现代供电技术第6章PPT

©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第六章继电保护与自动装置继电保护基础电网相间短路的电流电压保护小接地电流系统的单相接地保护电力变压器保护高压电动机的保护备用电源自动投入装置供电系统的微机保护©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第一节继电保护基础©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X•工矿企业供电系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。•故障：相间短路、接地短路，变压器、电动机一相绕组的匝间短路等。•不正常运行状态：过负荷、一相断线、小接地电流系统中的单相接地等。•故障原因：•外部原因：（如雷击、污闪等）•内部原因：（如绝缘老化、损坏等）•误操作：（运行时）一、输配电系统的故障©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X•故障后果•（1）损坏设备、缩短设备使用寿命。•（2）破坏系统运行的稳定性。•（3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。•（4）供电质量：电压、频率、谐波。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X继电保护的任务①发生故障时，自动、迅速、有选择地借助于断路器将故障部分从供电系统中切除；（继电保护动作于断路器跳闸）②当设备出现不正常运行状态时，根据运行条件而动作于发出信号、减负荷或者跳闸。（继电保护动作于发信号）©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X继电保护的工作原理•供电系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的变化等。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成不同原理和类型的继电保护。分成两类：•1.反应电气量变化的保护,•2.反映非电气量变化的保护。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X反应电气量变化的保护原理：•利用短路时电流增大的特征，可构成过电流保护；•利用电压降低的特征，可构成低电压保护；•利用电压和电流比值的变化，可构成阻抗（距离）保护；•利用电流和电压之间相位关系的变化，可构成方向保护；•利用比较被保护设备各端电流大小和相位的差别可构成差动保护等。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X反应非电气量变化的保护原理：•利用故障时变压器油分解所产生的气体，可构成瓦斯保护。•利用电动机绕组温度的升高，可构成过负荷保护或过热保护。***可利用任何故障与正常运行状态下有区别的信号来实现保护©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X二、继电保护装置的构成•测量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果，给出逻辑信号。•逻辑部分：根据测量部分的输出，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号。•执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。测量部分逻辑部分执行部分跳闸发信号信号输入整定值©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X对继电保护的基本要求•对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：•选择性•快速性•灵敏性•可靠性©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X1、选择性•当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。k点故障QF2动作©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X•图解：下图中各断路器都装有保护。K1点短路时，保护只跳开1QF和2QF，使其余部分继续供电；又如K3点短路，断路器1QF～6QF均有短路电流，保护只应跳6QF，除变电站D停电外，其余继续供电。•K3点短路时，若6QF因本身失灵或保护拒动而不能跳开，此时5QF的保护应使5QF跳闸，这显然符合选择性的要求，这种作用称为远后备保护。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2、速动性•为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。注意：必须在满足选择性的基础上Why?!©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3、灵敏性•保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性，用灵敏系数（ks）来衡量。在进行继电保护整定计算的时候，常用到最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式就是和最小运行方式是指在同一点发生同一类型短路，流过某一保护装置的电流达到最大值和最小值的运行方式。故障区动作区©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X（1）对于反应故障时参数量增加的保护装置例如：过电流保护的灵敏系数为KS＝Ik.min／IopIk.min——保护区内故障的最小短路电流值Iop——保护装置的动作电流（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置例如：低电压保护的灵敏系数为KS＝Uop／Uk.maxUk.max——保护区内故障的最大残压值Uop——保护装置的动作电流©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X（3）可靠性•指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。不误动；不拒动。•可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X四个基本要求之间的关系几点注意点：•可靠性最重要•灵敏性直接影响可靠性•选择性影响快速性©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三、常用继电器•1、继电保护：（在电力行业）泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。•2、继电保护装置：指各种具体的装置。（单个继电器或继电器与其附属设备构成，电子元件，计算机）©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X各种继电器的表示符号和图形符号©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。保护继电器的组成元件机电型电子型微机型又称静态继电器，用模拟电子电路及部分数字电子电路构成。具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性等优点。结构原理有电磁式、感应式等。具有简单可靠、便于维修等优点。又称数字式继电器，是以微处理器（缩写MPU）为核心组成的新型继电保护装置。与传统的继电保护装置相比，具有可靠性高、功能齐全、调试维护方便、性能价格比优等优点。已成为电力系统继电保护的更新换代产品。在供电系统中，电流继电器是保护装置中重要的起动元件。常用的机电式电流继电器分电磁式和感应式两种。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X（一）电磁式继电器©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X•动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。•返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。•返回系数：kre=Ire/Iop•继电保护规定：过流继电器的不应低于0.85；低电压继电器的应不大于1.25。尽量接近于1。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X(1)电磁式电流继电器IreYIIop01动作电流Iop——过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流。rereopIKI这种电流继电器是一种瞬时继电器。用电磁式电流继电器构成定时限过电流保护装置时，还要用到电磁式时间继电器(KT)、信号继电器(KS)以及中间继电器(KM)。ItIoptop0电磁式电流继电器的其动作特性如图所示。返回电流Ire——过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。因为这种保护装置的动作时限（由时间继电器预先调整）与故障电流的大小无关，是固定的，所以其保护特性称为“定时限特性”。如右图所示。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X电磁型继电器分类：•电磁型电压继电器：过电压、低电压•电磁型时间继电器在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。•电磁型中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.4～0.8S)。•电磁型信号继电器用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X二．感应式电流继电器感应型电流继电器的动作机构主要由部分套有铜制短路环的主电磁铁、瞬动衔铁和可动铝盘等元件组成。当电磁铁线圈电流在一定范围之内时，铝盘由于两个不同相位交变磁通所产生的涡流而转动，经过延时带动接点系统动作，由于电流越大，铝盘转动得越快。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X感应式电流继电器的电流时间特性曲线如图所示。当继电器线圈中的电流大到一定数值时，其动作时间与通入电流的平方成反比，通入的电流越大，动作时间越短，这也就是感应式电流继电器的“反时限特性”，如下图所示曲线abc，这一特性是其感应元件所产生的。1nqbnt0abcb'd10当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，电磁元件动作，使触点发生切换，同时也使信号牌掉下。很明显，电磁元件的作用又使感应式继电器兼有“电流速断特性”，如图所示bb/d曲线。因此这种电磁元件又称为电流速断元件。速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流与感应元件的动作电流之比称速断电流倍数nqb。qbqbopInI©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三．静态型继电器1、整流型继电器如图所示是整流型电流继电器的原理框图。电压形成回路整流滤波速断元件反比延时或门比较元件执行元件启动元件电流输入跳闸整流型电流继电器的原理框图©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2、晶体管型继电器晶体管型继电器比电磁型、感应型继电器更具有灵敏度高、动作快、可靠性高、功耗少、体积小、耐震及易构成负载的继电器保护等特点电压形成整流滤波过滤比较速断比较反比延时过流执行速断执行电流输入晶体管反时限过电流继电器的原理框图©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3、微机保护微型计算机和微处理器的出现，使继电保护进入数字化时代。被保护设备变换器滤波变换器滤波S/HS/H降压隔离光耦隔离滤波S/H多路转换器A/D微型计算机键盘显示打印光耦驱动微机保护的硬件系统框图©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X四．电流保护的接线方式电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数Kwc，它是流入继电器的电流Ir与电流互感器二次绕组电流I2的比值，即2IIKrwc©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X1、完全星形接线完全星形接线又称三相三继电器接线方式。它能反应各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1,即Kw=1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2、两相两继电器接线方式两相两继电器接线方式又称不完全星形接线。由于B相没有装设电流互感器和电流继电器，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为1。此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。©西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3、两相一继电器接线方式流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差，即：因此又称两相电流差接线。A、C两相短路时，KWC=2，；A、B或B、C两相短路时，KWC=1；可反应各种相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同，主要用于高