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第五章工厂供电系统的保护及供电自动化第五章工厂供电系统的保护及供电自动化§5.1继电保护装置的概念§5.2继电保护装置的操作电源§5.3电流互感器的误差曲线及接线方式§5.4工厂供电系统单端供电网络的保护§5.5变压器保护§5.6工厂供电系统的备用电源自动投入及自动重合闸装置第五章工厂供电系统的保护及供电自动化1、工厂供电系统保护的目的发生故障时，必须有相应的保护装置动作，将故障及时从系统中切除，以保证非故障部分继续工作，或发出报警信号。2、保护装置的类型电力系统保护高压继电保护装置(作用于断路器)高压熔断器低压低压断路器(自动空气开关)低压熔断器序言第五章工厂供电系统的保护及供电自动化一、概述1、定义：各种不同类型的继电器，以一定方式连接与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。2、继电保护装置的任务(1)故障时跳闸。短路时，作用于最近的断路器，切除故障后恢复供电。(2)异常状态时发出报警信号。过负荷或有故障苗头时报警。§5-1继电保护装置的概念第五章工厂供电系统的保护及供电自动化二、系统对继电保护装置的要求1.选择性在供电系统发生故障时，只使电源一侧距故障点最近的继电保护装置动作，通过开断电器，将故障切除，非故障部分仍正常运行。切除故障时间0.1s=保护装置动作时间0.02-0.04s+断路器跳闸时间+断路器灭弧时间实现方法：选取不同的动作时间来保证。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化2.灵敏度（性）：保护范围内发生故障和不正常工作状态时，继电保护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反应动作，则说明保护装置灵敏度高。灵敏性以灵敏系数来衡量.(1)对过电流保护装置，其灵敏系数：Ik(n)－被保护区末端发生金属性短路的最小短路电流(A)。最小运行方式Iop－保护装置的一次侧动作电流(A)。(2)对于低电压保护，其灵敏系数：Uk(n)－被保护区内发生短路时，连接该保护装置的母线上的实际电压(V)。Uop－保护装置的动作电压(V)。灵敏系数标志在故障发生之初，继电保护反应故障的能力。灵敏度越高越好，但会使装置复杂、昂贵，可靠性降低。OPnksIIk)(=)(nkopUUsk=第五章工厂供电系统的保护及供电自动化各类保护装置的灵敏系数见下表第五章工厂供电系统的保护及供电自动化3.可靠性：保护装置该动作时不拒动，不该动作时不误动。继电保护装置的可靠性用拒动率及误动率来衡量。要求装置接线简单，触点回路少。4.速动性：快速切除故障。意义：(1)使电压降低的时间缩短，减少对用电设备影响；如在0.2ｓ内切除故障，电机不会因电压下降而停转。(2)减轻短路电流对电气设备元件的破坏程度。(3)缩小故障范围，提高供电系统运行稳定性。综上所述，上述四项要求，对一个具体的继电保护装置，不一定都同等重要，应根据保护对象有所侧重。例如：对电力变压器，要求灵敏性和速动性要好；对一般电力线路，对选择性要求较高，灵敏度可略低一些。5.另外要求：投资省；便于调试及维护；尽可能满足系统的灵活性要求。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化三、继电保护装置动作原理：正常：QF合YR不动作。故障：TA大有电流，KA动作→YR动作→QF脱扣。QFQFI1+BCKATAYRk-BC第五章工厂供电系统的保护及供电自动化四、继电器种类：继电器分类方法见书P127在继电保护装置中常用继电器为：电流继电器电压继电器电磁式继电器时间继电器中间继电器信号继电器感应式电流继电器气体继电器：保护变压器内部故障。1、电磁式继电器：(1)电磁式电流继电器：定时限特性第五章工厂供电系统的保护及供电自动化作用：保护装置中重要的起动元件。特性：只要通入继电器的电流超过某一预先整定的数值时，继电器动作，动作时限固定的，与外加电流无关。特点：消耗功率小、灵敏度高、动作快、触点容量小，不能直接作用于断路器跳闸，出口处要接时间继电器和中间继电器。OPIt0tI第五章工厂供电系统的保护及供电自动化B.时间继电器：KT作用：使保护装置获得理想的延时。特点：按整定时限延时触点闭合。C.中间继电器：KM作用：辅助继电器、弥补主继电器容量不足和触点数不够。特点：瞬时动作。D.信号继电器：KS作用：指示信号、掉牌。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化2.感应式继电器：反时限特性①ab段线圈通入一定数值的电流时，其动作时限与通入线圈的电流大小的平方成反比，通入线圈的电流越大，则动作时限越短。②bcd段随电流增大，铁心磁路饱和，特性过渡到定时限特性。③c’d’段当电流继续增大，到整定值时，瞬时动作元件动作。瞬时速断特性OPkkIIabcdcdOPkkIIt第五章工厂供电系统的保护及供电自动化特点：(1)触点容量大，同时兼有电磁式电流继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器的作用，组成保护装置元件少。(2)简化接线。(3)继电器机械结构复杂，精度不高，瞬动时限误差大。应用：6-10kV工厂供电系统中广泛应用。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化§5-2继电保护装置的操作电源一、概述1.操作电源定义：供高压断路器合、跳闸回路，继电保护装置中的操作回路、控制回路、信号回路和保护回路等所需电源。2.对操作电源的要求(1)安全可靠，不应受供电系统运行情况影响，不间断供电。(2)容量足够大，满足供电系统正常运行及事故处理所需容量。二、操作电源种类蓄电池供电直流电源种类整流电源交流电源１、蓄电池供电直流电源(铅酸蓄电池组；镉镍蓄电池组)优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。缺点：需建有特殊要求的蓄电池室，购置充电设备及蓄电池组，辅助设备多、投资大、运行复杂、维护工作量大。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化2.整流操作电源：电容补偿复式整流分析:整流操作电源,要求交流电源可靠，故应有两个独立电源供电。而且其中之一最好是与本变电所无直接联系的电源。若无条件，则将一台35/0.4kV所用变压器接到35kV电源进线端。1＃与2＃变压器不能并列运行。电源进线第五章工厂供电系统的保护及供电自动化对110kV电压也可以如此接线，但生产厂家没有110kV/0.4kV变压器，需工厂自己制造。也可将所用变压器接在主变压器低压侧断路器前面。优点：所用电可靠缺点：一旦故障，对主变压器有影响。(1)装设补偿电容器的整流电源图5-5第五章工厂供电系统的保护及供电自动化控制母线交流电源380/220V两台所用电变压器大容量小容量＋－逆止元件限流电阻逆止元件第五章工厂供电系统的保护及供电自动化(2)复式整流装置：组成：电压源电流源接线图：见右图优点：输出功率较大，电压能保持稳定，由于有能反映故障电流的电流源供电，所以能保证正常及故障情况下直流系统都可靠的供电。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化3、交流操作电源(1)优点：工作可靠、二次接线简单、便于维护。(2)获取：①由所用变压器取得。②由仪用互感器取得。(电压互感器：容量小、应用场合少。电流互感器：作为过电流保护的操作电源。)(3)类型(按跳闸线圈的供电方式不同分)①直接动作式继电器跳闸②去分流跳闸跳闸线圈继电器线圈继电器线圈电流互感器第五章工厂供电系统的保护及供电自动化(规程规定)§5-3电流互感器的误差曲线及接线方式互感器－特殊变压器功能：(1)用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。(2)扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。分类：电流互感器(仪用变流器)电压互感器(仪用变压器)一、电流互感器的10％误差曲线１.电流误差：是指测量电流对实际电流的相对误差百分值。即：－互感器的变流比。２.相位差：是指一次电流和二次电流负值之间的夹角。(规程规定)100%112´-=DIIIkITA2IkTA1ITAk1I&2I&-%10±£o7£第五章工厂供电系统的保护及供电自动化3.影响因素：二次侧负荷阻抗如果大，则允许的一次电流倍数就较小，反之，小，则允许的一次电流倍数就大。4.电流互感器的10％误差曲线：是指互感器的电流误差最大不超过10％时，一次测电流对其额定电流的倍数与二次侧负荷阻抗Z2的关系曲线。2Z2Z2ZTAII11TAII11TAIIk11=第五章工厂供电系统的保护及供电自动化k二次负荷Z2第五章工厂供电系统的保护及供电自动化二、电流互感器的接线方式互感器与电流继电器之间的连接方式。接线系数：表述了流过继电器线圈电流与电流互感器二次侧电流的关系。１.全星形接线方式：2×=TAkKxIIkKxkkI2×TAI流过继电器线圈电流电流互感器二次侧电流三个互感器串接三个继电器1=Kxk第五章工厂供电系统的保护及供电自动化特点：对各种故障都起作用，灵敏度高。相间短路动作可靠。用途：用于高压大电流接地系统，以及大型变压器、电动机的差动保护，相间保护和单相接地保护。2.非全星形接线：两个互感器串接两个继电器。特点：对单相接地故障的误动作率低。适用于：中性点不接地系统中。中性点不接地系统－－允许一相接地继续运行一段时间。若同时两条线路中有两不同地点发生接地故障，如图所示1=Kxk第五章工厂供电系统的保护及供电自动化a.用全星形接法，两条线路都要断开。b.非全星形接法，不需两相全部断开。保护动作分析如下：①两并联回路第五章工厂供电系统的保护及供电自动化说明：非全星形接法，使系统在不同相（不同地）两点接地时，有2/3机会只切断一回路供电，1/3机会误动作。而全星形接法，100％误动作。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化保护动作分析如下：②两串联回路说明：误动作率1/3。第五章工厂供电系统的保护及供电自动化改进接线(如右图）流过KA3中的电流在数值上等于用途：主要用于单端供电线路的保护。ABCaI&cI&oI&1KA2KA3KAAI&BI&CI&aI&cI&bI&oI&bcaoIIII&&&&-=+=bI第五章工厂供电系统的保护及供电自动化3.差接法适用于：中性点不接地系统的变压器、电动机及线路的相间保护。三相短路：1¹Kxk3=Kxk第五章工厂供电系统的保护及供电自动化AB或BC两相短路AC两相短路1=Kxk2=Kxk第五章工厂供电系统的保护及供电自动化§5-4工厂供电系统单端供电网络的保护定时限过电流保护反时限过电流保护低电压保护速断保护单相接地保护(中性点不接地系统)双电源供电的功率方向保护距离保护一、过电流保护定义：当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，继电器就被起动，即使断路器跳闸或给出报警信号，这样的保护装置，称为过电流保护装置。分为定时限和反时限过电流保护。(用时间来保证动作的选择性)１、定时限过电流保护装置：继电保护装置的动作时限是固定的，与流过它的电流大小无关。保护装置过电流保护第五章工厂供电系统的保护及供电自动化QF(1)工作原理QFYR-BC+BC+BC+BS+BC-BC-BC1KA2KAKTKSKMTAaTAc去信号IIk第五章工厂供电系统的保护及供电自动化TAaTAcII+BC-BCSAQFYRKMKTKT1KAKS2KA1KA2KAKMKS+BS过电流保护电流回路控制小母线及熔断器跳闸回路延时回路过电流保护回路信号回路展开图：第五章工厂供电系统的保护及供电自动化(2)继电器的动作电流：——能使保护装置的电流继电器起动的最小电流。电流互感器一次侧动作电流：kopI×kxTAkopopkkII×=×opI电流互感器变流比电流互感器接线系数(3)继电器的返回电流：—能使电流继电器返回到原先状态的最大电流。电流互感器一次侧返回电流kreI×1×reIkxTAkrerekkII×=××1电流互感器变流比电流互感器接线系数第五章工厂供电系统的保护及供电自动化(4)返回系数：(5)整定保护装置的电流要满足的条件：①动作电流应躲过线路的最大负荷电流（正常过负荷电流和尖峰电流），以免在最大负荷通过时保护装置误动作。②返回电流也应该躲过线路最大负荷电流，以保证装置在外部故障切除后能可靠地返回到原始位置，避免发生误动作。也可考虑流过线路的计算电流，或考虑被保护区母线电压恢复后，其它非故障线