第6章--电力系统继电保护-《电力工程基础(第2版)》课件.ppt
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1、电力工程基础第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护2/19/20231第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护n6.1 继电保护的基本知识n6.2 常用保护继电器n6.3 线路的电流电压保护n6.4 电网的方向电流保护 n6.5 输电线路的接地保护n6.6 距离保护简介n6.7 电力变压器的保护n6.8 电动机保护n6.9 电力电容器的保护n6.10 微机保护简介2/19/202326.1 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中电气元电力系统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,并动作于断路器跳闸或发出件发生故障
2、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自动装置。信号的一种自动装置。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切除,使自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除,使非故障部分迅速恢复正常运行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,并根据要求发出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。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:2/19/20233测量部分:测量部分:从被保护对象输入有关信号,并与给定的整定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
3、是否动作;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、输出的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,进行逻辑判断,以确逻辑状态、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;定保护装置是否应该动作;执行部分:执行部分:根据逻辑部分做出的判断,执行保护装置所担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)。负的任务(跳闸或发信号)。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2/19/20234u灵敏性:灵敏性:指保护装置对其保护
4、范围内的故障或不正常运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。行状态的反映能力。保护装置的灵敏性,通常用灵敏系数保护装置的灵敏性,通常用灵敏系数Ks来衡量。来衡量。对于反应故障时参数量增加的保护(如过电流保护):对于反应故障时参数量增加的保护(如过电流保护):对于反应故障时参数量降低的保护(如低电压保护):对于反应故障时参数量降低的保护(如低电压保护):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;不该动动时不时不能能误误动。动。2/19/20236 一、一、电磁型继电器(电磁型继电器(DL型)型)1电磁型电流继电器电磁型电流继电器u 结构:如图结
5、构:如图6-3所示。所示。u工作原理:当在继电器线圈中工作原理:当在继电器线圈中通入电流通入电流IK时,电磁铁产生的电时,电磁铁产生的电磁转矩磁转矩Fem为:为:当当Mem克服弹簧的反作用转克服弹簧的反作用转矩矩Msp和摩擦转矩和摩擦转矩Mfr时,继电时,继电器动作。器动作。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6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2/19/20237因此,欲使继电器动作的
6、必要条件是:因此,欲使继电器动作的必要条件是:MemMsp+Mfr 动作电流:动作电流:能使继电器产生动作的最小电流,称为继电器能使继电器产生动作的最小电流,称为继电器的动作电流,用的动作电流,用Iop.K表示。表示。调整继电器动作电流的方法有:调整继电器动作电流的方法有:改变继电器线圈匝数改变继电器线圈匝数NK(级进调节);(级进调节);调节反作用弹簧的松紧,即调节调节反作用弹簧的松紧,即调节Msp(平滑调节);(平滑调节);调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度,即调节调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度,即调节Rm。2/19/202382电磁型电压继电器电磁型电压继电器其结构和原理与电磁型电流继电器相
7、似,在供配电系统其结构和原理与电磁型电流继电器相似,在供配电系统中多用低电压(欠电压)继电器。中多用低电压(欠电压)继电器。动作电压:动作电压:能使继电器产生动作的最高电压,称为继电器能使继电器产生动作的最高电压,称为继电器的动作电压,用的动作电压,用Uop.K表示。表示。返回电压:返回电压:能使继电器返回到原始位置的最低电压,称为能使继电器返回到原始位置的最低电压,称为继电器的返回电压,用继电器的返回电压,用Ure.K表示。表示。返回系数:返回系数:是指继电器的返回电压与动作电压的比值。是指继电器的返回电压与动作电压的比值。说明:说明:低电压继电器的返回系数低电压继电器的返回系数Kre1,一
8、般要求不大于,一般要求不大于1.25。2/19/2023104.电磁型中间继电器作用电磁型中间继电器作用:5.信号继电器的作用:用于各保护装置回路中,作为保护动信号继电器的作用:用于各保护装置回路中,作为保护动作的指示信号,以提醒运行人员注意。作的指示信号,以提醒运行人员注意。为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量;为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量;使触点闭合或断开时带有不大的延时使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8s);通过继电器的自保持,以适应保护装置的需要。通过继电器的自保持,以适应保护装置的需要。3电磁型时间继电器作用:使保护装置获得一定的延时,电磁型时间继电器
9、作用:使保护装置获得一定的延时,以保证保护装置动作的选择性。以保证保护装置动作的选择性。2/19/202311u工作原理:当在继电器线圈中通入电流工作原理:当在继电器线圈中通入电流 时,在铁心中产时,在铁心中产生主磁通生主磁通 (分为(分为 和和 ),),在短路环中产生感应电流在短路环中产生感应电流 ,它又产生磁通,它又产生磁通 ,因此,因此有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为:有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为:无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为:无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为:在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产生涡流 ,二者产生电磁力,二者产生电磁力 ;在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产
10、生涡流 ,二者产生电磁力,二者产生电磁力 。因此,铝盘受到的合成电磁力为:因此,铝盘受到的合成电磁力为:则电磁转矩则电磁转矩 。2/19/202313电磁系统的速断电流:电磁系统的速断电流:指当通入继电器线圈的电流大到整指当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时,未等感应系统动作,衔铁右端瞬时被吸定值的某个倍数时,未等感应系统动作,衔铁右端瞬时被吸下,接点立即闭合。下,接点立即闭合。u 时限特性:如图时限特性:如图6-5所示。所示。ab段段“反时限特性反时限特性”(此时继电器铁心尚未饱和);(此时继电器铁心尚未饱和);bc段段“定时限定时限”(铁心(铁心已达到饱和);已达到饱和);de段段
11、“速断特性速断特性”。图图6-5 感应型电流继电器的动作特性曲线感应型电流继电器的动作特性曲线说明:说明:“速断电流倍数速断电流倍数”是速断电流与感应元件动作电流之比。是速断电流与感应元件动作电流之比。2/19/202315u 动作电流与动作时限调节方法动作电流与动作时限调节方法感应系统的动作电流调节:感应系统的动作电流调节:改变线圈的匝数(级进调节);改变线圈的匝数(级进调节);改变弹簧的拉力(平滑调节)。改变弹簧的拉力(平滑调节)。电磁系统动作电流调节:电磁系统动作电流调节:改变衔铁与电磁铁之间的气隙。改变衔铁与电磁铁之间的气隙。感应系统的动作时限:感应系统的动作时限:改变扇形齿轮顶杆行程
12、的起点,使动改变扇形齿轮顶杆行程的起点,使动作特性上下移动。作特性上下移动。动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整(整(2,2.5,34.5,5,69,10A)。)。其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28倍。倍。注意:继电器动作时限调节螺杆的标度尺,是以注意:继电器动作时限调节螺杆的标度尺,是以10倍动作电流倍动作电流的动作时限的动作时限来标度的。来标度的。2/19/2023161晶体管型电流继电器晶体管型电流继电器u晶体管型电流继电器的组成晶体管型电流继电器的组成:如
13、图:如图6-6所示。所示。图图6-6 晶体管型过电流继电器原理接线图晶体管型过电流继电器原理接线图2/19/202318u晶体管型电流继电器的晶体管型电流继电器的动作情况动作情况当当IKIop时时,UR3Ud,a点为正电位,点为正电位,V6承受反向电压,承受反向电压,I6=0,VT1饱和导通,饱和导通,VT2截止,触发器输出电压截止,触发器输出电压 U0=E,继电器不动作继电器不动作。当当IK Iop时,时,UR3 Ud,a点电位由正变负,点电位由正变负,V6导通,导通,VT1基极电流减小基极电流减小VT1进入放大区进入放大区 VT1集电极电压集电极电压升高升高 VT2基极电流增大基极电流增大
14、VT2进入放大区进入放大区 U0下降下降If减小减小 VT1基极电流进一步减小基极电流进一步减小VT1截止,截止,VT2导通,触发器输出电压导通,触发器输出电压 U0=0,继电器动作继电器动作。当当IKIre时,时,VT1又变为导通,又变为导通,VT2又变为截止,触发器又变为截止,触发器又翻转到起始状态,又翻转到起始状态,继电器也随之复位继电器也随之复位。2/19/2023192集成电路型电流继电器集成电路型电流继电器由集成电路构成的静态继电器,也是由电压形成回路、整由集成电路构成的静态继电器,也是由电压形成回路、整流滤波回路、逻辑回路和执行回路四部分组成,但在具体构流滤波回路、逻辑回路和执行
15、回路四部分组成,但在具体构成时也有些差别。成时也有些差别。电压形成回路与晶体管继电器相同,整流滤波回路由运算电压形成回路与晶体管继电器相同,整流滤波回路由运算放大器构成,逻辑回路由放大器构成,逻辑回路由CMOS等数字电路构成。等数字电路构成。为了减小直流电压的脉动系数,减轻滤波负担,在整流电为了减小直流电压的脉动系数,减轻滤波负担,在整流电路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相整流路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相整流电路。电路。为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响,为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响,滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波
16、器。滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波器。2/19/2023206.3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 一、保护装置的接线方式一、保护装置的接线方式 p接线系数:接线系数:在继电保护回路中,流入继电器中的电流在继电保护回路中,流入继电器中的电流IK与与对应电流互感器的二次电流对应电流互感器的二次电流I2的比值,称为接线系数,即的比值,称为接线系数,即 设电流互感器的变比为设电流互感器的变比为 ,保护装置的动作电流为,保护装置的动作电流为Iop,则相应的电流继电器的动作电流为,则相应的电流继电器的动作电流为2/19/2023211三相完全星形接线方式(图三相完全星形接线方式(图6-
17、7)特点:特点:可以反映各种形式的故障,其接线系数可以反映各种形式的故障,其接线系数Kw=1。2三相不完全星形接线方式(图三相不完全星形接线方式(图6-8)特点:特点:可以反映除可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障,其接相单相接地短路以外的所有故障,其接线系数线系数Kw=1。图图6-7 三相完全星形接线方式三相完全星形接线方式图图6-8 两相不完全星形接线方式两相不完全星形接线方式2/19/202322图图6-9 两相电流差接线方式在不同短路形式下的电流相量图两相电流差接线方式在不同短路形式下的电流相量图一般情况下:一般情况下:Why?!保护整定时取保护整定时取 ;灵敏度校验时取;灵敏度校
18、验时取Kw 1。2/19/202324 二、过电流保护二、过电流保护1.过电流保护的原理和组成过电流保护的原理和组成u定时限过电流保护的动作原理和组成(图定时限过电流保护的动作原理和组成(图6-11)图图6-11 定时限过电流保护的原理图和展开图定时限过电流保护的原理图和展开图a)原理图)原理图 b)展开图)展开图2/19/202325u反时限过电流保护的动作原理和组成(图反时限过电流保护的动作原理和组成(图6-12)图图6-12 反时限过电流保护的原理图和展开图反时限过电流保护的原理图和展开图a)原理图)原理图 b)展开图)展开图2/19/202326 为此,要求装置保护的返回电流为此,要求
19、装置保护的返回电流Ire必须躲过外部短路切必须躲过外部短路切除后流过保护装置的最大自起动电流除后流过保护装置的最大自起动电流 KstIL.max,即,即 IreKst IL.max考虑考虑IreIop,引入一个可靠系数,引入一个可靠系数Krel后,上式可改写为:后,上式可改写为:因此,保护装置的动作电流为:因此,保护装置的动作电流为:则继电器的动作电流为:则继电器的动作电流为:式中,式中,Krel取取1.151.25;Kre取取0.80.85;Kst取取1.53。2/19/202328n动作时限:动作时限:应按应按“阶梯原则阶梯原则”整定(见图整定(见图6-14)定时限过电流保护:定时限过电流
20、保护:反时限过电流保护:反时限过电流保护:说明:说明:定时限过电流保护的动定时限过电流保护的动作时间取决于时间继电器预先作时间取决于时间继电器预先整定的时间,与短路电流的大整定的时间,与短路电流的大小无关;反时限过电流保护的小无关;反时限过电流保护的动作时间需要根据前后两级保动作时间需要根据前后两级保护的护的GL型电流继电器的动作型电流继电器的动作特性曲线来整定。特性曲线来整定。图图6-14 过电流保护整定说明图过电流保护整定说明图a)电路)电路 b)定时限过电流保护的时限整定)定时限过电流保护的时限整定 c)反时限过电流保护的时限整定)反时限过电流保护的时限整定即即 2/19/202329确
21、定确定KA2的实际动作时间的实际动作时间:由:由n2点点a点点 。计算计算WL1首端的三相短路电流首端的三相短路电流Ik反应到反应到KA1中去的电流值:中去的电流值:计算计算 对对KA2的动作电流的动作电流 的倍数,即的倍数,即 确定确定KA2的的10倍动作时间倍动作时间:由:由n1点和点和 找到交点找到交点b点,从过点,从过点点b所在的曲线上找出所在的曲线上找出n=10时对应的时间时对应的时间t1即为所求。即为所求。计算计算KA1的实际动作时间:的实际动作时间:(取(取 )2/19/202331n灵敏度校验:灵敏度校验:式中,式中,为系统最小运行方式下本线路末端(作近后备时)或为系统最小运行
22、方式下本线路末端(作近后备时)或相邻线路末端(作远后备时)的两相短路电流。相邻线路末端(作远后备时)的两相短路电流。作远后备时,要求作远后备时,要求Ks1.2;作近后备时,要求;作近后备时,要求 Ks1.31.5。n过电流保护的评价:过电流保护的评价:F优点:优点:既可作本级近后备,又可作下级既可作本级近后备,又可作下级 远后备。远后备。F缺点:缺点:越靠近电源端,定时限过电流保护的动作时限反而越靠近电源端,定时限过电流保护的动作时限反而越长,因此不能作为主保护;反时限过电流保护的接线简单,越长,因此不能作为主保护;反时限过电流保护的接线简单,但动作时限整定复杂。但动作时限整定复杂。若灵敏度不
23、满足要求,可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。若灵敏度不满足要求,可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。2/19/202332 三、低电压闭锁的过电流保护三、低电压闭锁的过电流保护(图(图6-16)保护装置有两个测量元件保护装置有两个测量元件:过电流继电器过电流继电器KA欠电压继电器欠电压继电器KV 式中,式中,Uw.min为母线的最小工作电压,取为母线的最小工作电压,取 0.9UN;Kre取取1.25;Kre1取取1.11.2。u过电流继电器的过电流继电器的动作电流动作电流 u低电压继电器的低电压继电器的动作电压动作电压 图图6-16 低电压闭锁的过电流保护单相原理接线图低电压
24、闭锁的过电流保护单相原理接线图2/19/202333 四、无时限电流速断保护四、无时限电流速断保护1无时限电流速断保护的作用原理与整定计算(图无时限电流速断保护的作用原理与整定计算(图6-17)曲线曲线1 曲线曲线2 直线直线3无时限电流无时限电流速保护的动作电流。速保护的动作电流。n动作电流:动作电流:躲过本保躲过本保护区末端护区末端B处的最大短处的最大短路电流路电流 ,即,即 式中,式中,Krel取取1.21.3。图图6-17 无时限电流速断保护的工作原理图无时限电流速断保护的工作原理图2/19/202334n灵敏度校验:灵敏度校验:要求其要求其最小保护范围最小保护范围lmin不小于线路全
25、长的不小于线路全长的15%20%。也可以按本线路首端的最小两相短路电流来校验保护的灵也可以按本线路首端的最小两相短路电流来校验保护的灵敏度,以保护敏度,以保护1为例,其灵敏系数为:为例,其灵敏系数为:2.02无时限电流速断保护的原理接线无时限电流速断保护的原理接线图(图图(图6-18)n无时限电流速断保护的评价:无时限电流速断保护的评价:F优点:优点:简单可靠,动作迅速;简单可靠,动作迅速;F缺点:缺点:不能保护线路全长,有不能保护线路全长,有保护死区。保护死区。图图6-18 无时限电流速断保无时限电流速断保护的单相原理接线图护的单相原理接线图若灵敏度不满足若灵敏度不满足要求,可采用电要求,可
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