发布时间 : 星期三 文章继电保护讲义 - 图文更新完毕开始阅读4a0158060740be1e650e9a01
第一章 电力系统概述 1—1 电力系统发展简史
1831年法拉弟发现电磁感应定律。在此基础上很快出现了原始的交流发电机，直流发电机和直流电动机。因当时发电机发出的电能只用于电化学工业和电弧灯，而电动机所需电能又来自蓄电池，电机制造和电力输送技术的发展最初集中于直流电。原始的电力线路使用的就是100～400伏低压直流电。由于输电电压低，输送的功率不可能大，输送的距离也不可能远。
第一次高压输电出现于1882年。法国人德普勒将水电厂发出的电输送到57公里外的慕尼黑，并用以驱动水泵。当时他采用的电压是直流1500～2000伏，输送功率约2千瓦。这个输电系统虽很小，却可认为是世界上第一个电力系统，因它具备了电力系统的各个重要组成部分。
生产的发展对输送功率和输送距离提出了进一步的要求，以致直流输电已不能满足要求。于是，1885年在制成变压器的基础上实现了单相交流输电。1891年在制成三相异步电动机，三相变压器的基础上又实现了三相交流输电。
1891年在法兰克福城举行的国际电工技术展览会上，俄国人多里沃－多勃列沃列斯基展出的输电系统奠定了近代输电技术的基础。这系统从拉芬镇到法兰克福全长175公里。设在拉芬镇的水轮发电机组功率为230千伏安，电压为95伏，转速为150转／分。升压变压器将电压升高到15200伏。电功率经直径为4毫米的铜线输送至法兰克福。在法兰克福，用两台降压变压器将电压降低到112伏。其中，一台变压器供电给白炽灯，另一台供电给异步电动机，电动机又驱动一台功率为75千瓦的水泵。显然，这已是近代电力系统的雏形。这系统的建成，在电力系统的发展过程中取得了重大突破。
三相交流制的优越性很快显示出来：运用三相交流制的发电厂迅速发展，直流制很快被淘汰。汽轮发电机组不久便代替了以蒸汽机为原动机的发电机组。发电厂之间出现了并列运行。输电功率，输电电压、输电距离日益增大。大电力系统不断涌现。数十年间，在一些国家中甚至出现了全国性和国际性电力系统。
目前，世界上最高线路电压已达765千伏，并继续向1100～1500千伏发展；最远输送距离已超过1000公里，最大电力系统的容量已超过10000万千瓦。发电能源的比例也发生了很大变化。除原有的火力发电和水力发电外，出现了原子能发电，且比重愈来愈大。此外，还有地热发电、风力发电，潮汐发电等等。电力系统的自动化程度愈来愈高，已出现用电子计算机控制的电力系统。这些计算机具有监视、控制电力系统运行的功能。还应指出，为彻底解决同步发电机并列运行的稳定性等问题，又重新采用直流输电。而目前的直流输电距离已超过1000公里，电压已超过±500千伏，输送功率已超过100万千瓦，和一百年前德普勒的试验相比，已有霄壤之别。
在我国，自1882年在上海建立第一个发电厂开始至1949年全国解放，六十余年间，电力工业和电力系统的发展非常缓慢。1949年全国解放时，发电设备总容量仅185万千瓦，年发电量仅43亿度。110千伏以上电压等级的电力系统仅东北三省有两个，总容量为72万千瓦。
解放后，1957年底，第一个五年计划完成时，发电设备总容量增加为464万千瓦；1962年底，第二个五年计划完成时，又增加为1300万千瓦。1978年底，发电设备总容量进一步增加为5211万千瓦，年发电量则增加为2565．5亿度。110千伏以上电压等级的电力系统也从解放前的两个增加为数十个。其中，大电力系统的容量已超过700万千瓦，最高电压等级已达330千伏。
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这样的发展速度虽较解放前有很大增长，仍不能满足工农业用电的要求，以致不少地区出现电力供应不足的情况。而就电压等级，输送距离、系统总容量等技术指标而言，则距世界先进水平尚远，有待继续努力。
1—2 电 力 系 统
发电机生产电能，在发电机中机械能转化为电能。变压器、电力线路输送、分配电能。电动机、电炉、电灯等用电设备消费电能。在这些用电设备中，电能转化为机械能、热能、光能等等。这些生产、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、电力线路、各种用电设备联系在一起组成的统一整体就是电力系统，如图1-1所示。
与电力系统相关联还有“电力网络”和“动力系统”。前者指电力系统中除发电机和用电设备外的一部分；后者指电力系统和“动力部分”的总和。所谓“动力部分”，包括热力发电厂的锅炉、汽轮机，热力网和用热设备，水力发电厂的水库、水轮机以及原子能发电厂的反应堆等等。所以，电力网络是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分。这三者的关系也示于图1-1。 1—3
对电力系统运行的基本要求
电能的生产、输送、分配、消费和其它工业的区别在于： 1．与国民经济各部门的关系都很密切
由于电能与其它能量之间转换方便，宜于大量生产、集中管理、远距输送、自动控制，使用电能较其它能量有显著优点，所以各部门都广泛使用电能。电能供应的中断或减少将影响国民经济的各部门。 2．过渡过程非常短促
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发电机、变压器、电力线路、电动机等元件的投入或退出都在一瞬间完成。电能从一处输送至另一处所需时间仅千分之几甚至百万分之几秒。电力系统从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程非常短促。 3．电能不能大量储存
电能的生产、输送、分配、消费实际上是同时进行的，即发电厂任何时刻生产的电能必须等于该时刻用电设备消费与输送、分配中损耗电能之和。 根据这些特点，对电力系统运行的基本要求是： 1．保证可靠地持续供电
供电的中断将使生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先要满足安全发供电的要求。
电力系统中的事故将造成计划外的供电中断，而形成事故的原因却很多。统计资料表明，电力系统稳定性破坏性事故的直接原因中，设备质量差引起的占32％；自然灾害引起的占16．6％，继电保护误动作引起的占13．2％，人员过失引起的占17％，运行管理水平低引起的占21．2％。因此，减少这种系统性事故也应从多方面着手。防止设备事故的对策在于严密监视设备的运行，及时、认真地维修，防患于未然。为不致产生人为事故则要求运行人员不断提高技术水平，严肃认真工作，而在个别元件发生事故时，能迅速，正确地处理事故。此外，完善电力系统的结构，提高其抗扰动能力，采用电子计算机监视，控制电力系统的运行等都是重要的技术措施。
此外，还有为数极少或持续时间很短的特殊重要负荷要求绝对可靠地不间断供电。 电力系统的运行人员应认真分析各负荷的重要程度，以便必要时根据情况，区别对待。 2．保证良好的电能质量
良好的电能质量指电压正常，偏移不超过额定值的±5％；频率正常，偏移不超过±0.2～0.5赫。电压或频率偏移过大时，同样会引起大量减产、产生废品。严重时，同样会造成人身事故、设备损坏。
近年来，由于电力供应不足，我国电力系统中较多出现的是电压和频率偏低。为解决这问题，除大力增加新发电设备外，还必须继续挖掘潜力，使现有设备充分发挥作用，合理调配用电，大力宣传节约用电，杜绝一切浪费。
在电力供应充足的系统中，电能质量的低劣往往是调度管理不当，运行调整不及时造成的。因此，除提高自动化程度外，加强运行人员工作的责任心，提高他们的技术水平也非常重要。
3．保证系统运行的经济性
电能生产的规模很大，消耗的能源在国民经济能源总消耗中占的比重很大。电能在输送、分配时的损耗绝对值相当可观。因此，降低每生产一度电所消耗的能源和降低输送，分配的损耗有极重要的意义。为此，应开展电力系统经济运行工作，使负荷在各发电厂之间合理分配。
根据以上基本要求，最好将各别系统联合，组成联合电力系统。它可大大提高供电的可靠性，减少因设备事故引起供电中断而设置的备用容量。它可更合理地调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减少联合系统中发电设备的总容量。同时，由于个别负荷在系统总负荷中所占比重的减小，它们的波动对系统电能质量的影响也将减小。它还可更合理地利用系统中各种类型的发电厂，从而提高运行的经济性。联合电力系统容量很大，个别机组的开停，甚至故障，对系统的影响将减小，从而可采用大容量、高效率的机组。虽然，也应指出，为使各别系统联合，通常需增加一定的投资。
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第二章 继电保护的基础知识
2-1 继电保护的基本原理
电力系统发生故障时，通常会引起电流的增大，电压的降低，以及电流与电压间相位角的变化。因此，应用于电力系统中的各种继电保护，绝大多数(除某些电机与电器的特殊保护外)都是以反映这些物理量的变化为基础，利用正常运行与故障时各物理量的差别来实现的。
根据所反映的上述各种物理量的不同，便构成了各种原理不同的继电保护。如反应电流量改变的有过电流保护；反应电压量改变的有低电压(或过电压)保护；既反应电流又反应电流与电压间相位角变化的有方向过电流保护；以及反应电压与电流的比值，即反应短路点到保护安装处之间的阻抗(Z=U/I)(或距离)的有距离保护等。
继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个基本部分组成的，即测量部分，逻辑部分和执行部分，其原理结构如图2-1所示。测量部分的作用是，反映被保护设备工作状态(正常工作、非正常工作或故障状态)的一个或几个
有关物理量；逻辑部分的作用是，根据测量元件输出量的大小、性质、组合方式或出现次序，判断被保护设备的工作状态， 以决定保护是否应该动作；执行部分的作用是，根据逻辑部分所作出的决定执行保护的任务（发出信号、跳闸或不动作）。
现以过电流保护为例，来说明继电保护的基本工作原理及组成元件。如图2-2所示，线路发生短路时，继电器3线圈中的电流增大，当短路电流大于继电器的动作电流时，它就动作，吸下衔铁，使接点闭合。于是接通跳闸线圈4的回路，铁芯即被吸入线圈，从而冲脱锁扣5，使断路器1DL跳闸，将故障切除。
在图2-2的过电流保护中，电流继电器的线圈回路是测量部分，它监察被保护设备的工作情况，反应相应的电量(如电流的大小)只当被保护设备发生故障(或不正常工作情况)时它才动作。因此，测量部分可处于动作或不动作两种状态，并根据这两种状态确定是否给逻辑部分发出信号。继电器的接点回路是逻辑部分，它接到测量部分送来的信号后，即根据信号的组合和顺序，确定起动或不起动整套保护。起动保护时，即给执行部分发出信号。执行部分一般是出口中间继电器，它接到逻辑部分送来的信号后，发出使断路器跳闸或动作于信号的脉冲，完成整套保护的动作。但在简单的保护回路中， (如图2-2)，执行部分和逻辑部分实际上是结合在一起的，难以区分，因此，有时也不单独分出执行部分。
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