电力系统继电保护-全面介绍版

1第7章电力系统继电保护继电保护的基本知识常用保护继电器电力线路的继电保护电力变压器、电动机、电容器的保护2第1节继电保护的基本知识一、继电保护的作用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反事故自动装置。继电保护基本任务：当系统出现故障时，能自动的、有选择的、快速的将故障元件从系统切除，保证无故障部分继续运行，使故障部分受损坏程度最轻。反应电气元件的不正常工作状态，一般经延时发出信号。在无人值班条件下，保护也可作用于延时跳闸。3二、对继电保护的基本要求选择性、速动性、灵敏性、可靠性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。切除故障时间等于继电保护动作时间和断路器全开断时间之和。4保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。保护动作的整定值的最小值保护区内故障时反应量sK的最大值保护区内故障时反应量保护动作的整定值sK对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）灵敏性：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。对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）保护装置的灵敏度应该大于1。可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。5三、继电保护的基本原理1、继电保护的基本原理电力系统故障特征电力系统故障时，常伴有电流的增大、电压的下降、电压与电流之间相位角的改变、保护安装处电压与电流之比所表征的阻抗值下降等现象。继电保护基本原理利用故障时电气量的变化特征作故障判据，并把此判据转化为操作信息，即可实现保护功能。利用不同的特征量做故障判据，可以构成不同原理的继电保护。62、继电保护装置的组成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，判断是否发生故障或不正常运行状态；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）。7第2节常用保护继电器一、概述继电器：当输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。1.输入性质：电气继电器、非电气继电器2.用途：控制继电器、保护继电器3.保护继电器按功能分：测量继电器、有或无继电器4.按组成元件：机电型（电磁式、感应式）、晶体管型、微机型5.按反映物理量：电流、电压、功率、瓦斯6.按反映数量变化：过量继电器、欠量继电器87.按在继电保护中的用途分：起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等98.按动作于断路器的方式分：直接动作式（直动式）、间接动作式9.按与一次电路的联系方式分：一次式继电器、二次式继电器D：电磁式G：感应式S：时间继电器L：电流继电器Y：电压继电器X：信号继电器G：功率继电器Z：中间继电器设计序号特征代号10二、电磁型继电器1.电磁型电流继电器（KA）结构：如右所示工作原理：当在继电器线圈中通入电流IK时，电磁铁产生的电磁力Fem为：DL-10型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－起动电流调节转杆7－标度盘（铭牌）8－轴承9－反作用弹簧10－转轴222mKKemRNIKF当电磁力Fem大于弹簧的反作用力Fsp和摩擦力Ffr时，继电器触点切换，这就叫做继电器动作。11继电器动作的必要条件：Fem≥Fsp+Ffr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（线圈的串并联，级进调节）调节反作用弹簧的松紧，即调节Fsp（平滑调节）调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是：Fsp≥Fem+Ffr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表示。12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oprereIIK对于过电流继电器，Kre＜1，一般要求Kre=0.8～0.9；对于欠电流继电器，Kre＞1，一般要求Kre=1.06～1.2。电磁型电流继电器的动作迅速，是一种瞬时继电器。电磁式电流继电器的内部接线和图形符号132．电磁型电压继电器（KV）其结构和原理与电磁型电流继电器相似，不同的是采用电压线圈，匝数多、导线细，与PT相并联。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Kre＞1，一般为1.25。返回系数越接近1，说明继电器越灵敏。143.电磁式时间继电器（KT）用来使保护装置获得所要求的延时（时限）。它属于机电式有或无继电器。延时时间的调节：改变主静触点的位置，即它与主动触点的相对位置。注意：时间继电器线圈通常不按长时间接上额定电压设计，凡需长时间通电的时间继电器，其线圈应串入限流电阻。15时间继电器的内部接线和图形符号：164.电磁式信号继电器（KS）在继电保护装置中，用来发出保护装置动作的信号，属于机电式有或无继电器。电流型：电流线圈，阻抗小，串联在二次回路中电压型：电压线圈，阻抗大，并联在二次回路中175.电磁式中间继电器（KM）作用：弥补主继电器触点数量和触点容量的不足。安装位置：装设在保护装置的出口回路，用以接通断路器的跳闸线圈，也称为出口继电器。属于机电式有或无继电器。18二、静态继电器静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的电子型继电器，分为晶体管型和集成电路型继电器两类。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。静态继电器是用硅材料为主构成的继电器，因此又叫“固体”继电器。19dU1．晶体管型电流继电器晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成的。晶体管型电流继电器的组成晶体管型过电流继电器原理接线图20dU晶体管型电流继电器的动作情况当IK＜Iop时，UR3＜Ud，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。21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→VT1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。22当IK≤Ire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。232.晶体管型时间继电器在正常情况下，VT1饱和导通，VD导通，电容器C被短接，其值小于稳压管VS的方向击穿电压，VT2截止，输出“1”态信号。故障时，VT1截止，VD截止，电容器C通过R2充电（电压按指数规律上升），当达到稳压管VS反向击穿电压时，VS导通，给VT2供给基极电流，VT2导通，输出“0”态信号。243．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，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。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。25第3节电力线路继电保护一、概述电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。相间短路保护：应作用于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。单相接地保护：绝缘监视装置，动作于信号；有选择性的单相接地保护，动作于信号，严重时，动作于跳闸。过负荷保护：动作于信号。26二、保护装置的接线方式保护装置的接线方式：电流互感器和电流继电器之间的连接方式。2IIKKw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21IIKiopiwKopIKKI.接线系数Kw：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271．三相完全星形接线方式特点：可以反映各种形式的故障，其接线系数Kw=1。2．两相不完全星形接线方式特点：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。三相完全星形接线方式两相不完全星形接线方式283．两相电流差接线方式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。caKIII特点：接线系数随电力系统短路类型的不同而改变。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：3wK2wK1wK两相电流差接线方式29两相电流差接线方式能够反映各种相间短路，但对各种相间短路的灵敏度不同。进行保护整定时，接线系数取，灵敏度校验时，接线系数取1。330三、过电流保护过电流保护分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种：定时限：保护装置的动作时限按预先整定的时间固定不变，与短路电流大小无关；反时限：保护装置的动作时间按照10倍动作电流整定，而实际的动作时间则是与短路电流成反比，短路电流越大，动作时间越短。参数的整定：过电流保护的动作电流按躲过最大负荷电流整定，并以时间来保证动作的选择性。过电流保护的作用：作为本线路的后备保护（近后备）和下一级线路的后备保护（远后备）。保护范围：本线路和相邻线路的全长。31（一）过电流保护的原理与组成定时限过电流保护的接线图和展开图a）原理图b）展开图3233（二）过电流保护装置的整定计算1、动作电流的整定a.动作电流Iop必须躲过线路上的最大负荷电流IL·maxmaxLopIIb.保护装置在外部故障切除后应能可靠返回原始位置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.maxmaxLstreIKI34maxLstreIKI引入一个可靠性系数Krel，上式可改写为：max.LstrelreIKKImaxLrestrelrereopoprereIKKKKIIIIKmaxLireWstrelKopopiWKopIKKKKKIIKKIIOP：保护装置动作电流IOP·K：继电器动作电流Krel：可靠性系数，电磁型1.2，感应型1.3Kst：电动机的自起动系数，一般取1.5～3Kre：继电器的返回系数，电磁型0.85，感应型0.8KW：接线系数，星形和不完全星形取1，两相电流差取Ki：电流互感器变比IL·max：最大负荷电流3352、动作时限的整定ttt21s5.0t动作时间应按“阶梯原则”进行整定，即从负荷侧到电源侧，各保护的动作时间应逐级增加Δt。Δt的作用：应保证保护装置不误动作，它应包括断路器的跳闸时间、前一级保护的时间继电器可能提前动作的负误差、后一级保护的时间继电器可能推迟动作的正误差和一个裕度时间。363、灵敏度校验过电流保护的灵敏度应按系统最小运行方式下本线路末端（近后备）或相邻下一级线路末端（远后备）的两相短路电流进行校验。opksIIK)2(min.作远后备时，要求Ks≥1.2；作近后备时，要求Ks≥1.3~1.5。若灵敏度不满足要求，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。37三、低电压闭锁的过电流保护在线路过电流保护的过流继电器KA的常开触点回路中，串入低电压继电器KV的常闭触点，而KV经过电压互感器TV接在被保护线路的母线上。30.IKKKKIirewrelKop