华工自动化企业供电第7章供配电系统的继电保护.ppt

1、第七章 供配电系统的继电保护,本章要点 继电保护是变电所二次回路的重要组成部分，其作用是防止因短路故障或者设备异常运行造成电气设备或者供配电系统损坏，提高供电可靠性，是供电设计的重要内容。本章主要讲述继电保护的基本知识和理论、整定计算方法以及线路、变压器、发电机等电气设备的继电保护的有关内容；同时对于熔断器保护整定计算以及重合闸装置、电源备自投装置进行介绍。 本章主要掌握如下问题： 1、继电保护的基本知识 （1）继电保护的任务； （2）继电保护的要求； （3）继电保护的组成及原理； （4）当前继电保护的主要形式,第七章 供配电系统的继电保护,5）电流保护的接线方式和接线系数； 2、常用的继电保

2、护器 （1）常用的继电保护器的分类及表示方法； （2）常用的继电保护器介绍； 3、线路的继电保护原理 （1）电力线路的常见故障与保护配置； （2）过电流保护原理及参数整定方法； （3）电流速断保护原理及参数整定方法； 4、电力变压器的继电保护 （1）瓦斯保护原理； （2）差动保护原理,第一节 继电保护的基本知识,一、继电保护的任务 1继电保护装置 能够反映供配电系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并能够使断路器跳闸或者起动信号装置发出预告信号的一种装置。 2继电保护的任务： (1) 切除故障，恢复供电：自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电

3、； (2) 指示异常运行状态：正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便操作人员采取措施，恢复电器设备的正常运行； (3) 提高供电可靠性：与供配电系统的自动装置(如自动重合闸装置、备用电源自动投人装置等)配合，提高供配电系统的供电可靠性,第一节 继电保护的基本知识,二、对继电保护的要求 总体要求满足“四性”：选择性、可靠性、速动性和灵敏性。 1.选择性： 当供配电系统发生故障时，继电保护装置动作只切除故障设备，使停电范围最小，保证系统中无故障部分仍能够正常工作。如果供电系统发生故障时，靠近故障点的保护装置不动作，而距离故障点较远前一级保护装置动作（越级动作），称为“失去选择性”。

4、2.可靠性：不误动，不拒动； 继电保护在其所规定的保护范围内，若发生故障或出现异常运行状态，应该准确动作，不拒动；发生任何保护不该动作的故障或者出现异常状态，不误动；保护装置的可靠程度与保护装置的元件质量、接线方式以及安装、整定、运行等多种因素有关,第一节 继电保护的基本知识,3.速动性： 发生故障时，继电保护应该尽快动作，切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。故障切除时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。 4.灵敏性： 灵敏性是指继电保护在其范围之内，对发生的故障或异常运行状态的反应能力，在继电保护的范围内，不论系统的运行方式、短路性质和短路位置如何，保护都应该正确动作

5、。 保护装置的灵敏度通常采用保护装置的保护区内在电力系统为最小运行方式时的最小短路电流 与保护装置一次动作电流（即保护装置动作电流换算到一次电路的值）Iop1的比值来表示，即,第一节 继电保护的基本知识,三、继电保护的基本工作原理及构成 供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流之间相位角改变等，利用上述物理量在故障时和正常时的差别，可以构成各种不同工作原理的继电保护装置：电流保护、电压保护、方向保护、距离保护和差动保护等,第一节 继电保护的基本知识,基本组成：测量、逻辑、执行三部分组成。 测量部分 测量被保护设备的某物理量，并和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生

6、故障，保护装置是否该起动； 逻辑部分 根据测量部分输出量的大小、性质和出现的顺序，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。 执行部分 根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或者发出信号,第一节 继电保护的基本知识,四当前继电保护的主要形式 1.机电型继电器保护装置 主要通过各种继电器的整定来完成保护功能，当前继电保护的主要形式； 2晶体管继电保护装置 利用不同功能的晶体管电路组成，动作快、灵敏度高、功耗小、体积小、重量轻等；但是存在抗干扰性能差，元件易损坏以及由此带来的误操作等缺点。目前应用不多； 3微机继电保护装置 继电保护装置的将来发展趋势,第一节 继电保护的基

7、本知识,五、电流保护的接线方式和接线系数 电流保护的接线方式：电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。 接线系数：流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流的比值,第一节 继电保护的基本知识,1）三相三继电器接线方式 三相三继电器接线方式是将3只电流继电器分别与3只电流互感器相连接，如图所示，又称完全星形接线。它能反映各种短路故障，流人继电器的电流与电流互感器二次绕组的电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路,第一节 继电保护的基本知识,2）两相两继电器接线方式 两相两继电器接线方式是将两只电流继电器分别与设在A，

8、C相的电流互感器连接，如图所示，又称不完全星形接线。由于B相没有装设电流互感器和电流继电器，因此，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为1。此接线方式主要用于小接地电流系统的相间短路保护,第一节 继电保护的基本知识,3）两相一继电器接线方式 两相一继电器接线方式如图所示，流入继电器的电流为两个CT二次绕组电流之差，即 ，因此又称为两相电流差接线,第一节 继电保护的基本知识,当正常工作或出现三相短路时，由于三相电流对称，流入继电器的电流为CT二次电流的 倍，即 ； 当A,C两相短路时，A相和C相的电流大小相等，方向相反，所以 ； 当A,B或者B,C短路时，由于B相没

9、有电流互感器，流入继电器的电流与电流互感器二次电流相等，故 ； 可见这种接线方式可以反映各种不同的相间短路，但其接线系数随短路种类的不同而不同，保护的灵敏度也不同，主要用于高压电机的保护,第二节常用的保护继电器分类,一、继电器的分类及表示方法 保护继电器（relay）:在其输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或者分断的自动电器,第二节常用的保护继电器分类,第二节常用的保护继电器分类,继电器的类型表示方法,第二节常用的保护继电器分类,二、几种常见继电器的介绍 1.电磁式电流继电器 单流继电器文字符号：KA；为起动元件。 内部结构，图形符号如图所示。动作原理如图解释。 与电流互感器的二次

10、侧串联连接,第二节常用的保护继电器分类,第二节常用的保护继电器分类,继电器的动作电流使过流继电器动作的最小电流， （operating current）； 继电器的返回电流使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流， （returning current） ； 继电器的返回系数返回电流与动作电流的比值：(returning ratio,显然，对于过量继电器而言,返回系数越大继电器越灵敏，电磁式电流继电器的返回系数通常为：0.85,第二节常用的保护继电器分类,调节方式： （1）改变调整杆的位置改变弹簧的反作用力，可以实现力矩的平滑调整； （2）改变继电器线圈的接线方式；当线圈由串联变为并联时，相

11、当于线圈匝数减少了一半，由于继电器动作所需的电磁力是一定的，即所需磁动势一定，因此动作电流增大一倍；反之动作电流将会减小一倍,第二节常用的保护继电器分类,2.电磁式电压继电器 电压继电器的文字符号：KV；为起动元件。 电磁式电压继电器与电流继电器的工作原理基本相同； 区别：电压线圈的匝数较多，与电压互感器并联,第二节常用的保护继电器分类,3.电磁式时间继电器 电磁式时间继电器的文字符号为:KT； DS型电磁式时间继电器内部接线和图形符号如图所示。 作用：使保护装置获得延时；可以通过调整主静触点和主动触点之间的相对位置，来调整时间的长短。注意：不能常时间通电，否则需要串接电阻,第二节常用的保护继

12、电器分类,第二节常用的保护继电器分类,4.电磁式信号继电器 文字符号为：KS； 电磁式信号继电器的作用：发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号；又称指示继电器。 内部接线和图形符号如图所示,第二节常用的保护继电器分类,5.电磁式中间继电器 文字符号：KM。 作用：触头容量较大，数量较多，在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或者触头数量的不足。用作辅助继电器（auxiliary relay）。 电磁式中间继电器的内部结构和图形符号如图所示,第二节常用的保护继电器分类,第三节 电力线路的继电保护,一、电力线路的常见故障和保护配置 1供配电线路特点：用户内部的高压电力

13、线路的电压等级一般为635KV，线路较短，而且通常为单端供电。 2常见故障：相间短路、单相接地、过负荷。 3保护类型：主要采用电流保护原理，装设相间短路保护、单相接地保护、过负荷保护,第三节 电力线路的继电保护,二、过电流保护 过电流保护 (over-current protection)当通过线路的电流大于继电器的动作电流时，保护装置起动，并用时限来保证动作的选择性,第三节 电力线路的继电保护,一）过流保护的接线和工作原理 1定时限过电流保护装置的接线和工作原理 短路过程分析： 当一次侧发生短路故障时，继电器电流大于其动作电流时： KA动作KA常开触点闭合KT线圈通电KT延时后常开触点闭合K

14、M和KS线圈通电： KS动作，指示牌掉下，常开触点闭合启动灯光和音响。 KM动作，常开触点闭合YR通电QF跳闸切断断路故障。 跳闸完成即短路故障被切除之后，继电保护装置中除了KS之外其它所有的继电器均能自动返回到初始状态，而KS需要手动复位,第三节 电力线路的继电保护,二）保护整定计算,第三节 电力线路的继电保护,可靠系数；DL型取1.2, GL型取1.3； 接线系数；由具体的接线方式决定； 返回系数，DL型取0.85,GL型取0.8； CT变比,保护装置一次侧的动作电流为,1.动作电流整定,第三节 电力线路的继电保护,2动作时限整定 为了保证前后两级保护装置动作的选择性，过电流保护的动作时间

15、，应按照“阶梯原则”进行整定。 由上所述，定时限过电流保护装置的起动由电流继电器完成，动作时限的实现由时间继电器完成。 特点：保护装置的动作时限与短路电流的大小无关，仅取决于由选择性确定的时间继电器的整定时间（定时限过电流保护的特点,第三节 电力线路的继电保护,为保证动作的选择性，自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一个时限级差，如图所示，即按阶梯原则进行整定。 式中， 为时限级差，定时限过电流保护取05s,第三节 电力线路的继电保护,3）保护灵敏度校验 过电流保护的灵敏度采用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流进行校验。 过电流保护范围：本

16、级线路与下级线路； 本级线路为主保护，下级线路为其后备保护,第三节 电力线路的继电保护,三、电流速断保护 过电流保护的不足：线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大,第三节 电力线路的继电保护,1电流速断保护的接线和工作原理 （1）电流速断保护实际为一种不带时限（瞬时动作）的过电流保护，相当于在过电流保护装置中将定时限过电流保护中的时间继电器去掉，即起动的电流继电器直接接信号继电器和中间继电器，从而发出信号以及执行跳闸。 （2）定时限过电流保护和电流速断保护共用一套电流互感器和中间继电器，电流速断保护还单独使用电流继电器3KA和4KA，信号继电器2KS,第三节 电力

17、线路的继电保护,2电流速断保护的整定 （1）动作电流整定 由于电流速断保护动作不带时限，为了保证速断保护动作的选择性：在下一级线路首端出现最大短路电流（三相短路）时，电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流，避免在后一级速断保护所保护的线路首端发生三相短路时前一级速断保护误动作的可能性，以保证选择性,第三节 电力线路的继电保护,则速断保护继电器的动作电流整定值为： 保护线路末端最大三相短路电流； 可靠系数； 接线系数； CT变比,第三节 电力线路的继电保护,2）电流速断保护的死区以及弥补方式 电流速断保护的动作电流大于线路末端的最大三相短路电流，所以电流速断不能线路全长，只能保护线路的一部分；

18、而且靠近线路末端的一段线路上发生的不一定是最大的短路电流（如两相短路），此时电流速断不会动作，电流速断不能有效保护电路的全长。 保护装置不能保护的区域称为“死区”（dead band）。 保护死区线路不能被保护的部分； 保护区线路能够被保护的部分； 所以：电流速断保护存在保护死区,第三节 电力线路的继电保护,弥补措施： 为了弥补死区得不到保护的缺陷，凡是装设电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时间比电流速断保护至少长一个时间级差： 注意： a保证前后的过电流保护动作时间符合“阶梯原则”，从而保证选择性； b在电流速断保护的区域内，速断保护是主保护，过电流保护是后备保

19、护；而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护,第三节 电力线路的继电保护,3）灵敏度校验 由于电流速断保护存在死区，因此灵敏度校验不能用线路末端最小两相短路电流进行校验，而只能用线路首端最小两相短路电流 进行校验,第四节 电力变压器的继电保护,一电力变压器的常见故障和保护配置 1分类 2常见故障,第四节 电力变压器的继电保护,3.保护配置 （1）瓦斯保护 适用对象： 的油浸式变压器或 车间油浸式变压器； 作用：作为内部故障以及油面降低的主保护，反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作； 轻瓦斯保护：动作于信号； 重瓦斯保护：动作于跳闸,第四节 电力变压器的继电保护,2）纵差保护或者电流速断

20、保护 适用对象： 的并联运行及较重要的变压器、或者 的单独运行变压器；其余的容量较小的变压器可采用电流速断的保护方案进行保护； 作用：变压器绕组、绝缘套管以及引出线相间短路的主保护；动作于跳闸。 （3）过电流保护 适用对象：降压变压器； 作用：外部短路故障的主保护；瓦斯以及纵差保护的后备保护,第四节 电力变压器的继电保护,二、变压器的气体保护 (1)气体保护装置原理： 当变压器油箱内出现故障时，电弧高温会使得变压器内的油分解成大量的油气体，通过气体继电器完成动作,第四节 电力变压器的继电保护,1)动作过程分析： 轻瓦斯动作： 变压器内部轻微故障时，产生的气体较少，聚集在气体继电器的上部，使得油

21、面下降，上开口油杯露出油面，重力产生的力矩大于平衡锤力矩，开始下降，导致上部的干簧触点闭合；发出警告信号。 重瓦斯保护： 变压器内部发生严重故障时，产生大量气体，油气混合物迅猛从油箱通过联通管冲向油枕。在油气混合物的冲击下，气体继电器的挡板被掀起，使得下开口油杯下降，下干簧触点闭合；发出跳闸信号，使得断路器跳闸。 漏油事故保护：若变压器油箱严重漏油，随着气体继电器内的油面下降，首先上油杯下降，上干簧触点闭合，发出报警信号；接着下油杯下降，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使得断路器跳闸,第四节 电力变压器的继电保护,3.气体保护的接线,1）轻微故障时，KG动作上触点闭合，发出预告信号； （2）严重

22、故障时，KG动作下触点闭合，起动中间继电器，发出跳闸信号以及预告信号,第四节 电力变压器的继电保护,注意： （1）为了防止油流引起的抖动，利用了自保持触点保证断路器可靠跳闸； （2）变压器进行滤油、加油、换硅胶时，必须将切换片XB转换到信号灯HL上，防止重瓦斯误操作； （3）气体继电器安装在油箱与油枕之间； （4）瓦斯保护之后，可以通过蓄积在气体继电器中的气体成分进行故障诊断，判断故障原因以及处理要求,第四节 电力变压器的继电保护,三变压器的差动保护 1装设差动保护的必要性： 电流速断保护迅速但存在保护死区； 过电流保护能够保护整个变压器，但动作时间过长； 动作灵敏但只能保护变压器的内部故障；

23、 为克服上述的缺点，GB规定：10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行的变压器应该装设差动保护,第四节 电力变压器的继电保护,2动作原理,第四节 电力变压器的继电保护,变压器一、二次侧不平衡电流，即通过继电器的电流为： 当正常运行时，不平衡电流较小，小于继电器的动作电流，不动作Iub； 当内部出现故障时，当K1点发生短路时，变压器一次侧电流增大，二次侧电流减小，则Iub较大，导致保护装置动作； 当K2点发生短路时，变压器的一次侧、二次侧电流同时增加，则Iub基本保持不变，保护装置不动作； 差动保护的保护范围：两侧流互之间的区域；包括变压器内部故障、绝缘套管以及引出

24、线上的断路故障,第四节 电力变压器的继电保护,3变压器差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施 变压器差动保护实际上是利用保护区内发生短路故障时，变压器两侧电流在差动回路（差动保护连结中连接继电器的回路）中引起的不平衡电流（disequilibrated current）而动作的一种保护。 为提高保护的灵敏度，变压器正常运行时或者保护区域外短路时，希望流入继电器的不平衡电流尽可能小，最好为0，但由于变压器的连接组别和电流互感器的变比等原因，不平衡电流不可能为0,第四节 电力变压器的继电保护,1）由于变压器接线而引起的不平衡电流及消除措施 Yd11联结的变压器：变压器高低压侧存在30度的相位差；

25、即使通过恰当选择变压器两侧流互的变比，使得CT二次电流大小相等，但是由于这两个电流之间存在30度的相位差，因此在差动回路中仍然有相当大的不平衡电流存在； 解决措施：在变压器星形联结一侧的CT接成三角形联结，而变压器三角形联结一侧的CT联结成星形，便可以消除差动回路中因变压器两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。如图所示,第四节 电力变压器的继电保护,第四节 电力变压器的继电保护,2）由两侧CT变流比选择而引起的不平衡电流及其消除措施 原因：由于变压器的变比和互感器的变比各有标准，很难完全配合得当，从而很难实现差动保护两边的电流完全相等，必然在回路中产生不平衡电流； 消除措施：在二次回路中串联自耦电流互感器来进行平衡，以及增加其他的平衡线圈