供配电系统的继电保护.ppt
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1、2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,1,第七章 供配电系统的继电保护,一、为什么要设保护?1、故障原因-绝缘破坏、误操作、雷击等;2、故障危害-?二、保障对象:线路、变压器、电机等;三、保护措施:根据对象工况确定 保护装置执行机构:断路器或熔断器。低压系统,保护装置常用低压断路器和熔断器。,继电保护:变电所二次回路的重要组成部分。作用:故障:跳闸,切除故障;不正常运行状态:发出报警信号。同时,可避免电气设备或供配电系统损坏,提高供电可靠性。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,2,第一节 继电保护的基本知识第二节 常用的保护继电器第三节 电力线路的继电保护第四节 电力变
2、压器的继电保护第五节 高压电动机的继电保护第六节 6-10kV电容器的继电保护第七节 配电系统微机保护,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,3,第一节 继电保护的基本知识,继电保护装置:能反应供配电系统中电气设备发生故障或不正常运行状态,并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置,属二次接线。,一、继电保护的要求1.选择性-挑选故障元件的能力。系统发生故障,保护装置动作,离故障点最近的保护装置先动作,切除故障设备,使停电范围最小,系统中无故障部分仍正常工作,如何实现?失去选择性:供电系统发生故障时,靠近故障点的保护装置完好而不动作,而距离故障点较远的前一级保护装置动作
3、,也叫越级跳闸。,QF5是WL4的远后备保护,QF6是WL4的近后备保护,远后备保护、近后备保护,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,4,2.可靠性:不拒动,不误动 在保护范围内,发生故障或异常,保护装置要可靠动作,不该拒动;在不应该动作时,不能误动作。为满足可靠性,保护装置接线应尽可能简单,避免保护装置断线、短路、接地及错误接线,辅助元件及安装施工应当可靠,整定合理。目标:技术上安全可靠,经济上合理。,如图所示K点短路,保护3不应该拒动作,保护1和保护2不应该误动作。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,5,3.速动性:尽快动作切除故障,减小故障造成的损失,减少对用电
4、设备的影响。如在0.2s切除,电动设备则不停转,从而提高系统运行的稳定性。故障切除时间等于保护装置的动作时间和断路器动作时间之和。注意:必须在满足选择性的基础上。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,6,4.灵敏性:保护装置对在其保护范围内发生故障或不正常工作状态的反应能力。在保护区内,不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何,故障的轻重,保护都应正确动作。灵敏性用灵敏度KS来衡量,灵敏度愈高,反应故障的能力愈强,保护装置就越复杂,价格越贵,且可靠性降低。,灵敏度Ks计算:,国家对灵敏度有相关的规定,在设计各种保护装置时,其灵敏系数应满足有关规定的标准。,2023/9/5,第
5、七章 供配电系统的继电保护,7,(1)对于故障时参数量增加的保护装置,(2)对于故障时参数量降低的保护装置,例如:过电流保护的灵敏系数为 KSIKminIop IKmin 保护区内故障的最小短路电流值,例如:低电压保护的灵敏系数为 KSUopUKmax UKmax保护区内故障的最大残压值,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,8,二、继电保护的基本原理,供配电系统发生故障时,会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变等现象。利用上述物理量故障时与正常时的差别,可构成各种不同工作原理的继电保护装置。如:(1)电流保护:定时限过流保护、电流速断保护、零序电流保护;(2)电压保护:欠
6、压、失压及过压保护(3)方向保护:方向过电流保护(4)电压与电流比值保护:距离保护(5)输入电流与输出电流之差:变压器横差、纵差保护。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,9,1.测量部分 测量被保护设备的某物理量,与保护装置的整定值进行比较,判断被保护设备是否发生故障,保护装置是否应该起动。,继电保护种类很多,但其工作原理基本相同,它主要由测量、逻辑和执行三部分组成。,2.逻辑部分 根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序,使保护装置按一定的逻辑关系工作,输出信号到执行部分。,3.执行部分 根据逻辑部分输出信号驱动保护装置动作,使断路器跳闸或发出信号。,2023/9/5,第七章
7、 供配电系统的继电保护,10,(1)常规继电保护 各种不同功能的继电器按一定方式连接、组合,构成继电保护装置,当前继电保护的主要形式;(2)晶体管继电保护 由不同功能的晶体管电路组成,动作快、灵敏度高、功耗小、体积小、重量轻等特点,但是抗干扰差,元件易损坏以及由此带来的误操作等缺点,目前应用的不多;(3)微机继电保护装置-仅属于一种概念 因为微机保护中,除执行结构外,一般不设继电器。,三、当前继电保护的形式:,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,11,四、工厂继电保护的配置:,(1)继电器保护:可靠性高,操作灵活,适于高压供电系统。(2)熔断器保护:用于高低压供电系统,简单经济,但
8、断流能力较小,选择性差,更换不便,适于可靠性要求不高的场合。(3)低压断路器保护:由于脱扣器多,可进行过流、过压、失压、欠压保护,还可作为控制开关使用,适于可靠性要求高,操作频繁的低压供电系统中。,五、电流保护的接线方式和接线系数,接线方式:电流保护中电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。为便于分析和整定计算,引入接线系数Kw。Kw:流入继电器KA线圈的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值:,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,12,1.三相三继电器接线完全星形接线,能反应各种短路故障,流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等,其接线系数始终等于1。主要用于高压直接
9、接地系统,做相间短路和单相短路保护。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,13,2.两相两继电器接线不完全星形接线,不能反应单相短路,只能反应相间短路,其接线系数为1。用于中性点不接地6-10KV系统,作相间短路保护用。,A、C装,B相不装,省一只电流互感器及电流继电器,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,14,3.两相一继电器接线两相电流差接线,流入继电器的电流为两个CT二次绕组电流之差。,正常工作时,通过继电器的电流为:,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,15,因而灵敏系数也不一样。一般情况下:保护整定时,取KW 灵敏度校验时,取KW1,可反应各种相间
10、短路,但接线系数随短路种类不同而不同,保护灵敏度也不同。主要用于10KV及以下电压等级和高压电动机的保护。,不同的相间短路时,接线系数是不一样的。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,16,三种接线方式性能比较,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,17,第二节 常用的保护继电器,保护继电器的分类:,继电器:其输入的物理量达到规定值时,其电气输出电路被接通或者被分断的自动电器。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,18,一、电磁式继电器(串联),1.电磁式电流继电器,(1)文字符号和图形符号,文字符号:KA,起动元件,(2)结构和工作原理,1线圈2铁心3可动舌
11、片 4静触点5可动触点6调整杆7刻度盘9反作用弹簧,特点:流过其线圈电流的大小改变触点状态。功耗小,灵敏度高,动作快;缺点:触点容量小,功耗小,不能直接动作于断路器跳闸。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,19,动作电流:过电流继电器动作的最小电流用Iop.kA 表示。返回电流:继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流,用Ire.KA 表示。返回系数:继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre,值越大,反应越灵敏。,显然:过量继电器的返回系数小于1;电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85。,吸合值,释放值,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,20,(3)动作电
12、流的调节,细调:改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力,可实现力矩的平滑调节。粗调:改变继电器线圈的连接。当线圈由串联改为并联时,相当与线圈闸数减少一半,由于继电器动作所需的电磁力是一定的,即所需磁动势一定,因此其动作电流增大一倍,反之,则减小一倍,可进行级进调节。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,21,(1)文字符号和图形符号(KV),起动元件(2)结构和工作原理 与DL型电磁式电流继电器基本相同。(3)区别:线圈为电压线圈,匝数多,导线细,与电压互感器的二次绕组并联。分为:过电压和欠电压继电器。过电压继电器的返回系数通常为0.8;欠电压继电器的返回电压大于起动电压,其返回系
13、数Kre大于1,通常为1.25。,2.电磁式电压继电器,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,22,3.电磁式时间继电器-保护装置可得到需要的延时(1)文字符号:KT 从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始,到产生相应的输出信号(触点闭合和断开),有一个符合一定准确度的延时过程的继电器。,分:通电延时型,断电延时型。,(2)结构和工作原理由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。(3)动作时限调整:通过改变主静触头与主动触头之间的相对位置,即改变主动触头的行程获得。,注意:不能长时间通电,否则应串接电阻。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,23,1线
14、圈 2电磁铁 3可动铁心 4返回弹簧 5、6瞬时静触头 7绝缘件 8瞬时动触头 9压杆 10平衡锤 11摆动卡板 12扇形齿轮 13传动齿轮 14主动触头 15主静触头 16标度盘 17拉引弹簧 18弹簧拉力调节器 19磨擦离合器 20主齿轮 21小齿轮 22掣轮 23、24钟表机构传动齿轮,(2)内部接线与图形符号,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,24,4.电磁式信号继电器-指示继电器 作用:发出指示信号,表示保护动作;同时接通信号回路,发出灯光或者音响信号。,文字符号:KS,1线圈 2电磁铁 3弹簧 4衔铁 5信号牌6玻璃窗孔 7复位旋钮 8动触头 9静触头 10接线端子,
15、2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,25,5.电磁式中间继电器-auxiliary relay 作用:增加触头数量,增加触头的容量。用作辅助继电器。,1线圈 2电磁铁 3弹簧 4衔铁 5动触头 6、7静触头 8连接线 9接线端子 10底座,文字符号:KM,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,26,二、感应式电流继电器(GL型),1.文字符号和图形符号文字符号:KA,组成:感应系统和电磁系统。,1线圈 2电磁铁 3短路环 4铝盘 5钢片 6铝框架 7调节弹簧 8永久磁铁 9扇形齿轮 10蜗杆 11扁杆 12触头 13时限调节螺杆14速断电流调节螺钉 15衔铁 16动作电流
16、调节插销,优点:触点容量大,兼有电磁式电流继电器、时间继电器的作用,利于简化接线。缺点:机械机构复杂,动作精度不高。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,27,二、工作原理-速断与过流保护合二为一,1感应系统:动作电流:蜗杆与扇形齿片相咬合时,线圈所需要通入的最小电流。返回电流:使扇形齿片脱离蜗杆回到原来位置时的最大电流。动作时间:从轴上蜗杆与扇形齿片相咬合起到触点闭合这一段时间。反时限特性:流入继电器的电流越大,铝盘转速越快,动作时间就越短。,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
17、13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,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,28,速断电流: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,触点立即闭合。,时限特性:如图所示。,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”。,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。,2、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。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,29,动作电流与动作时限调
18、节方法,感应系统的动作电流调节:改变线圈的匝数(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。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,30,第三节 电力线路的继电保护,一、电力线路的常见故障,供配电线路特点:用户内部的高压电力线路的电压等级
19、为6-35KV,线路短,通常为单端供电。1.常见故障:相间短路、单相接地、过负荷。2.保护配置:,(1)相间短路保护:装设带时限的过电流保护(满足选择性)和电流速断保护,保护动作于断路器跳闸。(2)单相接地保护:装设绝缘监视装置(零序电压保护)或单相接地(零序电流保护),保护动作于信号,作为单相接地故障保护。(3)过负荷保护:经常过负荷的电缆线路,装设过负荷保护,动作于信号。,2023/9/5,第七章 供配电系统的继电保护,31,二、过电流保护(over-current protection),过电流保护:当线路电流大于继电器的动作电流时,保护装置起动,并用时限保证动作的选择性的保护装置。,反
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