继电保护装置的基础元.ppt

第二章第二章 继电保护装置的基础元件继电保护装置的基础元件 Date 第一节第一节 互感器互感器 第二节第二节 继电器继电器 第三节第三节 测量变换器测量变换器 Date 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 Date 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。 Date 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 Date 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 Date 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，Z1/和Ze /分别为归算到二次测的一次绕组漏抗和励磁阻 抗，Z2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。 Date 1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i表示，其公式可表示为： i= （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i表示，即 i=Arg ( ) 21/ 二、互感器的误差（以TA为例） Date （3）复合误差 又称全误差，用符号C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： C= 其中 nTA电流互感器的变比； 1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 Date 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 Date 当电流互感器用复合误差来描述其误差特性时，为了保证复合 误差不超出规定值，还需用到另一个特性指标，即准确限值系数， 其定义为额定准确限值一次电流与额定一次电流之比，而额定准确 限值一次电流指的是互感器能满足复合误差要求的最大一次电流值 。 准确限值系数的标准值为5、10、15、20及30等 。 实际工作中，经常将保护用电流互感器的准确限值系数跟在准 确级标称后写出，如电流互感器标有5P10，即表示电流互感器的复 合误差为5%，准确限值系数为10，或者说当互感器通过短路电流 为10倍额定电流时，其复合误差不超过5%。 Date 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） Date （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7，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） Date （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80200ms） 2对误差的要求 二、互感器的误差（以TA为例） Date 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 m 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 P13 Date 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m ：一次电流倍数m是指流过电流 互感器的一次电流1与一次额定电流1N之比，即 m= 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m ，是指电流误差i=10%时的一次电流倍数。 Date 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 3TA的10%误差曲线 Date 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Date 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。 Date 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。 Date 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。 Date 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） Date 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： l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。 l新国标 见表2-2 Date 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 Date 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。 Date 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？ Date （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： = 2电量关系 Date （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。 =K = 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。 Date （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。 Date 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： = 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R大小有关，且通 常称之为转移阻抗角，并用符号I（TX）表示，当移相电阻R=，即 N3开路时， I=90，当移相电阻R减小时，I一般随之减小。 （三）电抗变换器 Date 4工作原理 分两种情况分析： （1）移相绕组N3开路，即相当于R=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： jXe / = jX 即 2超前 1约90，或表示为I=90， 故称之为电抗变换器。其相量图如图2-8(b) 所示。 （三）电抗变换器 Date 4工作原理： （2）移相绕组N3接入移相电阻R时。此时，移相绕组N3回路有一个电流 / 通过，其相位滞后 一个2角，故 /= /+ /，相应的等值电路及相量图 如图2-9所示。 由图可知，由于 /的存在 ，使得 I90，相当 于R减小时，相应的I也随之减小。由此可见，通 过改变R的大小，可达到移相的目的。但应注意， 在R减小时，一方面使 /的数值增大使 I减小，另 一方面却是使2增大使I增大，当R过小时，后面 的影响将起主要作用，因此，通过调整R所能改变 的I范围是有限度的；此外，由于 /的大小取决于一 次系统，在调整R时保持不变，因此，当R减小时 ，由于 /的增大，将引起 /的减小，即引起K I、U2 的减小，为此应采取必要的措施。 （三）电抗变换器 Date Date 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知识。 互感器是将电力系统一次设备、二次设备联系在一起的重要设备，保 护用互感器主要考虑其极性、参考方向、变比、误差要求及接线方式等。 在选择保护用电流互感器时，应满足其10%误差曲线，对于动作时间在 50ms以内的超高压电网快速保护，必须考虑电流互感器的暂态误差。TP 型电流互感器具有良好的暂态误差特性，根据对性能要求的不同，有TPS 、TPX、TPY及TPZ四级，并以TPY型应用最为广泛。 继电器是组成继电保护装置的基本元件，应掌握其功能、分类及相应 的文字符号、图形符号，为后面的学习打好基础。 在整流型、晶体管型，集成型及微机型保护装置中，其电压形成回路 由一个或多个中间变换器组成。常用的中间变换器有中间电流变换器、电 压变换器、电抗变换器三种，作用是：把来自互感器的二次电流、电压按 比例进一步变小，以适应保护需要，其中，电流变换器、电压变换器只能 改变大小，电抗变换器不仅可以改变大小，同时，还可以改变相位。 Date Date 电流互感器 可用图2-1表示 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“ ”号。互 感器的极性，通常按减极性原则进行标注。当交流电流从一次绕 组标有“ ”端流入时，在二次绕组回路中感应的电流将从“ ”端流出 ，若从两侧的同极性端观察时，则一、二次的电流方向相反，故 这种标注称为减极性标注。由此，习惯上当继电保护用互感器一 次电压（或电流）的正方向规定为从“ ”端指向无“ ”端时，电压互 感器二次电压的正方向也是规定从“ ”端指向无“ ”端，而电流互感 器二次电流的正方向则是规定由无“ ”端指向“ ”端。在这种习惯规 定的正方向下，如果忽略互感器励磁电流及一、二次侧绕组电阻 和漏抗等因素的影响，即在理想情况下，则TV的二次电压 2与经 折算后的一次电压 1/，其大小相等，相位相同；对于TA，二次电 流 2与经折算后的一次电流 1/也是大小相等，相位相同，因而好 象是保护装置直接接入一次系统，从而使分析问题时能更加直观 方便。 Date 也可用公式表示如下： 其中，nTV为电压互感 器变比，nTA为电流互 感器变比。 图2-1 互感器的极性、正方向与相量图 (a)电压互感器；(b)电流互感器 返回 Date 励磁电流： 在互感器利用电磁感应原理，将一次系统的高电 压、大电流按比例变换成二次侧的低电压、小电流以 满足二次设备需要时，与变压器一样，需要有个电流 在铁芯中建立一个同时交链着一、二次绕组的主磁通 ，这个电流称之为励磁电流。 返回 Date 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，Z1/和Ze /分别为归算到二次测的一次绕组漏抗和励磁阻 抗，Z2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。 返回 Date 说 明 Date 由此可见，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。所谓的10误差 曲线是指电流互感器比值误差为10，角度误差不应超过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 。为了便于选择与校验电流互感器，制造厂家对于各种型号的电 流互感器，都提供了相应的10误差曲线，其形状如图2-4所示 。 如图2-3所示，当m较小时，随着m的增大，二次电流I2线 性增大；当m达到一定数值时，其铁芯开始饱和，I2不再随着m 的增大而线性增大，而是增大得较慢，互感器开始出现较大的误 差。当m= m10时，其电流误差i=10%，m10为饱和电流 倍数。 返回Date 说 明 返回Date 实际应用中，如果所求得的m值与Zloa值的交点位于该曲线 的下方，则电流误差不超过10%，满足要求。但应注意，电流互 感器的二次负载不仅与二次侧导线阻抗、继电器等二次设备阻抗 值有关系，同时还与互感器的接线方式、故障类型及一次设备的 接线方式等因素有关。 当利用10误差曲线校验电 流互感器的误差不满足要求时 ，可以采用两个变比相同的电流互感器串联的方法来弥补，因 为当两个变比相同的电流互感器串联时 ，每个电流互感器的二 次总阻抗只有一个电流互感器时的12，因而可以减小误差 。 ，因而可以减小误差。 返回Date 三种TP级电流互感器的误差规定 表2-1 型号稳态误 差暂态误 差 电流误差（ %） 角度误差（ ） 峰值瞬时误 差 （%） 电流过零误 差（） TPX0.530103 TPY160104.5 TPZ1+160，+20010不作规定 返 回 Date 返回 Date 动作原理代号（第一位）主要功能代号（第二或第二、三位） 代号含义代号含义代号含义 B变压器型L电流D接地 B晶体管型J、Y电压CH、CD差动 D电磁型Z中间C冲击 G感应型Z阻抗H极化 J极化型ZB中间防跳T同步 L整流型ZS中间延时H重合闸 M电动机型S时间ZC综合重合闸 S数字型X信号 F附件G功率方向 Z组合型P平衡 表2-3 常用继电器型号表示法 返回 Date 第三节 测量变换器 返回图2-5、2-6说明Date 第三节 测量变换器 上一页 图2-5、2-6中的虚线表示屏蔽接地，Z1 /和Z e /分别为 归算到二次侧的一次绕组漏抗和励磁阻抗，Z2和Zloa分别 为二次绕组漏抗和负载阻抗。由于三种变换器的结构和工作 状态存在差别，它们的等效电路还可作相应的简化。 表2-4 Date 表2-4 三种测量变换器的比