第一章繼電保護、自動裝置對電力系統起到保護和安全控制的作用，因此首先應明確所要保護和控制物件的相關情況，涉及的內容包括：電力系統的構成，電力系統中性點接地方式及其特點，電力系統短路電流計算及其相關概念。這是學習繼電保護、自動裝置等本書內容的基礎。
>>第一節電力系統基本概念
一、電力系統構成
電力系統是由發電廠、變電站(所)、送電線路、配電線路、電力使用者組成的整體。其中，聯絡發電廠與使用者的中間環節稱為電力網，主要由送電線路、變電所、配電所和配電線路組成，如圖1-1中的虛框所示。電力系統和動力裝置組成了動力系統，動力裝置包括鍋爐、汽輪機、水輪機等。
在電力系統中，各種電氣裝置多是三相的，且三相系統基本上呈現或設計為對稱形式，所以可以將三相電力系統用單相圖表述。動力系統、電力系統及電力網之間的關係示意圖如圖1-l所示。
圖1-1 動力系統、電力系統及電力網示意圖
需要指出的是，為了保證電力系統一次電力設施的正常執行，還需要配置繼電保護、自動裝置、計量裝置、通訊和電網排程自動化設施等。
電力系統主要組成部分和電氣裝置的作用如下。
(1)發電廠。發電廠是把各種天然能源轉換成電能的工廠。天然能源也稱為一次能源，例如煤炭、石油、天然氣、水力、風力、太陽能等，根據發電廠使用的一次能源不同，發電廠分為火力發電廠(一次能源為煤炭、石油或天然氣)、水力發屯廠、風力發電廠等。
(2)變電站(所)。變電站是電力系統中聯絡發電廠與使用者的中間環節，具有匯集電能和分配電能、變換電壓和交換功率等功能，是乙個裝有多種電氣裝置的場所。根據在電力系統中所起的作用，可分為公升壓變電站和降壓變電站；根據裝置安裝位置，可分為戶外變電站、戶內變電站、半戶外變電站和地下變電站。
變電站內一次電氣裝置主要有變壓器、斷路器、隔離開關、避雷器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、負荷開關等。變電站內還配備有繼電保護和自動裝置、測量儀表、自動控制系統及遠動通訊裝置等。
(3)輸電網。輸電網是通過高壓、超高壓輸電線將發電廠與變電站、變電站與變電站連線起來，完成電能傳輸的電力網路，又稱為電力網中的主網架。
(4)配電網。配電網是從輸電網或地區發電廠接受電能，通過配電設施將電能分配給使用者的電力網。配電設施包括配電線路、配電變壓器、配電裝置等。
配電網按照電壓等級，可分為高壓配電網、中壓配電網和低壓配電網；按照地域服務物件，可分為城市配電網和農村配電網；按照配電線路型別，可分為架空配電網和電纜配電網。
我國配電網電壓等級劃分為，高壓配電網電壓：35kv、66ky、110kv；中壓配電網電壓：10(20)kv；低壓配電網電壓：380／220v。
(5)負荷。電力負荷是使用者的用電裝置或用電單位總體所消耗的功率，可以表示為功率(kw)、容量(kva)或電流(a)。發電廠對外供電所承擔的負荷的總和稱為供電負荷，包括這一時刻用電負荷(使用者在某一時刻對電力系統的功率需求)以及能量在傳輸過程中的功率損失(網損)。
(6)變壓器。變壓器利用電磁感應原理，把一種交流電壓和電流轉換成相同頻率的另一種或幾種交流電壓和電流。在電力系統中，由於傳輸電能和使用者用電的需要，無論是發電廠還是變電站，都可以看到各種型式和不同容量的電力變壓器。
(7)斷路器。斷路器是一種開關裝置，既能關合、承載、開斷執行迴路的負荷電流，又能關合、承載、開斷短路等異常電流。斷路器的形式較多，結構也不盡相同，但從原理上看，均由動觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動機構、絕緣支架等構成。
(8)隔離開關。隔離開關是將電氣裝置與電源進行電氣隔離或連線的裝置，因為沒有特殊的滅弧裝置，一般只能在無負荷電流的情況下進行分、合操作，與斷路器配合使用。隔離開關由導電迴路、絕緣支架、作業系統及底座支架等組成。
(9)負荷開關。負荷開關是另一種開關裝置，既能關合、承載、開斷執行線路的正常電流(包括規定的過載電流)，並能關合、承載短路等異常電流，但不能開斷短路故障電流。負荷開關可以看成是斷路器功能的簡化，或隔離開關功能的延伸。
負荷開關由滅弧裝置、操動機構和絕緣支架等組成。
(10)主接線。主接線是以電源和引出線為基本環節，以母線為中間環節構成的電能通路。變電站主接線將變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線等一次電氣裝置，按照一定的順序連線，實現匯集和分配電能，按有無匯流母線分為有母線接線和無母線接線兩大類。
變電站主接線圖一般用單線圖表示。
(11)互感器。互感器有電流互感器(ta)和電壓互感器(tv)。電流互感器是—種變流裝置，將交流一次側大電流轉換成二次電流，供給測量、保護等二次裝置使用，一般二次額定電流為5a或1a；電壓互感器是—種變壓裝置，將交流一交側高電壓轉換成二次電壓，供給控制、測量、保護等二次裝置使用，—般二次額定的相電壓為100/v。
二、電力系統中性點執行方式
電力系統中性點執行方式即中性點接地方式，是指電力系統中發電機或變壓器的中性點的接地方式，是一種工作接地。目前，我國電力系統中性點接地方式分為中性點直接接地與非直接接地兩大類，具體有；中性點不接地、經電阻接地、經電抗接地、經消弧線圈接地和直接接地等。
1．中性點直接接地方式
中性點直接接地是指電力系統中至少有乙個中性點直接與接地設施相連線，如圖1-2中的n點接地，通常應用於500kv、330kv、220kv、110kv電網。
中性點直接接地系統保持接地中性點零電位，發生單相接地故障時如圖1-2所示，非故障相對地電壓數值變化較小。由於高壓、尤其是超高壓電力變壓器中性點的絕緣水平、電氣裝置的絕緣水平都相對較低，採用中性點直接接地方式，對保證變壓器及其電氣裝置的安全尤其重要。但由於中性點直接接地，與短路點構成直接短路通路，故障相電流很大，造成接於故障相的電氣裝置過電流。
為此，需要通過繼電保護和斷路器動作，切斷短路電流。
2．中性點不接地方式
中性點不接地系統指電力系統中性點不接地。中性點不接地系統發生單相接地故障時如圖1-3所示，中性點電壓發生位移，但是三相之間的線電壓仍然對稱，且數值不變；由於沒有直接的短路通路，接地故障電流由線路和裝置對地分布電容迴路提供，是容性電流，通常數值不大，一般不需要立即停電，可以帶故障執行一段時間(一般不超過2h)；但非故障相對地電壓公升高，數值最大為額定相電壓的倍，因此用電裝置的絕緣水平需要按線電壓考慮。中性點不接地方式具有跳閘次數少的優點，因此普遍應用於接地電容電流不大的系統，例如66kv、35kv電網。
「一低兩高三不變」
當中性點不接地系統發生一相接地情況時,該相的對地電壓變低,甚至為零,此為一低;此時其它兩相的對地電壓公升高,最大可為系統線電壓.此為兩高;由於中性點沒有接地,此時接地相沒有形成電流通路,接地時三相對地電流基本不變(先前有每相的對地電容電流,一般很小)當為三不變了.正因如此,線電壓是肯定不變的了。
3．中性點經消弧線圈接地方式
當電網的電容電流不大時，單相接地故障點的電弧可以自行熄滅；如果電容電流較大，接地故障點的電弧不會自行熄滅，並且產生間歇性電弧，引起過電壓，可能導致絕緣損壞，使故障擴大。因目前，10kv電網採用的中性點接地低值電阻一般為10ω。
對於6kv和10kv主要由架空線構成的系統，單相接地故障電流較小時(接地故障電流小於10a)，為了防止諧振、間歇性電弧接地過電壓等對裝置的損害，可以採用中性點經高值電阻接地。此時發生單相接地故障時，不立即跳閘，可執行一段時間。
>> 第二節電力系統短路故障
一、短路的一般概念
電力系統應該正常不間斷地供電，保證使用者生產和生活的正常進行。但是當發生短路故障時，可能破壞電力系統正常執行，從而影響使用者的生產和生活。
「短路」是指電力系統中相與相之間或相與地之間，通過電弧或其他較小阻抗形成的一種非正常連線。電力系統中發生短路的原因有多種，歸納如下：
1)電氣裝置絕緣損壞。其原因有設計不合理、安裝不合格、維護不當等，還有外界原因如架空線斷線、倒桿及挖溝時損壞電纜、雷擊或過電壓等。
2)執行人員誤操作。如帶負荷拉合隔離開關(刀閘)、帶地線合閘、誤將帶地線的裝置投入等。
3)其他原因。如鳥獸跨接導體造成短路等。
電力系統短路的基本型別有：三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路等。各種短路故障示意圖和代表符號如表1-1所示，其中三相短路為對稱短路，其他為不對稱短路。
執行經驗和統計資料表明，電力系統中各種短路故障發生的機率是不同的，其中發生三相短路的機率最少，發生單相接地短路的機率最大。
在實際工程問題中，經常需要計算短路電流，計算中涉及到如下概念：
(1)無限大容量系統。無限大容量電力系統指，容量相對於被供電系統容量大得多的電力系統，其特徵是，當被供電系統中負荷變動甚至發生短路故障，電力系統母線電壓及頻率基本維持不變。一般，電力系統等值電源阻抗不超過短路電路阻抗的5％～10％，或電力系統容量超過被供電系統容量50倍時，可視為無限大容量電力系統，簡稱無限大系統或無窮大系統。
實際應用中對11okv配電網，可將供電變壓器看作無窮大系統對11okv配電網供電。
(2)短路電流週期分量。電力系統發生短路故障時，與正常負荷狀態相比，供電迴路的阻抗大為減小，因此出現數值很大的短路電流。顯然，短路電流的大小由電源電壓和短路迴路阻抗決定，電源電壓是正弦週期分量，與之對應，產生的是短路電流中的週期分量。
在計算中，通常求取的就是這個短路電流週期分量，即在非週期分量衰減完畢後的穩態短路電流。
(3)短路電流非週期分量。電力系統正常執行時，線路和裝置上流過負荷電流，當發生短路時，在短路迴路中將流過短路電流。由於短路迴路存在電感，導致電流不能突變，因此，在電流變化的過渡過程中，將出現乙個隨時間衰減的非週期分量電流，即短路電流中的非週期分量。
(4)短路衝擊電流。短路全電流中的最大瞬時值稱為短路衝擊電流，其數值約為短路電流週期分量的1.8倍。
二、三相對稱短路
在電力系統的各種短路故障中，雖然三相短路發生的機率最小，但其對電力系統的影響和危害最大。無窮大系統發生三相短路示意圖如圖1-9所示。
三相短路時，三相仍然對稱，三相的短路迴路完全相同，短路電流相等，相位互差120o因此只計算一相即可。根據電路計算原理，採用有名值計算三相短路電流週期分量如下：
1-1）
式中——三相短路電流週期分量有效值；
——等值電源線電動勢，實際計算時可採用平均額定電壓；
電力系統基礎知識問答
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電力系統繼電保護基礎知識
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