定義和概念解析(繼電保護)

1、事故：系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變化到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。繼電保護：牽涉到每個電氣主設備和二次輔助設備。要求對所有這些設備的工作原理、性能、參數(shù)計算和故障狀態(tài)的分析等有深刻的理解，還要有廣泛的生產(chǎn)運行知識。此外對于整個電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計原則、運行方式制訂的依據(jù)、電壓及頻率調(diào)節(jié)的理論、潮流及穩(wěn)定計算的方法以及經(jīng)濟調(diào)度、安全控制原理和方法等都要有清楚的概念。磁阻：就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度l成正比，與磁路的橫截面積S成反比，并與組成磁路的材料性質(zhì)有關(guān)。 m為磁導率，單位H/m，長度

2、l和截面積S的單位分別為m和。因此，磁阻Rm的單位為1/亨(H-1)。由于磁導率m不是常數(shù)，所以Rm也不是常數(shù)。 與電阻根本不同之處： 1）電路中在電動勢的驅(qū)動下，確實存在電荷在電路中流動，并因此引起電阻、磁阻變化率的發(fā)熱。而磁路中磁通是伴隨著電流存在的。對于恒定電流，在磁導體中，并沒有物質(zhì)或能量在流動，因此不會在磁導體中產(chǎn)生損耗。即使在交變磁場中，磁導體的損耗也不是磁通“流通”產(chǎn)生的。 2)電路中電流限定在銅導線和其他導電元件內(nèi)，這些元件的電導率高，比電路的周圍材料的電導率一般高10（12）倍以上。由于沒有磁絕緣材料，周圍介質(zhì)的磁導率只比組成磁路材料的磁導率低幾個數(shù)量級。 3）導體的電導率與

3、導體流過電流無關(guān)，而磁路中磁導率與磁通密度有關(guān)的非線性參數(shù)。 4）由于有散磁通存在，即使均勻繞制，也不能做到全耦合，漏磁通一般很難用分析方法求得，通常采用經(jīng)驗公式計算。5）磁場較復雜，交流激勵的磁場在其周圍導體中產(chǎn)生渦流效應，磁路計算是近似的最大運行方式和最小運行方式：電力系統(tǒng)中，為使系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、合理運行，或者滿足檢修工作的要求，需要經(jīng)常變更系統(tǒng)的運行方式，由此相應地引起了系統(tǒng)參數(shù)的變化。在設計變、配電站選擇開關(guān)電器和確定繼電保護裝置整定值時，往往需要根據(jù)電力系統(tǒng)不同運行方式下的短路電流值來計算和校驗所選用電器的穩(wěn)定度和繼電保護裝置的靈敏度。 最大運行方式，是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最小

4、的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最大的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式的短路電流值來校驗所選用的開關(guān)電器的穩(wěn)定性。 最小運行方式，是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最小的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式的短路電流值來校驗繼電保護裝置的靈敏度。 系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式是指系統(tǒng)運行方式變化的限度。它應滿足常見的運行方式為基礎，在不影響保護保護效果的前提下，可適當加大變化范圍，提高系統(tǒng)的應變能力。其一般原則是：1、必需考慮檢修與故障兩種狀態(tài)的重迭出現(xiàn)的可能，但不考慮多種重迭；2、不考慮極少見的特殊方式，以免惡化保護的效果。確定最大、最小方

5、式時至少要注意以下幾個方面：1、發(fā)電機、變壓器運行變化限度；2、中性點直接直地系統(tǒng)中的中性點選擇；3、線路運行變化限度；由此可知：系統(tǒng)最大運行方式是在所有發(fā)電機組正常運行，所有主變壓器及線路正常運行，此時系統(tǒng)可提供的短路容量最大。最小運行方式是系統(tǒng)在只有部分發(fā)電機組運行，只有部分主變壓器及部分線路正常運行的情況下運行，此時系統(tǒng)可提供的短路容量最小。關(guān)鍵是系統(tǒng)和主變中性點運行方式來定的。系統(tǒng)阻抗的變化決定了各點的故障電流的大小的。三相星形接線和兩相星形接線之間的比較三相星形接線兩相星形接線中性點直接接地電網(wǎng)相間短路兩個繼電器正確動作一個繼電器正確動作中性點非直接接地電網(wǎng)相間短路兩個繼電器正確動作

6、一個繼電器正確動作中性點非直接接地電網(wǎng)兩點接地短路能正確動作切除所需切除的線路只有2/3的機會選擇正確的電路切除使用情況及原因廣泛應用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重電氣設備的保護中，因為它能提高保護動作的可靠性和靈敏性。也可以用在中性點直接接地電網(wǎng)中，作為相間短路和單相接地短路的保護。用于中性點直接接地電網(wǎng)和非直接接地電網(wǎng)中，都是廣泛的采用它作為相間短路的保護。經(jīng)濟性不經(jīng)濟相對經(jīng)濟短路功率：短路時某點電壓與電流相乘所得到感性功率，在無串聯(lián)電容也不考慮分布電容的線路上短路時，認為短路功率從電源流向短路點。線路阻抗角：早在70年代，距離保護特性為圓特性，圓的直徑對應的角度稱最大靈敏角，阻抗在此角度下定

7、值最大，認為最靈敏，將此角稱為最大靈敏角。 在70年代中期，人們發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)頻率變化時最大靈敏角在變化，而線路阻抗角不變，應按線路阻抗角整定為好，后來研究又發(fā)現(xiàn)按線路阻抗角從概念上是正確合理的，而按最大靈敏角整定從概念上是錯誤的。 因為距離保護最大的優(yōu)點是，如果是金屬性故障，保護安裝處的故障相電壓與故障相電流的關(guān)系符合歐姆定律（即U/I=保護安裝處到故障點的線路阻抗）。具體解釋如下：如果是三相金屬故障，母線各相電壓（保護安裝處的電壓）應等于故障點到母線的線路阻抗與故障各相電流的相量積；如果是相間金屬故障，母線兩故障相間電壓（保護安裝處的電壓）應等于故障點到母線的線路阻抗與故障相電流相量積二倍，

8、如果選取相間電流，則應等于故障點到母線的線路阻抗與兩故障相間電流的相量積；如果是單相接地故障，受零序互感的影響，故障相母線電壓（保護安裝處的電壓）應等于故障點到母線的線路阻抗與經(jīng)零序電流補償后的故障相電流的相量積（假若線路正序阻抗角與零序阻抗角相等）；因此距離保護均選取零度接線方式。對比相式的距離保護，若取參考極化電壓為故障前后相量不變的某一電壓量（目前大都取正序電壓或記憶電壓），工作電壓（補償電壓）為所選取故障電流與整定阻抗的相量積，在區(qū)外故障時工作電壓與參考電壓同相位；在區(qū)內(nèi)故障時工作電壓與參考電壓反相位；整定阻抗的相角只有選取線路阻抗角才是合理的。大電流接地系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)：大電流接

9、地系統(tǒng)：中性點直接接地的系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，接地短路電流很大，這種系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)。一般110kv及以上的系統(tǒng)采用大電流接地系統(tǒng)。單相接地時，故障點和中性點之間會有很大的短路電流流過，整個系統(tǒng)的電壓嚴重不對稱，完全不能正常運行，因此需要立即跳閘，這種系統(tǒng)，零序保護應作為主保護使用。大電流接地系統(tǒng)是指中性點直接接地系統(tǒng)，像我們的3相4線制就屬于，因為在發(fā)生故障的時候接地電流會比較大。小電流接地系統(tǒng)：中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，由于不構(gòu)成短路回路，接地短路電流比負荷電流小很多，這種系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。一般66kv及以下系統(tǒng)常采用這種系統(tǒng) 小電流接地系統(tǒng)包

10、括：中性點不接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)大電阻接地系統(tǒng)。（中性點非有效接地系統(tǒng)），發(fā)生故障的時候接地電流比較小。解釋：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，由于不夠成回路，所以流過故障點的是由對地電容形成的容性電流，數(shù)值很小，而整個系統(tǒng)的中性點對地電壓發(fā)生偏移（偏移程度取決于接地短路的程度，完全金屬性短路則中性點對地電壓上升為相電壓），而不接地相的對地電壓也會升高（金屬性短路升為線電壓），但是每相對中性點電壓以及相間的線電壓保持不變，所以整個系統(tǒng)可以維持運行，但由于對地的電壓升高考驗整個系統(tǒng)對地的絕緣好壞，所以在絕緣還沒破壞前，最好要及時消除故障，不能在這種狀態(tài)下長時間運行，一般

11、不超過1-2小時。另外一種情況是，當中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，接地點將通過接地線路對應電壓等級電網(wǎng)的全部對地電容電流。如果此電容電流相當大，就會在接地點產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，從而使非故障相對地電壓極大增加。在電弧接地過電壓的作用下，可能導致絕緣損壞，造成兩點或多點的接地短路，使事故擴大。為此，我國采取的措施是：當各級電壓電網(wǎng)單相接地故障時，如果接地電容電流超過一定數(shù)值(35kV電網(wǎng)為10A，10kV電網(wǎng)為20A，36kV電網(wǎng)為30A)，就在中性點裝設消弧線圈，其目的是利用消弧線圈的感性電流來補償接地故障時的容性電流，就可以減少流經(jīng)故障點的電流，以致自動熄弧，保證繼續(xù)供電。該

12、接地方式因電網(wǎng)發(fā)生單相接地的故障是隨機的，造成單相接地保護裝置動作情況復雜，尋找故障點比較難。消弧線圈采用無載分接開關(guān)，靠人工憑經(jīng)驗操作比較難實現(xiàn)過補償。消弧線圈本身是感性元件，與對地電容構(gòu)成諧振回路，在一定條件下能發(fā)生諧振過電壓，給繼電保護的功能實現(xiàn)增加了困難。所以當電纜線路較長、系統(tǒng)電容電流較大時，也可以采用經(jīng)電阻接地方式，即中性點與大地之間接入一定阻值的電阻。該電阻與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成并聯(lián)回路，由于電阻是耗能元件，也是電容電荷釋放元件和諧振的阻壓元件，對防止諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓，有一定優(yōu)越性。中性點經(jīng)電阻接地的方式有高電阻接地、中電阻接地、低電阻接地等三種方式。這三種電阻接地方

13、式各有優(yōu)缺點，要根據(jù)具體情況選定。保護接地與保護接零的主要區(qū)別是： （1）保護原理不同保護接地是限制設備漏電后的對地電壓，使之不超過安全范圍。在高壓系統(tǒng)中，保護接地除限制對地電壓外，在某些情況下，還有促使電網(wǎng)保護裝置動作的作用；保護接零是借助接零線路使設備漏電形成單相短路，促使線路上的保護裝置動作，以及切斷故障設備的電源。此外，在保護接零電網(wǎng)中，保護零線和重復接地還可限制設備漏電時的對地電壓。（2）適用范圍不同保護接地即適用于一般不接地的高低壓電網(wǎng)，也適用于采取了其他安全措施（如裝設漏電保護器）的低壓電網(wǎng)；保護接零只適用于中性點直接接地的低壓電網(wǎng)。（3）線路結(jié)構(gòu)不同如果采取保護接地措施，電網(wǎng)中

14、可以無工作零線，只設保護接地線；如果采取了保護接零措施，則必須設工作零線，利用工作零線作接零保護。保護接零線不應接開關(guān)、熔斷器，當在工作零線上裝設熔斷器等開斷電器時，還必須另裝保護接地線或接零線。我國現(xiàn)在的10KV 110KV 220KV 500KV （國網(wǎng)已經(jīng)有1000KV）高壓輸電線路都是沒有零線的，因為這些電壓等級都是不可以直接被設備（少數(shù)超高壓設備除外）所接受的。而我們平時用電最多的是3相4線制（TNC系統(tǒng)），3根火線+1零線。而零線的作用是：1.中性線（N線），和火線一起接成相電壓。2.充當某些運行設備的中性點接地（工作接地）。3.和設備外殼相接充當保護（P線）。而這些在10KV以上

15、電壓等級是不需要的，110KV以上的輸電線路上方有2條架空零線（或稱架空避雷線、架空地線），其作用是起避雷作用（防止雷電波）。所以日常見到的高壓進線沒零線。 1相接地的問題，高壓輸電線都是需要保護的（禁止在無保護的條件下運行），110KV一般有一套保護，220KV以上則需要2套原理不同、且來自不同廠家的保護，運用比較廣泛的是光纖縱差和高頻保護。當發(fā)生一相接地的時候會發(fā)生跳閘，因為線路都有重合閘（分單重、3重、綜重），在判定為永久性故障后不進行重合。所以：短路重合跳閘。 電力的變壓器為什么需要裝有瓦斯保護？在電網(wǎng)的變壓器中，差動保護和瓦斯保護一起構(gòu)成變壓器的主保護，差動保護是用首末兩端電流的對比

16、判斷故障然后動作的，保護的是變壓器的繞組、套管、到CT側(cè)，差動保護屬于電氣量保護。瓦斯保護是屬于非電氣量的保護，裝在油箱和油枕之間，分過氣流和過油流，如果變壓器內(nèi)部發(fā)生短路，那么短路電流會分解變壓器油而產(chǎn)生氣體，讓瓦斯繼電器發(fā)出告警信號（輕瓦斯保護），短路嚴重的時候，氣溫很高，會讓油面上升，沖到瓦斯繼電器的動作位置，發(fā)生跳閘信號（重瓦斯保護）。由于瓦斯保護可以保護到差動保護所保護不到的位置鐵心，所以瓦斯和差動一起構(gòu)成變壓器的主保護。變壓器、電流互感器、電壓互感器、電抗互感器：電抗器、變壓器、互感器在結(jié)構(gòu)上來看都是有線圈、鐵芯組成，但電抗器也有制成空心的，即沒有鐵芯，當然超高頻的變壓器也可以沒有

17、鐵芯（一般稱耦合線圈）。電抗器在電路中的作用是電感，一般起到諧振、濾波、隔離交流等作用，主要參數(shù)是電感量，當然還有額定電流等參數(shù)，帶鐵芯的電抗器為了防止鐵芯飽和往往在鐵芯中留有氣隙，電抗器一般只有一個或一組線圈，在交流電路中的特性是流過電抗器的電流的相位滯后端電壓90度。變壓器的作用是變換電壓，可以變低也可以變高，一般有2個（組）或2組以上的線圈，加電源的一組線圈叫原邊，也叫初級，輸出電源的一組線圈叫副邊，也叫次級，可以有多個次級，只要電壓合適，初次級是可以交換的，變壓器的主要參數(shù)有變壓比、額定容量等?；ジ衅鞯脑砗徒Y(jié)構(gòu)同變壓器，可以認為是一種特殊的變壓器，作用是把大電流或者是高電壓變換成容易

18、被儀表能測量的較小電流或電壓，同時也起到一、二次隔離作用，互感器有電壓互感器、電流互感器，互感器主要參數(shù)有變比、額定電壓、額定電流、精度等級等。波阻抗：為了研究各向同性大地介質(zhì)的電阻率和地面電磁場測量值之間的關(guān)系，我們引入波阻抗的概念，定義平面波的波阻抗為Z=E/H，波阻抗的單位為歐姆，其中E為均勻各向同性介質(zhì)中的電場，H是該介質(zhì)中的磁場。其中自由空間中的波阻抗為固定值：120pi=377ohm。對于復雜復合結(jié)構(gòu)，比如帶有介質(zhì)襯底的頻率選擇周期結(jié)構(gòu)（簡稱FSS），波阻抗的特性將會更加復雜。然而，所有這些都可以利用傳輸線理論來進行解釋和計算。傳輸線理論是電磁理論中一個非常重要的理論分支，它是從電

19、路中的電壓電阻轉(zhuǎn)化而來的，使其可以應用于電磁場的解方程應用。波阻抗（另一個解釋）：顧名思義就是波（包括電壓波和電流波）行進時遇到的阻抗。而波行進的通道是一個具有分布電感和分布電容參數(shù)的通道。嚴格地說，還要求前進波（電流）與反回波（電流）相等，波的前進通道與反回通道平行。后面一個條件有時達不到，或給忽略了。電壓波或電流波在一個具有分布電感和分布電容參數(shù)的通道中行進時，它要遇到電感和電容兩參數(shù)組成的波阻抗。即是說，電流波與電壓波之間具要波阻抗的關(guān)系電壓等于電流乘以波阻抗，電壓和電流仍符合歐姆定律。波阻抗是一個表述分布參數(shù)電路的參數(shù)。它是一個無形參數(shù)，或分布參數(shù)。它雖然叫做“阻抗”，但它的單位是電阻

20、，因為它即不具有電感性，也不具有電容性。說它是電阻性，可是它又不是一個通常意義下的電阻。當電流流過它時，在它上面卻沒的電阻（焦耳）損耗，即不發(fā)熱，沒有功率損耗。波阻抗等于分布電感被分布電容除，再開方。不同的電路媒質(zhì)，具有不同的波阻抗。如輸電線其波阻抗取決于線路導線的粗細、間隔、離地高度等。空氣也有波阻抗，電纜的波阻抗比較空中導線的波阻抗小，是因為它的電容大。在電磁兼容分析中，經(jīng)常用到波阻抗這個物理量。電磁波中的電場分量與磁場分量的比值稱為波阻抗，定義如下：近場和遠場：根據(jù)觀測點到輻射源的距離不同，劃分出近場區(qū)和遠場區(qū)兩個區(qū)域，當距離小于時，稱為近場區(qū)，大于時稱為遠場區(qū)。波阻抗的值：近場區(qū)中，波

21、阻抗的值取決于輻射源的性質(zhì)、觀測點到源的距離、介質(zhì)特性等。若輻射源為大電流、低電壓（輻射源電路的阻抗較低），則產(chǎn)生的電磁波的波阻抗小于377，稱為低阻抗波，或磁場波。若輻射源為高電壓，小電流（輻射源電路的阻抗較高），則波阻抗大于377，稱為高阻抗波，或電場波。在遠場區(qū)，波阻抗僅與電場波傳播介質(zhì)有關(guān)，其數(shù)值等于介質(zhì)的特性阻抗，空氣為377波阻抗的變化：在近場區(qū)內(nèi)，特定電場波的波阻抗隨距離而變化。如果是電場波，隨著距離的增加，波阻抗降低，如果是磁場波，隨著距離的增加，波阻抗升高。在遠場區(qū)，波阻抗保持不變。注意：近場區(qū)和遠場區(qū)的分界面隨頻率的不同而不同，不是一個定數(shù)，這在分析問題時要注意。例如，在考

22、慮機箱的屏蔽時，機箱相對與線路板上的高速時鐘信號而言，可能處于遠場區(qū)，而對于開關(guān)電源較低的工作頻率而言，可能出于近場區(qū)。后面會看到，在近場區(qū)設計屏蔽時，要分別考慮電場屏蔽和磁場屏蔽。內(nèi)橋接線與外橋接線定義：由一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)組成連接橋，將兩回路變壓器-線路組橫向連接起來的電氣主接線。連接橋連接在變壓器-線路組的斷路器和變壓器之間稱“內(nèi)橋接線”。連接橋連接在變壓器-線路組的斷路器和線路之間稱“外橋接線”。優(yōu)缺點：內(nèi)橋接線的任一線路投入、斷開、檢修或路障時，都不會影響其他回路的正常運行，但當變壓器投入、斷開、檢修或故障時，則會影響另一回線路的正常運行。由于變壓器運行可靠，而且不需要經(jīng)常進行

23、投入和因此內(nèi)橋接線的應用較廣泛。 外橋接線的變壓投入、斷開、檢修或故障時，不會影響其他回路的正常運行。但當線路投入、斷開、檢修或故障時，則會影響一臺變壓器的正常運行。因此外橋接線僅適用于變壓器按照經(jīng)濟運行需要要經(jīng)常投入或斷開的情況。此外當線路上有較大的穿越功率時，為避免穿越功率通過多臺斷路器，通常采用外橋接線。 為了提高橋形接線的靈活性和可鉆性，避免因檢修線路或變壓器時影響其他回路的正常運行，一般在接線中加設一組跨條（導線）。內(nèi)橋接線的跨條位置與外橋接線中連接橋的位置相同，外橋接線的跨條位置與外橋接線中連接橋的位置相同，外橋接線的跨條位置與內(nèi)橋接線中連接橋的位置相同?？鐥l上通常設置兩組串接的隔離開關(guān)，以便于跨條上隔離開關(guān)進行檢修，此兩組隔離開關(guān)在正常運行時是斷開的。變電站一次回路接線方式1）一次接線種類 變電站一次回路接線是指輸電線路進入變電站之后，所有電力設備（變壓器及進出線開關(guān)等）的相互連接方式。其接線方案