电力系统基础讲解课件.ppt

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1、电力系统工程基础电力系统工程基础 2007. 7 研发部研发部 培训资料（内部资料）培训资料（内部资料） 武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部22u 电力系统基本概念电力系统基本概念u 故障录波器在电力系统中的应用故障录波器在电力系统中的应用u 电力系统基本组成电力系统基本组成u 录波分析的基本算法录波分析的基本算法u 电力系统基本算法电力系统基本算法电力系统定义电力系统定义电力系统质量指标电力系统质量指标电力系统电压等级电力系统电压等级发电系统发电系统输变电系输变电系统统配电系统配电系统电力系统负荷电力系统负荷电路基础知识电路基础知识三相电路基本知识三相电路基本知识

2、继电保护基本概念继电保护基本概念陈陈 述述 内内 容容电路网络等值参数电路网络等值参数武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部33电力系统基本概念电力系统基本概念由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路以及用户的各种由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路以及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。电力系统电力系统武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部44武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部55武汉中元华电科技有限公司研发部武汉

3、中元华电科技有限公司研发部66电力网电力网电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网动力系统动力系统包括发电厂的动力部分在内的整个系统，称为动力系统包括发电厂的动力部分在内的整个系统，称为动力系统电力系统基本概念电力系统基本概念武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部77电力系统基本概念电力系统基本概念电能的质量指标电能的质量指标电压电压频率频率波形波形电压变化范围在额定电压的电压变化范围在额定电压的5 1050Hz变化范围变化范围0.10.2Hz标准正弦波形，不应产生畸变标准正弦波形，不应产生畸变电压质量、频率、波形都对用户正常工作有

4、重要影响电压质量、频率、波形都对用户正常工作有重要影响武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部88电力系统电压等级电力系统电压等级电力系统基本概念电力系统基本概念电力系统额定电压电力系统额定电压电力设备额定电压电力设备额定电压 高出或低于系统额定高出或低于系统额定510受电设备与电力系统额定线电压/kV供电设备额定电压/kV变压器额定线电压/kV一次绕组二次绕组33.15*3及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及1113.8*13.815.75*15.7518*1820*20353538.511011012122022

5、0242330330363500500武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部99电力系统中性点接地电力系统中性点接地小电流接地小电流接地大电流接地大电流接地不接地不接地电力系统的中性点是指星形连接的变压器和发电机的中性点电力系统的中性点是指星形连接的变压器和发电机的中性点经消弧线圈接地经消弧线圈接地中型点直接接地中型点直接接地经电阻接地经电阻接地不接地不接地经消弧线圈接地经消弧线圈接地电力系统基本概念电力系统基本概念武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1010发电系统发电系统火力发电厂火力发电厂水力发电厂水力发电厂核电厂核电厂锅炉锅炉汽轮机汽轮机发

6、电机发电机水轮机水轮机发电机发电机核反应堆核反应堆汽轮机汽轮机发电机发电机化学能转化为热能化学能转化为热能热能转化为机械能热能转化为机械能机械能转化为电能机械能转化为电能武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1111武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1212输变电系统输变电系统输变电系统是电力系统的组成部分，包括变压器和输电线路输变电系统是电力系统的组成部分，包括变压器和输电线路输变电设备输变电设备u变换电压的设备：如变压器变换电压的设备：如变压器u接通和开断电路的开关电器：如断路器、隔离开关、熔断器接通和开断电路的开关电器：如断路器、隔离开关、

7、熔断器u防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器u无功补偿设备：如电力电容器、同步调相机、静止补偿器无功补偿设备：如电力电容器、同步调相机、静止补偿器u载流导体：如母线、引线、电缆、架空线载流导体：如母线、引线、电缆、架空线u接地装置：如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等接地装置：如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1313输变电系统输变电系统输电线路：架空线路输电线路：架空线路架设在户外，由导线、避雷线、杆塔、绝缘子等组成架设在户

8、外，由导线、避雷线、杆塔、绝缘子等组成 电缆线路电缆线路安放在电缆架上，电缆管道中或直接埋设在地下的电缆沟中安放在电缆架上，电缆管道中或直接埋设在地下的电缆沟中开关电器：断开或接通电路的电气设备总称开关电器：断开或接通电路的电气设备总称u负荷开关负荷开关仅用于断开或闭合正常工作电流的开关电器仅用于断开或闭合正常工作电流的开关电器u熔断器熔断器仅用于断开过负荷电流或短路电流的开关电器仅用于断开过负荷电流或短路电流的开关电器u断路器断路器用于断开或闭合正常工作电流、短路电流的开关电器用于断开或闭合正常工作电流、短路电流的开关电器u隔离开关隔离开关不要求断开或闭合电流，只用于检修时隔离电压的开关电器

9、不要求断开或闭合电流，只用于检修时隔离电压的开关电器武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1414u用于电压电流变换，使测量仪表标准化，小型化用于电压电流变换，使测量仪表标准化，小型化u使二次设备与一次高压隔离使二次设备与一次高压隔离u二次侧必须接地，以保证人身和设备安全二次侧必须接地，以保证人身和设备安全电流互感器电流互感器 TA 电流互感器电流互感器TV输变电系统输变电系统互感器互感器u工作原理与变压器相似工作原理与变压器相似将一次回路大电流转化为小电流（将一次回路大电流转化为小电流（5A或或1A）将一次回路高电压转化为低电压将一次回路高电压转化为低电压武汉中元华电科

10、技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1515输变电网络接线输变电网络接线无备用接线方式无备用接线方式 可靠性低可靠性低 用于三级负荷用于三级负荷 有备用接线方式有备用接线方式 可靠性高可靠性高 用于重要负荷用于重要负荷 一级和二级负荷一级和二级负荷无备用接线无备用接线有备用接线方式有备用接线方式电气一次接线电气一次接线发电厂和变电所中的一次设备，按照一定的规律连接而成的电路发电厂和变电所中的一次设备，按照一定的规律连接而成的电路称为电气主接线，也称电气一次接线或一次系统称为电气主接线，也称电气一次接线或一次系统输变电系统输变电系统武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司

11、研发部1616电气主接线基本形式电气主接线基本形式有汇流母线接线有汇流母线接线有汇流母线接线有汇流母线接线u单母线单母线 u单母线分段单母线分段 u双母线双母线 u双母线分段双母线分段u一台半短路器接线一台半短路器接线无汇流母线接线无汇流母线接线u单元接线及扩大单元接线单元接线及扩大单元接线u桥形接线桥形接线u角形接线角形接线输变电系统输变电系统无汇流母线接线无汇流母线接线武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1717单母线接线简单、清晰、设备少、但供电可靠性不高单母线接线简单、清晰、设备少、但供电可靠性不高QF断路器断路器 QS隔离开关隔离开关W母线母线 WL线路线路送

12、电：送电： QS4 QF2断开断开 合合QS2 QS3断电：断电： 断断QF2 QS3 QS2 合合QS4输变电系统输变电系统武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1818单母线分段接线单母线分段接线供电可靠性优于单母线接线供电可靠性优于单母线接线QF断路器断路器 QS隔离开关隔离开关W母线母线 WL线路线路当一母线分段发生故障当一母线分段发生故障QF断开，另一母线正常断开，另一母线正常工作工作 输变电系统输变电系统武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部1919双母线接线双母线接线 检修一组线路，可使回路供电不中断，一组母线故障，部分进检修一组线路，

13、可使回路供电不中断，一组母线故障，部分进 出线会暂时停电，经母线隔离开关切换，线路供电可迅速恢复出线会暂时停电，经母线隔离开关切换，线路供电可迅速恢复u母联母联QF断开，一组母线工作断开，一组母线工作 一组备用一组备用u母联母联QF断开，进出线分别接断开，进出线分别接 入两组母线，两组母线分裂入两组母线，两组母线分裂 运行运行u母联母联QF闭合，电源以及溃线闭合，电源以及溃线 平均分配在两组母线平均分配在两组母线输变电系统输变电系统双母线三种运行方式双母线三种运行方式武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2020双母线分段接线双母线分段接线QF1 QF2母联断路器母联断路

14、器 QF3分段断路器分段断路器L电抗器电抗器 WL线路线路 G1 G2 发电机发电机正常工作：正常工作：、段工作，段工作， 段备用段备用L限制故障时相邻段供给短路电流限制故障时相邻段供给短路电流输变电系统输变电系统武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2121一台半断路器接线一台半断路器接线输变电系统输变电系统广泛用于大型电厂和变电所的超高压配电装广泛用于大型电厂和变电所的超高压配电装置具有较高可靠性及运行灵活性置具有较高可靠性及运行灵活性母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电任何回路不停电武汉中元华电科技有限公司研发部

15、武汉中元华电科技有限公司研发部2222扩大单元接线扩大单元接线（a）（b）（a）发电机变压器扩大单元）发电机变压器扩大单元（b）发电机分裂绕组变压器扩大单元接线）发电机分裂绕组变压器扩大单元接线输变电系统输变电系统使用断路器数目少，结构简单使用断路器数目少，结构简单武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2323电力系统负荷是指电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和电力系统负荷是指电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和按供电可靠性可分为：一类负荷：中断供电会带来人身危险或造成巨大经济损失按供电可靠性可分为：一类负荷：中断供电会带来人身危险或造成巨大经济损失 二类

16、负荷：中断供电会带来大量减产，或扰乱大部分居民生活二类负荷：中断供电会带来大量减产，或扰乱大部分居民生活 三类负荷：中断供电，造成损失不大三类负荷：中断供电，造成损失不大u一类负荷一般应由两个独立电源供电一类负荷一般应由两个独立电源供电u二类负荷可以采用双回路线供电二类负荷可以采用双回路线供电电力系统负荷曲线电力系统负荷曲线电力系统负荷电力系统负荷概念概念u日负荷曲线日负荷曲线u日平均负荷曲线日平均负荷曲线u日负荷持续曲线日负荷持续曲线u年负荷曲线年负荷曲线武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2424电压电流正弦量的表示：电压电流正弦量的表示：cos()muuUtcos

17、()miiIt正弦分量三要素正弦分量三要素周期电流周期电流i与有效值与有效值I的关系：的关系：201TIi dtT/20.707mmIII有效值与最大值之间的关系：有效值与最大值之间的关系：最大值最大值初始相位角初始相位角角速度角速度电路基础知识电路基础知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2525uUU1sRIj LIjUc正弦电流电压的相量表示：正弦电流电压的相量表示：电路基础知识电路基础知识iII 利用电压电流相量求解正弦稳态电路利用电压电流相量求解正弦稳态电路武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部26261sRIj LIjUcsUI阻抗和

18、导纳阻抗和导纳阻抗定义：端口的电压相量阻抗定义：端口的电压相量与电流相量与电流相量的比值的比值uizUUZZIIUZIzuiZRjXR称为电阻称为电阻 X称为电抗称为电抗11()ZRj LjcRjLc电路基础知识电路基础知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2727导纳的定义：阻抗的倒数导纳的定义：阻抗的倒数1iuyIIYYZUUYGjBG称为电导称为电导B称为电纳称为电纳对于单个元件对于单个元件R，L，C的导纳为：的导纳为：1RYGR11LYjj LL CYj C电路基础知识电路基础知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2828电路基础知识

19、电路基础知识对于对于n个导纳并联而成的电路，等效电纳为：个导纳并联而成的电路，等效电纳为：对于对于n个电阻的串联形式，等效电阻为：个电阻的串联形式，等效电阻为：阻抗与导纳的串并联关系阻抗与导纳的串并联关系12eqnZZZZ12eqnYYYY武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部2929cxcrcoomcbxbrboombaxaraomajUUUUtUujUUUUtUujUUUUtUu120)120sin(*120)120sin(*0)sin(*相量图电力系统中相量：电压、电流、阻抗、导纳等等aUbUcUXR2/mUU 有效值正序相量三相电力系统：三相电力系统：三相电源、三

20、相负载、三相输电线路组成三相电源、三相负载、三相输电线路组成电路基础知识电路基础知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3030对称三相电路用一相等值电路进行分析对称三相电路用一相等值电路进行分析对称星形电源线电压与相电压关系：对称星形电源线电压与相电压关系：330330330ABABABCBCBCACACUUUUUUUUUUUUaaNbbNccNIIIIII0ABBCCAUUU对称星形负载线电压与相电压关系：对称星形负载线电压与相电压关系：0abcIII电路基础知识电路基础知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3131 功功 率率axaria

21、aaxaruaajIIIIjUUUUaxararaxaaiuaaaaxaxararaaiuaaaIUIUIUagIUQIUIUIUalIUP*)*(Im)sin(*)*(Re)cos(*)sin(3)sin(*3)cos(3)cos(*333ppplcbappplcbaIUIUQQQQIUIUPPPPu 单相功率u 3相功率u 复功率22*QPSIUjQPSu 视在功率Ul线电压 Ip相电流3相对称时)(tan)(cos)sin(*)cos(*11PQSPjSSjQP武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3232架空线路参数架空线路参数电力网络等值参数电力网络等值参数电阻

22、电阻电抗电抗电导电导电纳电纳0/rs0(0.1445lg0.0157 )/jpDxLkmr0Rr l02PgU0Xx l60007.58210/lg/jpbCfCS kmDr0Bb ll线路的长度线路的长度架空线路等值电路架空线路等值电路武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3333变压器基本参数变压器基本参数电阻电阻R电抗电抗X电导电导G电纳电纳B短路损耗短路损耗 ，短路电压，短路电压 ，空载损耗，空载损耗 ，空载电流百分值，空载电流百分值23210 ( )kNTNPURS3(%)10 ( )1003kNTNUUXI330221010FeTNNPPGUU02(%)100

23、NTNISBU高压侧和低压侧变比高压侧和低压侧变比TKkP(%)kU0P0(%)I电力网络等值参数电力网络等值参数已知：已知：武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3434双绕组变压器等值电路双绕组变压器等值电路电力网络等值参数电力网络等值参数武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3535发电机参数及其等值电路发电机参数及其等值电路电力网络等值参数电力网络等值参数（a）发电机对称运行时）发电机对称运行时（b）无阻尼电机短路时）无阻尼电机短路时（c）有阻尼电机短路时）有阻尼电机短路时武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3636总

24、结总结各元件的等值电路分正序、负序、零序等值电路各元件的等值电路分正序、负序、零序等值电路以上介绍都是元件的正序等值电路以上介绍都是元件的正序等值电路通过电力网络元件参数等值电路通过电力网络元件参数等值电路建立电力网络数学模型，进行电力系统潮流计算、短路计算建立电力网络数学模型，进行电力系统潮流计算、短路计算电力网络等值参数电力网络等值参数武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3737电力网络数学模型电力网络数学模型u电力网络中的发电机，线路电力网络中的发电机，线路 变压器用等值电路来表示变压器用等值电路来表示u图中略去了变压器励磁功率图中略去了变压器励磁功率 和线路电容

25、，负荷用阻抗表示和线路电容，负荷用阻抗表示111211121222223124nnnnnnnYYYIVYYYIVVYYYIV通过节点方程得到：通过节点方程得到：电流已知量，电压是待求量电流已知量，电压是待求量YVI电力网络等值参数电力网络等值参数武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3838电力系统电压调整电力系统电压调整系统无功功率平衡影响系统电压系统无功功率平衡影响系统电压电力系统有功功率平衡影响系统频率电力系统有功功率平衡影响系统频率1212()/()/gPR QXVbVgkVkV kkVu调节励磁电流改变发电调节励磁电流改变发电 机机端电压机机端电压Vgu适当选择

26、变比适当选择变比u改变线路参数改变线路参数u改变无功功率的分布改变无功功率的分布电力系统频率调整电力系统频率调整一次调频一次调频二次调频二次调频电力网络等值参数电力网络等值参数频率调整分为：频率调整分为：（通过调发电机的有功出力）（通过调发电机的有功出力）电压调整基本原理：电压调整基本原理：武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部3939引言：u 三相对称时，电力系统电气量可以直接用单相电压、电流相量来分析，在三相不对称时，采用对称分量法来分析。u 三相电路中，对于任一组不对称的三相相量（电流或者电压），可以分解为三组三相对称的相量，即正序、负序、零序。cbaaaaIIIa

27、aaaIII111113122021如电流以A相为基准，021aaaaIIII01 ,2120aaeaoj021bbbbIIII021ccccIIII;,0022121abababIIIaIIaI;,0022211acacccIIIaIIaI三相电路分析方法三相电路分析方法武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部40401aI1bI1cI2aI2bI2cI0aI0bI0cI正序分量负序分量零序分量对称分量示意图电力系统不对称工况举例：u 单相接地、两相短路接地、两相不接地短路u 三相非全相运行：断线、不同期跳/合闸u 电力系统三相参数不对称：变压器参数三相不对称、线路没有均

28、匀换位等（线路参数不对称）u 二次回路断线武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4141Example1:ocoboaUUU120601206006000060021aaoaUUUExample2:ocoboaUUU120601206001515015045021aoaoaUUUExample3:00060cboaUUUoaoaoaUUU020020020021序量计算oooaU035)015(0202Example2Example3负序突变量三相对称时，相电气量等于正序电气量武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4242 一次值一次值/二次值二次值

29、/标幺值标幺值u 对于直流量，往往经过分压或者将直流电流变换位直流电压测量，一般没有统一的边换比例，无所谓一次/二次值；为了与交流量统一，有时候也称一次值/二次值。二次值指接到装置端子上的值，一次值指实际的直流量的值。u 主要针对交流电压/电流区分一次和二次值，一次值，指电力系统PT/CT原边的值，反映电力系统实际的电压电流值；二次值，指经过PT/CT变换后的副边相对较小的电压/电流值，如相电压，额定为57.7V；电流，二次额定值为1A或者5A。武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4343u 标幺值，没有单位，是指电量相对于某一基准值的值；谈到标幺值，一定存在一个基准值

30、。一次值一次值/二次值二次值/标幺值之间的切换标幺值之间的切换u 一次值与二次值之间的切换一次值与二次值之间的切换TVsndfstnUUTAsndfstnIITATVsndfstnnZZTATVsndfstnnPPTATVsndfstnnQQ电压：电流：阻抗：有功功率：无功功率：变比PTnTV变比CTnTA武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4444u 一次值与标幺值之间的切换一次值与标幺值之间的切换标幺值基准值的选取 gnBSSgnBUUBBBUSI3BBBIUZ3fnfBUUBfstpuZZZ/fBfstfpuUUU/BfstpuIII/BfstpuSPP/Bfst

31、puSQQ/BfstpuUUU/武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4545基本作用基本作用在全系统范围内，按指定分区实时检测各种故障和不正常允许在全系统范围内，按指定分区实时检测各种故障和不正常允许状态，快速及时地采取故障隔离或告警措施，以求最大限度的状态，快速及时地采取故障隔离或告警措施，以求最大限度的维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。或减轻设备的损坏。原理原理当电力系统发生短路故障时，电气量相对于正常运行状态要发生当电力系统发生短路故障时，电气量相对于正常运行状态要发生很大

32、变化，利用故障时电气量的变化特征，构成各种原理的继电很大变化，利用故障时电气量的变化特征，构成各种原理的继电保护。保护。故障时电气量的变化故障时电气量的变化电流明显增大电流明显增大电压明显降低电压明显降低电压和电流间相位角发生变化电压和电流间相位角发生变化测量阻抗发生变化测量阻抗发生变化电气元件流入与流出电流的关系发生变化电气元件流入与流出电流的关系发生变化出现负序和零序分量出现负序和零序分量过电流保护过电流保护低电压保护低电压保护方向保护方向保护阻抗保护阻抗保护电流差动保护电流差动保护序分量保护序分量保护电力系统继电保护基本知识电力系统继电保护基本知识武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华

33、电科技有限公司研发部4646简单不对称短路分析简单不对称短路分析发生单相短路时发生单相短路时对于不接地系统，单相短路电流为零对于不接地系统，单相短路电流为零非故障相电压上升为线电压非故障相电压上升为线电压非故障相电压绝对值相等非故障相电压绝对值相等发生两相接地短路发生两相接地短路产生零序、正序、负序分量产生零序、正序、负序分量发生两相短路发生两相短路产生正序、负序、零序分量产生正序、负序、零序分量产生正序、负序分量产生正序、负序分量没有零序分量没有零序分量两相短路电流为正序电流两相短路电流为正序电流 倍倍3故障相电压为非故障相电压一半故障相电压为非故障相电压一半产生负序、零序、正序分量，短路相

34、电流增大产生负序、零序、正序分量，短路相电流增大武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4747输电线路纵差保护输电线路纵差保护纵联保护基本原理纵联保护基本原理当输电线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流为正，两侧保护当输电线路内部任何地点发生故障时，线路两侧电流为正，两侧保护无延时动作跳两侧断路器，即无延时动作跳两侧断路器，即1QF和和2QF跳闸；当输电线路外部短路跳闸；当输电线路外部短路时，两侧电流方向相反，保护不动作时，两侧电流方向相反，保护不动作武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部4848在输电线路两侧用变比相同的电流互感器取出电流在输电线

35、路两侧用变比相同的电流互感器取出电流当互感器一次电流从端流入，二次电流从端流当互感器一次电流从端流入，二次电流从端流出，出，KD为差动电流测量元件为差动电流测量元件MMMTANNNTAIIInIIIn MNIIMN、 、TAn MNII、续基本原理：续基本原理：两侧电流互感器的二次电流两侧电流互感器的二次电流两侧互感器的变比两侧互感器的变比M、N两侧的互感器的激磁电流两侧的互感器的激磁电流MMNrmnTATAMMNTATAIIIINIIInnIINIInn正常运行时，正常运行时，22MNMNIIII0MNII线路内部发生故障时：线路内部发生故障时：武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技

36、有限公司研发部4949输电线路距离保护输电线路距离保护保护测量装置测量的是母线电压和流过该线路的电流保护测量装置测量的是母线电压和流过该线路的电流正常工作时，测量阻抗是负荷阻抗正常工作时，测量阻抗是负荷阻抗故障时，测量阻抗是故障点到母线的阻抗故障时，测量阻抗是故障点到母线的阻抗通过阻抗值，求故障距离通过阻抗值，求故障距离mmmUZI故障时，计算得到的就是故障点到测量母线的线路阻抗故障时，计算得到的就是故障点到测量母线的线路阻抗0mZlZl故障距离故障距离武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5050输电线路自动重合闸输电线路自动重合闸原因原因电力系统发生的故障有很多属于暂

37、时性的，保护动作后故障可立即电力系统发生的故障有很多属于暂时性的，保护动作后故障可立即消除，采用自动重合闸恢复供电消除，采用自动重合闸恢复供电自动重合闸无法判断事故属于暂时性，还是永久性，无法保证自动重合闸自动重合闸无法判断事故属于暂时性，还是永久性，无法保证自动重合闸都成功。都成功。自动重合闸的作用：自动重合闸的作用：u线路发生暂时性故障，迅速恢复供电，提高供电可靠性线路发生暂时性故障，迅速恢复供电，提高供电可靠性u对于双侧高压电源线路，可以提高系统并列运行稳定性对于双侧高压电源线路，可以提高系统并列运行稳定性u可以纠正由于断路器机构不良，或断路器误动作引起的误跳闸可以纠正由于断路器机构不良

38、，或断路器误动作引起的误跳闸u装设自动重合闸装置，可暂缓架设双回路线路以节约投资装设自动重合闸装置，可暂缓架设双回路线路以节约投资武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5151自动重合闸的特点自动重合闸的特点u动作迅速动作迅速u不允许任意多次重合不允许任意多次重合u动作后应能自动复归动作后应能自动复归u手动跳闸时不应重合手动跳闸时不应重合u手动合闸于故障线路时自动重合闸不重合手动合闸于故障线路时自动重合闸不重合u用不对应原则启动用不对应原则启动u能与继电保护动作配合能与继电保护动作配合自动重合闸类型自动重合闸类型三相重合闸三相重合闸单相重合闸单相重合闸综合重合闸综合重合闸

39、武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5252 突变量突变量u 电压/电流变化前后的差值，如果是由故障引起的电压电流突变，也称故障分量；突变量计算：)()(1Nkikii)2()(2Nkikii或者：i1i2i两者持续的时间不一样N：一周波数据点数u 利用突变量或者故障分量分析或者启动可以减小负荷电流的影响；u 录波中，为了减小振荡对突变启动的影响，实际采用如下算式计算瞬时值突变量)2()()()(NkiNkiNkikii录波器录波器 启动判据原理启动判据原理常规启动常规启动武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5353录波器录波器 启动判据原理启动

40、判据原理常规启动常规启动 越限启动越限启动u 高越限启动：电气量超过一定定值启动录波；ZH-3系列录波器高越限启动种类：v 相电压高越限；v 正序电压高越限；v 相电流高越限；v 零序电压高越限；v 自产零序电压高越限；v 负序电压高越限；v 零序电流高越限；v 负序电流高越限；v 自产零序电流高越限；自产零序电压电流：利用三相电压电流计算的得到的零序量；v 频率高越限；v 3次谐波电压高越限；v 直流通道高越限；武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5454装置1装置2iaibic零序电流端子接法CT二次侧cbaaaaIIIaaaaIII111113122021武汉中元

41、华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5555u 低越限启动：电气量低于一定定值启动录波；ZH-3系列录波器低越限启动种类： 录波器录波器 启动判据原理启动判据原理常规启动常规启动 越限启动越限启动v 相电压低越限；v 频率低越限；v 直流通道低越限；v 相电气量、直流通道越限按通道设定；v 序量越限按组设定。越限设定：武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5656 返回系数：（录波）启动元件返回量与动作量之比。返回系数目的：避免电气量在启动定值附近时启动元件频繁启动。UUset0.97UsettUUset1.05Usett高越限返回系数示意图高越限返回系数

42、示意图3 . 10 . 1.fhuk0 . 17 . 0.fhikv 高越限返回系数：v 低越限返回系数： 越限启动相关问题：武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5757录波器启动判据原理录波器启动判据原理常规启动常规启动 突变量启动突变量启动u 电气量突变量超过一定定值启动录波；u ZH-3B/2B嵌入式发变组突变量配置：v 相电压突变；v 零序电压突变；v 相电流突变；v 自产零序电压突变；v 自产零序电流突变；v 零序电流突变；v 直流通道突变；u 电气量突变量启动方式：v 瞬时值突变启动，确定故障点精度高；v 稳态量突变启动，精度高；武汉中元华电科技有限公司研发

43、部武汉中元华电科技有限公司研发部5858故障录波器在电力系统中的应用故障录波器在电力系统中的应用在电网发生故障后除进行事故处理所需要的事故性质、范畴的界定外在电网发生故障后除进行事故处理所需要的事故性质、范畴的界定外很重要的一个环节就是根据故障录波器记录的事故过程中的电网电流、很重要的一个环节就是根据故障录波器记录的事故过程中的电网电流、电压的波形，保护装置在故障时的动作行为，保护装置的整定制，保护电压的波形，保护装置在故障时的动作行为，保护装置的整定制，保护装置的动作原理、逻辑设置，以及保护装置各种元件在故障时的响应因装置的动作原理、逻辑设置，以及保护装置各种元件在故障时的响应因素等原因，系

44、统地判断、分析、评价保护装置的动作行为和性能。这就素等原因，系统地判断、分析、评价保护装置的动作行为和性能。这就需要将断路器、保护装置的动作信息与故障录波器的信息进行有效关联，需要将断路器、保护装置的动作信息与故障录波器的信息进行有效关联，由于故障录波器记录的信息可以实现由于故障录波器记录的信息可以实现IEEE标准电力系统暂态数据交换标准电力系统暂态数据交换通用格式格式的输出，因此，有时对于复杂故障可以利用故障录波器的通用格式格式的输出，因此，有时对于复杂故障可以利用故障录波器的数据文件进行故障回放，以验证保护对电网故障时间的响应行为。数据文件进行故障回放，以验证保护对电网故障时间的响应行为。

45、这种分析将有利于合理评估保护装置在电网故障时的行为，并根据系统这种分析将有利于合理评估保护装置在电网故障时的行为，并根据系统性评价结果，及时调整保护装置的设定指，从而更好地适应系统安全的性评价结果，及时调整保护装置的设定指，从而更好地适应系统安全的需要。需要。作为电网故障或异常情况记录的作为电网故障或异常情况记录的“黑匣子黑匣子”，故障录波器必须完整的记，故障录波器必须完整的记录电网扰动的整个过程，并作为评价保护装置动作性能的主要手段。录电网扰动的整个过程，并作为评价保护装置动作性能的主要手段。武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部5959录波器的主要任务是记录电力系统扰

46、动如短路故障系统振荡、频率录波器的主要任务是记录电力系统扰动如短路故障系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量变化情况、保护装置动作、崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量变化情况、保护装置动作、断路器跳闸情况的分析，评判保护或短路器等设备的动作行为是否符合断路器跳闸情况的分析，评判保护或短路器等设备的动作行为是否符合设计和电网运行的要求。设计和电网运行的要求。故障录波器记录故障后会形成一个故障文件，信息输出分两个环节：故障录波器记录故障后会形成一个故障文件，信息输出分两个环节：其一是简要信息输出，包括故障时间、相别、故障测距结果等，这些其一是简要信息输出，包括故障时间、相别、故障

47、测距结果等，这些信息自动上传信息自动上传其二详细故障波形等待主站调用其二详细故障波形等待主站调用故障录波器的信息接入：故障录波器的信息接入：u模拟量信息模拟量信息u断路器分相跳闸信息断路器分相跳闸信息u保护出口动作信息保护出口动作信息u保护通道信息保护通道信息u保护设备异常信息保护设备异常信息电压电流信号（通过电压电流信号（通过TA，TV变换）（直流输电线路）变换）（直流输电线路）开关信号开关信号武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部6060单端法单端法 测量故障产生的行波在故障点及母线之间往返一趟的时间来计算测量故障产生的行波在故障点及母线之间往返一趟的时间来计算故障距

48、离故障距离双端法双端法 利用故障行波到达线路两端的时间差测距利用故障行波到达线路两端的时间差测距行波测距分析方法行波测距分析方法线路上发生故障后，在故障点会产生向线路两端传播的暂态形波线路上发生故障后，在故障点会产生向线路两端传播的暂态形波暂态形波在母线及故障点产生反射和透射，当暂态形波到达检测暂态形波在母线及故障点产生反射和透射，当暂态形波到达检测母线时会产生突变母线时会产生突变暂态形波在线路上有固定的传播速度，根据形波在线路上的传播暂态形波在线路上有固定的传播速度，根据形波在线路上的传播时间和传播速递，可得到故障点与检测母线之间的距离时间和传播速递，可得到故障点与检测母线之间的距离武汉中元

49、华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部6161电压互感器和电流互感器接在电压互感器和电流互感器接在发电机和变压器的出现端，互感器发电机和变压器的出现端，互感器的二次侧信号再接入录波器模拟量的二次侧信号再接入录波器模拟量信号端子信号端子用于监测发电机和变压器的电压和电流用于监测发电机和变压器的电压和电流当变压器和发电机内部故障时，检测当变压器和发电机内部故障时，检测到的发电机和变压器电压电流会变化到的发电机和变压器电压电流会变化电压电流的变化，达到启动定值，就启动录波电压电流的变化，达到启动定值，就启动录波录波器模拟信号的接入录波器模拟信号的接入武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中

50、元华电科技有限公司研发部6262W-母线母线 T1，T2变压器变压器 QF断路器断路器 L电抗器电抗器WL馈电线馈电线 CS同步调相机同步调相机 TV电压互感器电压互感器 TA电流互感器电流互感器变电所主接线图变电所主接线图图中电压互感器接在母线上图中电压互感器接在母线上电流互感器接在输电线路上，电压电流互感器接在输电线路上，电压互感器和电流互感器的二次侧再互感器和电流互感器的二次侧再接向录波器接向录波器此时用于监测线路电压和电流此时用于监测线路电压和电流录波器模拟信号的接入录波器模拟信号的接入武汉中元华电科技有限公司研发部武汉中元华电科技有限公司研发部6363参考书参考书：电力系统工程基础电