第十章电力系统继电保护第一节继电保护的作用和原理一、继电保护的作用电力系统继电保护是一门研究这种自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。继电保护自动装置：能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。基本任务自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行；反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应，如：在无人值班的变电所，一般动作于故障元件的断路器跳闸；若发生过负荷而有自动减负荷装置时，可动作于自动减负荷装置；在有值班人员的变电所或控制室，一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。二、继电保护的基本原理利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。1．电流保护的原理当k2点发生三相短路时，电源与短路点之间的各相电流将突然增加，其值可能是额定电流或正常工作电流的十几倍。利用这个特点可用一个元件对电流进行测量并和给定电流比较，当测量到的电流大于给定电流时，输出相应的控制信号。这就构成了反应相电流增大而动作的过电流保护。这个给定电流称为电流保护的整定值，即电流保护的动作电流。2．低电压保护的原理如图10-2中k2点三相短路时，将使B、C母线电压很小甚至几乎为0。利用短路时母线电压下降的特点，可构成测量电压且反应电压下降动作的低电压保护。这个给定电压称为电压保护的动作电压。3．低阻抗保护的原理当k1点故障时，A母线电压严重下降而线路电流却大大上升，因此，故障时测量阻抗Zm也就与正常时大不相同，其幅值下降而相角却增大。利用这种差别可以构成反应该断路器处测量阻抗Zm变化的保护，称为阻抗保护。4．方向保护的原理在图10-2中，同一条线路上需要在线路两侧均装断路器并配置保护才能切除该线路上任意处的故障。在这种双电源的线路上发生故障时，可以找到新的故障特点以构成保护。利用相位特点可构成反应功率方向的方向保护。5．纵联保护的原理利用线路内部短路时其两侧电流均为正，而外部短路时两侧电流一侧为正一侧为负的特点可构成纵联保护。纵差保护是纵联保护的一种。6．序分量保护的原理当电力系统中发生不对称短路时，故障电流和电压中含有负序分量。若为不对称接地故障时，故障电流、电压中还包括零序分量。利用故障时序分量的出现可以构成反应序量动作的保护，如零序电流、电压保护，负序电流、电压保护等。7．其他保护原理利用变压器内部短路时使其油箱内绝缘油受热分解产生的大量气体构成反应这些气体多少和气流速度的瓦斯保护。利用线路故障时故障点产生的暂态行波分量的传播方向不同等特点可构成各种行波保护。第二节继电保护装置的构成一、继电保护装置的构成二、输入电路三、测量元件四、逻辑元件五、输出电路与执行元件一、继电保护装置的构成二、输入电路四、逻辑元件由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部份组成。五、输出电路与执行元件通常指开关量的输出；当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。第三节对继电保护的基本要求一、有选择性二、动作迅速三、灵敏度好四、可靠性高一、有选择性指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。二、动作迅速对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件在低电压下运行的时间，利于电动机自启动，保持用户电气设备的不间断运行；对于系统中的电气设备而言，保护动作越快，对通过故障电流的电气设备损坏越小；对电力系统中并列运行的发电机而言，保护动作太慢，可能将使发电机之间失去同步。若短路时，相关保护迅速动作切除故障，电源间功角不至拉开太大，系统能较容易地使失去同步的电源进入再同步，恢复电力系统的正常运行。三、灵敏度好四、可靠性高第四节输电线路的电流保护一、相间短路的电流保护1.无时限电流速断保护（电流保护I段）无时限电流速断保护的动作原理与整定计算无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障。以AB线路断路器1QF处的无时限电流速断保护为例，则必须首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流以确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。在线路各点三相和两相短路时的短路电流分别为：无时限电流速断保护（电流保护I段）的动作时间：tIop1=0无时限电流速断保护（电流保护I段）的灵敏度：用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的15%。