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电气保护基本知识

第一节继电保护的基本知识
一、继电保护的基本原理
一）继电保护装置
一旦电力系统发生故障，必须迅速而有选择性地切除故障元件，完成这一功能的电力系统保护装置称为继电保护装置。
二）保护的构成
1、测量模块
2、逻辑模块
3、执行模块
三）保护构成原理
利用电力系统中基本参数的区别构成的继电保护;
利用流过电流方向判定保护区内或区外故障正向故障或反向故障;
利用不对称分量作为判据构成保护;
反应非电气量的保护。
二、对继电保护装置的基本要求
一）选择性
当电力系统中出现故障时，继电保护装置发出跳闸命令,仅将故障设备切除，使得故障停电范围尽可能的小，保证无故障部分继续运行。
二）速动性
快速地切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度
三）灵敏性
在事先规定的保护范围内部发生故障时，不论短路点的位置，短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。
四）可靠性
在保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作
三、常用的保护继电器及操作电源
一）保护继电器
1、电流继电器：电流保护的测量元件
2、电压继电器：电压保护的测量元件
3、中间继电器：在继电保护装置和自动装置中用以增加触点数量以及容量
4、时间继电器：建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系
5、信号继电器：作为继电保护装置和自动装置动作的信号指示
二）操作电源
1、概念
高压断路器的合闸跳闸回路以及继电保护装置中的操作回路、控制回路、信号回路等所需要的电源。
2、分类
直流电源
整流电源
交流电源
四、继电保护常用的仪用互感器
一）电流互感器（）
1、概念：
将电力系统一次回路的大电流变为二次回路（保护或是测量回路）的标准小电流（5A或1A）的仪用互感器
2、作用：
隔离和变换
3、电流互感器的10％误差曲线：
当变比误差为10％、角度误差为7°时，饱和电流倍数m（电流互感器一次侧的电流和一次侧额定电流的比值）和二次侧负载的关系曲线
4、电流互感器的接线方式：
三相式完全星形接线，两相两继电器的不完全星形接线，两相单继电器的两相电流差接线
5、使用注意事项：
运行中电流互感器二次绕组万不可开路
二）电压互感器（）
1、概念：将电力系统一次回路的高电压变为二次回路（保护或是测量回路）的标准的低电压（一般为100V）的仪用互感器。
2、作用：隔离和变换
3、分类：电磁式电压互感器、电容式电压互感器
4、使用注意事项：运行中电压互感器二次绕组万不可短路

第二节单侧电源电网相间短路的电流保护

一、三段式电流保护
一）无时限电流速断保护（电流I段）
不带时限（只有继电器本身固有动作时间）的瞬动电流保护。
保护的动作电流按躲过被保护线路外部短路的最大短路电流来整定，以满足选择性。
1、动作电流：
2、动作时间：
3、保护灵敏度：
二）带时限电流速断保护（电流段）
保护本线路并延伸至相邻线路，但不超过相邻线路无时限电流速断或是带时限电流速断保护的保护范围。以时限保证选择性。
1、动作电流（取以下计算值大者）：
和相邻线路配合：
和相邻变压器配合：
2、动作时间：
3、保护灵敏度：
三）定时限过流保护（电流段）
动作电流按躲过最大负荷电流来整定，并以时限来保证动作选择性
1、动作电流：

2、动作时间：

3、保护灵敏度：
l 近后备：

l 远后备：
四）原理接线

二、反时限过电流保护
动作时限和被保护线路中电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护的动作时限短，而电流小时动作时限长

第三节电力系统的主设备保护
一、电力变压器保护
一）差动保护
基于比较变压器各侧的电流大小和相位的原理构成
1、差动保护的不平衡电流
理论上当变压器正常运行或是差动保护区外故障时，流入差动继电器的电流应为零，但实际流过差动继电器的电流为不平衡电流
变压器总的不平衡电流：

2、差动保护的原理接线

二）瓦斯保护
非电量保护，测量元件为气体继电器，安装于变压器油箱和油枕的通道上，和差动保护一起作为主保护，对变器内部故障全面保护。

三）电流速断保护
装设于容量较小的变压器的电源侧，保护动作于跳开变压器两侧断路器，电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线，如为非直接接地系统，则采用两相不完全星形接线。
二、同步发电机的保护
一）纵差保护
作为发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，在保护范围内发生相间短路时，快速动作于停机
1、动作电流（取以下之大者）
l 躲过外部短路时差动回路出现的最大不平衡电流

躲过电流互感器二次回路一相断线时的差动回路出现的额定负荷电流

2、原理接线
虽然是发电机内部相间短路最灵敏的保护，但是在中性点附近经过渡电阻相间短路时，仍存在一定的死区。

二）其它保护
1、发电机的匝间短路保护
2、发电机定子绕组单相接地保护
3、发电机励磁回路接地保护
4、发电机失磁保护等
5、发电机相间短路的后备保护
6、发电机定子过负荷保护
7、励磁绕组过负荷保护
8、转子表面负序过负荷保护（负序电流保护）
9、发电机低频保护
10、发电机逆功率保护
11、发电机非全相运行保护
12、过电压保护
13、过励磁保护
14、失步保护等

第五节 10配电系统的保护

一、10配电线路的保护
一）特点
10配电线路的保护，一般采用电流速断、过电流及三相一次重合闸构成。
对于特殊线路结构或特殊负荷线路保护，不能满足要求时，可考虑增加其它保护（如电流保护Ⅱ段、电压闭锁等）。
10线路保护在整定计算中，定值计算偏重灵敏性，对有用户变电所的线路，选择性靠重合闸来保证。
二）保护
1、电流速断保护：无时限电流速断保护或是带时限电流速断保护
2、过电流保护： 6~10配电线路都要求装设，和高压输电线路过流保护同样整定
3、单相接地保护：配电线路装设单相接地保护并不是必须的，可以根据需要选择安装；并且小接地电流系统，单相接地故障时只需发信号。
二、10配电变压器的保护
一）特点
10配电变压器的常见故障及不正常运行方式和高压系统中电力变压器相同，但由于10 配电变压器的容量一般并不很大，因此保护有自己的特点。
二）保护
10配变为干式变压器可以采用负荷开关加熔断器的保护方案。
三、10电力电容器的保护
一）概述
10电力电容器一般是并联在配电网络中用以补偿工频交流电力系统中的感性负荷、提高电力系统的功率因数、改善电网质量、降低线路损耗。为了保证其安全运行，电力电容器也应该装设适当的保护装置。
二）特点
电容器组的继电保护方式和其接线方案相关
三）保护措施
当电容器组和断路器之间的连线发生故障时，应该装设过电流保护
双三角形连接电容器组一般采用横联差动保护；双星形接线电容器组内部故障时需要采用中性线电流平衡保护
另外，为了防止在母线电压波动幅度比较大的情况下，导致电容器组长期过电压运行，应该装设过电压保护装置。
四）并联电容器组的主要故障
电容器内部故障及其引出线短路；
电容器组和断路器之间连线的短路；
电容器组中某一些故障电容切除后引起过电压；
电容器组单相接地故障；
电容器组过电压；
电容器组连接母线失压；
电容器组过负荷。
五）并联电容器组的保护
专用熔断器保护；
带短时限的电流速断或是过电流保护，动作于跳闸；
对单星形接线的电容器组，采用中性线对地电压不平衡保护；对多段串连单星形接线电容器组，采用段间电压差动或是桥式差电流保护对双星形接线的电容器组，采用中性线不平衡电压或是不平衡电流保护；
利用电容器组所接母线上的绝缘监察装置检出；
装设过电压保护，带时限动作于信号或是跳闸；
装设低电压保护，带时限动作于信号或是跳闸；
只有当系统高次谐波含量较高或电容器组投运后实测其回路中电流超过允许值时装设过负荷保护。

第六节工厂供电系统的保护

一、工厂供电系统的保护
工厂供电系统，一般指的是一个厂区范围之内的供配电系统。
工厂供电系统的高压配电网一般采用继电保护装置或是高压熔断器进行保护，而车间内的低压配电系统的保护多采用低压断路器和低压熔断器。工厂供电系统还应考虑变、配电所中的变压器以及母线保，并且为了提高供电可靠性，工厂一般还装有备用电源自动投入装置和线路自动重合闸装置。
二、工厂供电系统单端供电网络的保护
一）过电流保护
可以采用定时限或是反时限过电流保护
二）电流速断保护
为了可靠快速的切除故障，就需要装设速断保护
三）阶段式电流保护
为保证保护动作的选择性，电流速断保护的保护范围不能达到线路全长，因此要构成阶段式的电流保护，一般是无时限电流速断保护和定时限过电流保护配合
四）低电压保护
在工厂供电系统中用于提高过电流保护的灵敏度以及在系统发生故障时切除不重要的发电机
五）单相接地保护
中性点不接地系统，当发单相接地时，一般并不要求立即将电源切断，但为了防止两点接地而产生更大的短路电流，应对单相接地故障设置绝缘监察装置（参见本章的三节），必要时也可通过继电保护装置切断故障
*中性点不接地系统中，单相接地故障不立刻切除的条件是其接地电容电流满足限制值
六）方向电流保护
1、方向的问题
如果工厂供电系统采用环形电网或是双侧电源供电，当电网中某一处发生故障时，如仍装设定时限过电流保护，仅靠时限整定将无法满足保护动作的选择性
2、方向元件
功率方向继电器：判断短路时的功率方向
3、 90°接线方式
接线方式：指在三相系统中，功率方向继电器的电流以及电压的接入方式。要求能够正确地反应故障方向并且动作灵敏；
90°接线：指不考虑电压及电流负荷角时，接入功率方向继电器电压滞后电流90°。