太原科技大学毕业设计（论文）

第1章 继电保护基础

1.1 概述

电力系统的规模随着经济的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求安全可靠电能质量高、经济性好。由于自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。

故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态，避免事故发生，就产生了继电保护，它是一种重要的反事故措施。继电保护装置是完成继电保护功能的核心，它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

1.2 继电保护的基本原理和任务

在电力系统发生短路故障时，许多参量比正常时候都有了变化，有的变化明显，有的不明显。明显的有电流剧增、电压大幅下降、线路测量阻抗减少、功率方向变化、负序或零序分量出现等，根据不同电气量的变化，可构成不同原理的继电保护配置。不论那种电气量变化，当其测量值超过一定数值时，继电保护将有选择地切除故障或显示电气设备的异常情况。如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护等。

继电保护的任务是：

（1）当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。

（2）当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。

1.3 继电保护装置的基本结构

继电保护装置一般由现场信号输入部分、测量部分、逻辑部分和执行部分组成。 （1）现场信号输入部分：现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换、低通滤波等，使继电器能有效地检测各现场物理量。

（2）测量部分：是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。

（3）逻辑部分：是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺

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序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

（4）执行部分：是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。

1.4 继电保护的基本要求

根据继电保护任务，对动作于跳闸的继电保护其具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。

（1）选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。

（2）速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。

（3）灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

（4）可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。

1.5 互感器基础

1.5.1电压互感器

电压互感器是隔离高电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次电压信息的传感器。是一种特殊型式的变压器。电压互感器具有如下特点：

（1）容量小（通常只有几十伏安或几百伏安）。 （2）一次电压不受二次电压的影响。

（3）正常运行时近似空载，二次电压基本上等于二次感应电动势。

（4）二次侧严禁短路，二次一般接有熔断器保护。电压互感器是一个内阻极小的电压源，正常运行时负载阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小的负载电流。当二次侧短路时，负载阻抗为零，将产生很大的短路电流，会将电压互感器烧坏。

电压互感器的接线方式常见的有四种方式，如图1.1所示。

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图1.1 三相五柱式电压互感器接线方式

①单相式。用一个单相电压互感器接于电路中，供测量线电压。 ②两个单相电压互感器接成V/V形，供测量各个线电压和测量电能。

③三个单相电压互感器接成Y0/Y0形，供电给需要线电压的仪表、继电器，并供电给绝缘监察电压表。

④三个单相三线圈电压互感器或一个三相五芯柱三线圈电压互感器接成Y0/Y0/△(开口三角形)。接成Y0的二次线圈，供电给需要线电压的仪表、继电器及作为绝缘监察的电压表；辅助二次线圈接成开口三角形，构成零序电压过滤器，供电给监察线路绝缘的电压互感器。当某一相接地时，开口三角形两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，给予信号。 1.5.2电流互感器

电流互感器就是把大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，并作为各种继电保护的信号源。电流互感器具有如下特点：

（1）二次侧接的是仪表和继电器的电流线圈，阻抗很小，接近于短路工作状态。 （2）二次侧阻抗很小，N1/N2也很小，故对一次侧的电流几乎无影响，一次侧电流取决于电网负载。

（3）I1=N1/N2I2，如测得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。

（4）电流互感器在正常运行时，二次电流产生的磁通势起去磁作用，励磁电流甚小，铁芯中的总磁通很小，二次绕组的感应电动势不超过几十伏。如果二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，其一次电流安全变为励磁电流，引起铁芯内磁通剧增，铁芯处于高度饱和状态，加之二次绕组的匝数很多，根据电磁感应定律E=4.44fNBS，二次绕组两端会产生很高的电压，不但可能损失二次绕组的绝缘，而且将严重危及人身安全。因此，应特别注意防止二次绕组开路。

电流互感器的接线方式常见的有三种方式，如图1.2所示。

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图1.2 电流互感器接线方式 （a）两相不完全星形 （b）两相电流差

①三相三继电器式接线方式又叫三相星形、安全星形接线方式。这种接线方式广泛用在负荷一般不平衡的三相四线制系统中，作三相电流、电能测量及电流继电器保护之用，如各种相间短路和单相接地短路故障。

②两相两继电器式接线方式又叫不完全星形接线方式。此种接法由两只电流互感器和两只电流继电器装在U、W（A、C）两相上对应连接起来。适用于变压器中性点不接地或经过消弧线圈接地的电力系统的线路电流保护。它能满足各种相间短路的要求。

③两相一继电器式接法方式又叫两相电流差式接法。此种接法由两只电流互感器分别装在U、W（A、C）两相上，采用一只电流继电器，接于两相电流差回路。对于不同形式的故障，流过继电器的电流不同。适用于三相三线制电力系统中的相间短路保护。

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