻抗改变，由于结点两侧元件的分布参数不同，波阻抗改变， 则在保持建立电场和磁场耗用能量相等的规律下，则在保持建立电场和磁场耗用能量相等的规律下， 进入结点另一侧的电压和电流间的关系必然发生相进入结点另一侧的电压和电流间的关系必然发生相 应的改变。即冲击波在沿导线传播过程中遇到结点时，应的改变。即冲击波在沿导线传播过程中遇到结点时，会发生折射和反射现象。会发生折射和反射现象。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-715-71）则根据分界能量守恒的原则：结点处

340、在任何瞬间只能则根据分界能量守恒的原则：结点处在任何瞬间只能有一个电压值和电流值，即有一个电压值和电流值，即 ：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-725-72）联立以上四式求解，则有联立以上四式求解，则有上式可以用一个集中参数的等效电路代表。称之为上式可以用一个集中参数的等效电路代表。称之为等效集中参数定理。应用等效集中参数定理可以将等效集中参数定理。应用等效集中参数定理可以将雷电波击于地面的情况表示如下图的等效线路。雷电波击于地面的情况表示如下图的等效线路。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-735-73）于是折射电压为：

341、于是折射电压为：其中其中 折射系数折射系数反射电压为：反射电压为：式中式中 反射系数反射系数 折射电流为：折射电流为：反射电流为：反射电流为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-745-74）& 讨论几种特殊条件：讨论几种特殊条件： 当当 时，时， ， ，可知：，可知： 即经即经A A点，行波仍按原来幅值前行，这说明点，行波仍按原来幅值前行，这说明A A点点 前后线路波阻抗未发生变化。前后线路波阻抗未发生变化。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-755-75） 当当 时，相当于在时，相当于在 A A点开路，点开路， ， ，

342、即在即在A A点形成了电压波的全反射，使点形成了电压波的全反射，使A A点电压增大点电压增大 到前行波电压的到前行波电压的2倍。而电流波形成负的全反射，倍。而电流波形成负的全反射， 使使A A点电流为零。即雷电压冲击波在开路端口电压点电流为零。即雷电压冲击波在开路端口电压 会增高一倍，将严重威胁绝缘安全，所以必须采会增高一倍，将严重威胁绝缘安全，所以必须采 取防雷保护措施。取防雷保护措施。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-765-76） 当当 时，相当于在时，相当于在A A点接地，点接地， ， ， 电流波形成正的全反射，使折射电流电流波形成正的全反射，使折

343、射电流 增加到行增加到行 波波 的两倍即的两倍即 ，电压波形成负的全反射，使，电压波形成负的全反射，使 A A 点电压降低到零。点电压降低到零。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-775-77）2、防雷装置防雷装置 避雷针（线）避雷针（线） 防直击雷装置防直击雷装置 避雷器避雷器 防线路侵入波装防线路侵入波装置置n 避雷针（线）避雷针（线） 避雷针避雷针 是拦截雷击是拦截雷击将雷电引向自身并泻入大将雷电引向自身并泻入大地，使被保护物免遭直接地，使被保护物免遭直接雷击的防雷装置。由接闪雷击的防雷装置。由接闪器，引下线和接地极三部器，引下线和接地极三部分组成。分组

344、成。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-785-78） 避雷线又称架空地线避雷线又称架空地线 它的接闪器是敷设在架它的接闪器是敷设在架 空线路上方水平方向的金属线，是架空输电线空线路上方水平方向的金属线，是架空输电线 路最常用的防雷设施。其主要作用是对架空输路最常用的防雷设施。其主要作用是对架空输 电线路的导线进行屏蔽，将雷云对架空线路的电线路的导线进行屏蔽，将雷云对架空线路的 放电引向自身并泄人大地，使线路导线免遭直放电引向自身并泄人大地，使线路导线免遭直 接雷击。接雷击。 避雷线也可用以保护屋外配电装置和其它工业避雷线也可用以保护屋外配电装置和其它工业 与

345、民用建筑与构筑物。由于其保护区域可沿被与民用建筑与构筑物。由于其保护区域可沿被 保护物的顶部结构水平延伸，易于实现较大面保护物的顶部结构水平延伸，易于实现较大面 积的遮蔽，所以在建筑物的防雷措施中使用避积的遮蔽，所以在建筑物的防雷措施中使用避 雷线的做法也很普遍。雷线的做法也很普遍。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-795-79）避雷针的保护范围，以它对直避雷针的保护范围，以它对直击雷所保护的空间来表示。击雷所保护的空间来表示。单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围如图所如图所示示 。当当当当式中式中第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接

346、地与防雷（5-805-80）单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围如图如图所示所示:当当当当第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-815-81） 避雷器避雷器 避雷器的作用是限制由线路侵入的雷电波对变避雷器的作用是限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成的过电压。它一般装设在各电所内的电气设备造成的过电压。它一般装设在各段母线与架空线的进出口处。为了使避雷器达到预段母线与架空线的进出口处。为了使避雷器达到预期的保护效果，必须满足下列基本要求：期的保护效果，必须满足下列基本要求：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-825-

347、82）由于电气设备的冲击绝缘强由于电气设备的冲击绝缘强度都是由伏秒特性曲线表示度都是由伏秒特性曲线表示的，所以避雷器与被保护电的，所以避雷器与被保护电气设备的伏秒特性之间应有气设备的伏秒特性之间应有合理的配合，如图所示。合理的配合，如图所示。 即：即： 被保护设备伏秒特性的被保护设备伏秒特性的下限应完全落在避雷器伏秒特性下限应完全落在避雷器伏秒特性上限的上方。而被保护设备上可上限的上方。而被保护设备上可能出现的最高工频电压应在避雷能出现的最高工频电压应在避雷器伏秒特性下限的下方。器伏秒特性下限的下方。1 1、被保护设备伏秒特性；、被保护设备伏秒特性；2 2、避雷器伏秒特性；、避雷器伏秒特性；3

348、 3、被保护设备上可能出现最高工频电压。、被保护设备上可能出现最高工频电压。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-835-83）避雷器的绝缘强度要有自恢复能力避雷器的绝缘强度要有自恢复能力。 避雷器在冲击电压的作用下放电，造成接地避雷器在冲击电压的作用下放电，造成接地短路，此时过电压消失，但工频电压相继作用在短路，此时过电压消失，但工频电压相继作用在避雷器上，开始流过工频短路接地电流。所以避避雷器上，开始流过工频短路接地电流。所以避雷器应具有自行切除工频续流，恢复绝缘强度的雷器应具有自行切除工频续流，恢复绝缘强度的能力，使供电系统继续正常工作。能力，使供电系统继

349、续正常工作。 常用的避雷器有常用的避雷器有管式避雷器管式避雷器、阀式避雷器阀式避雷器和和氧化锌避雷器氧化锌避雷器。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-845-84） 管式避雷器管式避雷器 管式避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙构成。管式避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙构成。 特点：简单、经济、残压小；特点：简单、经济、残压小； 伏秒特性较陡，不易于被保护电器伏秒特性较陡，不易于被保护电器（变压器）（变压器） 的绝缘配合，动作时有电弧和气体从管中的绝缘配合，动作时有电弧和气体从管中 喷出。喷出。 一般常用于户外架空线路的防雷。一般常用于户外架空线路的防雷。 阀

350、式避雷器阀式避雷器 阀式避雷器由火花间隙和阀电阻片串联组成，装阀式避雷器由火花间隙和阀电阻片串联组成，装 在密封的磁套管内。在密封的磁套管内。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-855-85） 特点：特点： 阀式避雷器的阀形电阻片是由金刚砂阀式避雷器的阀形电阻片是由金刚砂（SiC)SiC) 和结合剂在一定的温度下烧结而成。和结合剂在一定的温度下烧结而成。具有非具有非 线性电阻特性。线性电阻特性。阀式避雷器的火花间隙根据电压阀式避雷器的火花间隙根据电压等级的不同通常由数个或数十个等级的不同通常由数个或数十个单个的火花间隙构成，由于电极单个的火花间隙构成，由于电极

351、间距小，电场比较均匀。伏秒特间距小，电场比较均匀。伏秒特性比较平缓，故性比较平缓，故常用于保护变电常用于保护变电所的电器设备。所的电器设备。阀电阻片特性阀电阻片特性第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-865-86） 氧化锌避雷器氧化锌避雷器 氧化锌避雷器的阀片以氧化锌为主要材料，氧化锌避雷器的阀片以氧化锌为主要材料，伏秒特性比较平缓，易于与被保护电气设备的伏秒特性比较平缓，易于与被保护电气设备的伏秒特性相配合。伏秒特性相配合。 特点：无间隙、无续流、残压低、体积小。特点：无间隙、无续流、残压低、体积小。 目前在工程中广泛应用。目前在工程中广泛应用。第第5 5章

352、章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-875-87）3、供电系统的防雷、供电系统的防雷供电系统架空线路的防雷供电系统架空线路的防雷 用户供电系统是电力系统的末端，具有以下特点：用户供电系统是电力系统的末端，具有以下特点： 电压等级一般都在电压等级一般都在35kV35kV以下，采用中性点不接地以下，采用中性点不接地 系统，当雷击架空线路杆顶对一相导线放电时，系统，当雷击架空线路杆顶对一相导线放电时， 工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸。工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸。 配电网路一般不长，同时架空线路多受建筑物和配电网路一般不长，同时架空线路多受建筑物和 树木的屏蔽，遭

353、受雷击的机会比较少。树木的屏蔽，遭受雷击的机会比较少。 对于有重要负荷的供电系统采用双电源供电或自对于有重要负荷的供电系统采用双电源供电或自 动重合闸装置，可以减轻雷害事故的影响。动重合闸装置，可以减轻雷害事故的影响。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-885-88）用户供电系统架空线路防雷的一般措施：用户供电系统架空线路防雷的一般措施： 增加架空线绝缘子个数，采用较高等级的绝缘增加架空线绝缘子个数，采用较高等级的绝缘 子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子，子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子， 提高反击电压水平。提高反击电压水平。 部分架空线装设避

354、雷线。部分架空线装设避雷线。 改进杆塔结构，当应力允许时，采用瓷横担等。改进杆塔结构，当应力允许时，采用瓷横担等。 减小接地电阻，以及采用拉线减少杆塔电感。减小接地电阻，以及采用拉线减少杆塔电感。采用电缆供电。采用电缆供电。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-895-89）用户供电系统变电所的防雷用户供电系统变电所的防雷 根据运行经验表明，按规程规定装设避雷针或避雷根据运行经验表明，按规程规定装设避雷针或避雷 线对直击雷进行防护，装设避雷器对线路侵入波进线对直击雷进行防护，装设避雷器对线路侵入波进 行防护，是非常有效的措施。行防护，是非常有效的措施。对直击雷的

355、防护：对直击雷的防护： 根据运行经验表明，按规程规定装设避雷针或避雷根据运行经验表明，按规程规定装设避雷针或避雷 线对直击雷进行防护，是非常可靠的。线对直击雷进行防护，是非常可靠的。 采用独立避雷针受雷击时的高电位对附近设施会产采用独立避雷针受雷击时的高电位对附近设施会产 生的生的反击反击和和电磁感应现象。电磁感应现象。独立避雷针受到雷击时独立避雷针受到雷击时 在接闪器，引下线和接地体上都产生很高电位，如在接闪器，引下线和接地体上都产生很高电位，如 果避雷针与附近设施的距离不够，它们之间便会产果避雷针与附近设施的距离不够，它们之间便会产 生放电现象。这种情况称之为生放电现象。这种情况称之为反击

356、反击。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-905-90） 为为了了防防止止反反击击，务务须须使使避避雷雷针针和和附附近近金金属属导导体体间间有有一一定定的的距距离离，从从而而使使绝绝缘缘介介质质闪闪络络电电压压大大于于反反击击电电压压。为为此此，需需要要求求出出如如右右图图中中所所示示避避雷雷针针上上离离该该设施最近的设施最近的A A点的电位点的电位u uA A和和s sK K。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-915-91） 假设波头形状为斜角波的雷电波作用在避雷针上，假设波头形状为斜角波的雷电波作用在避雷针上，雷电波

357、参数为：雷电波参数为：避雷针参数为：避雷针参数为：单位长度电感：单位长度电感：避雷针长度：避雷针长度：故故A A点电位为：点电位为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-925-92） 由于电位的电感分量由于电位的电感分量 ，只存在于斜角波的，只存在于斜角波的波头内（波头内（2.62.6s)s)，而电阻分量，而电阻分量 却存在于雷电却存在于雷电波的整个持续时间，约几十微秒，所以二者对空波的整个持续时间，约几十微秒，所以二者对空气的绝缘作用有所不同，对前者可取空气的平均气的绝缘作用有所不同，对前者可取空气的平均耐压强度耐压强度750kV/m750kV/m，后者取，

358、后者取500kV/m500kV/m，则可以求出，则可以求出不发生避雷针向被保护物反击的空间距离为：不发生避雷针向被保护物反击的空间距离为： 规程规定：规程规定： S Sk k一般不应小于一般不应小于5m5m。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-935-93） 雷击避雷针还会产生感雷击避雷针还会产生感应过电压，如图所示，当雷应过电压，如图所示，当雷电流击中避雷针时，在避雷电流击中避雷针时，在避雷针周围产生强大突变的电磁针周围产生强大突变的电磁场，处在这一电磁场中的金场，处在这一电磁场中的金属导体会感应出电动势，从属导体会感应出电动势，从而使间隙而使间隙abab产

359、生火花放电，产生火花放电，如金属管路即使未形成间隙，如金属管路即使未形成间隙，但如果接触不良，也会产生但如果接触不良，也会产生局部发热。在条件允许时，局部发热。在条件允许时，可以适当增大可以适当增大 。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-945-94） 对线路侵入雷电冲击波的防护对线路侵入雷电冲击波的防护 当雷击于线路导线时，沿导线就有雷电冲击波当雷击于线路导线时，沿导线就有雷电冲击波流动，从而会传到变电所。变电所的电气设备流动，从而会传到变电所。变电所的电气设备中最重要、价值最昂贵、绝缘最薄弱的就是变中最重要、价值最昂贵、绝缘最薄弱的就是变压器，因此，压器

360、，因此，避雷器的选择，必需使其伏秒特避雷器的选择，必需使其伏秒特性的上限低于变压器的伏秒特性的下限，并且性的上限低于变压器的伏秒特性的下限，并且避雷器的残压必需小于变压器绝缘耐压所能允避雷器的残压必需小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。许的程度。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-955-95） 避雷器应尽量靠近变压器。这是因为避雷器离开避雷器应尽量靠近变压器。这是因为避雷器离开变压器有一段电气距离变压器有一段电气距离 ，当雷电波作用时，由于避，当雷电波作用时，由于避雷器至变压器连线间的波过程雷器至变压器连线间的波过程 (这时变压器可以用一这时变压器可以用一个入

361、口电容代替个入口电容代替)。侵入波在变压器处可以近似地认。侵入波在变压器处可以近似地认为开路，发生雷电压波的全反射，从而使作用在变压为开路，发生雷电压波的全反射，从而使作用在变压器上的过电压超过避雷器的放电电压或残压，连线越器上的过电压超过避雷器的放电电压或残压，连线越长，这一电压越高。也就是说，长，这一电压越高。也就是说，避雷器有一定的保护避雷器有一定的保护距离，变压器如果处在这个距离以外，就不能受到有距离，变压器如果处在这个距离以外，就不能受到有效的保护。效的保护。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-965-96）系统如图所示：系统如图所示：设沿线路的雷

362、电侵入波为：设沿线路的雷电侵入波为：避雷器与变压器之间的距避雷器与变压器之间的距离为：离为：图中图中A A点、点、B B点的电位变化点的电位变化如如b)b)图所示图所示第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-975-97）显然，避雷器的安装位置距变压器越远（显然，避雷器的安装位置距变压器越远（ 越大）越大）变压器上承受的残压越高，就有可能击穿变压器变压器上承受的残压越高，就有可能击穿变压器的绝缘。的绝缘。因此因此在工程设计中避雷器应尽量靠近变压器安装。在工程设计中避雷器应尽量靠近变压器安装。以减小以减小避雷器放电后，变压器上承受的残压避雷器放电后，变压器上承受的残

363、压 。避雷器放电后，变压器上承受的残压为：避雷器放电后，变压器上承受的残压为：第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-985-98）变电所防雷的进线段保护变电所防雷的进线段保护 对于全线无避雷线的对于全线无避雷线的35kV35kV变电所进线变电所进线，在，在靠靠近变电所的一段进线近变电所的一段进线(1(12km)2km)上通常须装设避上通常须装设避雷雷装置。以防止线路侵入波对变电所电器设备的装置。以防止线路侵入波对变电所电器设备的损损坏。坏。 下图为这种保护的典型接线。下图为这种保护的典型接线。 第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5

364、-995-99） 母线上的阀式避雷器，主要用于保护母线上的阀式避雷器，主要用于保护变压器、电压互感器等高压电气设备。根变压器、电压互感器等高压电气设备。根据规程规定，变电所的每组母线都应装设据规程规定，变电所的每组母线都应装设阀式避雷器，变电所内所有避雷器均应以阀式避雷器，变电所内所有避雷器均应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接。最短的接地线与配电装置的主接地网连接。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-1005-100） 对于容量较小的用户供电系统变电所对于容量较小的用户供电系统变电所，还可以根，还可以根据其重要性和雷曝日数采取简化的进线段保护，例如据其重

365、要性和雷曝日数采取简化的进线段保护，例如对容量为对容量为315031505600kVA5600kVA的变电所，可以考虑采用避雷的变电所，可以考虑采用避雷线长仅为线长仅为500500600m600m的进线保护段如下图所示。的进线保护段如下图所示。第第5 5章章 供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷（5-1015-101） 对负荷不很重要，容量在对负荷不很重要，容量在3150kVA3150kVA以下的变电所，以下的变电所，可采用下图可采用下图a a）的保护方式，对）的保护方式，对1000kVA1000kVA以下的变电所。以下的变电所。也可按图也可按图b b）的保护方式。）的保护方式。

366、注意注意: :不论怎样简化，阀式避雷器不论怎样简化，阀式避雷器 F F1 1 距变压器和距变压器和电压互感器的最大电气距离不宜大于电压互感器的最大电气距离不宜大于10m10m。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-1)(6-1)一、电能质量概述一、电能质量概述 电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气电能质量是指电气设备正常运行所需要的电气特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电特性，任何导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。压、电流或频率的偏差都属于电能质量问题。n理想的电能质量：理想的电能质量： 系统频率恒为

367、额定频率；三相电压波形是三相系统频率恒为额定频率；三相电压波形是三相对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；三相电流对称的、幅值恒为额定电压的正弦波形；三相电流波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。波形是三相对称的正弦波形；供电不间断。 任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。任何与理想电能质量的偏差都属于电能质量扰动。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-2)(6-2)F 电能质量扰动的分类：电能质量扰动的分类：暂态扰动暂态扰动 通常指持续时间不超过通常指持续时间不超过3 3个周波的个周波的 扰动。分为脉冲型和振荡型两种。扰动。分为脉冲型和振荡型两种

368、。短期电压变化短期电压变化 电压跌落、电压突升和短暂断电。电压跌落、电压突升和短暂断电。长期电压变化长期电压变化 电压幅值长期偏离其额定值；包电压幅值长期偏离其额定值；包 括电压偏差和持续断电。括电压偏差和持续断电。 电压波动电压波动 电压幅值周期性下降和上升。电压幅值周期性下降和上升。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-3)(6-3)波形畸变波形畸变 包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和包括电力谐波、电压缺口、直流偏置和 宽带噪音；宽带噪音；三相不平衡三相不平衡 供电电源的三相电压不对称或负荷三供电电源的三相电压不对称或负荷三 相电流不对称，即三相幅

369、值不等或相相电流不对称，即三相幅值不等或相 角差不等于角差不等于1201200 0。频率变化频率变化 基波频率偏离其额定频率，包括频率偏基波频率偏离其额定频率，包括频率偏 差和频率波动，典型的频率波动周期为差和频率波动，典型的频率波动周期为 10s 10s之内。之内。 电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设电能质量扰动是客观存在的，它严重干扰着用电设备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该备尤其是信息处理设备的正常运行。因此，一方面应该规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备规定电网的电能质量扰动允许值，另一方面，用电设备也应该具有一定的电能质量扰动耐受容限。也应该具有一

370、定的电能质量扰动耐受容限。 影响电压质量的主要因素影响电压质量的主要因素：n负荷无功功率或无功功率变化量。负荷无功功率或无功功率变化量。n电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功电网短路容量或电网等效电抗。负荷无功功率或无功 变化量越大，对电压质量的影响越大；电网短路容量变化量越大，对电压质量的影响越大；电网短路容量 越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。越大，则负荷变化对电网电压质量的影响越小。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-4)(6-4)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-5)(6-5)

371、我国已颁布的电能质量国家标准：我国已颁布的电能质量国家标准： GB 12325-1990GB 12325-1990电能质量电能质量 供电电压允许偏差供电电压允许偏差 GB/T 14549-1993GB/T 14549-1993电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波 GB/T 15543-1995GB/T 15543-1995电能质量电能质量 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 GB/T 15945-1995GB/T 15945-1995电能质量电能质量 电力系统频率允许偏差电力系统频率允许偏差 GB 12326-2000GB 12326-2000电能质量电能质量 电压波动和闪变电压波

372、动和闪变 GB/T 18481-2001GB/T 18481-2001电能质量电能质量 暂时过电压和瞬态过电压暂时过电压和瞬态过电压 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-6)(6-6) 本章主要讨论的电能质量问题：本章主要讨论的电能质量问题：电压偏差及调节；电压偏差及调节；电压波动和闪变及其抑制；电压波动和闪变及其抑制；电力谐波及其抑制；电力谐波及其抑制；供电系统的三相不平衡；供电系统的三相不平衡；供电系统的无功功率补偿；供电系统的无功功率补偿； 二、电压偏差及其调节二、电压偏差及其调节 1 1、电压偏差及其限值、电压偏差及其限值 电压偏差是指电网由

373、于电力负荷的变化或运行方式的电压偏差是指电网由于电力负荷的变化或运行方式的改变，使系统中某点的实际电压偏离额定电压。偏离的幅改变，使系统中某点的实际电压偏离额定电压。偏离的幅度定义为电压偏差。度定义为电压偏差。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-7)(6-7)电压偏差表示为：电压偏差表示为：产生电压偏差的根本原因产生电压偏差的根本原因系统中的电压损失系统中的电压损失第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-8)(6-8) 国标规定，供电部门与用户的产权分界处国标规定，供电部门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电

374、能计量点的最大允许电或供用电协议规定的电能计量点的最大允许电压偏差应不超过：压偏差应不超过： U UN N35kV35kV 电压正、负偏差绝对值之和为电压正、负偏差绝对值之和为1010 U UN N10kV10kV 7 7 220V220V单相供电电压单相供电电压 +7+7，-10-10第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-9)(6-9)2 2、变压器对电压偏差的影响、变压器对电压偏差的影响 变压器分接头对电压偏差的影响变压器分接头对电压偏差的影响 降压变压器的一次侧，根据容量的不同都设有若干个降压变压器的一次侧，根据容量的不同都设有若干个 分接头。普

375、通变压器只能在不带电的情况下改换分接分接头。普通变压器只能在不带电的情况下改换分接 头，对每一台变压器在投入运行前都应该选择一个合头，对每一台变压器在投入运行前都应该选择一个合 适的分接头。适的分接头。如：如：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-10)(6-10)变压器参数表示符号变压器参数表示符号taptap 变压器的分接头位置；变压器的分接头位置； U Uf f 变压器一次侧的分接头电压；变压器一次侧的分接头电压； U UT1 T1 变压器一次侧额定电压；变压器一次侧额定电压； U UT2 T2 变压器二次侧空载额定电压（零分接头和一次侧额定电压

376、变压器二次侧空载额定电压（零分接头和一次侧额定电压 的条件下）；的条件下）； U U20 20 变压器二次侧空载输出电压（实际分接头和一次侧实际电变压器二次侧空载输出电压（实际分接头和一次侧实际电 压的条件下）；压的条件下）； U U1 1 变压器一次侧实际输入电压；变压器一次侧实际输入电压； U U2 2 变压器二次侧实际输出电压。变压器二次侧实际输出电压。 变压器的分接头电压和二次侧空载输出电压分别可变压器的分接头电压和二次侧空载输出电压分别可 表示为：表示为： 显然，当同一进线电压接在不同的分接头时，二次电压显然，当同一进线电压接在不同的分接头时，二次电压对电网额定电压的偏差量则不同。对

377、电网额定电压的偏差量则不同。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-11)(6-11)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-12)(6-12) 当在变压器一次侧分接头上所加电压为当在变压器一次侧分接头上所加电压为U1时，单纯由变时，单纯由变压器分接头调整而引入的电压偏差压器分接头调整而引入的电压偏差Uf%为：为：变压器中的电压损失变压器中的电压损失变压器引起的电压偏差变压器引起的电压偏差 考虑变压器的电压损失和分接头调整后，变压器考虑变压器的电压损失和分接头调整后，变压器 一次侧与一次侧与二次侧电压之间的关系为：

378、二次侧电压之间的关系为： 可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量：可得由变压器本身所产生的总的电压偏差量： 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-13)(6-13)3 3、电压偏差的计算、电压偏差的计算第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-14)(6-14)如图所示，设电源母线上如图所示，设电源母线上的电压偏差量为的电压偏差量为 U UA A% %，线，线路路l1 1的电压损失为的电压损失为 U Ul1 1% %，变压器引起的电压偏差量变压器引起的电压偏差量为为 U UT T% %，低压线路，低压线路l2 2的

379、电的电压损失为压损失为 U Ul2 2% %，则则B B、C C、D D各点的电压偏差分别为：各点的电压偏差分别为：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-15)(6-15)将上述概念推广到任一供电系统，如果由供电电源到将上述概念推广到任一供电系统，如果由供电电源到某指定地点有多级多压或装有调压设备，则指定地点某指定地点有多级多压或装有调压设备，则指定地点的电压偏差可由下式计算的电压偏差可由下式计算第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-16)(6-16)4 4、电压偏差的调节、电压偏差的调节 调节电压的目的是要在

380、正常运行条件下，保持供电调节电压的目的是要在正常运行条件下，保持供电系统中各用电设备的端电压偏差不超过规定值。系统中各用电设备的端电压偏差不超过规定值。 电压调节的方式电压调节的方式通常选择电网的通常选择电网的电压中枢点电压中枢点（发电厂、区域变电所或发电厂、区域变电所或 用户总降压变电所用户总降压变电所）作为电压调节点，对其电压进行）作为电压调节点，对其电压进行 监视和调节。监视和调节。中枢点调压方式有中枢点调压方式有常调压常调压和和逆调压逆调压两种。两种。 常调压常调压 无论负荷怎样变化，维持中枢点电压恒定。无论负荷怎样变化，维持中枢点电压恒定。 逆调压逆调压 最大负荷时，升高最大负荷时，

381、升高中枢点中枢点电压；电压； 最小负荷时，降低最小负荷时，降低中枢点中枢点电压。电压。电压调节的方法电压调节的方法 对于用户供电系统，电压偏差调节主要从降低线路对于用户供电系统，电压偏差调节主要从降低线路 电压损失和调整变压器分接头两方面入手。电压损失和调整变压器分接头两方面入手。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-17)(6-17) 合理设计供电系统，减小线路电压损失合理设计供电系统，减小线路电压损失高压深入负荷中心供电；高压深入负荷中心供电；配电变压器分散设置到用电中心；配电变压器分散设置到用电中心；按允许电压损失选择导线截面；按允许电压损失选择

382、导线截面；用电缆替代架空线路；用电缆替代架空线路；设置无功补偿装置等。设置无功补偿装置等。2 2）合理选择变压器的分接头）合理选择变压器的分接头 变压器的分接头电压应满足下列条件：变压器的分接头电压应满足下列条件：最大负荷时最大负荷时最小负荷时最小负荷时根据上述要求，应就近选取标称的分接头。根据上述要求，应就近选取标称的分接头。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-18)(6-18)设计中取设计中取选取最接近的标称分接头电压。选取最接近的标称分接头电压。 例例6-1 某变电所装设一台某变电所装设一台10MVA10MVA变压器，变压器变比为变压器，变压器

383、变比为 K KT T=110=110 2 2 2.52.56.6kV6.6kV。在最大负荷下，高压侧进线。在最大负荷下，高压侧进线 电压为电压为112kV112kV，变压器折算至高压侧的电压损失为，变压器折算至高压侧的电压损失为5.635.63； 在最小负荷下，高压侧进线电压为在最小负荷下，高压侧进线电压为115kV115kV，变压器折算，变压器折算 至高压侧的电压损失为至高压侧的电压损失为2.812.81。要求变电所低压母线的。要求变电所低压母线的 电压偏差为额定电压电压偏差为额定电压6kV6kV的：最大负荷时的：最大负荷时0 0，最小负荷，最小负荷 时时+7.5。试合理选择该变压器的分接头

384、。试合理选择该变压器的分接头。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-19)(6-19)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-20)(6-20)解：解：最大负荷时最大负荷时最小负荷时最小负荷时 确定分接头电压确定分接头电压第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-21)(6-21)结论：选取结论：选取+5+5分接头，分接头电压为分接头，分接头电压为115.5kV115.5kV。则：则：校验：校验：最大负荷时：最大负荷时：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与

385、无功补偿与无功补偿 (6-22)(6-22)最小负荷时：最小负荷时：故选择故选择5 5的分接头电压，在最大负荷时，变电所低的分接头电压，在最大负荷时，变电所低压母线的电压偏差不低于压母线的电压偏差不低于0 0；在最小负荷时，变电；在最小负荷时，变电所低压母线的电压偏差不高于所低压母线的电压偏差不高于7 7；因此，满足调压；因此，满足调压要求。要求。三、三、 电压波动和闪变及其抑制电压波动和闪变及其抑制 1 1、定义、定义 电压波动电压波动：电网电压幅值（或半周波方均根值）：电网电压幅值（或半周波方均根值） 的连续快速变化。的连续快速变化。n 将电网电压每半周波的方均根值按时间序列排列，将电网电

386、压每半周波的方均根值按时间序列排列， 其包络线即为电压波动波形其包络线即为电压波动波形; ;n 电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为 一次电压变动一次电压变动; ;n 电压变动的电压变化率应不低于每秒电压变动的电压变化率应不低于每秒0.20.2; ;n 当电压向同一方向变动时，若本次变动结束到下一当电压向同一方向变动时，若本次变动结束到下一 次变动开始的时间不大于次变动开始的时间不大于30ms30ms，只算作一次变化，只算作一次变化。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-23)(6-23)第六章第六

387、章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-24)(6-24)nt t1 1t t2 2和和t t2 2t t3 3各为一次电压变动各为一次电压变动; ;nt t6 6t t7 7间的电压变化间的电压变化( )( )不计为电压变动；不计为电压变动；nt t4 4t t5 5间的电压同方向变化间隔小于间的电压同方向变化间隔小于30ms,30ms,计为一次变动。计为一次变动。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-25)(6-25) 电压变动幅度电压变动幅度d d 用各次电压变化量与电网额定电用各次电压变化量与电网额定电压之比来表示

388、。即：压之比来表示。即：电压变动频度电压变动频度r r 是指单位时间（是指单位时间（1h 1h 或或1min1min）内电）内电压变动的次数。电压从高到低或从低回到高的变化，压变动的次数。电压从高到低或从低回到高的变化，各算一次电压变动。因此，对于周期性的电压波动各算一次电压变动。因此，对于周期性的电压波动而言，电压变动频度是电压波动频率的而言，电压变动频度是电压波动频率的2 2倍。倍。电压波动用电压波动用电压变动幅度电压变动幅度d d和和变动频度变动频度r r来综合衡量。来综合衡量。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-26)(6-26)电压波动是由

389、波动负荷的剧烈变化引起的电压波动是由波动负荷的剧烈变化引起的。大容量。大容量负荷的剧烈变化在供电系统阻抗上引起电压损失的负荷的剧烈变化在供电系统阻抗上引起电压损失的变化，从而引起各级电网电压水平的快速变化。设变化，从而引起各级电网电压水平的快速变化。设供电系统中某一评价点的电力负荷由供电系统中某一评价点的电力负荷由 (P+jQ)(P+jQ)变化为变化为(P+(P+ P)+j(Q+P)+j(Q+ Q)Q)，则负荷变化在该点引起的电压变，则负荷变化在该点引起的电压变动值为：动值为： 结论：结论：在冲击性负荷下，电压变动值与负荷的无功在冲击性负荷下，电压变动值与负荷的无功功率变化量成正比，与电网的短

390、路容量成反比。功率变化量成正比，与电网的短路容量成反比。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-27)(6-27)证明证明: :( (由于冲击性负荷由于冲击性负荷 PQ)PQ)( (设设U UN N=U=Uj j) )(R(R、X X电源至评价点的电阻电源至评价点的电阻、电抗电抗) )第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-28)(6-28)由于电压波动是用户中的波动负荷从电网取用快由于电压波动是用户中的波动负荷从电网取用快 速变动的功率而引起的速变动的功率而引起的（典型的波动负荷有炼钢电弧（典型的波动负荷有炼钢电

391、弧 炉、轧机、电弧焊机等）炉、轧机、电弧焊机等）。根据负荷的变化特征，电。根据负荷的变化特征，电 压波动可分为：压波动可分为：电压变动频繁且具有一定规律的周期性电压波动，电压变动频繁且具有一定规律的周期性电压波动， 如电力电子装置供电的轧钢设备产生的电压波动。如电力电子装置供电的轧钢设备产生的电压波动。电压变动频繁且无规律的随机性电压波动，如炼电压变动频繁且无规律的随机性电压波动，如炼 钢用交流电弧炉产生的电压波动。钢用交流电弧炉产生的电压波动。偶发性的电压波动，如电动机起动时冲击电流引偶发性的电压波动，如电动机起动时冲击电流引 起的电压波动。起的电压波动。 第六章第六章 供电系统的电能质量供

392、电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-29)(6-29)电压波动的允许值电压波动的允许值n实测条件采用负荷的最大无功变化量和电网的最小短实测条件采用负荷的最大无功变化量和电网的最小短路容量。路容量。n实测值的实测值的9595概率大值与限值比较；概率大值与限值比较；第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-30)(6-30) 电压闪变电压闪变: : 照明用白炽灯对电压波动特别敏感，电压照明用白炽灯对电压波动特别敏感，电压 波动使灯光闪烁，刺激眼睛，干扰人们的正常工作，波动使灯光闪烁，刺激眼睛，干扰人们的正常工作， 电压波动的这种效应称为电压闪变。电压

393、波动的这种效应称为电压闪变。2 2、电压波动和闪变的估算、电压波动和闪变的估算 波动负荷引起的电压波动和闪变通常以波动负荷引起的电压波动和闪变通常以实测结果实测结果 作为评价的依据作为评价的依据。但在设计的初始阶段，电压波动和。但在设计的初始阶段，电压波动和 闪变可按下述方法估算。闪变可按下述方法估算。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-31)(6-31)1 1电压波动的估算电压波动的估算 根据波动负荷的功率变化量估算出电压变动值。根据波动负荷的功率变化量估算出电压变动值。 2 2周期性矩形（或阶跃）电压波动的闪变估算周期性矩形（或阶跃）电压波动的闪

394、变估算 对于周期性等间隔的矩形（或阶跃）电压波动，对于周期性等间隔的矩形（或阶跃）电压波动，当已知电压变动值当已知电压变动值d d和电压变动频度和电压变动频度r r时，首先按照时，首先按照r r查出与单位闪变曲线（查出与单位闪变曲线（P Pstst=1=1）相对应的电压变动）相对应的电压变动d dlimlim，则相应的短时电压闪变则相应的短时电压闪变PstPst可估算如下：可估算如下：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-32)(6-32)周期性矩形波（或阶跃波）电压波动的单位闪变曲线周期性矩形波（或阶跃波）电压波动的单位闪变曲线3非周期性阶跃电压波动

395、的闪变估算非周期性阶跃电压波动的闪变估算 对于非周期性阶跃电压波动对于非周期性阶跃电压波动 (要求相邻两次电压变动要求相邻两次电压变动之间的时间间隔不小于之间的时间间隔不小于1s1s)，首先求出最严重的，首先求出最严重的10min10min测评测评时段内每一次电压变动时段内每一次电压变动d d所对应的闪变时间所对应的闪变时间tf ，然后计算，然后计算该该10min10min时段内各次闪变时间之和，则求出该时段内的短时段内各次闪变时间之和，则求出该时段内的短时电压闪变值。时电压闪变值。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-33)(6-33)例例6-26

396、-2 某阶跃波动负荷在某阶跃波动负荷在10min10min工作周期内，在公共连工作周期内，在公共连接点产生了接点产生了1212次次4.84.8的电压变动，的电压变动，3030次次1.71.7的变动和的变动和100100次次0.90.9的变动，试估算该负荷引起的电压闪变水平。的变动，试估算该负荷引起的电压闪变水平。 解：解： 每种电压变动的闪变时间为每种电压变动的闪变时间为 对应于对应于d d4.8%4.8%，得，得t tf f=2.3=2.3 4.84.83 3=254.4s=254.4s 对应于对应于d d1.7%1.7%，得，得t tf f=2.3=2.3 1.71.73 3=11.3s=

397、11.3s 对应于对应于d d0.9%0.9%，得，得t tf f=2.3=2.3 0.90.93 3=1.7s=1.7s 总闪变时间为：总闪变时间为： 短时电压闪变值为：短时电压闪变值为： 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-34)(6-34)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-35)(6-35)4电动机起动引起的电压波动的估算电动机起动引起的电压波动的估算 大容量电动机起动时，会在配电母线上引起短时的大容量电动机起动时，会在配电母线上引起短时的电压波动，只要该波动不危及供电安全并能保证电动机电压波动，只

398、要该波动不危及供电安全并能保证电动机正常起动，可以允许电机配电母线上有比较大的电压波正常起动，可以允许电机配电母线上有比较大的电压波动值。电动机起动时配电母线上的电压应满足动值。电动机起动时配电母线上的电压应满足: : 1) 1)一般情况下，电动机频繁起动时不应低于母线额定一般情况下，电动机频繁起动时不应低于母线额定电压的电压的9090，电动机非频繁起动时；不宜低于额定电压，电动机非频繁起动时；不宜低于额定电压的的8585。 2) 2)配电母线上未接照明负荷或其它对电压下降较敏感配电母线上未接照明负荷或其它对电压下降较敏感的设备且电动机非频繁起动时，不应低于母线额定电压的设备且电动机非频繁起动

399、时，不应低于母线额定电压的的8080。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-36)(6-36)电动机起动时引起的电压波动估算电动机起动时引起的电压波动估算系统如图所示：系统如图所示：选取母线额定电压为基选取母线额定电压为基准电压，则电动机起动准电压，则电动机起动前母线电压标幺值为：前母线电压标幺值为：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-307)(6-307)若设电源电压在电动机起动前后保持不变，则电源若设电源电压在电动机起动前后保持不变，则电源电压标幺值表示为：电压标幺值表示为：在电动机起动瞬间，电动机回路等

400、效电抗为在电动机起动瞬间，电动机回路等效电抗为X Xstst, ,则则电动机起动时配电母线电压标幺值为：电动机起动时配电母线电压标幺值为：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-38)(6-38)式中：式中：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-39)(6-39)故电动机起动时，电动机端电压为：故电动机起动时，电动机端电压为：电动机起动时，配电母线上电压波动（电压突降）为：电动机起动时，配电母线上电压波动（电压突降）为：分析表明：分析表明：电动机起动时，电动机前串的电抗值越大，电动机起动时，电动机前串的电抗值越大

401、，配电母线电压波动越小；但电动机端电压越低。即串配电母线电压波动越小；但电动机端电压越低。即串电抗器可以减小电压波动，但电动机端电压降低，起电抗器可以减小电压波动，但电动机端电压降低，起动转矩也相应降低。动转矩也相应降低。（电抗器值合理选择）（电抗器值合理选择）第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-40)(6-40)例例1 1：一台：一台2500kW2500kW同步电动机，采用变压器同步电动机，采用变压器电动机组方式起动，如电动机组方式起动，如 图所示。已知图所示。已知10kV10kV母线短路容量为母线短路容量为81MVA,81MVA,试求电动机起动时

402、电试求电动机起动时电 动机的端电压。动机的端电压。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-41)(6-41)解：设电动机起动前解：设电动机起动前10kV10kV母线电压为额定值，即：母线电压为额定值，即：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-42)(6-42)结论：该电动机起动时，母线电压为额定电压的结论：该电动机起动时，母线电压为额定电压的82.282.2， 加在电动机端子上的电压仅为额定电压的加在电动机端子上的电压仅为额定电压的5757。电动机前串接的变压器为隔离变压器，目的是抑制电动机的起电动机前串接的变压

403、器为隔离变压器，目的是抑制电动机的起动电流对电网的影响，若不串变压器，则有：动电流对电网的影响，若不串变压器，则有：即：即：母线电压为额定电压的母线电压为额定电压的7676。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-43)(6-43)例例2 2：某高压电动机供电系统如图所示，设电动机起动前母线电压为额定值，：某高压电动机供电系统如图所示，设电动机起动前母线电压为额定值， 要求电动机起动时要求电动机起动时6kV6kV母线电压水平不得低于额定电压的母线电压水平不得低于额定电压的8585，试求：，试求： 若电动机全压起动，母线电压水平能否满足要求？若电动机全压起

404、动，母线电压水平能否满足要求？ 若采用串联电若采用串联电 抗器降压起动方式，试选择满足母线电压要求条件下的电抗器电抗值。抗器降压起动方式，试选择满足母线电压要求条件下的电抗器电抗值。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-44)(6-44)解：依题意有解：依题意有(1) (1) 全压起动时全压起动时0.85全压起动不满足母线电压水平要求。全压起动不满足母线电压水平要求。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-45)(6-45)（2 2）串联电抗器降压起动）串联电抗器降压起动由由求得求得采用串联电抗器后，电动机起动时

405、，电机端电压为：采用串联电抗器后，电动机起动时，电机端电压为：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-46)(6-46)电动机直接起动容量估算电动机直接起动容量估算 设电动机直接起动时母线电压为额定值，即：设电动机直接起动时母线电压为额定值，即：由于此时由于此时则电动机起动瞬间母线电压波动值为：则电动机起动瞬间母线电压波动值为：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-47)(6-47) 若近似认为供电电源为无穷大功率电源，配电变压器容量为若近似认为供电电源为无穷大功率电源，配电变压器容量为S SN.TN.T，变压器

406、阻抗电压百分数为变压器阻抗电压百分数为uuk k% %，并设配电母线上其它负荷的无功功率，并设配电母线上其它负荷的无功功率为变压器额定容量的为变压器额定容量的6060（Q QL L=0.6S=0.6SN.TN.T),),则电动机起动瞬间母线电压波则电动机起动瞬间母线电压波动值为：动值为： 依上式可求出，在配电母线电压波动值约束条件下的直接起动依上式可求出，在配电母线电压波动值约束条件下的直接起动电动机容量电动机容量P PN.MN.M和配电变压器容量和配电变压器容量S SN.TN.T之间的关系。即：之间的关系。即：参阅参阅P P169表表6 64 45 5、减小电压波动和闪变的措施、减小电压波动

407、和闪变的措施第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-48)(6-48)n提高供电系统短路容量提高供电系统短路容量(1)(1)提高供电电压。提高供电电压。(2)(2)采用双回线路并联供电。采用双回线路并联供电。(3)(3)采用线路串联补偿，降低输电线路采用线路串联补偿，降低输电线路电抗，或动态补偿线路压降。电抗，或动态补偿线路压降。n减小波动负荷的无功功率变化量减小波动负荷的无功功率变化量(1)(1)改善工艺，减小负荷波动。改善工艺，减小负荷波动。(2)(2)改变波动负荷供电回路参改变波动负荷供电回路参数（如串电抗器等）。数（如串电抗器等）。(3)(3)采

408、用动态无功功率补偿装采用动态无功功率补偿装置（置（SVCSVC）。）。 图示为图示为TCRTCR型型SVCSVC主回路及其工作原理图。设负荷无功功率变化量为主回路及其工作原理图。设负荷无功功率变化量为Q QL L, ,利利用晶闸管的相位控制用晶闸管的相位控制TCRTCR的无功功率的无功功率Q QLRLR对应对应Q QL L相反的变化量，使（相反的变化量，使（Q QLRLR+ +Q QL L) )为为一恒定的感性无功，电容器支路产生的容性无功一恒定的感性无功，电容器支路产生的容性无功Q QC C与（与（Q QLRLR+ +Q QL L) )相互补偿，从而相互补偿，从而使系统的无功功率使系统的无功

409、功率Q QS S基本保持恒定。基本保持恒定。TCRTCR型静止无功补偿器的主电路结构和调节原理型静止无功补偿器的主电路结构和调节原理 a)a)主电路结构主电路结构 b)TCR b)TCR无功电流调节原理示意图无功电流调节原理示意图第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-49)(6-49)四、电力谐波及其抑制四、电力谐波及其抑制 1.1.谐波基础谐波基础1 1）谐波定义）谐波定义 国际上现在公认的国际上现在公认的谐波定义谐波定义为为: :谐波是一个周期电气量的正弦波谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍分量，其频率为基波频率的整数倍。

410、在供电系统中，除整数次谐波外，还存在有谐间波。谐间波在供电系统中，除整数次谐波外，还存在有谐间波。谐间波是指那些频率不是基波频率整数倍的谐波分量。在电力系统谐波是指那些频率不是基波频率整数倍的谐波分量。在电力系统谐波中，谐间波的成分较小。中，谐间波的成分较小。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-50)(6-50)2 2）谐波发生源）谐波发生源 具有铁磁饱和特性的设备（变压器、电抗器）；具有铁磁饱和特性的设备（变压器、电抗器）； 具有电弧特性的设备（交流电弧炉、弧焊设备）；具有电弧特性的设备（交流电弧炉、弧焊设备）； 各种电力电子设备（变流装置、电力机

411、车、家用电器）；各种电力电子设备（变流装置、电力机车、家用电器）；电力系统：电力系统：包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变 压器的空载电流，交直流换流站的可控硅元件，压器的空载电流，交直流换流站的可控硅元件， 可控硅控制的电容器、电抗器组等。可控硅控制的电容器、电抗器组等。电力负荷：电力负荷：电力系统谐波电力系统谐波更主要的来源是各种非线性负荷更主要的来源是各种非线性负荷 用户用户。对于谐波电流含量只决定于其本身的特。对于谐波电流含量只决定于其本身的特 性和工况，基本上与电力系统参数无关的谐波性和工况，基本上与电力系统参数无关的谐波 源，可看作谐波恒

412、流源。源，可看作谐波恒流源。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-51)(6-51)P172、173表表65、66、673 3）谐波危害）谐波危害n产生谐波附加损耗，使设备过热以及谐波过电压加速设备绝产生谐波附加损耗，使设备过热以及谐波过电压加速设备绝缘老化等缘老化等n并联电容器与系统等效电抗可能在某次谐波附近发生并联谐并联电容器与系统等效电抗可能在某次谐波附近发生并联谐振，导致谐波电压和谐波电流的严重放大振，导致谐波电压和谐波电流的严重放大n引起继电保护和自动装置误动作引起继电保护和自动装置误动作n影响电能计量精度影响电能计量精度n影响通信质量影响通

413、信质量第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-52)(6-52)2 2谐波的评价计算与限值谐波的评价计算与限值1 1）评价计算）评价计算（1 1）单次谐波含有率）单次谐波含有率 h h 次谐波含有率定义为第次谐波含有率定义为第h h 次谐波分量方均根值与基波分量方均次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比，即：根值之比，即：（2 2）总谐波畸变率）总谐波畸变率 总谐波畸变率则定义为谐波含量与基波分量方均根值之比，即：总谐波畸变率则定义为谐波含量与基波分量方均根值之比，即：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-53

414、)(6-53)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-54)(6-54)2 2）谐波限值）谐波限值 （P P175175表表6-86-8）n各级电网电压下的谐波电压限值各级电网电压下的谐波电压限值第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-55)(6-55)n各级电网电压下用户注入到公共连接点的谐波电流允许值各级电网电压下用户注入到公共连接点的谐波电流允许值标准电压 kV基准短路容量 MVA 谐波次数及谐波电流允许值（A）23456789101112131415160.38 1078623962264419211628

415、132411129.7 6 10043342134142411118.5167.1136.16.85.3 10 100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.2 35 25015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.9 110 750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.5 当电网公共连接点的实际最小短路容量当电网公共连接点的实际最小短路容量S Sk与表中的基准短路容量与表中的基准短路容量S Sj不同时，实际不同时，实际允许注入电网的谐波电流限制应按下式修正。允许注入电

416、网的谐波电流限制应按下式修正。3. 3. 供电系统谐波分析计算供电系统谐波分析计算1 1）供电系统各元件谐波等效模型）供电系统各元件谐波等效模型 供电系统各元件谐波等效模型是谐波分析的基础和关键，在供电系统各元件谐波等效模型是谐波分析的基础和关键，在分析计算中，通常近似认为：分析计算中，通常近似认为： 式中式中: : X X、X Xh h分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波感抗；次谐波感抗； X XC C、X XC Ch h分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波容抗；次谐波容抗； R R、R Rh h 分别为元件基波和分别为元件基波和h h次谐波电阻；次谐波电阻；第六章第六章 供

417、电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-56)(6-56)（1 1）系统谐波阻抗）系统谐波阻抗 式中：式中：Sk系统对该点的短路容量，系统对该点的短路容量，UN网络额定电压，网络额定电压，Xs1基波电抗。基波电抗。（2 2） 供电线路供电线路（3 3）变压器）变压器( (双绕组）双绕组）（4 4）并联电容器）并联电容器（5 5）电抗器）电抗器（6 6）电力负荷）电力负荷: :第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-57)(6-57)2 2）系统等效电路及其谐波分布分析）系统等效电路及其谐波分布分析 将供电系统各元件的等效模型按系统

418、联接关系逐一替将供电系统各元件的等效模型按系统联接关系逐一替换，即可得系统等效电路，供电系统在基波和换，即可得系统等效电路，供电系统在基波和h h次谐波下次谐波下的等效电路的一般结构如图所示：的等效电路的一般结构如图所示： 供电系统等效电路一般结构供电系统等效电路一般结构a)a)基波等效电路基波等效电路 b) b)谐波等效电路谐波等效电路第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-58)(6-58)第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-59)(6-59)在构建谐波近似计算等效电路时，应注意：在构建谐波近似计算等效电路

419、时，应注意： 以谐波源为电源中心，按照实际电路构成。此时系统电源不再以谐波源为电源中心，按照实际电路构成。此时系统电源不再 是以电源的形式出现，而是以谐波源负载阻抗的形式出现。是以电源的形式出现，而是以谐波源负载阻抗的形式出现。 电路元件可用有名值计算，也可用标幺值计算。电路元件可用有名值计算，也可用标幺值计算。 在含有不同电压等级的供电系统谐波计算中，应注意参数的归在含有不同电压等级的供电系统谐波计算中，应注意参数的归 算问题。算问题。 在一般的近似计算中，元件的电阻均可忽略。但当系统中的某在一般的近似计算中，元件的电阻均可忽略。但当系统中的某 一部分发生或接近并联（或串联）谐振时，电阻的影

420、响就不能一部分发生或接近并联（或串联）谐振时，电阻的影响就不能 忽略。忽略。 在谐波的近似计算中，首先必须求出谐波源注入系统总的谐波在谐波的近似计算中，首先必须求出谐波源注入系统总的谐波 电流。再根据谐波作用等效电路计算系统各支路的谐波电流和电流。再根据谐波作用等效电路计算系统各支路的谐波电流和 各节点的谐波电压分布。各节点的谐波电压分布。4. 4. 并联电容器对谐波的放大作用并联电容器对谐波的放大作用 1 1）电容器对谐波的放大作用）电容器对谐波的放大作用 下图所示为供电给整流装置的供电系统简图及其等效电路。下图所示为供电给整流装置的供电系统简图及其等效电路。整流装置供电系统简图整流装置供电

421、系统简图第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-60)(6-60)由等效电路可得：由等效电路可得：令令 电容器对谐波是否具有放大作用，取决于系数电容器对谐波是否具有放大作用，取决于系数Kh 的大小的大小。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-57)(6-57)2 2）谐波放大的防止与消除）谐波放大的防止与消除 若在电容器回路串接一个电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在若在电容器回路串接一个电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，则可消除谐波放大现象。最低次谐波频率下呈现出感性，则可消除谐波

422、放大现象。图图6-22 串联电抗器防止谐波放大串联电抗器防止谐波放大 为避免谐波放大，串联电抗器的电感量为避免谐波放大，串联电抗器的电感量L应满足下应满足下式关系：式关系：式中式中 XLR串联电抗器等效基波电抗；串联电抗器等效基波电抗； X C并联电容器组等效基波容抗；并联电容器组等效基波容抗； hmin谐波源最低次谐波的次数。谐波源最低次谐波的次数。考虑到电抗器和电容器的制造误差，通常取：考虑到电抗器和电容器的制造误差，通常取：第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-58)(6-58)5. 5. 谐波的抑制谐波的抑制 首先应考虑采用新技术或新装置，尽量

423、减小谐波源设备的首先应考虑采用新技术或新装置，尽量减小谐波源设备的谐波发生量。减小谐波源设备谐波发生量的主要方法有：谐波发生量。减小谐波源设备谐波发生量的主要方法有：n增加整流装置的相数增加整流装置的相数n采用采用PWM整流器整流器 n改变供电系统的运行方式改变供电系统的运行方式 如果谐波仍然超标，应装设滤波器。如果谐波仍然超标，应装设滤波器。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-59)(6-59)1 1）无源滤波器）无源滤波器 无源电力滤波器由电力电容器、电抗器和电阻器连接无源电力滤波器由电力电容器、电抗器和电阻器连接而成。利用电抗器与电容器的串并联

424、谐振来达到抑制谐波的而成。利用电抗器与电容器的串并联谐振来达到抑制谐波的目的。无源滤波器也称调谐滤波器。目的。无源滤波器也称调谐滤波器。n单调谐滤波器：单调谐滤波器：n双调谐滤波器双调谐滤波器n高通滤波器高通滤波器一套无源电力谐波滤波装置一套无源电力谐波滤波装置通常包括多组单调谐滤波器通常包括多组单调谐滤波器和一组高通滤波器。和一组高通滤波器。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-60)(6-60)n缺点：失谐，产生原因有：缺点：失谐，产生原因有： 电网工频频率的偏差电网工频频率的偏差 组成滤波装置的元件本身误差组成滤波装置的元件本身误差 环境温度的

425、变化对元件参数的影响环境温度的变化对元件参数的影响 滤波器成组的配合精度等滤波器成组的配合精度等n为了防止滤波器失谐引起谐波放大，单调谐滤波器通常采用为了防止滤波器失谐引起谐波放大，单调谐滤波器通常采用偏调谐设计方法。在选择滤波器参数时，使滤波器的理论谐偏调谐设计方法。在选择滤波器参数时，使滤波器的理论谐振频率低于谐波频率约振频率低于谐波频率约6。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-61)(6-61)2 2）有源滤波器）有源滤波器 有源电力滤波器是一种广谱滤波器，能够滤除多种谐波有源电力滤波器是一种广谱滤波器，能够滤除多种谐波分量，目前可以滤除分量，

426、目前可以滤除25次以下的谐波。次以下的谐波。 有源滤波器具有如下优点：有源滤波器具有如下优点：n高度可控性和快速响应性高度可控性和快速响应性n滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险，振的危险，n可以重置可以重置n自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-62)(6-62)n并联型有源电力滤波器的原理结构并联型有源电力滤波器的原理结构 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-

427、63)(6-63)n就目前的实际情况而言，由于受电力电子器件和装置工艺就目前的实际情况而言，由于受电力电子器件和装置工艺的限制，有源滤波器的耐压和容量还非常有限，只限应用的限制，有源滤波器的耐压和容量还非常有限，只限应用于中低压系统。此外，有源滤波器的单位容量成本较高，于中低压系统。此外，有源滤波器的单位容量成本较高，也是限制其推广应用的一个因素。也是限制其推广应用的一个因素。n无源滤波器与有源滤波器各有其优缺点。无源滤波器容量无源滤波器与有源滤波器各有其优缺点。无源滤波器容量大、简单可靠、成本低，但滤波性能较差；有源滤波器滤大、简单可靠、成本低，但滤波性能较差；有源滤波器滤波性能好，但装置容

428、量有限、电压水平低、成本高。因此，波性能好，但装置容量有限、电压水平低、成本高。因此，将有源滤波器与无源滤波器有机地结合起来，形成了混合将有源滤波器与无源滤波器有机地结合起来，形成了混合滤波器，在技术和经济两方面将是一个比较好的折中方案。滤波器，在技术和经济两方面将是一个比较好的折中方案。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-64)(6-64)第五节第五节 供电系统的三相不平衡供电系统的三相不平衡1. 1. 三相不平衡的概念与危害三相不平衡的概念与危害 在三相正弦系统中，当三相相量间幅值不等或相位差不在三相正弦系统中，当三相相量间幅值不等或相位差不为为

429、120120 时，称三相不对称或三相不平衡。时，称三相不对称或三相不平衡。原因原因：三相负荷不对称所引起。：三相负荷不对称所引起。危害危害：1 1）感应电动机：降低输出转矩产生负序电流）感应电动机：降低输出转矩产生负序电流 2 2）变压器：不能充分利用）变压器：不能充分利用 3) 3) 变流装置：产生非特征谐波变流装置：产生非特征谐波 4 4）增大线路中功耗）增大线路中功耗第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-65)(6-65)2. 2. 三相不平衡度的计算及其限值三相不平衡度的计算及其限值1）不平衡度定义式中式中 U%、 I%分别为三相电压和电流的不

430、平衡度；分别为三相电压和电流的不平衡度； U1、I1 分别为电压和电流的正序分量方均根值；分别为电压和电流的正序分量方均根值； U2、I2 分别为电压和电流的负序分量方均根值；分别为电压和电流的负序分量方均根值； 在三相电源及负荷对称的系统中，由于在某一相上增设了在三相电源及负荷对称的系统中，由于在某一相上增设了单相负荷而引起的三相电压不平衡度也可按下式进行估算单相负荷而引起的三相电压不平衡度也可按下式进行估算: SL(1) 单相负荷的容量；单相负荷的容量； Sk(3) 计算点系统三相短路容量。计算点系统三相短路容量。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (

431、6-66)(6-66)2）限值 电力系统公共连接点正常不平衡度允许值为电力系统公共连接点正常不平衡度允许值为2，短时不得，短时不得超过超过4；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般为平衡度允许值一般为1.3。3）解决途径合理分配和布局单相用电负荷；合理分配和布局单相用电负荷；采取补偿装置，补偿系统中的不平衡负荷。采取补偿装置，补偿系统中的不平衡负荷。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-67)(6-67) 单相用电负荷在三相系统中容量和位置的不合理分布是造单相用电负荷在三相系统中容量和

432、位置的不合理分布是造成三相不平衡的主要原因之一。在设计供电系统时，首先要成三相不平衡的主要原因之一。在设计供电系统时，首先要将单相负荷平衡地分布于三相中，同时要考虑到用电设备功将单相负荷平衡地分布于三相中，同时要考虑到用电设备功率因数的不同，尽量兼顾有功功率与无功功率均能平衡分布。率因数的不同，尽量兼顾有功功率与无功功率均能平衡分布。在低压系统中，各相安装的单相用电设备其各相之间容量最在低压系统中，各相安装的单相用电设备其各相之间容量最大值与最小值之差不应超过大值与最小值之差不应超过15。 当采用合理分布的方法达不到指定指标要求时，采取以下当采用合理分布的方法达不到指定指标要求时，采取以下措施

433、：措施：u将不对称负荷连接在短路容量较大的系统将不对称负荷连接在短路容量较大的系统u对不平衡负荷采用单独的变压器供电对不平衡负荷采用单独的变压器供电u采用平衡电抗器和电容器组成的电流平衡装置采用平衡电抗器和电容器组成的电流平衡装置u采用特殊接线的变压器采用特殊接线的变压器第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-68)(6-68)第六节第六节 供电系统的无功功率补偿供电系统的无功功率补偿1.1.无功功率与功率因数无功功率与功率因数1）无功功率 无功功率定义为电路中电感元件和电容元件在一个工频周期中所吸收无功功率定义为电路中电感元件和电容元件在一个工频周期中

434、所吸收的最大功率的最大功率 U、I 分别为三相线电压和电流的有效值分别为三相线电压和电流的有效值特征：感性无功功率与容性无功功率可以互补特征：感性无功功率与容性无功功率可以互补分类：基波正序无功功率、基波负序无功功率、各次谐波的无功功率。分类：基波正序无功功率、基波负序无功功率、各次谐波的无功功率。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-69)(6-69)2 2）功率因数）功率因数 式中，式中，P为三相有功功率，为三相有功功率，S为三相视在功率。上式既适用为三相视在功率。上式既适用于三相正弦对称系统，也适用于三相非正弦系统或三相不于三相正弦对称系统，也适

435、用于三相非正弦系统或三相不对称系统。对称系统。 对于正弦系统，每相的功率因数定义为该相电流与电压对于正弦系统，每相的功率因数定义为该相电流与电压的相位差的余弦值的相位差的余弦值cos ，通常也称为位移因数。对于非正，通常也称为位移因数。对于非正弦系统，通过傅立叶变换可以得到各相的基波位移因数。弦系统，通过傅立叶变换可以得到各相的基波位移因数。在对称的三相正弦系统中，三相功率因数相等，即三相总在对称的三相正弦系统中，三相功率因数相等，即三相总功率因数等于各相的位移因数。功率因数等于各相的位移因数。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-70)(6-70)2

436、 2、无功补偿的意义与途径、无功补偿的意义与途径无功功率低下的影响：无功功率低下的影响： （1 1）增大输电线路中的电流，产生额外的电能损耗）增大输电线路中的电流，产生额外的电能损耗 （2 2）增大系统供电容量，降低了线路和变压器的利用率）增大系统供电容量，降低了线路和变压器的利用率 （3 3）增大了线路电压降，降低了电网的电压质量）增大了线路电压降，降低了电网的电压质量无功补偿意义：无功补偿意义： （1 1）节能降耗）节能降耗 （2 2）降低供电系统的投资费用）降低供电系统的投资费用 （3 3）调节和稳定电压）调节和稳定电压无功补偿途径：无功补偿途径： （1 1）提高用电设备的自然功率因数）

437、提高用电设备的自然功率因数 （2 2）就近装设无功补偿装置）就近装设无功补偿装置第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-71)(6-71)3 3、无功补偿的方式、无功补偿的方式 按照无功补偿容量的调节方式分为动态补偿和静态补偿。按照无功补偿容量的调节方式分为动态补偿和静态补偿。 按照无功补偿装置的安装地点分为就地补偿和集中补偿按照无功补偿装置的安装地点分为就地补偿和集中补偿。4 4、无功补偿容量的确定、无功补偿容量的确定 补偿容量的估算方法：补偿容量的估算方法：（1 1）按提高功率因数确定补偿容量）按提高功率因数确定补偿容量（2 2）按抑制电压波动和闪变

438、确定补偿容量）按抑制电压波动和闪变确定补偿容量（3 3）按调整运行电压来确定补偿容量）按调整运行电压来确定补偿容量 式中式中，S Sk k为补偿装置安装点的系统短路容量为补偿装置安装点的系统短路容量第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-72)(6-72)5.5.无功补偿装置的类型无功补偿装置的类型n 按照补偿装置与被补偿设备的连接关系：并联型和串联型。按照补偿装置与被补偿设备的连接关系：并联型和串联型。n 按照补偿装置中调节机构：静止开关型和机械开关型。按照补偿装置中调节机构：静止开关型和机械开关型。n 按补偿原理：无源型和有源型。按补偿原理：无源型和

439、有源型。 无源补偿装置等效为一个固定或可控的电容器或电抗器，无源补偿装置等效为一个固定或可控的电容器或电抗器，有源补偿装置则等效为一个可控的无功电流发生器。并联无有源补偿装置则等效为一个可控的无功电流发生器。并联无源型补偿装置的补偿原理是，在控制系统作用下，使补偿装源型补偿装置的补偿原理是，在控制系统作用下，使补偿装置的等效电抗与负荷电抗大小相等而性质相反。并联有源型置的等效电抗与负荷电抗大小相等而性质相反。并联有源型补偿装置的补偿原理是，在控制系统作用下，使无功电流发补偿装置的补偿原理是，在控制系统作用下，使无功电流发生器发出的无功电流与负荷无功电流大小相等而相位相反。生器发出的无功电流与负

440、荷无功电流大小相等而相位相反。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-73)(6-73)1 1）常规无功补偿装置）常规无功补偿装置 补偿装置由电容器组、电容器补偿装置由电容器组、电容器支路保护和投切开关、自动补偿支路保护和投切开关、自动补偿控制器等组成。图中，断路器作控制器等组成。图中，断路器作为过电流保护和检修隔离开关，为过电流保护和检修隔离开关，接触器作为电容器的投切开关，接触器作为电容器的投切开关，由无功补偿自动控制器控制，电由无功补偿自动控制器控制，电容器作为感性无功功率的补偿设容器作为感性无功功率的补偿设备，自动控制器根据控制目标实备，自动控制

441、器根据控制目标实现各组电容器的投切控制。现各组电容器的投切控制。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-74)(6-74)常规补偿装置的缺点：常规补偿装置的缺点： （1 1）投入时刻不能精确确定，导致投入时在电容）投入时刻不能精确确定，导致投入时在电容器中产生很大涌流；器中产生很大涌流； （2 2）切除时刻不能精确确定，导致切除时在开关）切除时刻不能精确确定，导致切除时在开关器件触头处产生电弧；器件触头处产生电弧； （3 3）投切速度慢，动态跟踪补偿性能差；）投切速度慢，动态跟踪补偿性能差； （4 4）机械开关投切次数有限，寿命短。）机械开关投切次数有限

442、，寿命短。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-75)(6-75)2 2）静止无功补偿器）静止无功补偿器SVCSVC 以晶闸管开关为代表的静止无功补偿器以晶闸管开关为代表的静止无功补偿器SVC，实现了，实现了电容器投切时刻的准确控制，解决了投入涌流和切除电电容器投切时刻的准确控制，解决了投入涌流和切除电弧问题，实现了快速投切和补偿无功的连续调节。弧问题，实现了快速投切和补偿无功的连续调节。 SVC电路结构分为：晶闸管投切电容器电路结构分为：晶闸管投切电容器TSC和晶闸和晶闸管控制电抗器管控制电抗器TCR。TSC只能有级地调节补偿无功功率，只能有级地调节

443、补偿无功功率，而而TCR可以连续调节补偿无功功率。可以连续调节补偿无功功率。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-76)(6-76)TSCTSC的基本结构如右图所示。的基本结构如右图所示。通过控制晶闸管的开通时刻，通过控制晶闸管的开通时刻，可以实现投入无涌流。由于可以实现投入无涌流。由于晶闸管在电流过零时自然关晶闸管在电流过零时自然关断，因而切除时亦无过电压断，因而切除时亦无过电压（电弧）产生。（电弧）产生。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-77)(6-77) 下图列出了电容器初始电压不同的情况下使电容器下

444、图列出了电容器初始电压不同的情况下使电容器投入电流最小的几种可能时刻：电源电压瞬时值与电容器投入电流最小的几种可能时刻：电源电压瞬时值与电容器当前初始电压相等时。当前初始电压相等时。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-78)(6-78) TCR TCR型型SVCSVC是利用晶闸管相位是利用晶闸管相位控制，连续调节电抗器支路在一控制，连续调节电抗器支路在一个工频周期中的接通时间，实现个工频周期中的接通时间，实现了补偿无功功率的动态连续调节。了补偿无功功率的动态连续调节。 由于负荷通常是感性的，因由于负荷通常是感性的，因而，而，TCRTCR常与固定电容器

445、支路常与固定电容器支路FCFC并联，一起构成双向无功补偿装并联，一起构成双向无功补偿装置。置。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-79)(6-79)TCR无功电流调节原理示意图无功电流调节原理示意图 可以看出，调节晶闸管的触发角可以看出，调节晶闸管的触发角 可以连续调节无功补可以连续调节无功补偿电流的大小，而且晶闸管触发角偿电流的大小，而且晶闸管触发角 的控制范围为的控制范围为90 180 。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-80)(6-80) TCR支路电流是周期性的非正弦波，即支路电流是周期性的非正弦

446、波，即TCR在系统中会产在系统中会产生一定的谐波干扰。从无功补偿的角度，通常主要关注基波生一定的谐波干扰。从无功补偿的角度，通常主要关注基波无功功率。无功功率。TCR基波无功电流与触发角的关系，如下式所示：基波无功电流与触发角的关系，如下式所示： 式中，式中， 为晶闸管在半个基波周期的导通角，为晶闸管在半个基波周期的导通角，BTCR为为TCR的等的等效基波电纳。效基波电纳。 由于三相由于三相TCR支路可以分相控制，因此，支路可以分相控制，因此，TCR与与FC混合混合而成的而成的SVC具有平衡三相不对称负荷的能力。具有平衡三相不对称负荷的能力。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量

447、与无功补偿与无功补偿 (6-81)(6-81)TCRTCR型型SVGSVG缺点：缺点：n产生较大的谐波；产生较大的谐波；n补偿容量受到电源补偿容量受到电源电压的影响；电压的影响；n当电源电压较低时，当电源电压较低时，补偿容量明显下降。补偿容量明显下降。TCRTCR型型SVCSVC的伏安特性曲线的伏安特性曲线第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-82)(6-82)3 3）静止同步补偿器）静止同步补偿器 静止同步补偿器静止同步补偿器STATCOMSTATCOM是交流柔性输电系统是交流柔性输电系统FACTSFACTS的的一个重要组成部分。由于它将一个重要组成

448、部分。由于它将PWMPWM控制的电压源逆变器技术控制的电压源逆变器技术应用到无功补偿领域，不需要大容量的电容、电感等储能元应用到无功补偿领域，不需要大容量的电容、电感等储能元件，因而大大发展了传统的无功控制概念。与件，因而大大发展了传统的无功控制概念。与SVCSVC相比较，相比较，STATCOMSTATCOM具有谐波含量少、控制能力强、同容量下占地面积具有谐波含量少、控制能力强、同容量下占地面积小等优点。小等优点。 应用于配电系统中的应用于配电系统中的STATCOMSTATCOM则称作配电系统静止同步则称作配电系统静止同步补偿器补偿器DSTATCOMDSTATCOM，主要用于中低压系统无功功率

449、的动态补偿。，主要用于中低压系统无功功率的动态补偿。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-83)(6-83)图图6-33 DSTATCOM的原理结构的原理结构第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-84)(6-84) 在理论分析中，假设直流侧电压稳定，则可把电压源逆在理论分析中，假设直流侧电压稳定，则可把电压源逆变器看作一个与电源电压同频率的交流电压源，如下图所示：变器看作一个与电源电压同频率的交流电压源，如下图所示： 在理想情况下，电压源逆变器输出一个与电网电压在理想情况下，电压源逆变器输出一个与电网电压u

450、uS S同同频同相的三相正弦电压频同相的三相正弦电压u uc c，从而通过滤波电抗器产生纯无功，从而通过滤波电抗器产生纯无功补偿电流补偿电流i ic c。调节逆变器输出电压。调节逆变器输出电压u uc c的幅值大小，可以调节的幅值大小，可以调节无功补偿电流无功补偿电流i ic c的大小和性质，达到双向连续调节无功功率的大小和性质，达到双向连续调节无功功率的目的。的目的。 DSTATCOMDSTATCOM的等效电路的等效电路第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-85)(6-85) 实际上，电压源逆变器在工作过程中必然伴随着能量损耗，实际上，电压源逆变器在

451、工作过程中必然伴随着能量损耗，滤波电抗器也存在一定电阻，因而，滤波电抗器也存在一定电阻，因而， u uc c与与u uS S之间不再同相，而之间不再同相，而是必须保持一定的相移角是必须保持一定的相移角 ，以便由电网来补充补偿装置中的能，以便由电网来补充补偿装置中的能量损耗。下图为量损耗。下图为DSTATCOMDSTATCOM的等效电路的相量图：的等效电路的相量图： 逆变器等效为一个无能量损耗的与电网电压同步的正弦电逆变器等效为一个无能量损耗的与电网电压同步的正弦电压源，其输出正弦电压的大小及其与电网电压之间的相位差压源，其输出正弦电压的大小及其与电网电压之间的相位差 受受到控制系统的控制。到控

452、制系统的控制。第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-86)(6-86) 由等值电路可得由等值电路可得DSTATCOMDSTATCOM的稳态功率表达式的稳态功率表达式 ：n当当u uc c u uS S时，时，DSTATCOMDSTATCOM向系统发出容性无功。向系统发出容性无功。n根据根据DSTATCOMDSTATCOM输出无功电流的误差，调节控制角输出无功电流的误差，调节控制角或电压或电压源逆变器的源逆变器的PWMPWM调制深度，可以调节调制深度，可以调节DSTATCOMDSTATCOM输出无功功输出无功功率的大小和方向。率的大小和方向。第六章第六章

453、 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-87)(6-87)DSTATCOMDSTATCOM补偿电流从容性突变到感性的过渡过程补偿电流从容性突变到感性的过渡过程第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-88)(6-88)6. 6. 无功补偿装置的发展无功补偿装置的发展1）主电路的发展 提高无功连续调节的程度；提高无功连续调节的程度； 提高无功调节的响应速度；提高无功调节的响应速度； 具有分相补偿或平衡三相不对称负荷的能力；具有分相补偿或平衡三相不对称负荷的能力； 不受谐波的干扰或具有抑制谐波的功能；不受谐波的干扰或具有抑制谐波的功

454、能； 补偿容量不受电网电压变化的影响。补偿容量不受电网电压变化的影响。2）控制器的发展 应用计算机控制技术；应用计算机控制技术； 采取更为复杂的控制策略和完善的监控措施；采取更为复杂的控制策略和完善的监控措施； 提高控制的精度；提高控制的精度； 实现复合控制功能。实现复合控制功能。 第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-89)(6-89)无功补偿装置的性能比较无功补偿装置的性能比较第六章第六章 供电系统的电能质量供电系统的电能质量 与无功补偿与无功补偿 (6-90)(6-90)第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-17-1

455、）一、一、概述概述 在传统的供电系统变电所中，大都采用在传统的供电系统变电所中，大都采用机电式的继机电式的继电保护装置。用仪表屏、操作屏及中央信号系统电保护装置。用仪表屏、操作屏及中央信号系统等二次等二次设备对运行状态进行监控。设备对运行状态进行监控。这种配置，结构复杂，信息这种配置，结构复杂，信息采样重复，资源不能共享，维护工作量大采样重复，资源不能共享，维护工作量大。随着计算机。随着计算机技术和控制技术的发展，这种配置对供电系统中的正常技术和控制技术的发展，这种配置对供电系统中的正常操作，故障判断和事故处理等主要工作，由于不具备数操作，故障判断和事故处理等主要工作，由于不具备数据处理功能，

456、对运行设备出现的异常状态难以早期发现，据处理功能，对运行设备出现的异常状态难以早期发现，也不便于和计算机联网、通信。因此，整个变电所的自也不便于和计算机联网、通信。因此，整个变电所的自动化程度受到限制。动化程度受到限制。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-27-2）F 变电所的自动化系统变电所的自动化系统 就是将变电所的二次设备就是将变电所的二次设备 （继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置）（继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置）通通 过计算机网络和现代通信技术综合集成为一体，过计算机网络和现代通信技术综合集成为一体， 具有具有微机保护，数据、信号采

457、集与测量，运行监微机保护，数据、信号采集与测量，运行监 视，远方控制，打印记录，故障录波与测距，信视，远方控制，打印记录，故障录波与测距，信 息储存与分析，自诊断，与调度所通信以及接收、息储存与分析，自诊断，与调度所通信以及接收、 处理和传送来自线路需经变电所传送的信号处理和传送来自线路需经变电所传送的信号等功等功 能。能。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-37-3） 变电所综合自动化系统的应用提高了变电所的变电所综合自动化系统的应用提高了变电所的自动化程度，缩短了系统处理事故的时间，提高了自动化程度，缩短了系统处理事故的时间，提高了系统的供电可靠性并为变电所

458、无人值班创造了条件。系统的供电可靠性并为变电所无人值班创造了条件。而且由于取消了常规的控制屏、中央信号系统以及而且由于取消了常规的控制屏、中央信号系统以及光字牌、指针式仪表等二次设备，压缩了变电所主光字牌、指针式仪表等二次设备，压缩了变电所主控室的面积，节省占地，并能节省大量的控制电缆，控室的面积，节省占地，并能节省大量的控制电缆，节省投资。变电所自动化系统的设备配置具有微机节省投资。变电所自动化系统的设备配置具有微机化、模块化、多功能组合的特点。因此应用越来越化、模块化、多功能组合的特点。因此应用越来越广泛。广泛。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-47-4）

459、二、变电所自动化系统的基本功能：二、变电所自动化系统的基本功能： 监视控制功能监视控制功能：包括变电所模拟量、状态量、脉冲量：包括变电所模拟量、状态量、脉冲量 的数据采集，时间顺序记录，故障录波，谐波监测与的数据采集，时间顺序记录，故障录波，谐波监测与 分析，变电站操作控制，人机联系，变电所内通信以分析，变电站操作控制，人机联系，变电所内通信以 及与上级调度通信的全部功能。及与上级调度通信的全部功能。 微机继电保护功能微机继电保护功能：包括线路保护、电力变压器保护、：包括线路保护、电力变压器保护、 母线保护、电容器保护、用电设备的保护等。母线保护、电容器保护、用电设备的保护等。 自动控制装置的

460、功能自动控制装置的功能：具有保证安全、可靠供电和提：具有保证安全、可靠供电和提 高电能质量的自动控制功能。高电能质量的自动控制功能。 远动及数据通信功能远动及数据通信功能：包括系统内部的现场级的通信：包括系统内部的现场级的通信 和自动化系统与上级调度的通信两部分。和自动化系统与上级调度的通信两部分。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-57-5）1 1、监视控制功能、监视控制功能 数据采集数据采集 对供电系统运行参数的在线实时采集是对供电系统运行参数的在线实时采集是 变电所自动化系统的基本功能之一，运行参数可分变电所自动化系统的基本功能之一，运行参数可分 为模拟量

461、、状态量和脉冲量等。为模拟量、状态量和脉冲量等。 模拟量模拟量 变电所进线、出线的电压、电流、频率、相位、有变电所进线、出线的电压、电流、频率、相位、有 功、无功功率等；功、无功功率等； 主变压器的油温、电流、功率等；主变压器的油温、电流、功率等； 母线电压、直流电源电压、所用变压器电压等。母线电压、直流电源电压、所用变压器电压等。 状态量状态量 变电所各断路器、隔离开关位置状态；变电所各断路器、隔离开关位置状态； 继电保护装置动作状态、一次设备运行告警信号；继电保护装置动作状态、一次设备运行告警信号； 有载调压变压器分接头位置状态等。有载调压变压器分接头位置状态等。第第7 7章章 供电系统变

462、电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-67-6） 脉冲量脉冲量 脉冲电能表输出的以脉冲信号。脉冲电能表输出的以脉冲信号。 n数据处理与记录：数据处理与记录：数据处理的内容为电力部门和数据处理的内容为电力部门和 用户内部生产调度所要求的数据。用户内部生产调度所要求的数据。n变电所运行参数的统计、分析与计算、各种统计变电所运行参数的统计、分析与计算、各种统计 报表的生成；报表的生成；n变电所内运行参数和设备的越限报警及记录；变电所内运行参数和设备的越限报警及记录；n变电所内的时间记录。变电所内的时间记录。n运行监视：运行监视：即对采集到的反映变电所运行状况和设即对采集到的反映变电所运行状况和设

463、 备状态的数据进行自动监视。备状态的数据进行自动监视。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-77-7）故障录波：故障录波：当配电线路故障时必须尽快查出故当配电线路故障时必须尽快查出故 障点，以便缩短维修时间，尽快恢复供电，减障点，以便缩短维修时间，尽快恢复供电，减 少损失。故障录波记录了故障前后线路电流、少损失。故障录波记录了故障前后线路电流、 电压的变化，便于对故障进行分析。电压的变化，便于对故障进行分析。 事故顺序记录与事故追忆：事故顺序记录与事故追忆： 事故顺序记录事故顺序记录 就是对变电所内的继电保护、自动装就是对变电所内的继电保护、自动装 置、断路器等

464、在事故时动作的先后顺序自动记录。记录置、断路器等在事故时动作的先后顺序自动记录。记录 时间发生的时间一般精确到毫秒级。顺序记录对分析事时间发生的时间一般精确到毫秒级。顺序记录对分析事 故、评价继电保护和自动装置以及断路器的动作情况是故、评价继电保护和自动装置以及断路器的动作情况是 非常有用的。非常有用的。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-87-8） 事故追忆事故追忆 是对变电所内的一些主要模拟量，如是对变电所内的一些主要模拟量，如线路、主变压器的电流、有功功率、母线电压等，线路、主变压器的电流、有功功率、母线电压等，在事故前后一段时间内作连续测量记录。从而了

465、解在事故前后一段时间内作连续测量记录。从而了解系统或线路在事故前后所处的状态，对分析和处理系统或线路在事故前后所处的状态，对分析和处理事故起辅助作用。事故起辅助作用。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-97-9）控制及安全操作闭锁：控制及安全操作闭锁：操作人员可通过显示器操作人员可通过显示器 屏幕对断路器、隔离开关进行分、合闸操作；屏幕对断路器、隔离开关进行分、合闸操作； 对变压器分接头进行调节控制；对电容器组进对变压器分接头进行调节控制；对电容器组进 行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地 和远方控制、就地和远方切换相

466、互闭锁，自动和远方控制、就地和远方切换相互闭锁，自动 和手动相互闭锁。和手动相互闭锁。 操作闭锁包括：根据实时信息自动实现断路器、操作闭锁包括：根据实时信息自动实现断路器、 隔离开关操作闭锁功能及五防操作闭锁功能。隔离开关操作闭锁功能及五防操作闭锁功能。 （防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；（防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔； 防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地 线合隔离开关）线合隔离开关） 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-107-10）2 2、微机继电保护功能包括以下几个方面：、

467、微机继电保护功能包括以下几个方面：n 系统的微机保护装置按被保护的电力设备单元系统的微机保护装置按被保护的电力设备单元 （间隔）分别独立设置，直接由相关的电流互（间隔）分别独立设置，直接由相关的电流互 感器和电压互感器输入电气量，保护装置的输感器和电压互感器输入电气量，保护装置的输 出，直接作用于相应断路器的跳闸线圈。出，直接作用于相应断路器的跳闸线圈。n 保护装置设有通信接口，供接入站内通信网，保护装置设有通信接口，供接入站内通信网， 在保护动作后向变电所层的微机设备提供报告，在保护动作后向变电所层的微机设备提供报告， 但继电保护功能完全不依赖通信网。但继电保护功能完全不依赖通信网。 第第7

468、 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-117-11） 对对35kV35kV及以下的变（配）电所，在不降低保护及以下的变（配）电所，在不降低保护 装置可靠性的前提下，可以配给保护装置其他装置可靠性的前提下，可以配给保护装置其他 一些功能。以降低整个系统的造价。一些功能。以降低整个系统的造价。 除保护装置外，其他一些重要控制设备，例如除保护装置外，其他一些重要控制设备，例如 备用电源自动投入装置、控制电容器投切和变备用电源自动投入装置、控制电容器投切和变 压器分接头有载切换的无功电压控制装置等压器分接头有载切换的无功电压控制装置等。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电

469、系统变电所的自动化 （7-127-12）3 3、自动控制装置的功能、自动控制装置的功能n 备用电源自投控制备用电源自投控制 当工作电源因故不能供电时，备用电源自动投入当工作电源因故不能供电时，备用电源自动投入装置应能迅速及时将备用电源自动投入使用或将用电装置应能迅速及时将备用电源自动投入使用或将用电负荷切换到备用电源上去。典型的备用自动投入装置负荷切换到备用电源上去。典型的备用自动投入装置有进线备投、分段断路器备投、变压器备投等。有进线备投、分段断路器备投、变压器备投等。n 自动重合闸装置自动重合闸装置 在供电系统的架空线路发生在供电系统的架空线路发生“瞬时性故障瞬时性故障”被继电被继电保护迅

470、速断开后，由于故障的瞬时性，故障点的绝缘保护迅速断开后，由于故障的瞬时性，故障点的绝缘强度会自动恢复。采用自动重合闸装置能够自动将断强度会自动恢复。采用自动重合闸装置能够自动将断路器重新合闸，恢复供电，提高供电的可靠性。路器重新合闸，恢复供电，提高供电的可靠性。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-137-13） 电压、无功综合控制电压、无功综合控制 变电所电压、无功综合控制是利用有载调压变压变电所电压、无功综合控制是利用有载调压变压器和母线无功补偿电容器及电抗器进行局部的电压及器和母线无功补偿电容器及电抗器进行局部的电压及无功功率补偿的自动调节控制，使负荷侧母线

471、电压偏无功功率补偿的自动调节控制，使负荷侧母线电压偏差在规定范围以内以及用户供电系统的功率因数达到差在规定范围以内以及用户供电系统的功率因数达到电力部门的要求。电力部门的要求。 小电流接地选线装置小电流接地选线装置 在中性点不接地系统中发生单相接地时，接地保在中性点不接地系统中发生单相接地时，接地保护应能正确地选出接地线路及接地相，并予以报警。护应能正确地选出接地线路及接地相，并予以报警。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-147-14）4 4、远动及数据通信功能、远动及数据通信功能n 自动化系统的现场级通信自动化系统的现场级通信 主要解决变电所内部自动化各子

472、系统间和各子主要解决变电所内部自动化各子系统间和各子系统与上位机系统与上位机( (监控主机监控主机) )间的数据和信息交换问题。间的数据和信息交换问题。它们的通信范围是变电站内部。它们的通信范围是变电站内部。n 自动化系统的远程通信自动化系统的远程通信 自动化系统必须兼有远动终端（自动化系统必须兼有远动终端（RTURTU）的全部功）的全部功能，能够将所采集的模拟量和开关量信息，以及事件能，能够将所采集的模拟量和开关量信息，以及事件顺序记录等远传至上级调度中心；同时应该能够接收顺序记录等远传至上级调度中心；同时应该能够接收调度中心下达的各种操作、控制、修改定值等命令。调度中心下达的各种操作、控制

473、、修改定值等命令。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-157-15） 三、三、 变电所综合自动化系统的结构变电所综合自动化系统的结构 在供电系统中，由于变电所的电压等级，容量大在供电系统中，由于变电所的电压等级，容量大 小，值班方式，重要程度以及投资能力的不同，所选小，值班方式，重要程度以及投资能力的不同，所选 用的变电所自动化系统的硬件结构也不尽相同。但是用的变电所自动化系统的硬件结构也不尽相同。但是 将变电所内的正常操作，运行监视，事故处理，继电将变电所内的正常操作，运行监视，事故处理，继电 保护以及事件的记录等功能均由计算机完成，所内和保护以及事件的记录等

474、功能均由计算机完成，所内和 所外的通信由计算机网络实现，是变电所自动化系统所外的通信由计算机网络实现，是变电所自动化系统 硬件结构所具有的共同特征。在选用和设计变电所自硬件结构所具有的共同特征。在选用和设计变电所自 动化系统时，应结合供电系统的特点，在满足功能要动化系统时，应结合供电系统的特点，在满足功能要 求的前提下，力求经济。求的前提下，力求经济。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-167-16） 1 1、变电所综合自动化系统结构设计的原则变电所综合自动化系统结构设计的原则 根据变电所在供电系统中的地位和作用，对变电根据变电所在供电系统中的地位和作用，对变电

475、所自动化系统的结构设计应考虑所自动化系统的结构设计应考虑可靠、实用、先进可靠、实用、先进的的原则。原则。n 可靠性可靠性 是变电所自动化系统结构设计的基础，在是变电所自动化系统结构设计的基础，在 设计系统结构和选择硬件配置时，应保证系统本身设计系统结构和选择硬件配置时，应保证系统本身 有较强的抗干扰能力和自检恢复功能，对于重要的有较强的抗干扰能力和自检恢复功能，对于重要的 部件可采用双部件可采用双CPUCPU互为备用，微机保护的软件、硬互为备用，微机保护的软件、硬 件设置，既要与监控系统相对独立，又要相互协调，件设置，既要与监控系统相对独立，又要相互协调， 保证自动化系统中某一环节故障只影响局

476、部功能的保证自动化系统中某一环节故障只影响局部功能的 实现，不影响保护子系统的正常工作。且都应设有实现，不影响保护子系统的正常工作。且都应设有 手动跳、合闸功能及防跳功能。手动跳、合闸功能及防跳功能。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-177-17）F 实用性实用性 是要求对自动化系统的结构和功能设计从是要求对自动化系统的结构和功能设计从 实际应用的对象出发。选用集中式，分层分布式，实际应用的对象出发。选用集中式，分层分布式， 完全分散式等不同结构的系统。从而提高变电所完全分散式等不同结构的系统。从而提高变电所 自动化系统性能价格比，减少投资。同时系统本自动化系

477、统性能价格比，减少投资。同时系统本 身在结构配置上应有可扩充余地、通用性要强、身在结构配置上应有可扩充余地、通用性要强、 操作使用要方便，便于修改和增删。操作使用要方便，便于修改和增删。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-187-18）F 先进性先进性 通常是以系统的整体结构、功能水平及其通常是以系统的整体结构、功能水平及其 可靠性、实用性等综合指标为衡量依据的。在设计可靠性、实用性等综合指标为衡量依据的。在设计 自动化系统及硬件配置时，无人值班变电所的实施自动化系统及硬件配置时，无人值班变电所的实施 已成为供电系统自动化进一步发展的必然趋势，因已成为供电系统自

478、动化进一步发展的必然趋势，因 此，变电所自动化系统的整体结构和功能水平设计，此，变电所自动化系统的整体结构和功能水平设计， 要求安全可靠、运行稳定、经济效益等综合指标好，要求安全可靠、运行稳定、经济效益等综合指标好， 并为变电所的进一步自动化和人工智能应用提供平并为变电所的进一步自动化和人工智能应用提供平 台，满足和促进变电所无人值班的实施。同时应符台，满足和促进变电所无人值班的实施。同时应符 合国家或部颁标准，使系统开放性能好，便于升级。合国家或部颁标准，使系统开放性能好，便于升级。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-197-19）2 2、变电所自动化系统的结

479、构、变电所自动化系统的结构 一般为一般为集中式集中式、分散集中组屏式分散集中组屏式和和分布分散式分布分散式。集中式变电所自动化集中式变电所自动化系统系统 集中式结构的变电集中式结构的变电所自动化系统，如图所自动化系统，如图所示。所示。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-207-20） 集中式结构是按变电所的规模配置相应的微机保护集中式结构是按变电所的规模配置相应的微机保护装置、监控主机以及数据采集系统。通常设置在变电所装置、监控主机以及数据采集系统。通常设置在变电所的主控室内。变电所内所有电气设备及运行参数经电缆的主控室内。变电所内所有电气设备及运行参数经电缆传

480、输到主控室的监控主机上，并能够和调度中心的主机传输到主控室的监控主机上，并能够和调度中心的主机算计进行通信，实现变电所的保护、运行监控、显示等算计进行通信，实现变电所的保护、运行监控、显示等功能。功能。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-217-21） 集中式变电所自动化系统的基本特点是：集中式变电所自动化系统的基本特点是： 结构简单，投资少。结构简单，投资少。 功能简单，综合性能差，通常要采用双机并联运功能简单，综合性能差，通常要采用双机并联运 行的结构才能提高可靠性。行的结构才能提高可靠性。 程序设计复杂，调试和维护不方便。程序设计复杂，调试和维护不方便。

481、组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站， 软、硬件都必须另行设计，不利于推广。软、硬件都必须另行设计，不利于推广。 集中式变电所自动化系统，一般适合于小型变电所集中式变电所自动化系统，一般适合于小型变电所 的新建或改造。的新建或改造。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-227-22）分布集中组屏式变电所自动化系统结构分布集中组屏式变电所自动化系统结构第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-237-23） 分布式集中组屏结构是将变电所自动化系统按分布式集中组屏结构是将变电所自动化系统按其功

482、能组成若干个屏，如主变保护屏、线路保护屏、其功能组成若干个屏，如主变保护屏、线路保护屏、数据采集屏等集中安装在变电所的主控室内。变电数据采集屏等集中安装在变电所的主控室内。变电所内所有电气设备及运行参数经电缆传输到主控室所内所有电气设备及运行参数经电缆传输到主控室的监控屏、保护屏后再上传到监控主机上，监控主的监控屏、保护屏后再上传到监控主机上，监控主机通过通信接口和调度中心的主机算计进行通信，机通过通信接口和调度中心的主机算计进行通信，实现变电所的保护、运行监控、显示等功能。实现变电所的保护、运行监控、显示等功能。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-247-24

483、） 分布式集中组屏结构系统分布式集中组屏结构系统, ,按功能设计的分按功能设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高，便于扩充和维护，组态灵活、系统整体可靠性高，便于扩充和维护，而且其中一个环节故障，不会影响其它部分的正常而且其中一个环节故障，不会影响其它部分的正常运行。适用于主变电所的回路数相对较少，一次设运行。适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维护管理所用的信号电缆不长，易于设计、安装

484、和维护管理的的(10(1035)kV35)kV供电系统变电所。供电系统变电所。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-257-25） 分布分散式变电所自动化系统结构分布分散式变电所自动化系统结构第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-267-26）n分布分散式结构是以变压器、断路器、母线等一次主设备分布分散式结构是以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将变电所内各回路的数据采集，微机保护为安装单位，将变电所内各回路的数据采集，微机保护及监控单元综合为一个装置，就地安装在数据源现场的及监控单元综合为一个装置，就地安装在数据源现场的开

485、关柜上。每个回路对应一套装置，装置的设备相互独开关柜上。每个回路对应一套装置，装置的设备相互独立，通过网络电缆连接，与变电所主控室的监控主机设立，通过网络电缆连接，与变电所主控室的监控主机设备通信。备通信。n其特点是减少了所内的二次设备及信号电缆，避免了电缆其特点是减少了所内的二次设备及信号电缆，避免了电缆传送信息时的电磁干扰，节省了投资，简化了维护，同传送信息时的电磁干扰，节省了投资，简化了维护，同时最大限度地压缩了二次设备的占地面积。由于装置相时最大限度地压缩了二次设备的占地面积。由于装置相互独立，系统中任一部分故障时，只影响局部，因此提互独立，系统中任一部分故障时，只影响局部，因此提高了

486、整个系统的可靠性，也增强了系统的可扩展性和运高了整个系统的可靠性，也增强了系统的可扩展性和运行的灵活性。行的灵活性。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-277-27） 四、备用电源自动投入装置四、备用电源自动投入装置 在具有工作电源及备用电源供电的变在具有工作电源及备用电源供电的变( (配配) )电所中，电所中，设置备用电源自动投入装置设置备用电源自动投入装置APDAPD。其目的就是当工作电。其目的就是当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速地将备用电源投入，源因故障被断开后，能自动而迅速地将备用电源投入，保证用电负荷的正常供电。工作电源和备用电源的接线保证用电负

487、荷的正常供电。工作电源和备用电源的接线方式分为两类：方式分为两类：明备用接线方式明备用接线方式和和暗备用接线方式暗备用接线方式。明。明备用方式是指在正常工作时。备用电源不投入工作，只备用方式是指在正常工作时。备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用的接线方有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用的接线方式是指在正常时，两电源都投入工作，互为备用式是指在正常时，两电源都投入工作，互为备用. .第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-287-28）右图是右图是明备用电源的接线方式明备用电源的接线方式，APDAPD装设在备用电源进线断路器装设在备用电

488、源进线断路器QFQF2 2处。在正常情况下，由工作处。在正常情况下，由工作电源电源A A供电，备用电源断开。当供电，备用电源断开。当工作电源工作电源A A故障时，故障时，APDAPD动作，动作，将断路器将断路器QFQF1 1断开，切除故障的断开，切除故障的工作电源，然后将断路器工作电源，然后将断路器QFQF2 2闭闭合，使备用电源投入工作，恢合，使备用电源投入工作，恢复供电。复供电。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-297-29） 图示是图示是暗备用电源的接线方式暗备用电源的接线方式，APDAPD装设在母联断路装设在母联断路器器QFQF3 3处。正常时，两路电

489、源同时工作，母线上的分段断处。正常时，两路电源同时工作，母线上的分段断路器路器QFQF3 3处于断开状态，处于断开状态，段母线和段母线和段母线分别由电源段母线分别由电源 A A 和电源和电源 B B 供电，通过断路器供电，通过断路器QFQF3 3相互备用。相互备用。 当电源当电源A A发生故障时，发生故障时，APDAPD动作，将故障失压电源的断路动作，将故障失压电源的断路器器QFQF1 1断开，随即将母联断路器断开，随即将母联断路器QFQF3 3自动投入，此时母线自动投入，此时母线I I的负的负荷改由电源荷改由电源B B供电。供电。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化

490、 （7-307-30） 对备用电源自动投入装置的基本要求对备用电源自动投入装置的基本要求： 当常用电源失压或电压很低时，当常用电源失压或电压很低时，APDAPD 应将此路电源切应将此路电源切 除，将备用电源投入，以保证不间断地向用户供电。除，将备用电源投入，以保证不间断地向用户供电。 常用电源因负荷侧故障被继电保护装置切除或备用电常用电源因负荷侧故障被继电保护装置切除或备用电 源无电时，源无电时，APDAPD 均不应动作。均不应动作。 APD APD 只应动作一次。以避免将备用电源合闸到永久性只应动作一次。以避免将备用电源合闸到永久性 故障上去。故障上去。 APD APD 的动作时间应尽量缩短

491、。的动作时间应尽量缩短。 电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时，电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时，APDAPD 不应不应 误动作。误动作。 常用电源正常的停电操作时常用电源正常的停电操作时APDAPD 不能动作，以防止备不能动作，以防止备 用电源投入。用电源投入。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-317-31） 五、自动重合闸装置五、自动重合闸装置 供电系统架空线路的故障大多是瞬时的。这些瞬供电系统架空线路的故障大多是瞬时的。这些瞬时性故障中由于雷击引起的绝缘子表面闪络、大风引时性故障中由于雷击引起的绝缘子表面闪络、大风引起的线路对树枝放电、碰线、鸟害等造

492、成的短路约占起的线路对树枝放电、碰线、鸟害等造成的短路约占故障总数的故障总数的 80% 80%90%90%，当故障线路被断开后，由于故，当故障线路被断开后，由于故障的瞬时性，故障点的绝缘强度会自动恢复，故障会障的瞬时性，故障点的绝缘强度会自动恢复，故障会自动消除，这时若能重新将断路器合上就可以重新恢自动消除，这时若能重新将断路器合上就可以重新恢复供电。复供电。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-327-32） 自动重合闸装置自动重合闸装置ARDARD就是利用瞬时故障这一特点，就是利用瞬时故障这一特点，当线路故障时在继电保护装置的作用下将断路器跳开，当线路故障时在

493、继电保护装置的作用下将断路器跳开，同时启动自动重合闸装置，经过一定时限自动重合闸同时启动自动重合闸装置，经过一定时限自动重合闸装置使断路器重新合上。若线路故障是瞬时性的，则装置使断路器重新合上。若线路故障是瞬时性的，则重合成功又恢复供电；若线路故障是永久性的且不能重合成功又恢复供电；若线路故障是永久性的且不能消除，再借继电保护装置将线路再次切断。消除，再借继电保护装置将线路再次切断。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-337-33） 自动重合闸装置分三相自动重合闸装置分三相一次重合闸一次重合闸、二次重合闸二次重合闸和和三次重合闸三次重合闸三种形式。根据对架空线路

494、自动重合闸三种形式。根据对架空线路自动重合闸成功率的统计，一次重合成功率达成功率的统计，一次重合成功率达8080左右，二次重左右，二次重合成功率占合成功率占15%15%16%16%，三次重合的成功率约，三次重合的成功率约5%5%。因此，。因此，在在35kV35kV及以下的供电系统的架空线路上大都采用三相及以下的供电系统的架空线路上大都采用三相一次重合闸装置一次重合闸装置。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-347-34） 自动重合闸装置应满足下列基本要求：自动重合闸装置应满足下列基本要求： 线路正常运行时，自动重合闸装置线路正常运行时，自动重合闸装置ARDAR

495、D应投入，应投入， 当值班人员利用控制开关或遥控装置将断路器当值班人员利用控制开关或遥控装置将断路器 断开时，断开时，ARDARD不应动作。当值班人员手动合闸，不应动作。当值班人员手动合闸， 由于线路上有永久性故障而随即由保护装置将由于线路上有永久性故障而随即由保护装置将 断路器断开时，断路器断开时，ARDARD亦不应动作。亦不应动作。 除上述情况外，当断路器因继电保护装置或其除上述情况外，当断路器因继电保护装置或其 它原因跳闸时，它原因跳闸时，ARDARD均应动作。均应动作。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-357-35） ARDARD可采用可采用控制开关位

496、置与断路器位置控制开关位置与断路器位置不对应原则不对应原则 启动重合闸装置启动重合闸装置，即当控制开关处在合闸位置而断，即当控制开关处在合闸位置而断 路器实际上处于断开位置的情况下，使路器实际上处于断开位置的情况下，使ARDARD启动动作。启动动作。 ARDARD的动作次数应符合预先的规定（如一次重合闸的动作次数应符合预先的规定（如一次重合闸 只应动作一次）。无特殊要求时对架空线路只重合只应动作一次）。无特殊要求时对架空线路只重合 一次，而对电缆线路一般不采用一次，而对电缆线路一般不采用ARDARD，因其瞬时性故，因其瞬时性故 障极少发生。障极少发生。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供

497、电系统变电所的自动化 （7-367-36）ARDARD 的动作时限应大于故障点灭弧并使周围介的动作时限应大于故障点灭弧并使周围介 质恢复绝缘强度所需时间和断路器及操作机构质恢复绝缘强度所需时间和断路器及操作机构 恢复原状，准备好再次动作的时间，一般采用恢复原状，准备好再次动作的时间，一般采用 0.5 0.51s1s。 ARDARD 动作后，应能自动复归，为下一次动作做动作后，应能自动复归，为下一次动作做 好准备。好准备。应能和保护装置配合，使保护装置在应能和保护装置配合，使保护装置在ARDARD 前加前加 速动作或速动作或ARDARD 后保护加速动作。后保护加速动作。第第7 7章章 供电系统变

498、电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-377-37） 图示为单电源线路三相一次重合闸的工作原理框图，图示为单电源线路三相一次重合闸的工作原理框图，其主要由重合闸启动、重合闸时间、一次合闸脉冲、手其主要由重合闸启动、重合闸时间、一次合闸脉冲、手动跳闸后闭锁、手动合闸于故障时保护加速跳闸等元件动跳闸后闭锁、手动合闸于故障时保护加速跳闸等元件组成。组成。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-387-38） 在供电系统中，重合闸与继电保护的关系极为密切。在供电系统中，重合闸与继电保护的关系极为密切。为了尽可能利用自动重合闸所提供的条件以加速切除故为了尽可能利用自动重合

499、闸所提供的条件以加速切除故障，继电保护与之配合时，一般采用如下两种方式。障，继电保护与之配合时，一般采用如下两种方式。n 自动重合闸前加速保护自动重合闸前加速保护 前加速保护方式的构前加速保护方式的构成原理如图所示成原理如图所示第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-397-39） 假设线路假设线路 上均装设有定时限过电流保上均装设有定时限过电流保护，其动作时限按阶梯型原则配合。前加速保护就是护，其动作时限按阶梯型原则配合。前加速保护就是在系统首端保护在系统首端保护3 3 处采用自动重合闸前加速保护动作处采用自动重合闸前加速保护动作方式，则不管系统中哪一段线路发生故

500、障（如图中的方式，则不管系统中哪一段线路发生故障（如图中的k k1 1点），均由装设于首端的保护装置点），均由装设于首端的保护装置3 3动作，瞬时切断动作，瞬时切断全部供电线路后，全部供电线路后，ARDARD 动作使首端断路器立即重合。动作使首端断路器立即重合。若此时故障是瞬时性的，则系统在重合闸以后就恢复若此时故障是瞬时性的，则系统在重合闸以后就恢复了供电；如属永久性故障，则由各级线路按其相应的了供电；如属永久性故障，则由各级线路按其相应的保护装置整定的动作时限有选择地动作保护装置整定的动作时限有选择地动作. . 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-407-4

501、0） 采用自动重合闸前加速保护具有使用设备少，简单采用自动重合闸前加速保护具有使用设备少，简单经济，能快速切除瞬时性故障，使瞬时性故障来不及发经济，能快速切除瞬时性故障，使瞬时性故障来不及发展成为永久性故障，从而提高重合闸的成功率等优点。展成为永久性故障，从而提高重合闸的成功率等优点。但会增加首端断路器的动作次数且重合于永久性故障时但会增加首端断路器的动作次数且重合于永久性故障时再次切除故障的时间会延长。特别是若重合闸装置拒动，再次切除故障的时间会延长。特别是若重合闸装置拒动，则将扩大停电范围。因此则将扩大停电范围。因此“前加速前加速”方式主要用于方式主要用于35kV35kV变变电站引出的直配

502、线路上，以便快速切除故障。电站引出的直配线路上，以便快速切除故障。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-417-41）自动重合闸后加速保护自动重合闸后加速保护 下图为后加速保护方式，其构成原理是每段线路下图为后加速保护方式，其构成原理是每段线路相应均装设重合闸装置，当线路出现故障时，线路上相应均装设重合闸装置，当线路出现故障时，线路上设置的保护装置按照整定的动作时限动作。然后相应设置的保护装置按照整定的动作时限动作。然后相应的的 ARDARD 动作，使断路器重合一次。如为瞬时性故障，动作，使断路器重合一次。如为瞬时性故障，则可能重合成功；如果是永久性故障，则断路器

503、合闸则可能重合成功；如果是永久性故障，则断路器合闸后再加速保护动作，实现无延时的第二次跳闸，瞬时后再加速保护动作，实现无延时的第二次跳闸，瞬时切除故障。切除故障。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-427-42） 后加速保护第一次跳闸是有选择性的，不会扩后加速保护第一次跳闸是有选择性的，不会扩大停电范围，且保证了能快速、有选择的切除永久大停电范围，且保证了能快速、有选择的切除永久性故障。但每段线路都需装设性故障。但每段线路都需装设 ARDARD，与前加速相比，与前加速相比较为复杂。较为复杂。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-43

504、7-43） 六、六、 变电站的电压、无功综合控制变电站的电压、无功综合控制 变电所电压、无功综合控制装变电所电压、无功综合控制装置的控制对象是有载调压变压器的置的控制对象是有载调压变压器的分接头和在低压母线上设置的并联分接头和在低压母线上设置的并联补偿电容器组。控制的目的是保证补偿电容器组。控制的目的是保证主变压器低压侧母线电压在允许范主变压器低压侧母线电压在允许范围内，且尽可能提高进线的功率因围内，且尽可能提高进线的功率因数。数。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-447-44） 电压、无功综合控制装置实质上是一个多输电压、无功综合控制装置实质上是一个多输入多

505、输出的闭环自动控制系统。从控制理论的角度入多输出的闭环自动控制系统。从控制理论的角度上来说，它又是一个多限值电压上下限、功率因数上来说，它又是一个多限值电压上下限、功率因数( (无功无功) )上下限、主变分接头断路器调节次数、并联上下限、主变分接头断路器调节次数、并联电容器组日投切次数及用户特殊要求等多目标电容器组日投切次数及用户特殊要求等多目标( (电压电压及功率因数合格及功率因数合格) )的最优控制问题的最优控制问题 。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-457-45） 根据状态变量的大小，可将变电所的运行状态划根据状态变量的大小，可将变电所的运行状态划分为

506、九个区域，如图所示。图中纵坐标为变电所低压分为九个区域，如图所示。图中纵坐标为变电所低压侧的母线侧的母线U U，横坐标为变电所进线的功率因数。，横坐标为变电所进线的功率因数。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-467-46） 根据控制要求划分，根据控制要求划分，1 1、5 5区间是单纯的调压区，区间是单纯的调压区，3 3、7 7区间是单纯调无功区，区间是单纯调无功区，2 2、4 4、6 6、8 8四个区间是四个区间是综合调控区。当运行参数值进入综合调控区。当运行参数值进入1 18 8区间时，为了区间时，为了使其返回到使其返回到“0”“0”区间，控制程序应为：区间

507、，控制程序应为： 1 1区间区间 进线功率因数满足要求，但母线电进线功率因数满足要求，但母线电压超越上限，控制程序为调节变压器分接头降压。压超越上限，控制程序为调节变压器分接头降压。如分接头已调到极限而电压仍高于上限，则强切补如分接头已调到极限而电压仍高于上限，则强切补偿电容器组以调节电压。偿电容器组以调节电压。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-477-47） 2 2区间区间 母线电压和进线功率因数均超越上限，母线电压和进线功率因数均超越上限，此时往往电力负荷较小，控制器发出指令应先切补偿此时往往电力负荷较小，控制器发出指令应先切补偿电容器组，一方面改善进线功

508、率因数使其在正常值范电容器组，一方面改善进线功率因数使其在正常值范围内，另一方面降低母线电压。如电压仍超越上限，围内，另一方面降低母线电压。如电压仍超越上限，则再调节变压器分接头降压。则再调节变压器分接头降压。 3 3区间区间 母线电压正常，但进线功率因数超越母线电压正常，但进线功率因数超越上限，控制器发出指令逐步切除补偿电容器组，以调上限，控制器发出指令逐步切除补偿电容器组，以调节进线功率因数。节进线功率因数。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-487-48） 4 4区间区间 电压低于下限，但进线功率因数超越电压低于下限，但进线功率因数超越上限。此时若先切补偿

509、电容器调节进线功率因数，则上限。此时若先切补偿电容器调节进线功率因数，则母线电压会更低，所以指控制程序为先调节变压器分母线电压会更低，所以指控制程序为先调节变压器分接头升压，待电压满足运行要求后，再切补偿电容器接头升压，待电压满足运行要求后，再切补偿电容器组来调节进线的功率因数。组来调节进线的功率因数。 5 5区间区间 该区间的母线电压低于下限，而进线该区间的母线电压低于下限，而进线功率因数在要求范围内，则控制程序为调节变压器分功率因数在要求范围内，则控制程序为调节变压器分接头升压。如果变压器分接头已调至极限位限时，则接头升压。如果变压器分接头已调至极限位限时，则强制投入补偿电容器组来改善母线

510、电压。强制投入补偿电容器组来改善母线电压。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-497-49） 6 6区间区间 进线功率因数和母线电压均低于下限进线功率因数和母线电压均低于下限值，控制程序为先投入补偿电容器组。一方面提高进值，控制程序为先投入补偿电容器组。一方面提高进线功率因数；另一方面可改善母线电压，若母线电压线功率因数；另一方面可改善母线电压，若母线电压仍低于下限，则再调节变压器分接头升压，使母线电仍低于下限，则再调节变压器分接头升压，使母线电压水平满足要求。压水平满足要求。 7 7区间区间 电压正常，进线功率因数低于下限要电压正常，进线功率因数低于下限要求，

511、则投入补偿电容器组，以提高进线功率因数。求，则投入补偿电容器组，以提高进线功率因数。 8 8区间区间 运行参数是电压越上限，而进线功率运行参数是电压越上限，而进线功率因数低于下限值，此时，控制程序为先调节变压器的因数低于下限值，此时，控制程序为先调节变压器的分接头降压，然后再投入补偿电容器组来提高进线的分接头降压，然后再投入补偿电容器组来提高进线的功率因数功率因数。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-507-50） 除正常运行方式外，还应考虑系统的异常运行状态。除正常运行方式外，还应考虑系统的异常运行状态。 当电容器组因故障保护动作切除后，应能自动闭锁控当电容器

512、组因故障保护动作切除后，应能自动闭锁控 制在未排除故障前不能再发出投入电容器组的指令。制在未排除故障前不能再发出投入电容器组的指令。 当电压太低时当电压太低时( (如低于额定电压的如低于额定电压的80%)80%)，应自动闭锁，应自动闭锁 调压功能。调压功能。 在变压器过负荷时，应自动闭锁调压功能。在变压器过负荷时，应自动闭锁调压功能。 为了避免控制器过于频繁动作，除在电压限值的上、为了避免控制器过于频繁动作，除在电压限值的上、 下限范围内设置一定的调节死区处，还应在控制动下限范围内设置一定的调节死区处，还应在控制动 作一次后，有一定的延时，在此时间内只监视运行作一次后，有一定的延时，在此时间内

513、只监视运行 情况，而不发出新的控制命令。情况，而不发出新的控制命令。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-517-51） 在用户供电系统中，一般在用户供电系统中，一般1010（6 6）kVkV变电所大都变电所大都采用无载调压变压器改变其变比，使低压母线电压采用无载调压变压器改变其变比，使低压母线电压在最大负荷时出现的负偏差与最小负荷时出现的正在最大负荷时出现的负偏差与最小负荷时出现的正偏差调整到允许的范围内，但不能缩小电压正负偏偏差调整到允许的范围内，但不能缩小电压正负偏差之间的范围。差之间的范围。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7

514、-527-52） 对于对于35kV35kV变电所因其用电负荷变化特殊或距变电所因其用电负荷变化特殊或距地区变电所较远的原因，电压偏差不能满足电压地区变电所较远的原因，电压偏差不能满足电压质量的要求，经常采用有载调压变压器和并联补质量的要求，经常采用有载调压变压器和并联补偿电容器组进行电压和无功功率补偿容量的自动偿电容器组进行电压和无功功率补偿容量的自动调节，以保证变电所低压侧母线电压偏差在允许调节，以保证变电所低压侧母线电压偏差在允许的范围及进线的功率因数满足电力部门的要求。的范围及进线的功率因数满足电力部门的要求。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-537-5

515、3）七、中性点不接地系统单相接地自动选线装置七、中性点不接地系统单相接地自动选线装置 在在101035kV35kV供电系统中，普遍采用中性点不接地供电系统中，普遍采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地方式。单相接地故障是这种或中性点经消弧线圈接地方式。单相接地故障是这种运行方式的系统中最常见的故障之一。此时由于线电运行方式的系统中最常见的故障之一。此时由于线电压仍然保持对称，允许系统继续运行一段时间，但单压仍然保持对称，允许系统继续运行一段时间，但单相接地故障如果不作及时处理，很有可能发展成为两相接地故障如果不作及时处理，很有可能发展成为两相接地短路故障，因此正确而及时地把单相接地故障相接地短

516、路故障，因此正确而及时地把单相接地故障点检测出来，对提高供电可靠性具有重要的实际意义。点检测出来，对提高供电可靠性具有重要的实际意义。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-547-54） 对于中性点不接地系统的单相接地故障，传统对于中性点不接地系统的单相接地故障，传统的检测方法是利用设置在变电所低压母线上的的检测方法是利用设置在变电所低压母线上的三相三相五柱式电压互感器五柱式电压互感器进行绝缘监视。进行绝缘监视。 这种方法通常不能确定系统中哪一条馈电回路这种方法通常不能确定系统中哪一条馈电回路发生了接地故障，往往需要通过发生了接地故障，往往需要通过“顺序拉闸顺序

517、拉闸”的办法的办法寻找故障线路，因此这种操作复杂，影响断路器的寻找故障线路，因此这种操作复杂，影响断路器的使用寿命，而且会造成不必要的停电。使用寿命，而且会造成不必要的停电。 中性点不接地系统单相接地自动选线装置，用中性点不接地系统单相接地自动选线装置，用于在不停电的情况下自动寻找、判别故障线路。于在不停电的情况下自动寻找、判别故障线路。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-557-55）图图7-9 中性点不接地系统单相接地时零序电流分布示意图中性点不接地系统单相接地时零序电流分布示意图 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-567-

518、56）n非故障线路始端零序电流（线路电容电流）为：非故障线路始端零序电流（线路电容电流）为：n变压器出线端反映的零序电流为：变压器出线端反映的零序电流为：电流方向为：由母线流向线路电流方向为：由母线流向线路电流方向为：由线路流向母线电流方向为：由线路流向母线第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-577-57）n故障线路故障线路 的接地点则流过全系统的接地点则流过全系统B B相、相、C C相对相对 地电容电流之总和。地电容电流之总和。若电流方向以由母线流向若电流方向以由母线流向 线路作为假定正方向线路作为假定正方向，则故障线路首端所反映，则故障线路首端所反映 的零序

519、电流（电容电流）为：的零序电流（电容电流）为：有效值为：有效值为：第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-587-58） 若变电所低压母线有若变电所低压母线有n n条出线回路，则故障回条出线回路，则故障回路路 流向母线的零序电流值等于全系统非故障回路流向母线的零序电流值等于全系统非故障回路对地电容电流之总和，电流方向由线路流向母线，对地电容电流之总和，电流方向由线路流向母线，恰好与非故障回路上的零序电流方向相反。恰好与非故障回路上的零序电流方向相反。式中式中 为全系统除故障回路外各回路每为全系统除故障回路外各回路每相对地电容的总和。相对地电容的总和。第第7 7章章

520、供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-597-59） 中性点不接地系统中发生单相接地时，可得：中性点不接地系统中发生单相接地时，可得： 由于单相接地故障，全系统将出现零序电流。由于单相接地故障，全系统将出现零序电流。 非故障回路（包括电源变压器回路）中的零序电流非故障回路（包括电源变压器回路）中的零序电流 有效值等于正常情况下该回路每相对地的电容电流有效值等于正常情况下该回路每相对地的电容电流 的的3 3倍，其方向由母线指向线路。倍，其方向由母线指向线路。 故障回路上的零序电流为全系统非故障回路对地电故障回路上的零序电流为全系统非故障回路对地电 容电流之总和，其方向由线路指向母线

521、。容电流之总和，其方向由线路指向母线。 变电所低压母线上出线回路越多，则故障回路上反变电所低压母线上出线回路越多，则故障回路上反 映的零序电流差值就越大。越有利于单相接地自动映的零序电流差值就越大。越有利于单相接地自动 选线装置的故障选线判断。选线装置的故障选线判断。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-607-60） 中性点不接地系统基于基波零序中性点不接地系统基于基波零序电流方向单相接地自动选线装置的工电流方向单相接地自动选线装置的工作原理就是依据故障回路零序电流差作原理就是依据故障回路零序电流差值及零序电流方向判断故障，自动确值及零序电流方向判断故障，自动确

522、定故障回路的。定故障回路的。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-617-61） 中性点不接地系统单相接地时，产生零序电压、中性点不接地系统单相接地时，产生零序电压、零序电流的大小和相位，接地过渡电阻的大小与系零序电流的大小和相位，接地过渡电阻的大小与系统运行方式之间的关系十分复杂，对小电流接地选统运行方式之间的关系十分复杂，对小电流接地选线装置的正确工作影响很大，是研究小电流接地选线装置的正确工作影响很大，是研究小电流接地选线装置的一大难题。国内目前尚有基于各种原理的线装置的一大难题。国内目前尚有基于各种原理的小电流接地选线装置（谐波电流方向原理、外加高小电流接

523、地选线装置（谐波电流方向原理、外加高频信号电流原理、基于小波分析的选线原理等）大频信号电流原理、基于小波分析的选线原理等）大多在研究、试用、改进中。多在研究、试用、改进中。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-627-62） 八、电力负荷管理八、电力负荷管理 1 1、电力负荷管理、电力负荷管理 电力负荷管理从整体上讲，包括电力负荷管理从整体上讲，包括负荷特性调查与管理负荷特性调查与管理决策决策、负荷分析与预测负荷分析与预测、负荷调整及直接控制负荷调整及直接控制等内容：等内容：n 负荷特性调查与管理决策负荷特性调查与管理决策 不同类型的电力消费，有其不同类型的电力消

524、费，有其 不同的负荷特性。负荷特性调查的目的在于了接其特有不同的负荷特性。负荷特性调查的目的在于了接其特有 的用电规律，以便为科学地管理负荷提供决策依据。的用电规律，以便为科学地管理负荷提供决策依据。n 负荷分析与预测负荷分析与预测 负荷分析负荷分析是研究用电负荷的构成及是研究用电负荷的构成及 变化规律，了解用电负荷的均衡程度，从中分析用电负变化规律，了解用电负荷的均衡程度，从中分析用电负 荷调整的潜力。而正确荷调整的潜力。而正确预测负荷的增长预测负荷的增长，是确定电网建，是确定电网建 设发展规划，拟定系统运行方式，确定市场营销策略的设发展规划，拟定系统运行方式，确定市场营销策略的 基本依据。

525、基本依据。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-637-63） 负荷调整及直接控制负荷调整及直接控制 负荷调整负荷调整是用电负荷管理的是用电负荷管理的 一项主要内容。在电力系统合理调度、及时调整发一项主要内容。在电力系统合理调度、及时调整发 电厂发电出力的同时，合理调整用户供电系统的电电厂发电出力的同时，合理调整用户供电系统的电 力负荷，减小系统运行的负荷峰谷差，促使用电负力负荷，减小系统运行的负荷峰谷差，促使用电负 荷曲线趋向平坦。荷曲线趋向平坦。负荷直接控制负荷直接控制是指当电网发生事是指当电网发生事 故或出现电力供应不足时，为保证电网的安全运行故或出现电力供

526、应不足时，为保证电网的安全运行 和重要负荷的用电，利用技术手段限制某些具有可和重要负荷的用电，利用技术手段限制某些具有可 控性、可替代性的负荷的运行；或在负荷高峰时段，控性、可替代性的负荷的运行；或在负荷高峰时段， 对某些用电进行削峰或避峰施行的中断供电措施。对某些用电进行削峰或避峰施行的中断供电措施。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-647-64）F 我国的用电负荷管理工作起始于我国的用电负荷管理工作起始于5050年代初期，当时年代初期，当时 主要借鉴前苏联通过开展用电监察进行用电负荷管理主要借鉴前苏联通过开展用电监察进行用电负荷管理 的办法。的办法。606

527、0年代末，由于经济的发展和电源建设不足，年代末，由于经济的发展和电源建设不足， 电力短缺与日剧增，从电力短缺与日剧增，从19701970年开始，电力供应采用计年开始，电力供应采用计 划用电方式对用电负荷进行管理。主要措施：划用电方式对用电负荷进行管理。主要措施： 在用户端安装电力负荷管理装置，直接对用户用电进在用户端安装电力负荷管理装置，直接对用户用电进 行控制。（电力定量器，定时开关钟，音频或无线电、行控制。（电力定量器，定时开关钟，音频或无线电、 载波电力负荷管理装置）载波电力负荷管理装置） 规定轮流周休日制度，必要时还采用了减少每周供电规定轮流周休日制度，必要时还采用了减少每周供电 天数

528、的办法。天数的办法。 分配用电指标，对超过部分采用扣减电量或实行罚款。分配用电指标，对超过部分采用扣减电量或实行罚款。 80 80年代初，开始试行峰谷分时电价和丰、枯水电价。年代初，开始试行峰谷分时电价和丰、枯水电价。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-657-65） 2 2、电力负荷管理系统的结构与功能、电力负荷管理系统的结构与功能 综合利用计算机技术、控制技术和通信技术，对用综合利用计算机技术、控制技术和通信技术，对用电负荷实施广泛的监测、控制和管理的技术手段即为电电负荷实施广泛的监测、控制和管理的技术手段即为电力负荷管理系统。按其工作方式可分为分散负荷管

529、理和力负荷管理系统。按其工作方式可分为分散负荷管理和远方集中负荷管理两种模式：远方集中负荷管理两种模式： 分散型负荷管理装置分散型负荷管理装置： 一般安装在电力用户的供电一般安装在电力用户的供电 线路或需监控的大型设备上，按预先整定的时间或线路或需监控的大型设备上，按预先整定的时间或 分时段定值对用电状况进行监控。电力时控开关钟分时段定值对用电状况进行监控。电力时控开关钟 和电力定量器等。和电力定量器等。 特点：功能有限，不灵活，但价格便宜。特点：功能有限，不灵活，但价格便宜。 一般用于简单的负荷管理控制一般用于简单的负荷管理控制第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （

530、7-667-66） 电力定量器电力定量器 电力定量器以感应式三相有功电能表电力定量器以感应式三相有功电能表作为功率和电能的取样源，将采样值通过功率转换或实作为功率和电能的取样源，将采样值通过功率转换或实时电能累加与设定的功率定值进行比较，当用电负荷未时电能累加与设定的功率定值进行比较，当用电负荷未超出给定的各时段用电指标时，电力定量器不动作；超超出给定的各时段用电指标时，电力定量器不动作；超过用电指标时，电力定量器即发出报警；在限定的延时过用电指标时，电力定量器即发出报警；在限定的延时内，如用电负荷未减到限定的用电指标内，即启动跳闸内，如用电负荷未减到限定的用电指标内，即启动跳闸输出电路，实施

531、跳闸，限制用户超指标用电。跳闸后，输出电路，实施跳闸，限制用户超指标用电。跳闸后，装置自动闭锁，经由人工复位后，方可合闸供电。装置自动闭锁，经由人工复位后，方可合闸供电。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-677-67） 电力时控开关电力时控开关 电力时控开关按预定时间启闭电电力时控开关按预定时间启闭电路控制用电负荷。它是利用时钟按预置时间程序，定路控制用电负荷。它是利用时钟按预置时间程序，定时控制其输出继电器的接通和切断，作用于供电系统时控制其输出继电器的接通和切断，作用于供电系统的一次开关设备以控制需要定时运行的供电回路或用的一次开关设备以控制需要定时运行的

532、供电回路或用电设备等。我国曾主要将电力时控开关用于控制用户电设备等。我国曾主要将电力时控开关用于控制用户或部分大型用电设备，使这些用户或设备避开电网高或部分大型用电设备，使这些用户或设备避开电网高峰负荷时段用电；控制电能计量装置的计量时段，以峰负荷时段用电；控制电能计量装置的计量时段，以适应用电负荷调整或实行分时电价的需要。适应用电负荷调整或实行分时电价的需要。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-687-68） 集中型负荷管理系统集中型负荷管理系统： 集中型负荷管理系统由电力集中型负荷管理系统由电力负荷管理中心、数据传输信道及安装在被监控侧的控制负荷管理中心、数

533、据传输信道及安装在被监控侧的控制终端构成。终端构成。 主要功能主要功能：监测变电所馈电线路负荷、变电所馈电：监测变电所馈电线路负荷、变电所馈电线路断路器、馈电线路末端电压和用户各种表计；在正线路断路器、馈电线路末端电压和用户各种表计；在正常和紧急情况下，进行过负荷减载，削峰、填谷，调整常和紧急情况下，进行过负荷减载，削峰、填谷，调整负荷曲线，包括降压减负荷、用户负荷周期控制和用户负荷曲线，包括降压减负荷、用户负荷周期控制和用户负荷切除；通过控制终端，将用户负荷信息传送给管理负荷切除；通过控制终端，将用户负荷信息传送给管理中心，使供电部门掌握用户的负荷情况，进行跟踪处理。中心，使供电部门掌握用户

534、的负荷情况，进行跟踪处理。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-697-69） 集中型负荷管理系统所采用的集中型负荷管理系统所采用的信息传输方式信息传输方式有有无无线电信号、音频信号、电力线载波信号线电信号、音频信号、电力线载波信号三种方式。三种方式。 n 无线电力负荷管理系统无线电力负荷管理系统 无线电力负荷管理系统无线电力负荷管理系统 采用特高频采用特高频（我国为（我国为230 MHz 230 MHz 频段）频段）无线电信号传送无线电信号传送 信息和数据，系统的特点是远方终端数量多，每信息和数据，系统的特点是远方终端数量多，每 个终端的实时信息量不大，对实时性

535、的要求也比个终端的实时信息量不大，对实时性的要求也比 变电站自动化系统或电力调度系统要低些。且具变电站自动化系统或电力调度系统要低些。且具 有双向通信、不与强电系统耦合、安装调试和运有双向通信、不与强电系统耦合、安装调试和运 行方便等优点，因而在工程中获得广泛应用。行方便等优点，因而在工程中获得广泛应用。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-707-70）系统结构由一个管理中心和若干个装于用户处的负荷系统结构由一个管理中心和若干个装于用户处的负荷管理终端所构成。管理终端所构成。 管理中心管理中心由计算机网络、由计算机网络、数据传输信道机数据传输信道机和电源系统组

536、成，和电源系统组成，如图所示：如图所示：第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-717-71） 负荷管理终端负荷管理终端由主控单元、显示操作由主控单元、显示操作单元、通信单元、输入单元、通信单元、输入输出单元、交流采样单输出单元、交流采样单元及开关电源组成。元及开关电源组成。如图所示：如图所示：第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-727-72） 音频电力负荷管理系统音频电力负荷管理系统 数据信息传输方式是数据信息传输方式是 在输电线路上耦合音频信号，借以传输监控用在输电线路上耦合音频信号，借以传输监控用 户电力负荷的信息。该系统在管理

537、中心装设中户电力负荷的信息。该系统在管理中心装设中 央控制机，在电力系统向用户供电的各变电所央控制机，在电力系统向用户供电的各变电所 内安装终端控制器、音频信号发生器及相应的内安装终端控制器、音频信号发生器及相应的 耦合设备，在被监控的用户端安装音频电力控耦合设备，在被监控的用户端安装音频电力控 制接收机。制接收机。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-737-73）第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-747-74） 中央控制机根据用电负荷管理的需要，发出控制中央控制机根据用电负荷管理的需要，发出控制命令，经通道命令，经通道( (有

538、线或无线有线或无线) )传送到变电所的当地控制传送到变电所的当地控制器。当地控制器把接收的信号转换成相应的控制信号，器。当地控制器把接收的信号转换成相应的控制信号，经音频信号发生器转换成音频信号，通过向用户输送经音频信号发生器转换成音频信号，通过向用户输送电力的配电线路将信号传送到用户的音频电力控制接电力的配电线路将信号传送到用户的音频电力控制接收机，以控制用户的不同配电馈路或电气设备。收机，以控制用户的不同配电馈路或电气设备。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-757-75） 音频电力负荷管理系统特点音频电力负荷管理系统特点：输送距离较长，衰减：输送距离较长，

539、衰减小，不易受外界电磁波干扰，但是发射装置数量多，尤小，不易受外界电磁波干扰，但是发射装置数量多，尤其是需要反馈信息的双向监控管理时，还需要在用户接其是需要反馈信息的双向监控管理时，还需要在用户接收端另增设音频发生器和耦合设备，因而总造价昂贵，收端另增设音频发生器和耦合设备，因而总造价昂贵，限制了该装置在实际工程中的应用和发展。限制了该装置在实际工程中的应用和发展。第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-767-76）电力线载波负荷管理系统电力线载波负荷管理系统：借助在输电线路上：借助在输电线路上 的载波信号，传输用户的电力负荷信息。该系的载波信号，传输用户的电力负

540、荷信息。该系 统在管理中心装设中央控制机，在各变电所安统在管理中心装设中央控制机，在各变电所安 装当地控制器及载频信号发生器及相应的耦合装当地控制器及载频信号发生器及相应的耦合 设备，在被监控的用户端安装载波电力控制接设备，在被监控的用户端安装载波电力控制接 收机或含有电力载波收发讯机的双向负荷控制收机或含有电力载波收发讯机的双向负荷控制 终端。中央控制机通过信息传输信道将监控命终端。中央控制机通过信息传输信道将监控命 令发至变电所的当地控制器并被变换为载波信令发至变电所的当地控制器并被变换为载波信 号经电力线路传送至各用户，经载波解调的监号经电力线路传送至各用户，经载波解调的监 控信号给终端

541、执行，以完成各种负荷监控命令。控信号给终端执行，以完成各种负荷监控命令。 第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-777-77）第第7 7章章 供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （7-787-78） 载波电力负荷管理系统与音频电力负荷管理系统载波电力负荷管理系统与音频电力负荷管理系统除在电力线路上传输的载波频率不一样外，其余结构除在电力线路上传输的载波频率不一样外，其余结构基本相同，由于电力载波的信号频率比音频高基本相同，由于电力载波的信号频率比音频高100100倍，倍，故其传输信息的速率较高，相关设备体积小，容易实故其传输信息的速率较高，相关设备体积小，容易实现双向信息的传输。但利用载波传输数据信息的方式现双向信息的传输。但利用载波传输数据信息的方式与电力线路关系密切，在比较复杂的配电网中还需加与电力线路关系密切，在比较复杂的配电网中还需加装阻波器、增音器，在实际施工、系统安全及信号传装阻波器、增音器，在实际施工、系统安全及信号传输等方面都有一定的困难。输等方面都有一定的困难。此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！