工厂供电课件第12讲

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1、内容提要 概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题首先简要说明继电保护的基本概念 然后介绍单端供电网络的保护 电力变压器的保护 低压配电系统的保护 最后介绍供电系统的微机保护 第4章供电系统的保护 第4章供电系统的保护 第一节继电保护的基本概念第二节单端供电网络的保护第三节电力变压器的保护第四节低压配电系统的保护第五节供电系统的微机保护 注意概念 现在说继电保护是指微机保护 或叫微机继电保护 而不是以前的机电式继电保护 历史 1 机电式继电保护时代 用各种继电器搭建的保护系统 上世纪50年代 我国建立了自己的继电器制造业 阿城继电器厂 60年代 70年代得到了大范围使用 是机电式继电保护的巅峰

2、时期 80年代仍然在普遍使用 2 上世纪80年代国外微机保护已经比较成熟 我国有相应的样机 但没有大面积推广 90年代 我国在电力系统大面积推广使用微机保护 一直到现在 近几年 变电站已经发展为智能变电站 南瑞继保 南瑞科技 南京南自 许继电气 北京四方 深圳南瑞 积成电子 东方电子 北京科东等 配电网的厂家更多 如 淄博科汇 特瑞德等 继电保护的历史 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 如雷击等 内部原因 如绝缘老化 损坏等

3、 误操作 运行时 一 为什么要对供电系统进行保护 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 供电系统的保护 二 供电系统中保护装置的作用与类型在供电系统中需装设不同类型的保护装置 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 以免系统设备继续遭到破坏 当系统处于不正常运行时 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 供电系统中常见的保护装置类型主要有如下三种 1 继电保护装置是一种能反映供电系统中电气元件 线路 变压器 母线 用电设

4、备等 发生故障或处于不正常运行状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置 其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中 目前都是微机保护装置 2 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 曾在供电系统中应用普遍 目前应用越来越少 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 低压断路器保护又称低压自动开关保护 由于低压断路器带有多种脱扣器 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 第一节继电保护的基本概念 一 继电保护1

5、 基本概念与组成继电保护 继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统 具体包括 继电保护的设计 配置 整定 调试等技术从获取电量信息的互感器二次回路 经过继电保护装置 至断路器跳闸线圈的一整套设备 2 继电保护的任务发生故障时 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 如 过流I段动作 继电保护动作于断路器跳闸 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 如 过负荷报警 继电保护动作于发信号 3 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

6、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 4 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 可靠性灵敏性选择性速动性 1 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装置不应该动作的情况下 则不应该误动作 不误动 不拒动 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 2 灵敏性保护装置对其保护区内

7、发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性 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 但有时可靠性与灵敏性是矛盾的 保护装置灵敏与否 一般都用灵敏系数 ks 来衡量 以过电流保护为例 灵敏系数表示为 系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流 保护装置一次侧动作电流 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 n IopIk n 保护区内故障的最小短路电流值 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 n Uk n 保护区内故障的最大残压值 2 灵敏性 几个概

8、念 后备保护 电力系统发生故障时 最近的保护装置或应该首先动作的保护装置 主保护 将动作并切断电源 从而保证设备及人身安全 为了更加可靠 一旦这些保护拒绝动作时还设置了后备保护 如果主保护不动作 一段时间后后备保护将动作切断电源 保护设备和人身的安全 后备保护有专门设置的 也有用上一级保护来作为主保护的后备保护的 分为近后备与远后备 纵联差动保护 采用纵向差动保护的测量元件 用来比较被保护元件两端电流的大小和相位之差 从而判断保护区内是否发生短路 可用于线路 发电机 变压器及母线等 纵联差动保护只在保护区内短路时才动作 区外故障不动作 横联差动保护 横差保护 用于两台并联运行的变压器 各项技术

9、参数相同 或线路 差动继电器安装于各台变压器 一般安装于高压侧 或出线端 差异分析及动作分析同前 很少使用 3 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 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

10、4 速动性保护装置在可能的条件下 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 注意 必须在满足选择性的基础上 4 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 可靠性灵敏性选择性速动性 可靠性最重要灵敏性直接影响可靠性选择性影响快速性 继电保护除应满足上述基本要求外 还要求其投资省 便于整定 调试和运行维护 并尽可能满足系统运行时所要求的灵活性 二 继电器与继电特性 1 继电器继电

11、器是组成继电保护装置的基本元件 它是一种能自动执行断 续控制的部件 当其输入量达到一定值时 能使其输出的被控制量发生预计的状态变化 如触点打开 闭合 或电平由高变低 由低变高等 具有对被控电路实现 通 断 控制的作用 分类 按反应的物理量分为 电流继电器 电压继电器 气体继电器 按实现的型式分为 电磁式 感应式 数字式 按继电器在保护回路中所起的作用分为 量度继电器 时间继电器 中间继电器 信号继电器 出口继电器 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 例如 过电流继电器来自电流互感器二次侧的电流I 加入到过电流继电

12、器的输入端 当电流I大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值Iop时 比较环节有输出 在电磁型继电器中 由于需要靠电磁转矩驱动机械触点的转动与闭合 需要一定的功率和时间 继电器有自身固有动作时间 几毫秒或几十毫秒 一般的干扰不会造成误动 在数字型继电器中 由于其动作速度快 功率小 为提高动作的可靠性并防止干扰信号引起的误动作 故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间超过2 3ms时 继电器才能动作于输出 2 继电特性为保证继电器动作后可靠地有输出 防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变 对继电器有明确的动作特性要求 输出低电平E1 闭合继电器触点 正常电流时输出高电平E0 继

13、电器触点开 输出高电平E0 继电器触点开 无论起动和返回 继电器的动作都是明确的 它不可能停留在某一个中间位置 这种动作特性常称之为 继电特性 其中 返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre 为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性 过电流继电器的返回系数恒小于1 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 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 三 继电保护用的电流互感器 1 电流互感器的10 误差曲线 供电系统中主要是采用电流保护 下面着重对电

14、流互感器的两个重要方面进行介绍 电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际电流I1的相对误差百分值 即 所谓电流互感器的10 误差曲线 是指互感器的电流误差为10 时一次电流对其额定电流的倍数k 与二次侧负荷阻抗的关系曲线 2 电流互感器与电流继电器的接线方式 为了表述继电器电流Ik与电流互感器二次侧电流的关系 特引入一个接线系数kkx 电流互感器与电流继电器之间的接线方式有 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一继电器电流差式接线 式中Ik 流入电流继电器线圈的电流 ITA2 电流互感器二次侧电流 1 三相三继电器式接线 全星形接线方式 所用保护元件最多反映所有

15、短路电流 产生相应的保护动作 主要用于高压大电流接地系统 大型变压器 电动机差动保护 相间保护和单相接地保护 接线系数 2 两相两继电器式接线和两相三继电器式接线 所用元件较少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 接线系数 3 两相一继电器式接线 两相差式接线 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 不能反应出第三相 B相 的单相接地短路故障 接线系数kkx的值 引入接线系数后 电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为 式中KTA 电流互感器的变流比 I1 I2 电流互感器一次侧 二次侧电流 Ik 流入电流继电器的电流 对于微机保护没有接线系数的概念 对二次电流直接采样