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1、继电保护及自动装置天津蓝巢概述： 继电保护与自动装置购任务 电力系统远行中，由于风、雨、雷电的影响、设备的缺陷和绝缘老化、运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元件(发电机、变压器、母线输电线路、电动机等)可能发生各种故障和不正常工作状态。电力系统发生的故障主要是各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。以及发电机、变压器同一相绕组的匝间短路。此外，还有输电线路的断线以及短路与断线组合的复故障等。常见的不正常工作状态主要是过负荷、系统振荡和频率降低等。故障的危害是： (1)故障点的电弧可能烧坏故障设备。 (2)故障回路中的设备。由于短路电流产生的热效应和
2、电动力的作用会遭受破坏或损伤。 (3)电力系统部分地区的电压大幅度下降，影响用户的正常生产。 (4)破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡。甚至使整个系统瓦解造成大面积停电。 因此、任何电力系统在设计和运行时必须考虑到系统中可能发生的故障和不正常工作状态，并利用继电保护装置予以消除、以保证电力系统正常运行。继电保护装置的任务是： (1)当被保护的电气元件发生故障时，保护装置迅速动作，使断路器跳闸、将故障的电气元件从电力系统中切除，使其损坏程度减至最小，并保证无故障部分继续正常运行； (2)当被保护的电气元件出现不正常工作状态时，保护装置发出信号、告诉运行人员予以处理。在无人值班的变电所，保
3、护可作用于减负荷或延时跳闸。 电力系统的安全自动装置一方面配合继电保护装置提高供电的可靠性(如自动重合闸、备用电源自动投入装置)；另一方面不断调整系统电压与频率，以保证供电质量及并列运行机组间功率的合理分配。 为了使继电保护装置能及时、正确地完成它所担负的任务，对反应短路故障的保护装置有以下四个基本要求；选择性、快速性、灵敏性和可靠性。目录第一章发电机保护第二章变压器保护第三章线路保护第四章电动机保护发电机保护第一节 发电机可能发生的故障和异常运行方式第二节 发电机定子绕组的纵联差动保护第三节 发电机定子绕组的匝间短路保护第四节 发电机定子绕组接地保护第五节 发电机励磁回路的接地保护第六节 发
4、电机的失磁保护第一节第一节 发电机可能发生的故障和异常运行方式发电机可能发生的故障和异常运行方式 发电机的内部故障主要是由定子绕组和转子励磁绕组绝缘损坏所发电机的内部故障主要是由定子绕组和转子励磁绕组绝缘损坏所引起的，其具体故障形式有以下几种。引起的，其具体故障形式有以下几种。 1 1定子绕组的相问短路定子绕组的相问短路 定子绕组的相问短路是危害发电机安全运行最严重的一种故障，短定子绕组的相问短路是危害发电机安全运行最严重的一种故障，短路点产生的电弧不但会损坏绝缘，而且可能烧坏定干铁芯和绕组，甚至路点产生的电弧不但会损坏绝缘，而且可能烧坏定干铁芯和绕组，甚至引起火灾，给发电机的修复工作带来巨大
5、的困难。引起火灾，给发电机的修复工作带来巨大的困难。 2 2定子绕组一相匝间短路定子绕组一相匝间短路 大型发电机组的定子绕组多为双分支或多分支并联，同槽同相的线大型发电机组的定子绕组多为双分支或多分支并联，同槽同相的线数占相当大比例。在运行中这种故障发生的机会较少，但由于电磁力引数占相当大比例。在运行中这种故障发生的机会较少，但由于电磁力引起的振动使绝缘损坏，发生一相匝间短路的可能性仍存在。一旦发生一起的振动使绝缘损坏，发生一相匝间短路的可能性仍存在。一旦发生一相匝间短路，则由于故障点的电流较大，将导致绝缘近一步损坏，因而相匝间短路，则由于故障点的电流较大，将导致绝缘近一步损坏，因而伴随产生单
6、相接地故障，并可能发展成相间短路故障，使发电机遭受严伴随产生单相接地故障，并可能发展成相间短路故障，使发电机遭受严重损伤。重损伤。 3定子绕组的单相接地故障 接地点的故障电流是发电机及发电机电压网络连接元件的对地电容电流，当其大到一定程度并持续一定时间时，将损坏铁芯和绕组绝缘甚至进一步引起匝问短路或相问短路。故应采取措施限制接地点的电流，并及时检测出定子绕组的接地障。 4励成回路一点接地或两点接地故障 大型发电机组的励磁电压较高，水内冷励磁绕组对地绝缘水平较低，则当励磁绕组和外部回路一点接地时，由于一侧轴承对地绝缘，没有电流通过故障点，故可以继续运行。从安全方面虑，带接地点运行的时间应尽量缩短
7、，并尽快转移负荷，积极安排停机。如果冉出现另一点接地时，将造成励磁回路短路，可能挠坏绕组和转子。两点接地时，由于转于的磁通对称性遭到破坏，发电机组将剧烈地振动，其故障性质是严重的，不宜继续运行，故要求励磁回路一点接地时发信号，两点接地时停机。第二节 发电机定子绕组的纵联差动保护第三节 发电机定子绕组的匝间短路保护二 发电机零序电压原理的定子匝间短路保护 1工作原理第四节 发电机定子绕组接地保护一一 发电机定子绕组接地故障的分祈发电机定子绕组接地故障的分祈 下面讲述：100保护区的发电机定子接地保护第五节 发电机励磁回路的接地保护1电桥式励磁回路一点接地保护装置2、按电桥原理构成的发电机励磁回路
8、两点接地保护第六节 发电机的失磁保护一一 发电机失去励磁的原因和影响发电机失去励磁的原因和影响 发电机失去励磁后，将出现下述的情况和影响。失磁保护可以根据多种原理来构成，在这里仅介绍一种根失磁保护可以根据多种原理来构成，在这里仅介绍一种根据机端测量阻抗的变化，用阻抗继电器构成的失磁保护。上图据机端测量阻抗的变化，用阻抗继电器构成的失磁保护。上图给出了一种失磁保护的原理接线图。给出了一种失磁保护的原理接线图。图中，图中，KZKZ为失磁保护的阻抗继电器。为失磁保护的阻抗继电器。KBBKBB为电压回路断为电压回路断线闭锁继电器，其作用是防止电压回路断线时阻抗继电器误动线闭锁继电器，其作用是防止电压回
9、路断线时阻抗继电器误动作。作。KBBKBB的动断触点和阻抗继电器的动合触点相串联，当电压的动断触点和阻抗继电器的动合触点相串联，当电压回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而起断线回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而起断线闭锁作用。闭锁作用。K1K1为时间继电器，时限为为时间继电器，时限为12s12s是为了防止保护在是为了防止保护在系统振荡或自同步并列时误动作。系统振荡或自同步并列时误动作。第二章变压器保护第一节差动保护第二节瓦斯保护第三节零序保护第一节差动保护大型变压器必需装设单独的变压器差动保护。变压器差动保护通常大型变压器必需装设单独的变压器差动保护。变压器差动保护通
10、常为三侧电流差动，即高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器，而中为三侧电流差动，即高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器，而中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器。差低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器。差动保护范围为三组电流互感器所限定的区域（即变压器本体，高压侧引动保护范围为三组电流互感器所限定的区域（即变压器本体，高压侧引线和中低压侧的引线），可以反应在这个区域内相间短路，高压侧接地线和中低压侧的引线），可以反应在这个区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变绕组匝间短路故障。因此，变压器差动保护是最重要的保短路以及主变绕组匝间短路故障。因此，变压
11、器差动保护是最重要的保护之一。护之一。一变压器差动保护的基本原理一变压器差动保护的基本原理变压器差动保护的基本原理与发电机纵联差动保护相同。但由于变压器差动保护的基本原理与发电机纵联差动保护相同。但由于变压器内部结构，陨运行方式，电量特征均各有特点，产生了一系列特变压器内部结构，陨运行方式，电量特征均各有特点，产生了一系列特有的技术问题，因此，其差动保护在构成上与发电机纵差保护有较大的有的技术问题，因此，其差动保护在构成上与发电机纵差保护有较大的不同。例如：需要根据变压器各侧绕组的连接组别的不同来确定多侧差不同。例如：需要根据变压器各侧绕组的连接组别的不同来确定多侧差动接线方式，又如必须妥善处
12、理大励磁涌流引起差动保护误动的问题等。动接线方式，又如必须妥善处理大励磁涌流引起差动保护误动的问题等。理论上，正常运行和区外故障时，Ir=I1+ I2=0 。实际上，很多因素使Ir= Ibp0 。（Ibp为不平衡电流）二变压器差动保护在构成上与发电机纵差保护的不同之处：二变压器差动保护在构成上与发电机纵差保护的不同之处：第二节瓦斯保护大型变压器内部发生严重漏由或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断大型变压器内部发生严重漏由或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，差动保护及其他反映电量的保护均不能动作，而瓦斯保护线故障时，差动保护及其他反映电量的保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作，因此，瓦斯保护
13、式变压器内部故障的重要的保护装置。却能动作，因此，瓦斯保护式变压器内部故障的重要的保护装置。瓦斯保护有轻，重瓦斯保护之分，装于油箱与油枕之间的连接导管上。瓦斯保护有轻，重瓦斯保护之分，装于油箱与油枕之间的连接导管上。当变压器严重漏油或轻微故障时，在所产生的气体压力作用下，引起当变压器严重漏油或轻微故障时，在所产生的气体压力作用下，引起轻瓦斯保护动作，延时作用与信号；当变压器内部发生严重故障时，轻瓦斯保护动作，延时作用与信号；当变压器内部发生严重故障时，变压器油和绝缘材料分解产生大量气体，油箱内气体经导管冲向油枕，变压器油和绝缘材料分解产生大量气体，油箱内气体经导管冲向油枕，冲动重瓦斯保护动作，
14、瞬时作用与跳闸。冲动重瓦斯保护动作，瞬时作用与跳闸。轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示。整定范围通常为：轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示。整定范围通常为：250250300300立方厘米。立方厘米。重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示。整定范围通常为：重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示。整定范围通常为：0.60.61.51.5立方厘米。立方厘米。需要说明的是：瓦斯保护虽然简单灵敏经济，但它动作速度较慢，需要说明的是：瓦斯保护虽然简单灵敏经济，但它动作速度较慢，且仅能反映变压器油箱内部的故障，因此，瓦斯保护需要与差动保护且仅能反映变压器油箱内部的故障，因此，瓦斯保护需要与差动保护共同使用
15、。共同使用。第三节零序保护一、中性点直接接地变压器的零序电流保护一、中性点直接接地变压器的零序电流保护当变压器的中性点采用直接接地的运行方式时，其接地保护一般采用零序电流保护。保护用电流互感器接于中性点引出线上。保护的原理接线图如图418所示。零序电流保护的动作电流应大于被保护侧母线引出线零序过电流保护的动作电流，即按灵敏性相配合的条件整定。保护的动作时限应比引出线零序过电流保护的最大动作时限大一个时限级差t。 二、并列运行变压器部分中性点接地时的零序保护二、并列运行变压器部分中性点接地时的零序保护在中性点直接接地电网发生接地短路时，零序电流的大小和分布在中性点直接接地电网发生接地短路时，零序
16、电流的大小和分布与变压器中性点接地的数目和位置有关。因此，当变电所中有两台及与变压器中性点接地的数目和位置有关。因此，当变电所中有两台及以上变压器并列运行时，仅将部分变压器的中性点接地，另一部分变以上变压器并列运行时，仅将部分变压器的中性点接地，另一部分变压器的中性点不接地，以使零序电流的大小和分布少受系统运行方式压器的中性点不接地，以使零序电流的大小和分布少受系统运行方式的影响。的影响。正常运行时，系统无零序电流和零序电压，电流继电器正常运行时，系统无零序电流和零序电压，电流继电器KAKA。和。和电压继电器电压继电器KvKv。均不起动保护不动作。均不起动保护不动作。 系统发生接地故障时，中性
17、点接地线中出现系统发生接地故障时，中性点接地线中出现3I3I。KA KA 。起动，其。起动，其常开触点接通，起动时间继电器常开触点接通，起动时间继电器KT1KT1。KTlKTl的瞬动触点接通，立即将的瞬动触点接通，立即将操作电源送到中性点不接地变历器的接地保护，中性点不接地变压器操作电源送到中性点不接地变历器的接地保护，中性点不接地变压器的接地保护在的接地保护在KAoKAo不起动和不起动和KV0KV0起动的条件下，时间继电器起动的条件下，时间继电器KT2KT2起动，起动，以较短的延时，将中性点不接地变压器切除。若故障仍存在，以较短的延时，将中性点不接地变压器切除。若故障仍存在，则中性点接地变压
18、器的则中性点接地变压器的KAKA。不返回待。不返回待KTlKTl到达整定延时，其触点接到达整定延时，其触点接通将中性点接地变压器切除。通将中性点接地变压器切除。第三章线路保护第一节 反应相间短路的电流电压保护第二节 反应相间短路的方向过电流保护第三节 输电线路的接地保护第四节 输电线路的距离保护第一节 反应相间短路的电流电压保护 在电力系统中在电力系统中, ,输电线路发生相间短路故障时输电线路发生相间短路故障时, ,线路中的电流增大线路中的电流增大. .母线电压降低。利用电流增大这一特征，构成当电流超过某母线电压降低。利用电流增大这一特征，构成当电流超过某预定值预定值使电流继电器动作的保护。称
19、为线路的电流保护。根据保护的工作原使电流继电器动作的保护。称为线路的电流保护。根据保护的工作原理，电流保护又分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速理，电流保护又分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护及电流电压联锁速断保护等断保护及电流电压联锁速断保护等一、定时限过电流保护一、定时限过电流保护工作原理工作原理: : 对于图对于图2121所示单侧电源辐射形电网。为切除故障只需在各线所示单侧电源辐射形电网。为切除故障只需在各线WL1WL1、WL2WL2、WL3WL3电源侧装设断路器电源侧装设断路器QFlQFl、QF2QF2、QF3QF3及保护装置及保护装置1 1、2 2、3 3
20、。为使保护在正常运行时不动作，各保护的动作电流大干被保护。为使保护在正常运行时不动作，各保护的动作电流大干被保护线路的最大负荷电流。线路的最大负荷电流。 当线路WL3上K1点发生短路故障时，短路电流Isc由电源经线路WL1、WL 2及WL3流至短路点；由于短路电流Isc经过保护装置l、2及3，且Isc大于保护装置1、2及3的电流继电器的动作电流所以上述各保护装置的电流继电器均起动。但根据选择性要求，应由装于故障线路WL3上的保护装置3动作。使断路器QF3跳闸。QF3跳开后，短路电流消失，保护装置1及2的电流继电器都应立即返回。可见，过电流保护的选择性要靠各保护装置具有不同的延时动作时间来保证.
21、为此必须使各保护的动作时限有如下关系:式中t1、t2、t3分别为保护装置1、2、3的动作时限。t称为时限级差根据断路器及继电器类型不同， t为o35一0. 7s一般常取o5s。为获得一定的动作时限，各保护装置都装设有时间继电器。时间继电器触点延时接通的时间，应根据选择性要求所决定的保护装置动作时间来整定。 图21给出了各保护装置的动作时限。从图中可知，各保护装置动作时限是从用户到电源逐级增长的，越靠近电源的线路，过电流保护装置的动作时限越长，似一个阶梯，故称为阶梯形时限特性。由于各保护装置的动作时限都分别是固定的，与短路电流大小无关所以称为定时限过电流保护，通常用符号表示。 每一线路的过电流保
22、护装置除保护本线路外，还应起相邻下一线路的后备保护作用。如图21中，保护装置2对保护装置3起后备保护作用，即当线路WL3故随时，若因某种原因保护3拒动或断路器QF3失灵时，保护装置2应动作、使断路器QF2跳闸、切除故障。同理保护装置1起保护装置2的后备保护作用。 二、反时限过电流保护二、反时限过电流保护三、瞬时电流速断保护三、瞬时电流速断保护 定时限过电流保护简单可靠，保护范围大，灵敏性好但它最大定时限过电流保护简单可靠，保护范围大，灵敏性好但它最大的缺点是动作不迅速尤其靠近电源的线路保护动作时限很长，在很的缺点是动作不迅速尤其靠近电源的线路保护动作时限很长，在很多情况下满足不了快速件的要求。
23、为了快速切除线路故障，可装设瞬多情况下满足不了快速件的要求。为了快速切除线路故障，可装设瞬时电流速断保护。时电流速断保护。工作原理：工作原理：第二节 反应相间短路的方向过电流保护方向过电流保护的接线图：方向过电流保护的接线图：第三节 输电线路的接地保护第四节 输电线路的距离保护距离保护的作用和工作原理：三段式距离保护的主要组成元件：三段式距离保护的主要组成元件：第四章电动机保护第一节 反应电动机相间故障、接地及过负荷的保护第二节 电动机的低电压保护概述 电动机的主要故障形式是单相接地、相间短路及一相绕组的匝间电动机的主要故障形式是单相接地、相间短路及一相绕组的匝间短路。短路。 定于绕组相间短路
24、是电动机最严重的故障，它不仅会使电动定于绕组相间短路是电动机最严重的故障，它不仅会使电动机本身严重损坏。还会使供电网络的电压显著降低，破坏其它用电设机本身严重损坏。还会使供电网络的电压显著降低，破坏其它用电设备的正常工作。因此对于大容量的电动机，有条件时应装设纵差动备的正常工作。因此对于大容量的电动机，有条件时应装设纵差动保护，对于保护，对于 一一 般高压电动机则应装设电流速断保护，以便尽快将障般高压电动机则应装设电流速断保护，以便尽快将障电动机切除。电动机切除。 单相接地故障对电动机的危害程度，取决于供电电网的中件点接单相接地故障对电动机的危害程度，取决于供电电网的中件点接地方式对于工作在地
25、方式对于工作在310kv310kv中性点非直接接地电网的高压电动机中性点非直接接地电网的高压电动机当接地电容电流大于当接地电容电流大于510A510A时，可能烧坏电动机的绕组和铁心。应时，可能烧坏电动机的绕组和铁心。应装设接地保护并作用于跳闸。在装设接地保护并作用于跳闸。在380380220v220v三相四线制电网中三相四线制电网中电源变压器中性点是直接接地的故电动机单相接地是一种短路故障电源变压器中性点是直接接地的故电动机单相接地是一种短路故障它可借助电动机的具有三相式接线的相间短路保护装置无时限作用它可借助电动机的具有三相式接线的相间短路保护装置无时限作用于跳闸。于跳闸。 相绕组的匝间短路
26、会破坏电动机的对称运行，最严重的情况是一相绕组全部短接，此时非故障的两相绕组均承受线电压、电动机可能被损坏。但是目前尚无简单、完善的方法反应匝间短路，故一般电动机上不装设匝间短路保护。 电动机的不正常工作状态主要是过负荷。引起过负荷的原因一股是：电动机所带机械负荷过大；电动机端电压降低或消失引起其转速降低；供电回路一相断线，及电动机所带机械部分发生故障等。过负荷会使电动机温度超过允许值，使绕组绝缘老化，甚至将电动机烧坏。因此对易产生过负荷的电动机应装设过负荷保护，一般作用于信号，以便运行人员及时处理。 电动机供电网络的电压因某种原因而降低时，电动机的转速将下降。当电压恢复时，由于电动机自起动将
27、从电网吸收很大的无功功率，致使电源电压难以恢复。为保证重要电动机自起动应装设低电压保护，切除一部分不重要的电动机，并使不允许或不可能自起动的电动机跳闸。第一节第一节 反应电动机相间故障、接地及过负荷的保护反应电动机相间故障、接地及过负荷的保护 一、反应相间故障的保护一、反应相间故障的保护 发电厂厂用电动机较多的是中、小容量的电动机，从经济观点及发电厂厂用电动机较多的是中、小容量的电动机，从经济观点及运行方便要求，其保护应尽量简单、可靠。因此，在低电压小容量电运行方便要求，其保护应尽量简单、可靠。因此，在低电压小容量电动机上广泛采用熔断器及自动空气开关的短路脱扣器作为其相间短路动机上广泛采用熔断
28、器及自动空气开关的短路脱扣器作为其相间短路保护，瞬时作用于跳闸。容量在保护，瞬时作用于跳闸。容量在2000kw2000kw以上且有六个引出线的重以上且有六个引出线的重要电动机可装设纵差动保护要电动机可装设纵差动保护. .下面分别介绍：下面分别介绍：( (一一) )用自动空气开关的短路脱扣器作为相间短路保护用自动空气开关的短路脱扣器作为相间短路保护自动空气开关示意图见图自动空气开关示意图见图6262，每相都有电磁式电流继电器，每相都有电磁式电流继电器1 1，与相应的跳闸机构组成电磁脱扣器。当短路电流通过电磁式电流继电与相应的跳闸机构组成电磁脱扣器。当短路电流通过电磁式电流继电器的线圈时。所产生的
29、电磁力器的线圈时。所产生的电磁力FemFem使铁心使铁心2 2向上运动，顶开挂钩向上运动，顶开挂钩3 3，使自动空气开关触头使自动空气开关触头4 4快速跳开，完成切断短路电流的任务。快速跳开，完成切断短路电流的任务。( (二二) )电动机的纵差动保护电动机的纵差动保护 2MW2MW以上的电动机，或以上的电动机，或2MW2MW以下用电流速断保护灵敏性不符合以下用电流速断保护灵敏性不符合要求的电动机可装设作用于跳间的纵差动保护。要求的电动机可装设作用于跳间的纵差动保护。 电动机纵差动保护的原理接线图如图65所示。由中性点不接地电网供电的电动机的纵差动保护般采用两相式，接入差回路的继电器可用BCH2型差动继电器或DL11型电流继电器。当用前者时。保护瞬时作用于跳闸；当用后者时，为躲过电动机起动时暂态电流的影响常使出口中间继电器带o.1s的时限动作于跳闸。 为防止电流互感器二次回路断线时保护误动作，差动继电器的动作电流应按躲过电动机的额定电流整定即：式中Ktel-可靠系数若采用BCH2取L 3；若采用DL11，取1.5-2。 灵敏系数按下式校验：式中Isc.min-系统最小运行方式下、电动机出口两相短路电流。 二、单相接地保护二、单相接地保护 (三)、过负荷保护第二节 电动机的低电压保护谢谢！
