《电力工程基础(第3版)》孙丽华-第6章.ppt
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1、电力工程基础电力工程基础第第6章章 电力系统继电保护基础电力系统继电保护基础制作制作 孙丽华孙丽华 第第6章章 电力系统继电保护基础电力系统继电保护基础n6.4 电网的接地保护电网的接地保护 n6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识n6.3 电网相间短路的电流保护电网相间短路的电流保护n6.5 电力变压器的保护电力变压器的保护n6.6 电动机保护电动机保护n6.2 常用保护继电器常用保护继电器n6.7 微机保护简介微机保护简介河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院22022-7-15 6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统电力系统
2、继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种反事故自动装置。断路器跳闸或发出信号的一种反事故自动装置。 一、继电保护的作用一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除,使其他非故障部分迅速恢复正常运行。切除,使其他非故障部分迅速恢复正常运行。能正确反应电气设备的不正常运行状态,并根据能正确反应电气设备的不正常运行状态,并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务是:它的基本任务是:河北科
3、技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院32022-7-15 二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理图图6-1 继电保护装置组成方框图继电保护装置组成方框图测量部分:测量部分:从被保护对象输入有关信号,并与给定的从被保护对象输入有关信号,并与给定的整定值进行比较,决定保护是否动作;整定值进行比较,决定保护是否动作;逻辑部分:逻辑部分:根据测量部分各输出量的大小、性质、输根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合,进行逻辑判出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合,进行逻辑判断,以确定保护装置是否应该动作;断,以确定保护装置是否应该动作;执行部分:执行部分:根据
4、逻辑部分做出的判断,执行保护装置根据逻辑部分做出的判断,执行保护装置所担负的任务(跳闸或发信号)。所担负的任务(跳闸或发信号)。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院42022-7-15 保护装置有可分为以下几类:保护装置有可分为以下几类:主保护:主保护:指满足系统稳定和设备安全要求,能以指满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择地切除被保护元件故障的保护。最快速度有选择地切除被保护元件故障的保护。后备保护:后备保护:指当主保护或断路器拒动时,用来切指当主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护。除故障的保护。l近后备:近后备:当主保护拒动时,由本元件的另一套保当主保护拒动时,由
5、本元件的另一套保护来实现后备。护来实现后备。l远后备:远后备:当主保护或断路器拒动时,由上一级相当主保护或断路器拒动时,由上一级相邻元件的保护来实现后备。邻元件的保护来实现后备。辅助保护:辅助保护:是为补充主保护和后备保护的性能而是为补充主保护和后备保护的性能而增设的简单保护。增设的简单保护。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院52022-7-15 三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求u选择性:选择性:应使离故障元件最近的保护装置动作,应使离故障元件最近的保护装置动作,保证非故障部分继续运行。保证非故障部分继续运行。图图6-2 电力系统继电保护选择性说明图电力系统继电
6、保护选择性说明图u 速动性:速动性:继电保护装置应以尽可能快的速度将继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。故障元件从电网中切除。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院62022-7-15 u灵敏性:灵敏性:指保护装置对其保护范围内的故障或不指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。用灵敏系数正常运行状态的反映能力。用灵敏系数Ks来衡量。来衡量。 过电流保护:过电流保护:低电压保护:低电压保护:u 可靠性:可靠性:指保护装置该指保护装置该动动时不时不能能拒动;不该拒动;不该动动时时不不能能误动。误动。opkIIKmin.s保护动作的整定值的最小值保护区内
7、故障时反应量max.skopUUK的最大值保护区内故障时反应量保护动作的整定值河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院72022-7-15 6.2 常用保护继电器常用保护继电器 一、保护一、保护继电器继电器的分类的分类按其反应物理量分:电流继电器、电压继电器、功按其反应物理量分:电流继电器、电压继电器、功率继电器、气体继电器等;率继电器、气体继电器等;按其在保护装置中的功能分:起动继电器、时间继按其在保护装置中的功能分:起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等;电器、信号继电器和中间继电器等;按其组成元件分:机电型、电子型和微机型等。按其组成元件分:机电型、电子型和微机型等。机
8、电型:电磁式、感应式等;机电型:电磁式、感应式等;电子型继电器(静态继电器):包括晶体管型和电子型继电器(静态继电器):包括晶体管型和集成电路型两类。集成电路型两类。优点:优点:动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性、寿命长。动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性、寿命长。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院82022-7-15 微机型继电器(数字式继电器):以微处理器微机型继电器(数字式继电器):以微处理器为核心组成的新型继电保护装置。为核心组成的新型继电保护装置。 优点:优点:保护性能好、可靠性高、灵活性大、调试维护方便。保护性能好、可靠性高、灵活性大、调试维护方
9、便。 二、电磁型二、电磁型继电器继电器(DL型)型)1. 电磁型电流继电器(电磁型电流继电器(KA)u 结构:由电磁铁、可动衔铁、线圈、触点和反作结构:由电磁铁、可动衔铁、线圈、触点和反作用弹簧等元件组成,如用弹簧等元件组成,如图图6-3所示。所示。 u工作原理:当在继电器线圈中通入电流时,电磁工作原理:当在继电器线圈中通入电流时,电磁铁产生的电磁力矩克服弹簧的反作用力矩,钢舌片铁产生的电磁力矩克服弹簧的反作用力矩,钢舌片转动,带动动触点转动,带动动触点5和静触点和静触点4接触,使常开触点闭接触,使常开触点闭合,继电器动作。合,继电器动作。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院920
10、22-7-15 图图6-3 电磁式电流继电器结构图电磁式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3钢舌片钢舌片 4静触点静触点 5动触点动触点 6起动电流调节转杆起动电流调节转杆7标度盘(铭牌)标度盘(铭牌) 8轴承轴承 9反作用弹簧反作用弹簧 10转轴转轴河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院102022-7-15 动作电流:动作电流:能使继电器产生动作的最小电流,称为能使继电器产生动作的最小电流,称为继电器的动作电流,用继电器的动作电流,用Iop.K表示。表示。返回电流:返回电流:能使继电器返回到原始位置的最大电流,能使继电器返回到原始位置的最大电流,称为继电器的返回电流,用
11、称为继电器的返回电流,用Ire.K表示。表示。返回系数:返回系数:继电器的返回电流与动作电流的比值,继电器的返回电流与动作电流的比值,用用Kre表示,即表示,即 KopKrereIIK.说明:说明:过电流继电器的返回系数过电流继电器的返回系数Kre Iop.3 Iop.5,t1 t3 t5Iop.6 Iop.4 Iop.2,t6 t4 t2方向电流保护必须采用方向电流保护必须采用按相起动按相起动接线方式。接线方式。按相起动:按相起动:只有当同一相的功率方向元件和电流元件同时只有当同一相的功率方向元件和电流元件同时起动时,保护才能动作跳闸。起动时,保护才能动作跳闸。河北科技大学电气工程学院河北科
12、技大学电气工程学院452022-7-15 6.4 电网的接地保护电网的接地保护 采用完全星形接线的相间电流电压保护采用完全星形接线的相间电流电压保护灵敏灵敏度常常不能满足要求;度常常不能满足要求;装设专门的接地短路保护装设专门的接地短路保护反映零序电流、零反映零序电流、零序电压和零序功率的保护。序电压和零序功率的保护。一、大接地电流系统的接地保护一、大接地电流系统的接地保护1.大电流接地系统单相接地时零序分量的分布特点大电流接地系统单相接地时零序分量的分布特点 故障点的零序电压最高,离故障点越远,零序电压故障点的零序电压最高,离故障点越远,零序电压越低。越低。零序电流的分布与中性点接地的位置和
13、数目有关。零序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院462022-7-15 在故障线路上,零序功率的方向是由线路指向母在故障线路上,零序功率的方向是由线路指向母线(与正序功率相反),因此,零序功率方向继电线(与正序功率相反),因此,零序功率方向继电器都是在负值零序功率下动作的。器都是在负值零序功率下动作的。 2. 零序分量的获取方法零序分量的获取方法n零序电流的获取零序电流的获取图图6-23 零序电流的获取零序电流的获取a)零序电流滤过器)零序电流滤过器 b)零序电流互感器)零序电流互感器架空线路:用架空线路:用零序电流滤过器。零序电流滤过器
14、。电缆线路:用电缆线路:用零序电流互感器。零序电流互感器。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院472022-7-15 n零序电压的获取:通过电压互感器获得零序电压的获取:通过电压互感器获得 。将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组来获取。形绕组来获取。图图6-24 零序电压互感器零序电压互感器 a)三单相式)三单相式 b)三相五柱式)三相五柱式从三相从三相五柱式电五柱式电压互感器压互感器二次侧的二次侧的开口三角开口三角形绕组来形绕组来获取。获取。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院482022-7-15 3. 大接地
15、电流系统的零序电流保护大接地电流系统的零序电流保护三段式三段式零序电流保护零序电流保护图图6-25 三段式零序电流保护原理接线图三段式零序电流保护原理接线图河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院492022-7-15 二、小接地电流系统的接地保护二、小接地电流系统的接地保护1.中性点不接地系统单相接地时电容电流的分布中性点不接地系统单相接地时电容电流的分布图图6-26 中性点不接地系统单相接地时电容电流的分布中性点不接地系统单相接地时电容电流的分布n中性点不接地系统的接地保护中性点不接地系统的接地保护河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院502022-7-15 由由图图6-
16、26可知,电容电流分布的特点如下:可知,电容电流分布的特点如下:发生单相接地,全系统都会出现零序电压。发生单相接地,全系统都会出现零序电压。非故障线路的非故障线路的C相对地电容电流为零,只有相对地电容电流为零,只有A相和相和B相有电容电流;而故障线路的相有电容电流;而故障线路的C相对地电容电流不相对地电容电流不为零。为零。 非故障线路的零序电流为该线路本身对地的电容电非故障线路的零序电流为该线路本身对地的电容电流,其方向由母线指向线路。流,其方向由母线指向线路。对故障线路对故障线路WL3始端所反应的零序电流为:始端所反应的零序电流为:2133213)(CCCCCCCCIIIIIIII上式说明,
17、故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电上式说明,故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电流之和,其方向是从由线路流向母线。流之和,其方向是从由线路流向母线。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院512022-7-15 2. 中性点不接地系统单相接地故障的保护方式中性点不接地系统单相接地故障的保护方式v绝缘监视装置:绝缘监视装置:利用母线电压互感器二次侧开口利用母线电压互感器二次侧开口三角形端子上零序电压来起动过电压继电器,动作三角形端子上零序电压来起动过电压继电器,动作于信号。于信号。特点:特点:保护比较简单,但保护比较简单,但给出的信号没有选择性。给出的信号没有选择性。图图6-2
18、7 绝缘监察装置接线图绝缘监察装置接线图 可采可采“顺序拉闸法顺序拉闸法”来寻找故障线路。来寻找故障线路。 缺点:缺点:只能判明接地故障只能判明接地故障的相别,不能判明是哪条的相别,不能判明是哪条线路故障。线路故障。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院522022-7-15 v零序电流保护:零序电流保护:根据故障线路零序电流大于非故根据故障线路零序电流大于非故障线路零序电流这一特点,可以构成有选择性的零障线路零序电流这一特点,可以构成有选择性的零序电流保护,并可动作于信号或跳闸。序电流保护,并可动作于信号或跳闸。架空线路:架空线路: iCdsqrelKopKIIKI.动作电流动作电
19、流电缆线路:电缆线路:iCrelKopKIKI.灵敏度校验灵敏度校验: KopiCCIKIIK.S1.5(架空线路)(架空线路)1.25(电缆线路)(电缆线路)河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院532022-7-15 v方向零序保护:方向零序保护:利用故障线路和非故障线路的保护利用故障线路和非故障线路的保护安装处零序功率方向相反的特点来实现有选择性的保安装处零序功率方向相反的特点来实现有选择性的保护,动作于信号或跳闸。护,动作于信号或跳闸。n中性点经消弧线圈接地系统的接地保护中性点经消弧线圈接地系统的接地保护发生单相接地故障时,全系统也会出现零序电压和发生单相接地故障时,全系统也
20、会出现零序电压和零序电流;零序电流;过补偿时,故障线路与非故障线路的零序电流数值过补偿时,故障线路与非故障线路的零序电流数值差别不大,方向一样(都是由母线流向线路),因差别不大,方向一样(都是由母线流向线路),因此要实现有选择性的保护是很困难的;此要实现有选择性的保护是很困难的;保护方案:采用无选择性的绝缘监察装置。保护方案:采用无选择性的绝缘监察装置。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院542022-7-15 6.5 电力变压器的保护电力变压器的保护一、电力变压器的故障类型和应装设的保护一、电力变压器的故障类型和应装设的保护n故障类型故障类型内部故障内部故障绕组的匝间短路绕组的匝
21、间短路绕组的相间短路绕组的相间短路单相接地短路单相接地短路外部故障外部故障相间短路相间短路单相接地短路单相接地短路异常运行状态异常运行状态变压器过负荷变压器过负荷外部短路引起的过电流外部短路引起的过电流油箱漏油引起的油面过低油箱漏油引起的油面过低外部接地故障引起的中性点过电压外部接地故障引起的中性点过电压变压器油温升高变压器油温升高河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院552022-7-15 n应装设的保护应装设的保护主保护主保护瓦斯保护瓦斯保护轻瓦斯轻瓦斯动作于信号动作于信号重瓦斯重瓦斯动作于跳闸动作于跳闸纵联差动保护或电流速断保护纵联差动保护或电流速断保护后备保护后备保护辅助保护
22、辅助保护过电流保护过电流保护复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护负序过电流保护负序过电流保护单相接地保护单相接地保护过负荷保护过负荷保护过励磁保护过励磁保护温度保护温度保护河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院562022-7-15 二、瓦斯保护二、瓦斯保护n瓦斯继电器的结构和工作原理瓦斯继电器的结构和工作原理一对触点在变压器油箱内一对触点在变压器油箱内发生轻微故障时动作,作发生轻微故障时动作,作用于信号用于信号轻瓦斯动作;轻瓦斯动作;另一对触点在变压器油箱另一对触点在变压器油箱内发生严重故障时动作,内发生严重故障时动作,作用于
23、跳闸作用于跳闸重瓦斯动重瓦斯动作。作。 瓦斯继电器有两对灵瓦斯继电器有两对灵敏的触点:敏的触点:图图6-28 瓦斯继电器安装示意图瓦斯继电器安装示意图1变压器油箱变压器油箱 2连接管连接管3瓦斯继电器瓦斯继电器 4油枕油枕河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院572022-7-15 图图6-29 FJ3-80型瓦斯继电器的结构示意图型瓦斯继电器的结构示意图1盖盖 2容器容器 3上油杯上油杯 4永久磁铁永久磁铁 5上动触点上动触点6上静触点上静触点 7下油杯下油杯 8永久磁铁永久磁铁 9下动触点下动触点 10下静触点下静触点 11支架支架 12下油杯平衡锤下油杯平衡锤 13下油杯转轴下
24、油杯转轴 14挡板挡板 15上油杯平衡锤上油杯平衡锤 16上油杯转轴上油杯转轴 17放气阀放气阀 18接线盒接线盒正常运行:正常运行:上、下触点均上、下触点均断开。断开。油箱内部发生轻微故障:油箱内部发生轻微故障:上触点合,发出信号上触点合,发出信号轻轻瓦斯动作。瓦斯动作。油箱内部发生严重故障:油箱内部发生严重故障:下触点闭合,发出跳闸脉下触点闭合,发出跳闸脉冲冲重瓦斯动作。重瓦斯动作。变压器漏油使油面降低:变压器漏油使油面降低:首先是上触点闭合发出报警首先是上触点闭合发出报警信号,然后下触点闭合发出信号,然后下触点闭合发出跳闸脉冲。跳闸脉冲。河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院5
25、82022-7-15 n变压器瓦斯保护的接线图变压器瓦斯保护的接线图图图6-30 瓦斯保护原理接线图瓦斯保护原理接线图注意:注意:由于重瓦斯保护是靠油流的冲击而动作的,而油流速度由于重瓦斯保护是靠油流的冲击而动作的,而油流速度的不稳定可能造成触点的抖动,为使断路器能可靠跳闸,出口的不稳定可能造成触点的抖动,为使断路器能可靠跳闸,出口中间继电器中间继电器KM必须有必须有自保持回路自保持回路。 河北科技大学电气工程学院河北科技大学电气工程学院592022-7-15 F优点:优点:动作迅速、灵敏度高、能反应油箱内部发动作迅速、灵敏度高、能反应油箱内部发生的各种故障。生的各种故障。F缺点:缺点:不能反
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