工厂供配电技术ppt课件第五章 供配电系统继电保护原理

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1、第五章 供配电系统继电保护原理,5.1 继电保护基础 5.2 二次接线概述 5.3 高压配电电网的继电保护 5.4 电力变压器保护 5.5 高压电动机保护 5.6 低压配电系统的保护,5.1 继电保护基础,5.1.1 电力系统继电保护的任务和作用 5.1.2 继电保护的基本原理和组成 5.1.3 继电器的分类 5.1.4 对继电保护的基本要求 5.1.5 继电保护发展简史,1 短路故障对系统的危害： 电力系统在运行中可能发生各种故障和不正 常运行状态，最常见同时也是最危险的故障 是各种类型的短路。发生短路时可能产生以 下后果： (1) 数值较大的短路电流通过故障点时，产生电弧，使故障设备损坏或

2、烧毁。,5.1.1 电力系统继电保护的任务和作用,(2) 短路电流通过非故障元件时，使电气设备的 载流部分和绝缘材料的温度超过散热条件的允许 值而不断升高，造成载流导体熔断或加速绝缘老 化和损坏，从而可能发展成为故障； (3) 电力系统中部分地区的电压大大下降，破坏 用户工作的稳定性或影响产品的质量。 (4) 破坏电力系统中各发电厂并列运行的稳定 性，引起系统振荡，从而使事故扩大，甚至导致 整个系统瓦解。,2 电力系统运行状态 正常运行，指电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态 不正常运行，指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏但未出现故障的状态

3、，比如像过负荷、过电压、频率降低、系统震荡等。 故障，各种短路（d(3)、 d(2) 、d(1) 、d(1-1)和断线（单相、两相），其中最常见且最危险的是各种类型的短路。,3 继电保护基本任务： 继电保护装置就是指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。它的基本任 务： 自动、迅速、有选择性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，保 证其他无故障部分迅速恢复正常运行。,(2) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运 行维护的条件而动作产生报警信号，以便及时采取措施减轻故障危害。此时一般不要求保护迅速动作。 (3)

4、继电保护装置还可以与电力系统中的其他自 动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施， 缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电 力系统运行的可靠性。,由此可见，继电保护在电力系统中的主要 作用是通过预防事故或缩小事故范围来提 高系统运行的可靠性，最大限度地保证向 用户安全连续供电。因此，继电保护是电 力系统的重要组成部分，是保证电力系统 安全可靠运行的必不可少的技术措施之 一。,5.1.2 继电保护的基本原理和组成,1 基本原理： 为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行 状态 找差别：电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征,2 构成 它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，,测量回路的作用是测

5、量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化，如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现不正常运行情况； 逻辑回路的作用是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号； 执行回路的作用是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的报警信号。,如图5-2所示，当线路上发生短路时，起动用的电流继电器KA瞬时动作，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和中间断电器KM，KM触头接通断路器QF的跳闸回路，使断路器QF跳闸。,图 5-2继电保护装置框图,线路过电流保护装

6、置单相原理接线图,1 继电器基本概念 继电器是根据某种输入信号来实现自动切换电路的 自动控制电器。“类似于开关”。 继电器的基本原理：当输入信号达到某一定值或 由某一定值突跳到零时，继电器就动作，使被控制 电路通断。它的功能是反应输入信号的变化以实现 自动控制和保护。 继电器定义：能自动地使被控制量发生跳跃变化的 控制元件称为继电器。,5.1.3 继电器：,2 分类 按输入信号的性质可分为电气继电器(如电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器等)和非电气继电器(如温度继电器、压力继电器、速度继电器、瓦斯继电器等)两类； 按工作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式(如晶体管型)、整流式

7、、数字式等； 按用途可分为控制继电器(用于自动控制电路中)和保护继电器(用于继电保护电路中)。 保护继电器按其在继电保护装置中的功能，可分主继电器(如电流继电器、电压继器、阻抗继电器等)和辅助继电器(如时间继电器、信号继电器、中间继电器等)。,3. 继电器的继电特性,4. 继电器的返回系数 继电器的返回系数是指返回电流与动作电流的比值，即,Kre是一个重要的参数，在实际应用中要求继电器有较高的返回系数。,5.1.4 对继电保护的基本要求：,对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满 足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、 可靠性。 即保护四性。 选择性： 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置

8、仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。,当k1点发生短路故障时，应由故障线路上的保护1 和2 动作，将故障线路切除，这时变电所B则仍可由另一条非故障线路继续供电。 在要求保护动作有选择性的同时，还必须考虑保护或断路器有拒动的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。,速动性：快速切除故障。 提高系统稳定性； 减少用户在低电压下的工作时间； 减少故障元件的损坏程度 ，避免故障进一步扩大。 t故障切除时间； tbh-保护动作时间； tDL-断路器动作时间 一般的快速保护动作时间为0.060.12s，最快的 可达0.010.04s。 一般的断路器的动作时间为0.060.15s

9、，最快的 可达0.020.06s。,灵敏性 灵敏性：指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。 满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不 论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地 正确地反应出来提高系统稳定性； 要求：不但在系统最大运行方式下三相短路时能可 靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过 渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，并表示为Klm。,可靠性 可靠性：指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。 影响可靠性有内在的和外在的因素： 内在的：装置本身的质

10、量，包括元件好坏、 结构设计的合理性、制造工艺水平、内外 接线简明，触点多少等； 外在的：运行维护水平、调试是否正确、 正确安装。,上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的 基础，也是贯穿本章的一个基本线索。在它 们之间既有矛盾的一面，又有在一定条件下统 一的一面。,最早的继电保护是熔断器 19世纪末期出现了电磁型过电流继电器 1901年出现了感应型过电流继电器 1908年出现了电流差动保护原理 20世纪20年代出现了距离保护 1925年出现了高频方向保护 1950年前后出现了微波保护 20世纪50年代出现了行波保护的思想，50年代末期出现了装置 之后原理上的创新甚少！,5.1.5 继电保护发

11、展简史,从20世纪50年代出现晶体管，开始出现晶体管保护 从20世纪50年代末期到80年代初期，出现集成电路保护 从20世纪60年代提出微机保护，80年代前后出现装置 从上世纪末期，出现基于微机的保护、控制、测量、数据通信于一体的综合自动化系统 结构型式： 机电型 电子型 微机型,(电磁型、感应型、电动型),（晶体管、 集成电路）,常用的机电式继电器分电磁型和感应型两种。 （1）电磁式继电器 1）电磁式电流继电器 电磁式电流继电器在继电保护装置中，通常用作起动元件，因此又称起动继电器。常用的DL-10系列电磁式继电器其内部接线和图形符号如图5-1。 能使过电流继电器动作(触点闭合)的最小电流称

12、继电器的“动作电流”，用 表示。 使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的“返回电流”，用 表示。,图5-1 DL10系列电磁式电流继电器的内部结线和图形符号 a)DL-11型结线 b)DL-12型结线 c)DL-13型结线 d)集中表示的图形符号 e)分开表示的图形符号,图5-2电磁式电流继电器的定时限特性,3).电磁式信号继电器 供电系统中常用的DX-11型电磁式信号继电器，有电流型和电压型两种，电流型可串联在二次回路中而不影响其他二次元件的动作。电压型必须并联在二次回路内。,4).电磁式中间继电器 电磁式中间继电器常用在保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，故又

13、称为出口继电器。 工厂供电系统中常用的DZ-10系列中间继电器的内部结线和图形符号如图5-5所示，,5-5 DZ-10系列中间继电器的内部结线和图形符号,5.1 继电保护装置的概念,(2)感应式电流继电器 供电系统中常用 感应式电流继电器的内部结构如图5-6所示。,图5-6感应式电流继电器的内部结构,1-线圈 2-电磁铁 3-短路环 4-铝盘 5-钢片 6-铝框架 5-调节弹簧 8-制动永久磁铁 9-扇形齿轮 10-蜗杆 11-扁杆： 12-触点 13-时限调节螺 14-速断电流调节螺杆 15-衔铁 16-动作电流调节插销,5.2 二次接线概述,5.2.1 二次接线的基本概念 5.2.2 二次

14、接线的原理图和安装图 5.2.3 变电所二次回路的操作电源 5.2.4 高压断路器的控制与信号回路 5.2.5 变电所的信号装置 5.2.6 变电所电气测量仪表,5.2.1 二次接线的基本概念,在用户供配电系统中，通常将电气设备分为一次设备和二次设备。 直接生产、输送和分配使用电能的设备称为一次设备，如用户的供电系统中变压器、断路器、母线和电动机等属于一次设备。由一次设备构成的电路称为变电站的主电路或一次接线，是变电站的主体。 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。二次设备包括测量仪器、控制与信号设备、继电保护装置以及自动和远动装置等。,定义：表示二次设备互

15、相连接关系的电路，称为二次回路或二次接线，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。 二次接线分类方法: 二次接线按照电源性质分，有直流回路和交流回路。 直流回路是由直流电源供电的控制、保护和信号回路；交流回路又分为交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器或所用变压器供电，构成测量、控制、保护、监视及信号等回路。 二次接线按照用途分，有断路器控制回路、信号回路、测量回路、继电保护回路和自动装置回路等。 二次接线在用户供配电系统中虽然是一次电路的辅助系统，但它对一次电路的安全、可靠、优质、经济地运行有着十分重要的作用，因此必

16、须予以充分的重视。,5.2.2二次接线的原理图和安装图,用户供配电系统的电气接线图，可分为一次接线图和二次接线图。 一次接线图:用规定的图形符号和文字符号表示一次设备及其相互连接顺序的图称，即主接线图； 二次接线图:用规定的图形符号和文字符号表示二次设备的元件及其相互连接顺序的图称。二次接线图分为原理接线图和安装接线图。 1. 二次接线的原理图 在供配电系统中，用来表示继电保护、监视和测量仪表以及自动装置的工作原理的电路图叫做原理接线图，原理接线图可按归总式和展开式两种方式绘制。,1) 归总式原理接线图 归总式原理接线图：每个元器件以整体形式绘出，它对整个装置的构成有一个明确的概念，便于掌握其互相关系和工作原理。 优点：较为直观 缺点：当元器件较多时电路的交叉多，交、直流回路、控制与信号回路均混合在一起，清晰度差。 应用：归总式原理接线图可用来分析工作原理，但对于复杂线路，看图较困难，因此，广泛应用展开式原理图。 2) 展开式原理接线图 展开式原理接线