第二章----继电保护装置的基础元件

第二章继电保护装置的基础元件第一节互感器第二节继电器第三节测量变换器第一节互感器继电保护正确工作识别设备工作状态检测设备参数要求要求检测电参数实现的保护装置用互感器复习包括电流互感器TA和电压互感器TV两大类（现场一般亦称作CT、PT），其最主要作用是：将一次系统的高电压、大电流按比例变换成二次系统的低电压、小电流以满足测量、监控、保护及自动装置等的需要。问题：(1)低电压为多低？小电流为多小？(2)运行中的互感器有何要求？为什么？TA正常运行时，由于二次电流所产生的去磁作用，铁芯上合成磁通很小，二次绕组感应电势不超过几十伏。左图为500KV电流互感器运行在葛洲坝电站；右图为220KV电压互感器一、互感器的极性、极性标志和参考方向目前，电力系统广泛采用电磁式互感器，互感器的一、二次绕组存在固定的相对极性，称之为同极性端或同名端。以电流互感器为例，通常以L1、K1和L2、K2分别表示一、二次绕组的同极性端子，在只须标示相对极性关系时，可在同极性端子标注以“.”或“*”号。习惯规定：继电保护用TV的电压正方向均由“.”端指向无“.”端，TA正方向，一次电流从“.”端指向无“.”，二次电流由无“.”端指向“.”端。图（2-1）及公式二、互感器的误差（以TA为例）电流互感器的电路图、等值电路及相量关系如图2-2所示，其中，Z1σ/和Ze/分别为归算到二次测的一次绕组漏抗和励磁阻抗，Z2σ和Zloa分别为二次绕组漏抗和负载阻抗；1/和e/分别为归算到二次侧的一次电流和励磁电流；2和2分别为二次电流和电压。IIIU1．描述电流互感器误差的参数（1）电流误差电流误差又称变比误差、比值误差，是指在测量电流时所出现的数值误差，用符号εi表示，其公式可表示为：εi=100%''112III（2）角度误差由于2和1/不同相，故产生了角度误差，角度误差以二次电流相量超前一次电流相量为正，用符号δi表示，即IIδi=Arg()II2／1/二、互感器的误差（以TA为例）（3）复合误差又称全误差，用符号εC表示，是指在稳态时一次电流瞬时值同二次电流瞬时值与互感器变比乘积之差的有效值，通常以一次电流有效值的百分数表示。其公式可表示为：εC=dtTTTAiinI02121)(1100其中nTA——电流互感器的变比；Ｉ1与i1——互感器一次电流的有效值与瞬时值；i2——互感器二次电流的瞬时值；T——一个周期的时间。(%)二、互感器的误差（以TA为例）1．描述电流互感器误差的参数所有互感器的误差都可以用电流误差和角度误差描述，根据规定条件下最大允许电流误差的不同，TA的准确度级有：0.1、0.2、0.5、1、3及10级等多种；TV的准确度级也有：0.2、0.5、1、3等多种。复合误差一般只用于描述保护用互感器误差，根据指定条件下复合误差大小不同，保护用TA的准确度级有5P和10P两种，TV有3P和6P两种。5P10的含义？说明：二、互感器的误差（以TA为例）1．描述电流互感器误差的参数2．对误差的要求（1）测量计量用电流互感器，要求其在正常情况下误差小，即准确度高，以保证二次表计的测量精确；而在过电流情况下，则其误差是越大越好，因为二次电流若不再严格随一次电流的增长而正比增长，就可避免二次表计受过电流的冲击。（2）保护用电流互感器，其基本要求之一是，在一定的过电流下，其误差应在一定限值之内，以保证保护装置能正确工作；此外，由于不同电压等级电网对保护动作时间的要求不同，保护用电流互感器误差的要求也将不同。二、互感器的误差（以TA为例）（2-1）P13：为确保保护装置正确工作，有关《规程》规定，在最坏条件下，保护用电流互感器的电流误差不应超过10％，角度误差不应超过7º，为此，引入了电流互感器的10％误差曲线。保护用的电流互感器，都必须根据10％误差曲线进行选择、校验。即满足10%误差曲线。2．对误差的要求二、互感器的误差（以TA为例）（2-2）低压电网保护用TA：稳态误差满足要求即可，这类互感器称为一般保护用电流互感器，准确度级有3、10及B、C、D级等。3级和10级电流互感器用于一般的测量和某些继电保护，B、C、D级则为保护装置专用，其中，D级电流互感器的铁芯截面比普通的电流互感器大，作为差动、距离等保护装置用，B级的电流互感器作为过电流保护等用。超高压电网保护用TA：暂态误差也应满足要求，这类互感器称为暂态保护用电流互感器，TP型电流互感器所指的就是具有良好暂态误差特性的TA。（超高压电网时间常数为80～200ms）2．对误差的要求二、互感器的误差（以TA为例）３．电流互感器的10％误差曲线（1）定义P14指电流互感器比值误差为10%，角度误差不超过7°时，饱和电流倍数m１０与允许二次负载阻抗Zloa之间的关系曲线。图2-4电流互感器10%误差曲线二、互感器的误差（以TA为例）（2）说明P13３．电流互感器的10％误差曲线运行中，影响TA误差大小的因数有两个：（1）二次负载阻抗；（2）一次电流大小。二次负载阻抗增大，一次电流增大，都将使ＴＡ的励磁电流增大，即误差增大。故要限制电流互感器在运行中产生的误差，就必须限制电流互感器的二次负载阻抗和一次电流大小。一次电流倍数m和饱和电流倍数m１０：一次电流倍数m是指流过电流互感器的一次电流Ｉ1与一次额定电流Ｉ1N之比，即m=IIN11图2-3电流互感器二次电流与一次电流倍数的关系二、互感器的误差（以TA为例）所谓的饱和电流倍数m１０，是指电流误差εi=－10%时的一次电流倍数。小结：本节内容1．互感器的极性标注和参考方向2．互感器的误差（1）电流误差、角度误差及复合误差（2）对误差的要求：满足10%误差曲线3．TA的10%误差曲线第二节继电器一、定义（功能）继电器作为继电保护、自动装置及其它工业控制电路的最基本组成元件，每一套保护，都可以看成是由若干个继电器共同组成的。它是一种输入量达到某一给定值，或者加入某一输入量时，其输出量就产生预定跃变的自动器件。所谓的继电器输出量，指的是继电器的触点状态。（继电器动作、继电特性概念）下一页返回二、种类：第二节继电器1．按作用不同归类：有测量继电器和辅助继电器两大类。其中，测量继电器根据测量参数的不同有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、瓦斯继电器等多种；而辅助继电器根据用途的不同有时间继电器、中间继电器及信号继电器等三种。3．按反应物理量增大或减小动作归类：有过量继电器和欠量继电器两大类。第二节继电器二、种类：2．按动作原理不同归类：有电磁型、感应型、整流型、晶体管型（静态型）、集成型及微机型等几种。由电磁型、感应型继电器所构成的保护装置，通称为机电型保护装置。三、触点（也称接点）第二节继电器上述定义中所言继电器的输出量，指的是继电器触点的状态。所谓的继电保护装置实际上是一种控制装置，它控制了断路器是否要跳闸，或者信号回路是否要接通，而保护装置的这种控制作用是通过继电器触点断开和闭合这两种状态来实现的。第二节继电器作用：开关控制作用。种类：有很多，但若按继电器不带电时的触点状态归类，只有动合触点和动断触点两大类，前者俗称为常开触点，后者为常闭触点。表示符号：在二次回路图中，目前的情况是新旧表示符号暂时同时使用。在新国标中，无论是动合触点还是动断触点，其可动触点的表示方法是，在水平布置的电路中其动作方向总是向上，在垂直布置的电路中则一律向右，而在旧国标中，其表示方法刚好相反。详见表2-2三、触点（也称接点）四、符号第二节继电器继电器的表示符号包括文字符号和图形符号两种。国标：旧国标：继电器的文字符号用汉语拼音字母表示，图形符号是一个方框，上面再配以一个半圆，方框内表示继电器的线圈或其他动作元件，并用与电工中通用的字母或限定符号表示该继电器的名称、用途，半圆内则表示继电器的触点。新国标见表2-2第二节继电器五、型号型号是由制造厂家提供的一种产品代号，国产继电器的型号由动作原理代号、主要功能代号、设计序号及主要规格代号等部分组成，其格式如下：其中，动作原理代号和主要功能代号一般用汉语拼音字母表示，设计序号及主要规格代号则用阿拉伯数字表示，在继电器的主要规格代号中，常用来表示触点的形式及数量。如表2-3第三节测量变换器（中间变换器）二、测量变换器作用：电量的变换。电路的隔离。定值的调整。电量的综合。谐波分量的抑制。一、保护装置引入测量变换器的原因对于整流型、晶体管型、集成型及微机型保护装置而言，来自互感器的二次电压、电流还是太大，还需要进一步变小，为此，引入测量变换器。由测量变换器所组成的部分，通称为保护装置的电压形成回路。第三节测量变换器常用的测量变换器有三种，即电压变换器TVM、电流变换器TAM和电抗变换器TX。它们的原理接线图、等效电路如图所示。2-5、2-6三、测量变换器的形式由图可知变换器的作用、工作特点等？（一）电压变换器1．接线图、作用及工作特点把来自电压互感器的二次电压按比例进一步减小或同时使之可以调整。其中，KU为变换器二次绕组匝数N2与一次绕组匝数N1之比，称之为电压变换器的变比，是个小于1的实数。在习惯规定的正方向下，电压变换器一、二次侧的电压关系如下：U2U1KU=2．电量关系（二）电流变换器1．接线图、作用及工作特点把来自电流互感器的二次电流按比例进一步减小或利用此电流在固定负载上的压降获得一正比于电流的电压。I2I1=KU2IKI1/2Z=或2．电量关系在习惯规定的正方向下，其一、二次侧的电流或电压关系如下：其中，K为变换器一次绕组匝数N1与二次绕组匝数N2之比，称之为电流变换器的变比，也是个小于1的实数。（三）电抗变换器1．接线图、作用及工作特点把来自电流互感器的二次电流按比例变换成与之成正比的弱电压，并且输出电压与输入电流间的相位差可调。2．结构见结构示意图（2-7）所示，有以下几部分组成：a、铁芯：带气隙的目的是使得其不易饱和。b、绕组：有三个，其中，N1为一次绕组，用于通一次电流；N2为二次绕组，用于输出二次电压；N3为移相绕组，用于改变二次输出电压和一次电流的相位关系。3．电量关系在习惯规定的正方向下，其一、二次侧的电流电压关系如下：U2KII1=其中，是一个量纲为阻抗的复数，称之为电抗变换器的转移阻抗，其大小KI与一、二次绕组匝数有关，而其相角则与移相电阻Rφ大小有关，且通常称之为转移阻抗角，并用符号φI（ΦTX）表示，当移相电阻Rφ=∞，即N3开路时，φI=90°，当移相电阻Rφ减小时，φI一般随之减小。KI（三）电抗变换器4．工作原理分两种情况分析：（1）移相绕组N3开路，即相当于Rφ=∞时。由于电抗变换器所接的负载阻抗很大，接近于开路，故其一次电流几乎全部作为励磁电流流进励磁回路，在忽略一、二次绕组的漏阻抗及铁芯损耗的情况下，其等值电路如图2-8(a)所示。由图可知，二次电压与一次电流的关系：U2I1I1U2≈jXe/I1=jX即2超前1约90º，或表示为φI=90º，故称之为电抗变换器。其相量图如图2-8(b)所示。UI（三）电抗变换器4．工作原理：（2）移相绕组N3接入移相电阻Rφ时。此时，移相绕组N3回路有一个电流/通过，其相位滞后一个φ2角，故/=/+/，相应的等值电路及相量图如图2-9所示。IU2I1IeI由图可知，由于/的存在，使得φI90º，相当于Rφ减小时，相应的φI也随之减小。由此可见，通过改变Rφ的大小，可达到移相的目的。但应注意，在Rφ减小时，一方面使/的数值增大使φI减小，另一方面却是使φ2增大使φI增大，当Rφ过小时，后面的影响将起主要作用，因此，通过调整Rφ所能改变的φI范围是有限度的；此外，由于/的大小取决于一次系统，在调整Rφ时保持不变，因此，当Rφ减小时，由于/的增大，将引起/的减小，即引起KI、U2的减小，为此应采取必要的措施。IIIII1（三）电抗变换器本章小结组成继电保护装置的基础元件有很多，本章中首先介绍有关互感器、继电器及中间变换器的相关