工厂供电课件第6章.ppt
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1、第六章 供配电系统的继电保护,内容提要:本章讲述供电系统保护装置的作用及对其基本要求,分别论述了工厂高、低压线路中的继电保护、熔断器保护、低压断路器保护的方式及适用范围,其中重点讲述了工厂高压线路的继电保护和电力变压器的保护。,6.1 供配电系统保护装置的作用与要求6.2 工厂高压线路继电保护6.3 电力变压器的保护6.4 工厂低压供电线路的保护,第六章 供配电系统的继电保护,6.1 供配电系统保护装置的作用和要求,继电保护原因供配电系统中,由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因,会使运行中的供配电系统发生各种故障和不正常运行状况。最常见故障是各种形式的短路短
2、路危害常见的不正常工作状态有中性点不接地系统发生单相接地、线路或设备过负荷可能导致相间短路。,工厂常用保护装置的类型继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合,构成继电保护装置。当系统出现事故或故障时,检测出并使相应的高压断路器跳闸,将故障部分切除,或给出报警信号。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。,熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济,在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小,选择性差,熔体熔断后更换不方便,不能迅速恢复供电,因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。,工厂常用保护装置的类型低压断路器保护。这种保护又称低压
3、自动开关保护。由于低压断路器带有多种脱扣器,能够进行过电流、过负载、过电压和欠电压保护等,而且可作为控制开关进行操作,因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。,继电保护装置所谓继电保护装置是指能反映供电系统中的电气设备发生故障或不正常工作状态,并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预报信号的一种自动装置。,继电保护装置的主要任务在发生故障时能自动检测出故障,并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除,以免系统设备继续遭到破坏。当系统处于不正常运行,如过载、欠电压等情况时,能发出报警信号,以便及时处理,保证安全可靠地供电。与供配电系统的自动装置(如自动重合闸装置、备用电源自
4、动投入装置)配合,缩短事故停电时间,提高供电系统的运行可靠性。,继电保护原理采用的物理量电流增大。从电源到短路点间电气设备上电流增大。电压降低。故障相相电压或线电压下降,离短路点越近,电压下降越多,甚至为零。电流、电压间的相位角会发生变化。由于短路发生后,系统阻抗发生变化导致了相位角改变。故障电流流经的设备温度上升较快。,利用短路时这些电气量的变化,可以构成各种原理的保护装置,如过电流保护,低电压保护;比较电流、电压两个电气量可以构成距离保护或功率方向保护装置等。,继电保护装置的组成测量部分逻辑部分执行部分,测量部分用来测量被保护设备输入的有关信号(电流、电压等),并和已给定的整定值进行比较,
5、判断是否应该启动。逻辑部分根据测量部分各输出量的大小或性质及其组合或输出顺序,使保护按照一定的逻辑程序工作,并将信号传输给执行部分。,执行部分根据逻辑部分传输的信号,最后去完成保护装置所承担的任务,给出跳闸或信号脉冲。,对继电保护装置的基本要求选择性快速性可靠性灵敏性,选择性,当供电系统发生故障时,离故障点最近的保护装置应先动作,切除故障,而供电系统的其他无故障部分继续运行,满足这一要求的动作就叫有选择性。,k点故障,QF2动作,根据性能要求合所起的作用,保护装置可分为主保护、后备保护及辅助保护等。主保护应能最快速并有选择性地切除被保护区域内的故障。后备保护应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障
6、。近后备当主保护拒绝动作时,由本设备或线路的另一套保护实现后备;当断路器拒绝动作时,由断路器的失灵保护实现后备。,远后备当主保护或断路器拒绝动作时,由相邻设备或线路的保护实现后备。辅助保护当需要加速切除线路故障或消除方向元件的死区时,可采用由电流速断构成的辅助保护。,保护装置在尽可能的条件下,应尽快地动作切除事故,以减少对用电设备的影响,如果故障能在0.2s内切除,则一般电动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度,减轻对元件的损害程度,减少用户在低电压下工作的时间和停电时间,加速恢复正常运行的过程,提高系统的稳定性。,快速性,可靠性保护装置在其保护范围内发生故障时,必须可靠动作,不应
7、拒绝动作,在不该动作的情况下就不应该误动作。为了满足可靠性的要求,保护装置接线应尽可能简单,力求减少继电器接点,避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线,所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工,都应当十分可靠。,灵敏性保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性,如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作,即具有足够的反应能力,说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否,一般都用灵敏系数(Sp)来衡量。,对于反应故障时参数量增加的保护装置,以过电流保护为例,灵敏系数为:,系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流,保护装置一次侧动作电流,对于反应故障时参数量降
8、低的保护装置,以低电压保护为例,灵敏系数为:,保护装置一次侧动作值,保护区末端短路时,在保护安装处母线上的最大残余电压值,表6.1 继电保护装置灵敏度,6.2工厂高压线路继电保护,6.2.1 电流互感器与电流继电器的接线方式6.2.2 线路过电流保护6.2.3 电流速断保护,6.2.1 电流互感器与电流继电器的接线方式,继电器继电器是组成继电保护装置的基本元件。根据继电器反应的物理量分,有电流继电器、电压继电器、气体继电器等。根据继电器的工作原理分,有电磁式、感应式等。按其反应参量变化情况分,有过电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器等。,按其与一次电路的联系分,有一次式和二次式一次式继电器的
9、线圈与一次电路直接相连二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧。,电磁式电流和电压继电器,图6.1 电磁继电器作用原理1铁心;2衔铁;3线圈;4接点;5弹簧,电磁式电流和电压继电器在继电保护装置中均为启动元件,属于测量元件。,中间继电器实质上是电压继电器,只是触头数量多(一般有8对),容量也大(510A)。中间继电器的作用是增加触点的数目或增大触点的容量。,电磁式中间继电器,信号继电器在继电保护装置中的作用是用来发出指示信号的。当信号继电器动作时,接点动作,从而接通其他的信号回路,并且信号继电器上信号牌会掉下,显示动作信号。,电磁式信号继电器,用来使保护装置获得所需要的延时。当继
10、电器的线圈接上工作电压时,经过一定的时间,继电器的触点才动作。,电磁式时间继电器,GL型电流继电器实际上由感应部分和电磁部分构成,感应部分带有反时限动作特性,而电磁部分是瞬时动作的。它的动作特性曲线如图5.4所示。GL型电流继电器利用感应部分做过电流保护,利用电磁部分做速断保护。能实现断路器的直接跳闸,另外还有动作信号牌显示动作信号。感应部分具有反时限动作特性,可以省略时间继电器。这种继电器构成的保护线路所用继电器个数少,但结构复杂,准确性不高。,感应式电流继电器,图6.2 GL型电流继电器的动作特性曲线,图6.3 继电器的图形表示符号,各种继电器的表示符号和图形符号,电流互感器与电流继电器的
11、接线方式,为了表述继电器电流IKA与电流互感器二次侧电流I2的关系,特引入一个接线系数Kw,流入电流继电器的电流,电流互感器二次侧电流,接线系数,电流互感器与电流继电器之间的接线方式 三相三继电器式完全星形接线 两相两继电器式不完全星形接线 两相三继电器式不完全星形接线 两相一继电器电流差式接线,三相三继电器式接线,图6.6 三相三继电器式接线,所用保护元件最多 所有短路电流都会通过继电器反映出来,产生相应的保护动作。,电路特点,两相两继电器式接线和两相三继电器式接线,图6.7 两相式接线,电路特点,所用元件较少 未接互感器的单相短路故障不能保护 采用两相三继电器接线提高灵敏度,两相一继电器式
12、接线(两相差式接线),图6.8 两相一继电器式接线,电路特点,流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差 不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度。不能反应出第三相(B相)的单相接地短路故障,表8.2 接线系数Kw的值,引入接线系数后,电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为:,电流互感器的变流比,电流互感器一次侧、二次侧电流,流入电流继电器的电流,继电保护装置的操作电源,继电保护装置的操作电源,有直流操作电源和交流操作电源两大类。由于交流操作电源具有投资小、运行维护方便及二次回路简单、可靠等优点,因此它在中、小型工厂应用最为广泛。,利用断路器操作机构内的过电流脱扣器(跳闸线圈)YR作
13、为电流继电器直接动作于跳闸,可接成两相两继电器式或两相差式接线。正常运行时,YR流过的电流小于YR的动作电流,不动作。当一次电路发生相间短路时,短路电流反映到电流互感器的二次侧,流过YR的电流达到动作值,使断路器QF跳闸。这种接线保护灵敏度低.,图6.9 直接动作式过电流保护电路,直接动作式,正常运行时,电流继电器KA的常闭接点将跳闸线圈YR短路,YR无电流流过,断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生相间短路时,KA动作,其常闭接点断开,使YR的短路分流支路被去掉(即“去分流”),电流互感器的二次侧的电流全部流过YR,断路器跳闸。这种接线简单,灵敏度较高,但要求继电器的触点容量较大。,图6.10
14、 去分流跳闸式过电流保护电路,去分流跳闸式,6.2.2 线路过电流保护,1定时限过电流保护装置组成和原理,当被保护线路中电流增大且超过整定值时,电流继电器启动,同时启动时间继电器,待时间继电器延时到预先整定时间,保护装置动作切除故障并报警。这种保护装置的动作时间是预先整定的,不随短路电流大小的变化而变化,因而称为定时限。定时限过电流保护在工厂供电系统中多采用两相式接线。,图6.11 定时限过电流保护装置原理电路图,工作原理:正常情况下,断路器QF闭合,保持正常供电,线路中流过正常电流,此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障时,线路中流过的电流迅速增加,使电流继电器KA瞬时动作,启动时间
15、继电器KT,经过延时,KT延时触点闭合,使串联的信号继电器(电流型)KS和中间继电器KM动作,KS触点闭合接通报警线路,KM触点闭合,接通跳闸线圈YR回路,使断路器QF跳闸,切除短路故障。在短路故障切除后,继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态,而KS需手动复位。,2反时限过电流保护装置的组成和原理,反时限过电流保护就是通过保护装置的故障电流越大,动作时间越短,而故障电流越小,动作时间就越长。这种保护装置由GL型电流继电器组成。工作原理:在正常情况下,电流继电器通过正常工作电流,其动断触点闭合,动合触点断开,断路器的跳闸线圈不会得电。发生短路时,电流继电器KA中流过的电流增大,
16、到达其动作值,动合触点闭合,接通YR,动断触点断开,去掉分流使YR得电带动断路器跳闸。,图6.12 交流操作的反时限过电流保护装置原理图,3过电流保护装置的动作原理和整定,保护要求:线路WL2的首端k点发生短路时,由于短路电流远远大于线路上的所有负荷电流,所以沿线路的过电流保护装置包括KA1、KA2均应启动。按照保护选择性的要求,应是靠近故障点k的保护装置KA2首先断开QF2,切除故障线路WL2。而KA1应立即返回,不至于断开QF1。,图6.13 过电流保护动作原理图,(1)过电流保护动作电流的整定,继电器的动作电流,保护装置的可靠系数,对DL型继电器取1.2,对GL型继电器取1.3,保护装置
17、的接线系数,三相式、两相式接线取1,两相差式接线取,保护装置的返回系数,对DL型继电器取0.85,对GL型继电器取0.8,电流互感器变比,线路的最大负荷电流,可取为(1.53)I30,(2)过电流保护的动作时限整定和配合,定时限过电流保护的动作时限整定和配合。为了保证前后两级保护装置动作的选择性,在后一级保护装置的线路首端k点发生三相短路时,前一级保护的动作时间应比后一级保护的动作时间要大一个时间差,对于定时限保护装置,一般取0.5s。,(2)过电流保护的动作时限整定和配合,反时限过电流保护的动作时限整定和配合。为了保证各保护装置动作的选择性,反时限过电流保护装置也应该按照阶梯原则来选择。对反
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