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1、电力工程基础,合肥工业大学 电气与自动化工程学院,第七章 电气设备的控制与保护,7.1 概述,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,7.2 操作电源,7.3 高压断路器的控制,7.4 电气设备的保护,第七章 电气设备的控制与保护,7.1 概述,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,电气设备在运行中可能会发生各种故障和不正常的运行状态。,电力系统继电保护就是一门研究这种自动识别故障并排除故障元件的自动装置的技术学科。其基本任务有：,自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行；,反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同的
2、反应。,7.2 操作电源,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,供给电力系统二次回路的工作电源，称为操作电源。,交流操作电源,保证供电可靠性；,具有足够的容量；,一、对操作电源的基本要求和分类,1、基本要求,电压纹波系数小于5%；,使用寿命、维护工作量、设备投资、布置面积等应合理。,2、分类,直流操作电源,独立操作电源,非独立操作电源,蓄电池式,电源变换式,复式整流式,硅整流电容储能式,纹波是指直流电压中的交流成分。直流电压本该是一个固定的值， 但是一般它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即使是用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 如某个电源工作在稳压状
3、态，其输出为100V/5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/100V=0.01%，即等于万分之一。,独立、直流,电压不能低于一定的值,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,交流操作电源的可靠性不如直流电源。,一般有220、110、48、24V等几种，其容量决定于直流负荷和放电时间；,蓄电池是一种化学电源，可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池（使用较少）；,二、直流操作电源,1、蓄电池直流操作电源,蓄电池组可以按“充放电”方式工作，也可以按照“浮充电”方式工作。,由硅整流器替代电池组的操作电源称为整流操作电源。,2、整流操作电源,
4、三、交流操作电源,7.3 高压断路器的控制,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,一、控制开关和操动机构,二、对断路器控制回路的一般要求,三、断路器控制回路,7.3 高压断路器的控制,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,LW2系列封闭式万能转换开关在电力系统应用广泛，它制成旋转式，从一种位置切换到另一种位置是通过将手柄向左或右旋转一定的角度来实现的。,集中控制,就地控制,一、控制开关和操动机构,1、控制开关,跳、合闸操作分两步进行，手柄上有两个固定位置和两个操作位置的控制开关。用于火力发电厂和有人值班的变电站。,跳、合闸操作只用一步进行，手柄上有一个固定位置和两个操作位置的控制开关。用于遥控
5、及无人值班的变电站中。,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,LW2-Z-1a、4、6a、40、20、6a/F8控制开关触点图表,合闸操作时，先顺时针将手柄转动90度至“预备合闸”位置。,再顺时针将手柄用力转动45度至“合闸”位置。,合闸操作完成后，手柄在复位弹簧的作用下自动返回到原来的垂直位置。,跳闸操作时，先逆时针将手柄转动90度至“预备跳闸”位置。,再逆时针将手柄用力转动45度至“跳闸”位置。,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,2、操动机构,指断路器本身附带的跳、合闸的传动装置。,有电磁操动机构、弹簧操动机构、液压操动机构、气压操动机构等。,各种型式的操动机构的跳闸电流一般都不很大，
6、而合闸电流则相差很大，如利用弹簧、液压、气压等操作，则合闸电流较小，如利用电磁操动机构合闸，则合闸电流很大。,应用最广,设计电路时会有所反映,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,二、对断路器控制回路的一般要求,（1）分合闸回路按短时通电设计。操作完成后，应自动断开跳合闸回路。,（2）既能手动跳合闸，又能自动跳合闸。,（3）应具有“防跳”闭锁装置。,（4）应能指示断路器的合闸与分闸位置信号。,（5）自动跳闸或合闸应有不同的显示信号。,（6）应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。,（7）对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。,（8）接线简单可靠，使用电缆芯数应尽量少。,
7、合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,三、断路器控制回路,断路器的辅助触点，与断路器的传动轴联动，一种是动合（常开）触点，其位置与断路器主触头的位置是一致的；另一种是动断（常闭）触点，其位置与断路器主触头的位置正好相反。,1、断路器的跳、合闸回路,可以手动跳、合闸，还能由继电保护和自动装置实现自动跳、合闸，当跳、合闸操作完成后，可以自动切断跳、合闸脉冲电流。,Why？,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,2、防止“跳跃”的闭锁装置,当断路器合闸后，如果由于某种原因使开关的触点或自动装置的触点没有复归，此时恰好发生短路故障，继电保护动作使断路器自动跳闸，则会出现多次的“跳-合”现象，称为断路器
8、的“跳跃”现象。,在二次接线图中，所有继电器的接点和开关电器的辅助接地都是按照它们的正常状态来表示，即不通电的状态。所以说当继电器线圈和开关电器不通电时，常开接点是断开的，常闭接点是闭合的。,具有防止断路器多次连续跳、合闸的“跳跃”闭锁装置。,怎么指示分合闸位置？,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,3、断路器的分合闸位置指示灯回路,怎么指示分合闸位置？,利用灯光可以指示断路器的合闸与分闸的位置。,绿灯平光表示断路器分闸；红灯平光表示断路器处于合闸。,有没有闪光呢？,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,怎么指示分合闸位置？,GN,QF1,KO,RD,QF2,YR,R,R,闪光电源是一种连续
9、的脉冲电源。,有没有闪光呢？,通过手柄手动跳闸后，10-11接通、14-15接通，发绿色平光；若通过自动装置自动合闸后，手柄位置仍处于“跳闸后”状态，但是QF1断开，QF2接通，红灯会发出闪光。,通过手柄手动合闸后，9-10接通、13-16接通，发红色平光；若通过继电保护装置自动跳闸后，手柄位置仍处于“合闸后”状态，但是QF1接通，QF2断开，绿灯会发出闪光。,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,闪光电源是一种连续的脉冲电源。,GN,QF1,KO,RD,QF2,YR,R,R,WF,闪光电源小母线,通过手柄手动跳闸后，10-11接通、14-15接通，发绿色平光；若通过自动装置自动合闸后，手柄位
10、置仍处于“跳闸后”状态，但是QF1断开，QF2接通，红灯会发出闪光。,通过手柄手动合闸后，9-10接通、13-16接通，发红色平光；若通过继电保护装置自动跳闸后，手柄位置仍处于“合闸后”状态，但是QF1接通，QF2断开，绿灯会发出闪光。,4、断路器自动跳闸或自动合闸的信号,自动跳闸或合闸具有不同的显示信号。,控制开关的位置与断路器的分合闸位置不一致，称为不对应原则。凡属于自动跳、合闸都将出现这种现象，断路器的控制回路也正是利用这一特征来发出自动跳、合闸信号的。,能否对电源及线路监视？,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,5、熔断器与跳、合闸回路完整性的监视,能否对电源及线路监视？,WF,WC
11、,FU1,FU2,FU3,FU4,QF3,+WAS,+WO,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,5、熔断器与跳、合闸回路完整性的监视,能否对电源及线路监视？,WF,WC,FU1,FU2,FU3,FU4,QF3,+WAS,+WO,利用在跳、合闸线圈回路中串联信号指示灯的方法来对跳、合闸回路完整性进行监视，也是对熔断器FU1、FU2的监视。,注意R1与KLB回路的作用：防止保护装置出口继电器KM0的触点先于断路器的辅助触点QF2断开而烧毁其触点。,R1,KLB,KS,QF2,可以监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。,KS为信号继电器，+WAS为事故音响小母线，+WO为合闸小母线， +WF
12、为闪光信号小母线，+WC是直流电源小母线。,KM0,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,WF,WC,FU1,FU2,FU3,FU4,QF3,+WAS,+WO,R1,KLB,KS,QF2,可以监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。,自动跳闸或合闸具有不同的显示信号。,利用灯光可以指示断路器的合闸与分闸的位置。,具有防止断路器多次连续跳、合闸的“跳跃”闭锁装置。,可以手动跳、合闸，还能由继电保护和自动装置实现自动跳、合闸，当跳、合闸操作完成后，可以自动切断跳、合闸脉冲电流。,KM0,1QF,3QF,2QF,线路,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,7.4 电气设备的保护,一、概述,合肥工
13、业大学 .电气与自动化工程学院,二、输电线路的继电保护,线路,所谓继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气设备发生的各种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自动装置。,7.4 电气设备的保护,一、概述,1、继电保护的基本原理和构成,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,输入部分,测量部分,逻辑部分,输出部分,执行部分,电气量,电气量的给定值,逻辑信号,判断,开关量信号,跳闸或发信号,1、继电保护的基本原理和构成,继电保护装置,电力系统,将保护所需测量的物理量从一次电力系统中取出来进行相关的处理；,测量部分对输入的信号进行量测或计算；,测量值与给定的保护整定值进行比较；,根据
14、比较的结果确定是否启动保护的逻辑部分；,通过开关量的输出把逻辑判别结果传递到执行部分；,执行上一级的命令以完成继电保护所担负的任务。,物理量,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,速动性,选择性,灵敏性,可靠性,不拒动、不误动,2、对继电保护装置的基本要求,所谓有选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅切除其故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中的非故障部分继续运行。,灵敏性指保护装置对其保护范围内发生的故障和不正常运行状态的反应能力。,反应物理量上升而动作的保护,反应物理量下降而动作的保护,Ksen=保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值/保护的整定值（动作值）,Ksen=保护的整
15、定值/保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,3、电力系统继电保护的配置原则,配置原则：对于电力设备和线路，应装设保护装置；应有主保护和后备保护甚至辅助保护；相邻保护区域须重叠；应有反应异常运行的保护。,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设备和线路故障的保护。,在主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。,在主保护拒动时用以切除故障的保护称为近后备保护。,在断路器拒动时用以切除故障的保护称为远后备保护。,为补充主保护和后备保护的性能不足或者主、后备保护退出运行时而增设的简单保护。,合肥工业大学
16、 .电气与自动化工程学院,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,4、继电器的简介,继电器是一种基本的电气设备，用它来打开或关闭相应的电路。当输入量达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。,当输入量 连续变化到一定量 时，输出量 发生跃变,由0增加到 值，当输入量继续增加的时候，输出保持不变。,同理，当输入量减少到 时，输出量 又突然由 减少到0。,输入量和输出量在变化过程中的这种相互关系称为继电特征。,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,4、继电器的简介,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,1、电磁型电流继电器的工作原理,图1,图3,图2,二、输电线路的继电保护,合肥工业大学 .电气与自动化工程学院,1、电磁型电流继电器的工作原理,铁心,线圈,可动衔铁,固定接点,可动接点,弹簧,继电器动作的条件： 电磁转矩弹簧转矩+摩擦力转矩,继电器返回的条件： 弹簧转矩电磁转矩+摩擦力转矩,能使继电器动作的最小电流称为继电器的动作
