第一章：繼電保護和二次回路基本知識第一頁，共73頁。電力系統(tǒng)概念：電力系統(tǒng)是由生產(chǎn)、變換、輸送、分配和消費電能的各種設備組成的聯(lián)合系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)：正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)、故障狀態(tài)。第二頁，共73頁。最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種類型的短路。短路包括三相短路兩相短路兩相接地短路單相接地短路第三頁，共73頁。第四頁，共73頁。發(fā)生短路危害巨大通過故障點的很大的短路電流和所燃起的電弧。短路電流通過非故障原件，使他們損壞或縮短它們的使用壽命。電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性，影響工廠產(chǎn)品的質量。破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解隨之不管會發(fā)生更大的事故。事故：指系統(tǒng)的全部或部分的正常運行遭到破壞，以致造成對用戶的停止送電、少送電、電能質量變壞到不能容許的程度，甚至毀壞設備等等。第五頁，共73頁。繼電保護裝置的基本任務對于電力系統(tǒng)的被保護原件發(fā)生故障時，繼電保護能自動、迅速、有選擇地將故障原件從電力系統(tǒng)中切除，并保證無故障部分迅速恢復正常運行。對于電力系統(tǒng)的被保護原件出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，繼電保護能夠及時反應，并根據(jù)運行維護條件，動作發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時不需要保護動作迅速。繼電保護裝置：就是指反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置?；救蝿盏诹摚?3頁。繼電保護的基本原理1.利用基本電氣參數(shù)量的區(qū)別過電流保護：反映電流的增大而動作。低電壓保護：反應于電壓的降低而動作。距離保護：反應于短路點到保護安裝地之間的距離（或測量阻抗的減?。┒鴦幼?。第七頁，共73頁。過電流保護、低電壓保護和距離保護第八頁，共73頁。2.利用比較兩側的電流相位規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路。正常運行和線路AB外部故障時，A-B兩側電流大小相等相位相差180°。當線路AB內部短路時，A-B兩側電流一般大小相等、相位相等。第九頁，共73頁。3.反映序分量或突變量是否出現(xiàn)

電力系統(tǒng)在對稱運行時，只存在正序分量，沒有負序和零序分量。

當發(fā)生短路時，無論是對稱短路還是不對稱短路，正序分量都會發(fā)生突變。

可以根據(jù)是否出現(xiàn)負序和零序分量構成負序保護和零序保護。

根據(jù)正序分量是否突變構成對稱短路、不對稱短路保護第十頁，共73頁。4.反映非電量保護

根據(jù)電力元件的特點實現(xiàn)反映非電量特征的保護。例如：氣體保護、溫度保護等等第十一頁，共73頁。繼電保護裝置的組成繼電保護一般由三個部分組成:測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結構如下圖所示。1.測量部分：測量被保護元件工作狀態(tài)的物理量，并和已給的整定值進行比較，從而判斷保護是否應該起動。2.邏輯部分：據(jù)測量部分各輸出量的大小，性質，出現(xiàn)的順序等，使保護裝置按一定的邏輯程序工作，最后傳到執(zhí)行部分。3.執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如發(fā)出信號，跳閘或不動作等。第十二頁，共73頁。對繼電保護的基本要求選擇性速動性靈敏性可靠性第十三頁，共73頁。選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。主保護：能有選擇性地快速切除全線故障的保護。后備保護：當故障線路的主保護或斷路器拒動時用以切除故障的保護。近后備保護：作為本線路主保護的后備保護。遠后備保護：作為下一條相鄰線路主保護或開關拒跳的后備保護。返回第十四頁，共73頁。速動性：是指盡可能快地切除故障

短路時快速切除故障，可以縮小故障范圍，減輕短路引起的破壞程度，減小對用戶工作的影響，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。返回第十五頁，共73頁。靈敏性：是指對保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，則保護的靈敏度就越高，反之就越低。對于反映故障時參數(shù)增大而動作的保護裝置（過量繼電器），靈敏系數(shù)為對于反映故障時參數(shù)減小而動作的保護裝置（欠量繼電器），靈敏系數(shù)為返回第十六頁，共73頁?？煽啃裕菏侵冈谝?guī)定的保護范圍內發(fā)生了屬于它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在其它不屬于它應該動作的情況下，則不應該誤動作。返回第十七頁，共73頁。繼電保護工作的特點一個有機整體一門綜合性學科理論和實踐相結合可靠性第十八頁，共73頁。繼電保護的發(fā)展歷史繼電保護的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技術的發(fā)展而發(fā)展的。在20世紀50年代及以前，差不多都是用電磁型的機械元件構成。隨后陸續(xù)推廣了整流型元件和由半導體分力元件組成的裝置。70年代以后，集成電路構成的繼電保護裝置中得到廣泛運用。到80年代，微型機在繼電保護裝置中逐漸應用。隨著新技術新工藝的采用，繼電保護硬件設備的可靠性，運行維護方便性也不斷得到提高。繼電保護技術將達到更高的水平。第十九頁，共73頁?；ジ衅骰ジ衅魇且淮蜗到y(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡元件，將一次系統(tǒng)側的高電壓、大電流轉換為二次側標準的低電壓和小電流，向二次電路提供交流電源，以正確反映一次系統(tǒng)的正常運行和故障情況?；ジ衅靼娏骰ジ衅鳎═A）和電壓互感器（TV）第二十頁，共73頁。TA將一次側的大電流變換成二次側的標準小電流（5或1A），其一次繞組串聯(lián)于被測電路內，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電流線圈相串聯(lián)。TV將一次側的高電壓變換成二次側的標準低電壓（一般為100V），其一次繞組與被測電網(wǎng)相并聯(lián)，二次繞組與二次測量儀表和繼電器的電壓線圈相并聯(lián)。第二十一頁，共73頁?；ジ衅鞯淖饔眉夹g方面：可以將高電壓變成低電壓，大電流變成小電流，便于測量；也易實現(xiàn)自動化和遠動化。經(jīng)濟方面：使測量儀表和繼電器標準化、小型化，結構輕巧，價低?？捎玫碗妷骸⑿〗孛娴目刂齐娎|，屏內布線簡單、安裝調試方便，造價低。安全方面：使測量儀表和繼電器與一次高壓隔離，且互感器二次接地保證了設備和人身安全。一次系統(tǒng)發(fā)生短路時，能夠保護測量儀表和繼電器免受大電流的傷害，保證了設備安全。第二十二頁，共73頁。電流互感器電流互感器的極性

目前電力系統(tǒng)中常用的是電磁式電流互感器。工作原理與變壓器相似。特點是一次繞組直接串聯(lián)在一次回路當中，匝數(shù)很少，所以一次繞組中的電流完全取決于被測回路的電流，與二次繞組的電流大小無關，二次繞組所接儀表及繼電器的電流線圈的阻抗很小，所以在正常情況下，在近似于短路狀態(tài)下運行。電流互感器的額定變比為其一、二次額定電流之比，即

其中：是額定電流比

分別是互感器一次、二次繞組的額定電流。

第二十三頁，共73頁。為了方便正確接線和理論分析，電流互感器的一次和二次繞組引出端子都標有極性符號。常用的電流互感器極性都按減極性原則標注。即當系統(tǒng)一次電流從極性端流入時，電流互感器的二次電流從極性端流出。例如：如課本圖1-6所示。第二十四頁，共73頁。電流互感器的誤差

如課本圖1-7所示，由于勵磁電流的存在，電流互感器再一次折算后的電流與二次電流大小不相等，相位也不想等，說明在電流轉換中將出現(xiàn)數(shù)值誤差和相位誤差。第二十五頁，共73頁。變比誤差用表示繼電保護規(guī)程規(guī)定，用于保護的電流互感器，變比誤差在變壞的條件下不得超過10%；角度誤差在最壞條件下不得超過7°

第二十六頁，共73頁。為了控制誤差在一定范圍內，對一次倍數(shù)及二次負載阻抗有一定的限制，如課本圖1-8所示。稱為10%誤差曲線。第二十七頁，共73頁。電流互感器的準確度數(shù)

TA的測量誤差可用其準確度級來表示，根據(jù)其測量誤差的不同劃分出不同的準確度級。準確度級實質在規(guī)定的二次負荷變化范圍內，一次電流為額定值時的最大電流誤差。根據(jù)使用場合的不同，對電流測量的誤差要求也不同，因此就有不同的準確度級，如表1-1和1-2所示。

在正常工作范圍內有較高的準確度，當其通過短路電流時，希望互感器較早的飽和，使其不受短路電流損壞。第二十八頁，共73頁。電壓互感器電壓互感器有電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。

TV的工作原理與電力變壓器相同，結構原理和接線也相似，但容量小。特點是一次繞組并聯(lián)再一次回路中，匝數(shù)較多，二次繞繞組額定電壓一般為100V。二次繞組所接儀表及繼電器的電壓線圈阻抗很大，所以正常情況下，在近似空載狀態(tài)下運行。TV一次繞組和二次繞組的額定電壓值比稱為TV的額定電壓比，用KU表示，如果不考慮激磁損耗，即為一二次繞組的匝數(shù)比。即第二十九頁，共73頁。

電壓互感器的電壓誤差用表示。TV的準確度級指在規(guī)定的一次電壓和二次負荷變化范圍內，負荷的功率因數(shù)為額定值時，電壓誤差的最大值。我國電壓互感器準確度級和誤差限值標準見表1-3第三十頁，共73頁。繼電器概念：繼電器是各種繼電保護裝備的基本組成原件。一般來說，按預先整定的輸入量動作，并具有電路控制功能的元件叫做繼電器。

繼電器是一種當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。第三十一頁，共73頁。繼電器輸入量和輸出量之間的關系稱為繼電特性。由課本圖1-10，輸入量和輸出量的關系。電磁型電流繼電器電磁型電壓繼電器電磁型時間繼電器電磁型信號繼電器電磁型中間繼電器第三十二頁，共73頁。序分量濾過器正序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相同。負序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相反。零序分量：三相量大小相等，相位一致。第三十三頁，共73頁。對稱短路和不對稱短路：短路類型里的單相接地短路、兩相接地短路、兩相相間短路等屬于不對稱短路。三相短路屬于對稱短路。就實際發(fā)生的概率來看，電力系統(tǒng)的短路90%為不對稱短路，這90%里面90%又是單相接地短路。第三十四頁，共73頁。系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)只有正序分量存在，沒有負序和零序分量。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱短路故障時，將出現(xiàn)負序分量；發(fā)生接地短路故障時，將出現(xiàn)零序分量。因此，可以利用反應負序、零序分量來構成保護，以提高保護的靈敏度。第三十五頁，共73頁。分類：

當輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時，輸出端只輸出零序分量，稱為零序分量濾過器；只輸出負序分量時，稱為負序分量濾過器；只輸出正序分量時，稱為正序分量濾過器。第三十六頁，共73頁。零序分量濾過器零序電流濾過器零序電壓濾過器負序分量濾過器負序電流濾過器負序電壓濾過器第三十七頁，共73頁。零序電流濾過器三相并聯(lián)的輸出電流為：第三十八頁，共73頁。在對稱的情況下，若考慮電流互感器的勵磁電流后，零序分量濾過器有一不平衡電流輸出。在保護區(qū)外發(fā)生短路故障時，由于短路電流較大，互感器鐵芯飽和，不平衡電流要比正常運行時大的多。第三十九頁，共73頁。零序電壓濾過器第四十頁，共73頁。負序電壓濾過器第四十一頁，共73頁。由于相間電壓中不存在零序分量，相當于零序分量已被濾掉。因此，負序電壓濾過器無一例外地加入相間電壓。第四十二頁，共73頁。由于元件參數(shù)不準確,阻抗值隨溫度及頻率的影響,加入正序電壓時有不平衡電壓輸出,使用時應注意。若輸入電壓中含有5次諧波分量電壓，因其相序與負序基波相同，也會有輸出。為了消除5次諧波的影響，可在輸出端裝設5次諧波濾過器。第四十三頁，共73頁。負序電流濾過器

負序電流濾過器的輸入是三相或兩相全電流，輸出是與輸入電流中的負序分量成正比的單相電壓。分類：感抗移相式負序電流濾過器電容移相式負序電流濾過器第四十四頁，共73頁。感抗移相式負序電流濾過器第四十五頁，共73頁。電容移相式負序電流濾過器第四十六頁，共73頁。小結:采用序分量濾過器的目的是什么？濾過器只輸出零序分量的是什么類型濾過器？如果是負序呢？第四十七頁，共73頁。變換器概念：變換器是將信源發(fā)出的信息按一定的目的進行變換的元件。測量變換器是指提供與輸入量有給定關系的輸出量的測量器件。傳感器也可認為是初級測量變換器。第四十八頁，共73頁。測量變換器的分類電壓變換器（UV）電流變換器（UA）電抗變換器（UX）第四十九頁，共73頁。測量變換器的作用變換電量隔離電路用于定值調整用于電量的綜合處理第五十頁，共73頁。電壓變換器

電壓變換器的結構原理與電壓互感器、變壓器的原理相同，一般用來把輸入電壓降低或使之可以調節(jié)。第五十一頁，共73頁。電流變換器

電流變換器由一臺小容量電流互感器及固定二次負載電阻組成。第五十二頁，共73頁。電抗變換器

電抗變換器的作用是把輸入電流直接轉換為與之成正比的電壓的一種電量變換裝置。第五十三頁，共73頁。二次回路概念

發(fā)電廠和變電站的電氣設備通常分為一次設備和二次設備，其接線可相應分為一次接線和二次接線。

一次設備：直接用于生產(chǎn)、輸送、分配電能的高電壓、大電流的設備，又稱主設備。包括發(fā)電機、變壓器、高壓斷路器、隔離開關、輸電線路、母線、電流互感器、電壓互感器和避雷針等等。第五十四頁，共73頁。二次設備：是對一次設備進行監(jiān)察、控制、測量、調整和保護的低壓設備，又稱輔助設備，它包括控制、信號、測量監(jiān)察、同期、繼電保護裝置、安全自動裝置和操作電源等設備。第五十五頁，共73頁。二次接線又稱為二次回路。二次回路附屬于對應的一次接線或一次設備，他是對一次設備進行控制操作、測量監(jiān)察和保護的有效手段。發(fā)電機、變壓器的正常運行，查找、分析有關電氣故障和事故，電氣設備的定期調試和檢測等都要用到二次回路。一般包括：控制回路、繼電保護回路、測量回路、信號回路、自動裝置回路。第五十六頁，共73頁。

按交、直流來分，又可分為交流電壓和電流回路以及直流邏輯回路。兩者構成一個整體，只有二者都處在良好的狀態(tài)，才能保證電力生產(chǎn)的安全，尤其在大型的、現(xiàn)代化的電網(wǎng)中，二次設備的重要性更顯突出。

所以，從事二次回路運行維護的工作人員，都必須熟悉二次回路的原理，充分理解設計圖紙的意圖，正確方法讀懂二次回路圖，認真檢查維護二次設備，保證二次回路的正常安全運行。二次回路的重要性第五十七頁，共73頁。表明二次回路的圖稱為二次回路圖。

常用的二次回路圖有三種形式原理接線圖展開接線圖安裝接線圖第五十八頁，共73頁。原理接線圖是用來表示二次回路各元件（繼電器、儀表、信號裝置、自動裝置及控制開關等設備）的電氣聯(lián)系及工作原理的電氣回路圖。第五十九頁，共73頁。原理接線圖表示二次回路工作原理時的特點。清楚、形象地表明了接線方式和動作原理對所有設備具有一個完整的概念清晰地表明該回路對一次回路的輔助作用第六十頁，共73頁。

電流繼電器KA經(jīng)互感器TA的二次繞組接入系統(tǒng)的A、C相線路，當A相或C相發(fā)生短路時，電流互感器一次繞組流過短路電流IA1，其二次繞組感應出IA2流經(jīng)電流繼電器KA線圈，KA起動，其動合觸點閉合，將直流操作電源正母線經(jīng)時間繼電器KT線圈接至負母線，KT起動，經(jīng)一定時限后其延時動合觸點閉合，正電源經(jīng)KT觸點、信號繼電器KS的線圈、斷路器的動合輔助觸點QF以及斷路器的跳閘線圈YT接至負電源。信號繼電器KS和斷路器QF同時起動，使斷路器跳閘，并經(jīng)信號繼電器KS的動合觸點發(fā)出信號。第六十一頁，共73頁。展開接線圖

是將二次設備按線圈和觸電回路展開分別畫出，組成多個獨立回路，作為制造、安裝、運行的重要技術圖紙，也是繪制安裝接線圖的主要依據(jù)。

特點：是以分散的形式表示二次設備之間的電氣連接。第六十二頁，共73頁。展開接線圖中的交流回路和直流回路是分開來表示的。

交流回路分為電流回路和電壓回路。

直流回路分為直流操作回路和信號回路。第六十三頁，共73頁。繪制和閱讀基本原則繪制和閱讀是從上到下，從左到右。各回路的排列順序為