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1、第六章电力系统继电保护 电力系统概论 2 19 05 2020 第六章电力系统继电保护 6 1二次接线的基本概念和二次回路图6 2继电保护的基本知识6 3常用保护继电器6 4线路的电流保护6 5其他类型的继电保护简介 3 19 05 2020 19 2020 6 1二次接线的基本概念和二次回路图 4 19 05 2020 19 2020 对一次设备的工作状态进行监视 测量 控制和保护的辅助电气设备称为二次设备 变电所的二次设备包括测量仪表 控制与信号回路 继电保护装置以及远动装置等 它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线 二次回路按照功用可分为控制回路 合闸回路 信号回路 测量回路 保护
2、回路以及远动装置回路等 按照电路类别分为直流回路 交流回路和电压回路 反映二次接线间关系的图称为二次回路图 二次回路的接线图按用途可分为原理接线图 展开接线图和安装接线图3种形式 5 19 05 2020 19 2020 供配电系统的二次回路功能示意图如图所示 6 19 05 2020 19 2020 图中 断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通 断操作 当线路发生短路故障时 电流互感器二次回路有较大的电流 相应继电保护的电流继电器动作 保护回路做作出相应的动作 一方面保护回路中的出口 中间 继电器接通断路器控制回路中的跳闸回路 使断路器跳闸 断路器的辅助触点启动信号系统回路发出声响和灯光信
3、号 另一方面保护回路中相应的故障动作回路的信号继电器向信号回路发出信号 如光字牌 信号掉牌等 操作电源主要是向二次回路提供所需的电源 电压 电流互感器还向监测 电能计量回路提供主回路的电流和电压参数 7 19 05 2020 原理接线图原理接线图用来表示继电保护 监视测量和自动装置等二次设备或系统的工作原理 它以元件的整体形式表示各二次设备间的电气连接关系 通常在二次回路的接线原理图上还将相应的一次设备画出 构成整个回路 便于了解各设备间的相互工作关系和工作原理 6 10kV高压线路电气测量仪表原理接线图 8 19 05 2020 6 2继电保护的基本知识 9 19 05 2020 常用保护装
4、置的类型 1 继电保护 继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合 构成继电保护装置 在发生故障时能自动检测出故障 并且迅速 及时地将故障区域从供电系统中切除 当系统处于不正常运行 如过载 欠电压等情况时 能发出报警信号 以便及时处理 保证安全可靠地供电 继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中 2 熔断器保护 熔断器保护广泛适用于高 低压供电系统 由于装置简单经济 在供电系统中应用得相当普遍 但是它的断流能力较小 选择性差 熔体熔断后更换不方便 不能迅速恢复供电 因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用 3 低压断路器保护 这种保护又称低压自动开关保护 由于低压断路器带有多种脱
5、扣器 能够进行过电流 过负载 失电压和欠电压保护等 而且可作为控制开关进行操作 因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用 10 19 05 2020 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信号的一种反事故自动装置 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 并根据要求发出报警信号 减负荷或延时跳闸 它的基本任务是 11 19 05 2020 测量部分 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
6、逻辑部分 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 以确定保护装置是否应该动作 执行部分 根据逻辑部分做出的判断 执行保护装置所担负的任务 跳闸或发报警信号 二 继电保护的基本原理 图6 1继电保护装置组成方框图 断路器跳闸或报警信号 12 19 05 2020 1故障时电流上升 构成过电流保护 2故障时电压下降 构成低电压保护 3电压和电流比值的变化 构成阻抗 距离 保护 4电压和电流相位角的变化 构成方向保护 13 19 05 2020 继电保护装置的组成继电保护装置是由若干个继电器组成的 如图所示 当线路上发生短路时 起动用的电流继电器KA瞬
7、时动作 使时间继电器KT起动 KT经整定的一定时限后 接通信号继电器KS和中间继电器KM KM触头接通断路器QF的跳闸回路 使断路器QF跳闸 14 19 05 2020 三 对继电保护的基本要求 1 选择性 保护装置动作时 仅将故障元件从电力系统中切除 使停电范围尽量缩小 最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行 图6 2电力系统继电保护选择性说明图 k3点故障 QF6动作 15 19 05 2020 2 快速性 速动性 保护装置在尽可能的条件下 应尽快地动作切除事故 以减少对用电设备的影响 如果故障能在0 2s内切除 则一般电动机就不会停转 迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度 减轻对元件的损
8、害程度 减少用户在低电压下工作的时间和停电时间 加速恢复正常运行的过程 提高系统的稳定性 3 可靠性保护装置在其保护范围内发生故障时 必须可靠动作 不应拒绝动作 在不该动作的情况下就不应该误动作 为了满足可靠性的要求 保护装置接线应尽可能简单 力求减少继电器接点 避免保护装置断线 短路 接地和错误的接线 所有辅助元件如连接端子 连接导线以及安装施工 都应当十分可靠 16 19 05 2020 4 灵敏性 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 如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作 即具有足够的反应能力 说明保护装置的灵敏度高 保护装置灵敏与否 一般都用灵敏系
9、数来衡量 灵敏系数大 灵敏度越高 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 17 19 05 2020 表电流继电保护装置灵敏度 18 19 05 2020 6 2常用保护继电器 19 19 05 2020 继电器是组成继电保护装置的基本元件 根据继电器反应的物理量分 有电流继电器 电压继电器 气体继电器等 根据继电器的工作原理分 有电磁式 感应式等 按其反应参量变化情况分 有过电流继电器 过电压继电器 欠电压继电器等 按其与一次电路的联系分 有一次式和二次式 一次式继电器的线圈与一次电路直接相连 二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器
10、的二次侧 高压系统应用的的保护继电器一般都属于二次式继电器 20 19 05 2020 电磁继电器作用原理1 铁心 2 衔铁 3 线圈 4 接点 触头 5 弹簧 电磁式电流和电压继电器在继电保护装置中均为启动元件 属于测量元件 一 电磁型继电器 DL型 21 19 05 2020 1 电磁型电流继电器 KA 结构 如图6 3所示 工作原理 当在继电器线圈中通入电流IK时 电磁铁产生的电磁力Fem 当电磁力Fem大于弹簧的反作用力Fsp和摩擦力Ffr时 继电器便产生动作 图6 3电磁式电流继电器结构图1 线圈2 电磁铁3 钢舌片4 静触点5 动触点6 起动电流调节转杆7 标度盘 铭牌 8 轴承9
11、 反作用弹簧10 转轴 22 19 05 2020 动作电流 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Iop K表示 返回电流 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Ire K表示 返回系数 是指继电器的返回电流与动作电流的比值 用Kre表示 即 继电器动作后 减小IK就能使继电器返回原位 对于过电流继电器 Kre 1 一般要求Kre 0 8 0 9 对于欠电流继电器 Kre 1 一般要求Kre 1 06 1 2 23 19 05 2020 2 电磁型电压继电器 KV 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 动作电压 能
12、使继电器产生动作的最高电压 称为继电器的动作电压 用Uop K表示 返回电压 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Ure K表示 返回系数 是指继电器的返回电压与动作电压的比值 说明 低电压继电器的返回系数Kre 1 一般为1 25 24 19 05 2020 3 时间继电器 KT 的作用 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 当继电器的线圈接上工作电压时 经过一定的时间 继电器的触点才动作 4 中间继电器 实质上是电压继电器KM 的作用 5 信号继电器 KS 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 为了扩充保护装置出口
13、继电器的接点数量 一般有8对 和容量 使触点闭合或断开时带有不大的延时 0 4 0 8s 通过继电器的自保持 以适应保护装置的需要 25 19 05 2020 二 感应型继电器 GL型 结构 如图6 4所示 感应系统 由线圈1 带短路环3的电磁铁2和铝盘4组成 它的动作是有时限的 电磁系统 由线圈1 电磁铁2和衔铁15组成 它的动作是瞬时的 图6 4感应式电流继电器结构图1 线圈2 电磁铁3 短路环4 可转铝盘5 钢片6 可偏铝框架7 调节弹簧8 制动永久磁铁9 扇形齿轮10 蜗杆11 扁杆12 继电器触点13 时限调节螺杆14 速断电流调节螺钉15 衔铁16 动作电流调节插销 26 19 0
14、5 2020 GL型电流继电器的功能 兼有电磁型电流继电器 时间继电器 信号继电器和中间继电器的功能 因此 可用感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护 从而使保护接线大大简化 三 静态继电器 静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的电子型继电器 分为晶体管型和集成电路型继电器两类 静态继电器的 静态 是相对于电磁型继电器的 触点 动作而言的 它的信息传递是通过 0 1 开关信息传递的 静态继电器是用硅材料为主构成的继电器 因此又叫 固体 继电器 27 19 05 2020 各种继电器的表示符号和图形符号 28 19 05 2020 6 3线路的电流保护 29 19 05 2020
15、 一 保护装置的接线方式 接线系数 在继电保护回路中 流入继电器中的电流IK与对应电流互感器的二次电流I2的比值 称为接线系数 即 30 19 05 2020 电流互感器与电流继电器之间的接线方式三相三继电器式完全星形接线两相两继电器式不完全星形接线两相三继电器式不完全星形接线两相一继电器电流差式接线 31 19 05 2020 1 三相完全星形接线方式 三相三继电器式接线 图三相三继电器式接线 所用保护元件最多所有短路电流都会通过继电器反映出来 产生相应的保护动作 用于高压大接地电流系统 中性点直接接地 保护相间短路和单相短路 电路特点 32 19 05 2020 2 两相两继电器式接线和两
16、相三继电器式接线三相不完全星形接线方式 图两相式接线 电路特点 所用元件较少 KM 1未接互感器的单相短路故障不能保护采用两相三继电器接线提高灵敏度用于小接地电流系统的相间短路保护 33 19 05 2020 3 两相一继电器式接线 两相差式接线 电路特点 流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度 Kw不同 不能反应出第三相 B相 的单相接地短路故障用于6 10kV和高压电动机的保护 正常运行或三相短路时 发生A C两相短路时 A B或B C两相短路时 34 19 05 2020 二 继电保护装置的操作电源 继电保护装置的操作电源 有直流操作电源和交流操作电源两大类 由于交流操作电源具有投资小 运行维护方便及二次回路简单 可靠等优点 因此它在中 小型工厂应用最为广泛 35 19 05 2020 1 直接动作式利用断路器操作机构内的过电流脱扣器 跳闸线圈 YR作为电流继电器直接动作于跳闸 可接成两相两继电器式或两相差式接线 正常运行时 YR流过的电流小于YR的动作电流 不动作 当一次电路发生相间短路时 短路电流反映到电流互感器的二次侧 流过YR的
