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1、第6章 电力系统继电保护,6.1 继电保护的基本知识 6.2 常用保护继电器 6.3 线路的电流电压保护 6.4 电网的方向电流保护 6.5 输电线路的接地保护 6.6 距离保护简介 6.7 电力变压器的保护 6.8 电动机保护 6.9 电力电容器的保护 6.10 微机保护简介,6.1 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
2、时跳闸。,它的基本任务是：,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； 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,三、对继电保护的基本要求,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。,速动性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。,图6-2 电力系统
3、继电保护选择性说明图,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。,保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks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降低的保护（如低电压保护）：,可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。,一、电磁型继电器（DL型）,1电磁型电流继电器,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，电磁铁产生的电磁转矩Fem为：,当Mem克服弹簧的反作用转矩Msp和摩擦转矩Mfr时，继电器动作。,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
4、转杆 7标度盘（铭牌） 8轴承 9反作用弹簧 10转轴,6.2 常用保护继电器,因此，欲使继电器动作的必要条件是：,MemMsp+ Mfr,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。,调整继电器动作电流的方法有：,改变继电器线圈匝数NK（级进调节）； 调节反作用弹簧的松紧，即调节Msp（平滑调节）； 调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。,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。欲使继电器返回的
5、必要条件是：,Msp Mem+ Mfr,说明：过电流继电器的返回系数Kre1，一般要求不低于1.25。,2电磁型电压继电器,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Kre1，一般要求不大于1.25。,4. 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，作为保护动作的指示信号，以提醒运行人
6、员注意。,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(0.40.8s)； 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，以保证保护装置动作的选择性。,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 1
7、3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,工作原理：当在继电器线圈中通入电流 时，在铁心中产生主磁通 （分为 和 ）， 在短路环中产生感应电流 ，它又产生磁通 ，因此,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：,在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力 ； 在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力 。,因此，铝盘受到的合成电磁力为：,则电磁转矩 。,铝盘在转矩M1作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在铝盘中产生涡流，产生制动力矩 。,感应系统的动作电流：指蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。 返回电流：指使扇形齿轮脱离蜗杆返回
8、到原来位置时的最大电流。 动作时间：指从蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。,当 时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到的合力克服弹簧的阻力时，蜗杆与扇形齿片相咬合，继电器动作。,电磁系统的速断电流：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，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。,时限特性：如图6-5所示。,ab段“反时限特性”（此时继电器铁心尚未饱和）；,bc段“定时限”（铁心已达到饱和）；,de段“速断特性”。,图6-5 感应型电流继电器的动作特性曲线,说明： “速断电流倍数”是速断电流与感应元件动作电流之比。,动作电流与动作时限调节方法,感应系统的动作电流调节：改变线圈
9、的匝数（级进调节）；改变弹簧的拉力（平滑调节）。,电磁系统动作电流调节：改变衔铁与电磁铁之间的气隙。,感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。,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28倍。,注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍动作电流的动作时限来标度的。,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
10、器又叫“固体”继电器，是以电子器件为主构成的继电器。 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。 静态继电器包括晶体管型和集成电路型继电器两类。,1晶体管型电流继电器,晶体管型电流继电器的组成 ：如图6-6所示。,图6-6 晶体管型过电流继电器原理接线图,晶体管型电流继电器的动作情况,当IKIop时，UR3Ud ，a点为正电位，V6承受反向电压， I6 =0，VT1饱和导通，VT2截止，触发器输出电压 U0 =E，继电器不动作。 当IK Iop时，UR3 Ud ，a点电位由正变负，V6导通，VT1基极电流减小VT1进入放大区 VT
11、1集电极电压升高 VT2基极电流增大VT2进入放大区 U0下降If减小 VT1基极电流进一步减小VT1截止，VT2导通，触发器输出电压 U0 =0 ，继电器动作。 当IKIre时，VT1又变为导通，VT2又变为截止，触发器又翻转到起始状态，继电器也随之复位。,2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、整流滤波回路、逻辑回路和执行回路四部分组成，但在具体构成时也有些差别。 电压形成回路与晶体管继电器相同，整流滤波回路由运算放大器构成，逻辑回路由CMOS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，在整流电路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相
12、整流电路。 为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响，滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波器。,6.3 线路的电流电压保护,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,设电流互感器的变比为 ，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,1三相完全星形接线方式（图6-7）,特点：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6-8）,特点：可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障，其接线系数Kw=1。,图6-7 三相完全星形接线方式,图6-8 两相不完全
13、星形接线方式,3两相电流差接线方式（图6-9）,流入继电器中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差，即,特点：各种短路形式下的接线系数不同，如图6-10所示。,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：,图6-9 两相电流差接线方式,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,一般情况下：,Why?!,保护整定时取 ；灵敏度校验时取Kw 1 。,二、过电流保护,1. 过电流保护的原理和组成,定时限过电流保护的动作原理和组成（图6-11）,图6-11 定时限过电流保护的原理图和展开图 a）原理图 b）展开图,反时限过电流保护的动作原理和组成（图6
14、-12）,图6-12 反时限过电流保护的原理图和展开图 a）原理图 b）展开图,2. 过电流保护装置的整定计算,动作电流：,Iop IL.max,保护装置的动作电流Iop应躲过线路的最大负荷电流IL.max，即,保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置（见图6-13）。,图6-13 过电流保护的计算示意图,为此，要求装置保护的返回电流Ire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 KstIL.max ，即,IreKst IL.max,考虑IreIop，引入一个可靠系数Krel后，上式可改写为：,因此，保护装置的动作电流为：,则继电器的动作电流为：,式中，Krel取1.151.25
15、； Kre取0.80.85； Kst取1.53。,动作时限：应按“阶梯原则”整定（见图6-14）,定时限过电流保护： 反时限过电流保护：,说明：定时限过电流保护的动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护的GL型电流继电器的动作特性曲线来整定。,图6-14 过电流保护整定说明图 a）电路 b）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,即,设图6-14a中，KA2的10倍动作电流的动作时间已整定为t2，则KA1的10倍动作电流的动作时间t1的整定方法步骤如下（见图6-15）：,计算WL2首端的三相短路电流Ik反应
16、到KA2中去的电流值：,计算 对KA2的动作电流 的倍数，即,图6-15 反时限过电流保护的动作时间整定,确定KA2的实际动作时间：由n2点a点 。,计算WL1首端的三相短路电流Ik反应到KA1中去的电流值：,计算 对KA2的动作电流 的倍数，即,确定KA2的10倍动作时间：由n1点和 找到交点b点，从过点b所在的曲线上找出n=10时对应的时间t1即为所求。,计算KA1的实际动作时间： （取 ）,灵敏度校验：,式中， 为系统最小运行方式下本线路末端（作近后备时）或相邻线路末端（作远后备时）的两相短路电流。,作远后备时，要求Ks1.2；作近后备时，要求 Ks1.31.5。,过电流保护的评价：,优点：既可作本级近后备，又可作下级 远后备。 缺点：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，但动作时限整定复杂。,若灵敏度不满足要求，
