电气工程概论第七章

1、电气工程概论第七章 第七章第七章 电气设备的控制与保护电气设备的控制与保护 电气工程概论电气工程概论 电气工程概论第七章 主要内容主要内容 概述概述 1 操作电源操作电源 2 高压断路器的控制高压断路器的控制 3 电气设备的保护电气设备的保护 4 电气工程概论第七章 第一节第一节 概述概述 随着我国电力系统的快速发展，人们对供电随着我国电力系统的快速发展，人们对供电 可靠性的要求也越来越高。为了更好地保证安全、可靠性的要求也越来越高。为了更好地保证安全、 经济运行，电气设备的运行越来越依赖于继电保护经济运行，电气设备的运行越来越依赖于继电保护 和控制技术。和控制技术。 系统发生事故后，一方面要

2、迅速找出发生事故系统发生事故后，一方面要迅速找出发生事故 的电气元件，将其切除或报警；另一方面为防止事的电气元件，将其切除或报警；另一方面为防止事 故扩大应对某些电气设备进行反事故操作。这些任故扩大应对某些电气设备进行反事故操作。这些任 务由电力系统继电保护装置和自动控制装置来完成。务由电力系统继电保护装置和自动控制装置来完成。 电气工程概论第七章 概述概述 电力系统继电保护就是一门研究这种自动识别故障并排除电力系统继电保护就是一门研究这种自动识别故障并排除 故障元件的自动装置的技术学科。故障元件的自动装置的技术学科。 也就是说，继电保护装置是能反应电力系统中电气元件故也就是说，继电保护装置是

3、能反应电力系统中电气元件故 障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一 种自动装置。种自动装置。 电气工程概论第七章 概述概述 v电力系统继电保护的基本任务：电力系统继电保护的基本任务： 自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除 ，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅 速恢复正常运行；速恢复正常运行； 反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件 做出不同反应。做出不同反应。

4、电气工程概论第七章 概述概述 v 电力系统自动装置是针对电力系统的系统性事故采取相应电力系统自动装置是针对电力系统的系统性事故采取相应 对策的自动操作装置。对策的自动操作装置。 v基本任务基本任务： 是对系统性事故时电气元件的信息进行综合分析，按是对系统性事故时电气元件的信息进行综合分析，按 控制要求对电气设备进行操作，以实现预期的控制目控制要求对电气设备进行操作，以实现预期的控制目 标。标。 电气工程概论第七章 第二节第二节 操作电源操作电源 Text 在电力系统中，供给继电保护、自动装置、控制回路、在电力系统中，供给继电保护、自动装置、控制回路、 信号回路以及事故照明、通信、远动装置等其他

5、二次回路的工信号回路以及事故照明、通信、远动装置等其他二次回路的工 作电源，称为操作电源。作电源，称为操作电源。 什么是操作电源什么是操作电源 电气工程概论第七章 一、操作电源的基本要求和分类一、操作电源的基本要求和分类 对操作电源的基本要求对操作电源的基本要求 （1 1）保证供电的可靠性。）保证供电的可靠性。 （2 2）具有足够的容量。）具有足够的容量。 （3 3）电压纹波系数小于）电压纹波系数小于5 5。 （4 4）使用寿命、维护工作量、设备投资、布置面积等应）使用寿命、维护工作量、设备投资、布置面积等应 合理。合理。 电气工程概论第七章 操作电源操作电源 直流操作电源直流操作电源 交流操

6、作电源交流操作电源 独立操作电源独立操作电源 非独立操作电源非独立操作电源 蓄电池式蓄电池式 电源变换式电源变换式 硅整流电容储能硅整流电容储能 复式整流复式整流 u按操作电源的性质按操作电源的性质： u按操作电源的电压等级按操作电源的电压等级： 按其电压等级分为按其电压等级分为220V220V、110V110V、48V48V和和24V24V等等 一、操作电源的基本要求和分类一、操作电源的基本要求和分类 电气工程概论第七章 二、直流操作电源二、直流操作电源 1. 蓄电池直流操作电源蓄电池直流操作电源 u蓄电池组是用得最多的一种直流操作电源。由多蓄电池组是用得最多的一种直流操作电源。由多 个蓄电

7、池串联而成，蓄电池的数目决定于直流系统个蓄电池串联而成，蓄电池的数目决定于直流系统 电源的工作电压电源的工作电压 u一般有一般有220V220V、110V110V、48V48V和和24V24V等几种等几种 u蓄电池的容量则决定于直流负荷和放电时间蓄电池的容量则决定于直流负荷和放电时间 电气工程概论第七章 二、直流操作电源二、直流操作电源 u根据蓄电池的两极和电解液根据蓄电池的两极和电解液 所用的物质分为所用的物质分为 u酸性蓄电池酸性蓄电池 u碱性蓄电池碱性蓄电池 u酸性蓄电池：酸性蓄电池： 酸性蓄电池主要由正极板（又称正极板组）、负极板酸性蓄电池主要由正极板（又称正极板组）、负极板 （又称负

8、极板组）、电解液和容器组成。其正极板的活性（又称负极板组）、电解液和容器组成。其正极板的活性 物质是二氧化铅，负极板的活性物质是灰色海绵状的金属物质是二氧化铅，负极板的活性物质是灰色海绵状的金属 铅（又叫绒状铅），故酸性蓄电池又称为铅蓄电池铅（又叫绒状铅），故酸性蓄电池又称为铅蓄电池 电气工程概论第七章 蓄电池的工作方式蓄电池的工作方式 “充放电充放电”方式方式“浮充电浮充电”方式方式 在运行中大部分时间处于在运行中大部分时间处于 放电状态（即供给负荷）放电状态（即供给负荷） ， 充电设备定期地（一般充电设备定期地（一般1 12 2昼昼 夜充电一次）给蓄电池充电。夜充电一次）给蓄电池充电。 充

9、电时充电设备一边给蓄电池充电时充电设备一边给蓄电池 充电一边供给正常的直流负荷充电一边供给正常的直流负荷 浮充电方式则是指蓄电池经浮充电方式则是指蓄电池经 常与浮充电设备并联运行，浮充常与浮充电设备并联运行，浮充 电设备除供给正常负荷外，还不电设备除供给正常负荷外，还不 断地以较小电流给蓄电池充电，断地以较小电流给蓄电池充电， 使蓄电池的自放电得到补充使蓄电池的自放电得到补充 按这种运行方式工作时，按这种运行方式工作时， 必须频繁地充电，极板的有效必须频繁地充电，极板的有效 物质损伤极快，在运行中若不物质损伤极快，在运行中若不 按时充电、过充电或充电不足按时充电、过充电或充电不足 等更易缩短蓄

10、电池使用寿命，等更易缩短蓄电池使用寿命， 且运行中操作比较复杂，故较且运行中操作比较复杂，故较 少使用少使用 当需要供给断路器操作机构当需要供给断路器操作机构 的短时间合闸大负荷、事故照明的短时间合闸大负荷、事故照明 以及浮充电设备因故障而退出运以及浮充电设备因故障而退出运 行时，则由蓄电池供给负荷。按行时，则由蓄电池供给负荷。按 照浮充电方式工作的蓄电池的使照浮充电方式工作的蓄电池的使 用寿命较长用寿命较长( (可达可达6 68 8年以上年以上) )， 且蓄电池组的运行管理简单且蓄电池组的运行管理简单 电气工程概论第七章 整流操作电源 2. 2. 整流操作电源整流操作电源 u 由硅整流器替代

11、蓄电池组的操作电源由硅整流器替代蓄电池组的操作电源 u优点：节省投资，降低有色金属和器材消耗，运行维护简优点：节省投资，降低有色金属和器材消耗，运行维护简 单等单等 u缺点：整流直流系统受电力网电压的影响较大，一般要求缺点：整流直流系统受电力网电压的影响较大，一般要求 能有两个独立能有两个独立 交流电源给硅整流器供电。当电力系统发生交流电源给硅整流器供电。当电力系统发生 故障时，交流电压大幅度降低甚至消失时，硅整流器输出的故障时，交流电压大幅度降低甚至消失时，硅整流器输出的 直流电压可能很低，以致无法保证直流系统正常工作直流电压可能很低，以致无法保证直流系统正常工作 u解决方法：般采用硅整流电

12、容器储能等措施解决方法：般采用硅整流电容器储能等措施 电气工程概论第七章 三、交流操作电源三、交流操作电源 u交流操作电源直接使用交流电源，利用每个电器元件交流操作电源直接使用交流电源，利用每个电器元件 （线路、变压器等）本身都有的电流互感器供电。（线路、变压器等）本身都有的电流互感器供电。 u采用交流操作电源可以使操作回路单元化，并可以减少采用交流操作电源可以使操作回路单元化，并可以减少 二次回路之间的相互影响，从而简化二次接线，节省操作二次回路之间的相互影响，从而简化二次接线，节省操作 电缆和占地面积，降低造价电缆和占地面积，降低造价 u由于交流操作电源的可靠性不如直流操作电源，故目前由于

13、交流操作电源的可靠性不如直流操作电源，故目前 交流操作电源还仅限于在中、小型水电厂和变电站中应用交流操作电源还仅限于在中、小型水电厂和变电站中应用 电气工程概论第七章 第三节第三节 高压断路器的控制高压断路器的控制 对断路器的控制对断路器的控制 集中控制集中控制就地控制就地控制 集中在主控制室内进行控制，集中在主控制室内进行控制， 被控制的断路器与主控制室之被控制的断路器与主控制室之 间一般都有几十米到几百米的间一般都有几十米到几百米的 距离距离 指在断路器安装地点进行控制，指在断路器安装地点进行控制， 可以大大地减少主控制室的建可以大大地减少主控制室的建 筑面积和节省控制电缆筑面积和节省控制

14、电缆 对主要设备采用集中控制。如：对主要设备采用集中控制。如： 发电机、主变压器、母线分段发电机、主变压器、母线分段 或母联、旁路断路器、或母联、旁路断路器、35kV35kV及及 以上电压的线路以及高、低压以上电压的线路以及高、低压 厂用工作与备用变压器等厂用工作与备用变压器等 对对6 610kV10kV线路以及厂用电动机线路以及厂用电动机 等采用就地控制等采用就地控制 电气工程概论第七章 一、控制开关和操动机构一、控制开关和操动机构 u发电厂和变电站中常用的控制开关主要有两种类型。发电厂和变电站中常用的控制开关主要有两种类型。 一种是跳、合闸操作都分两步进行，手柄有两个固一种是跳、合闸操作都

15、分两步进行，手柄有两个固 定位置和两个操作位置的控制开关；用于火力发电厂和有定位置和两个操作位置的控制开关；用于火力发电厂和有 人值班的变电站中人值班的变电站中 另一种是跳、合闸操作只用一步进行，手柄有一个另一种是跳、合闸操作只用一步进行，手柄有一个 固定位置和两个操作位置的控制开关。用于遥控及无人值固定位置和两个操作位置的控制开关。用于遥控及无人值 班的变电站中班的变电站中 1 1控制开关控制开关 电气工程概论第七章 一、控制开关和操动机构一、控制开关和操动机构 LW2LW2系列封闭式万能转换开关在发电厂和变电站中应系列封闭式万能转换开关在发电厂和变电站中应 用很广，除了在断路器及接触器等的

16、控制回路中用作控制用很广，除了在断路器及接触器等的控制回路中用作控制 外，还在测量表计回路、信号回路、各种自动装置及监察外，还在测量表计回路、信号回路、各种自动装置及监察 装置回路中用作转换开关。装置回路中用作转换开关。LW2LW2系列转换开关制成旋转式，系列转换开关制成旋转式， 它从一种位置切换到另一种位置是通过将手柄向左或向右它从一种位置切换到另一种位置是通过将手柄向左或向右 旋转一定角度来实现的旋转一定角度来实现的 为了说明操作手柄在不同位置时，各触点通、断情为了说明操作手柄在不同位置时，各触点通、断情 况，一般都列出触点图表况，一般都列出触点图表 电气工程概论第七章 高压断路器的控制高

17、压断路器的控制 电气工程概论第七章 一、控制开关和操动机构一、控制开关和操动机构 2 2操动机构操动机构 u操动机构是断路器本身附带操动机构是断路器本身附带 的跳、合闸传动装置，其种类的跳、合闸传动装置，其种类 很多，有电磁操动机构、弹簧很多，有电磁操动机构、弹簧 操动机构、液压操动机构、气操动机构、液压操动机构、气 压操动机构等，其中应用最广压操动机构等，其中应用最广 的是电磁操动机构。的是电磁操动机构。 u对于电磁型操动机构，合闸线圈回路不能利用控制开关触点对于电磁型操动机构，合闸线圈回路不能利用控制开关触点 直接接通，必须采用中间接触器，利用接触器带灭弧装置的触直接接通，必须采用中间接触

18、器，利用接触器带灭弧装置的触 点去接通合闸线圈回路。点去接通合闸线圈回路。 u与电气二次接线关系比较密切的是操动机构中跳、合闸与电气二次接线关系比较密切的是操动机构中跳、合闸 线圈的电气参数。线圈的电气参数。 电气工程概论第七章 二、对断路器控制回路的一般要求二、对断路器控制回路的一般要求 为了实现远距离控制，断路器的控制回路必须完整、可靠，为了实现远距离控制，断路器的控制回路必须完整、可靠， 满足以下要求：满足以下要求： u操作完成后，应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈。操作完成后，应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈。 u断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在断路器

19、既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在 自动装置和继电保护的作用下自动合闸和跳闸，当跳、合闸操自动装置和继电保护的作用下自动合闸和跳闸，当跳、合闸操 作完成后，应能自动切断跳、合闸脉冲电流作完成后，应能自动切断跳、合闸脉冲电流 u应有防止断路器多次连续跳、合闸的应有防止断路器多次连续跳、合闸的“跳跃跳跃”闭锁装置闭锁装置 u应能指示断路器的合闸与分闸位置的信号应能指示断路器的合闸与分闸位置的信号 u自动跳闸或合闸应有不同的显示信号自动跳闸或合闸应有不同的显示信号 u应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性 u对于分相操作的断路器，应有

20、监视三相位置是否一致的措施对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施 u接线简单可靠，使用电缆芯数应尽量少接线简单可靠，使用电缆芯数应尽量少 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 1.1.断路器的简化控制回路断路器的简化控制回路 uQFQF触点是在断路器的操动机构中，与断路器的传动轴联动。触点是在断路器的操动机构中，与断路器的传动轴联动。 它有两种，一种触点为动合（常开）触点，其位置与断路器主它有两种，一种触点为动合（常开）触点，其位置与断路器主 触头的位置是一致的；另一种触点为动断（常闭）触点，其位触头的位置是一致的；另一种触点为动断（常闭）触点，其位 置与断路

21、器主触头的位置正好相反置与断路器主触头的位置正好相反 u为了实现自动跳、为了实现自动跳、 合闸，只需将保护合闸，只需将保护 继电器的触点继电器的触点KM0KM0 和自动装置（例如和自动装置（例如 自动重合闸装置和自动重合闸装置和 备用自动投入装置）备用自动投入装置） 的触点的触点KM1KM1在相应在相应 的回路中与控制开的回路中与控制开 关关SASA的触点并联接的触点并联接 入即可入即可 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 2 2防止防止“跳跃跳跃”的闭锁装置的闭锁装置 u当断路器合闸后，如果由于某种原因造成控制开关的触点当断路器合闸后，如果由于某种原因造成控制开关的触点

22、SASA 或自动装置的触点或自动装置的触点KM1KM1未复归（例如操作手柄未松开，触点焊住未复归（例如操作手柄未松开，触点焊住 等），此时如发生短路故障，继电保护动作使断路器自动跳闸，等），此时如发生短路故障，继电保护动作使断路器自动跳闸， 则会出现多次的则会出现多次的“跳跳合合”现象，这种现象称为现象，这种现象称为“跳跃跳跃”。所。所 谓谓“防跳防跳”就是要采取措施防止这种就是要采取措施防止这种“跳跃跳跃”的发生。带有电的发生。带有电 气气“防跳防跳”闭锁装置简化的断路器控制回路如图所示闭锁装置简化的断路器控制回路如图所示 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 3 3断路

23、器的分合闸位置指示灯回路断路器的分合闸位置指示灯回路 u断路器的分合闸位置可利用信号灯来指示，其接线原理图断路器的分合闸位置可利用信号灯来指示，其接线原理图 如图所示如图所示 u指示灯是利用与断路器传动轴一起联动的辅助触点指示灯是利用与断路器传动轴一起联动的辅助触点QFQF来来 进行切换的进行切换的 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 u继电保护装置动作使断路器跳闸或自动装置动作将断继电保护装置动作使断路器跳闸或自动装置动作将断 路器合闸时，为了能给值班人员一个明显的信号，目前路器合闸时，为了能给值班人员一个明显的信号，目前 广泛采用指示灯闪光的办法。其接线图是按照不对应

24、原广泛采用指示灯闪光的办法。其接线图是按照不对应原 则设计的，为此，在信号灯回路不仅需要利用断路器辅则设计的，为此，在信号灯回路不仅需要利用断路器辅 助触点来进行切换，而且需要利用控制开关的触点来加助触点来进行切换，而且需要利用控制开关的触点来加 以区分其接线原理图如图所示：以区分其接线原理图如图所示： 4 4断路器自动跳闸或自动合闸的信号断路器自动跳闸或自动合闸的信号 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 所谓不对应原则就是指控制开关的位置与断路器的所谓不对应原则就是指控制开关的位置与断路器的 分合闸位置不一致。因此，可利用这一特征来发出自动分合闸位置不一致。因此，可利用

25、这一特征来发出自动 跳、合闸信号。跳、合闸信号。 当断路器由继电保护装置动作跳闸后，为了引起当断路器由继电保护装置动作跳闸后，为了引起 值班人员注意，不仅已跳闸的断路器的绿色指示灯闪值班人员注意，不仅已跳闸的断路器的绿色指示灯闪 光，而且还要发出事故跳闸音响信号。事故跳闸音响光，而且还要发出事故跳闸音响信号。事故跳闸音响 信号也是利用上述的不对应原理实现的信号也是利用上述的不对应原理实现的 电气工程概论第七章 高压断路器的控制高压断路器的控制 5 5熔断器与跳、合闸回路完整性的监视熔断器与跳、合闸回路完整性的监视 u目前广泛采用的监视方式有两种：一种是灯光监视方式，另目前广泛采用的监视方式有两

26、种：一种是灯光监视方式，另 一种是音响监视方式。灯光监视的断路器控制回路如图所示一种是音响监视方式。灯光监视的断路器控制回路如图所示 电气工程概论第七章 三、断路器控制回路三、断路器控制回路 u灯光监视的控制回路的优点是：结构简单，断路器灯光监视的控制回路的优点是：结构简单，断路器 的合分闸位置状态有红绿灯指示，比较明显。但在大的合分闸位置状态有红绿灯指示，比较明显。但在大 型发电厂和变电站中，因控制屏很多，如用灯光监视，型发电厂和变电站中，因控制屏很多，如用灯光监视， 则某一断路器的控制回路断线，信号指示灯的熄灭可则某一断路器的控制回路断线，信号指示灯的熄灭可 能长时间不会引起值班人员注意，

27、因此，在大型发电能长时间不会引起值班人员注意，因此，在大型发电 厂和变电站内可考虑采用音响监视的控制回路接线。厂和变电站内可考虑采用音响监视的控制回路接线。 电气工程概论第七章 第四节第四节 电气设备的保护电气设备的保护 Text 电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，也是电力系统继电保护是电力系统的重要组成部分，也是 电力系统中的一种反事故技术和措施。这种技术随着电力电力系统中的一种反事故技术和措施。这种技术随着电力 系统的不断发展和新技术的不断涌现而迅速发展系统的不断发展和新技术的不断涌现而迅速发展 一、概述一、概述 电气工程概论第七章 （一）继电保护的基本原理和构成（一）继电保护的基

28、本原理和构成 Text u从所完成的功能看，保护的构成如图有输入、测量、从所完成的功能看，保护的构成如图有输入、测量、 逻辑判断、输出和执行等主要部分逻辑判断、输出和执行等主要部分 u继电保护从装置构成的材料与元件看，已由最原始的继电保护从装置构成的材料与元件看，已由最原始的 熔断器发展到了当今的微型计算机保护；从构成原理看，熔断器发展到了当今的微型计算机保护；从构成原理看， 已由过电流原理保护发展到了故障分量行波保护已由过电流原理保护发展到了故障分量行波保护 u保护的各组成部分根据保护的类型和所使用的电路、保护的各组成部分根据保护的类型和所使用的电路、 元件等不同而有不同的种类元件等不同而有

29、不同的种类 电气工程概论第七章 （二）对继电保护装置的基本要求（二）对继电保护装置的基本要求 Text 对于动作于断路器跳闸的继电保护在技术上一定对于动作于断路器跳闸的继电保护在技术上一定 要满足要满足选择性选择性、速动性速动性、灵敏性灵敏性和和可靠性可靠性等等 要求，在满足上述对保护的要求的前提下，还应考虑要求，在满足上述对保护的要求的前提下，还应考虑 保护装置的经济性保护装置的经济性 电气工程概论第七章 （二）对继电保护装置的基本要求（二）对继电保护装置的基本要求 1.1.有选择性有选择性 u对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件对用户来说，快速切除故障可以减少非故障用户元件 在低

30、电压下运行的时间，利于电动机自启动，保持用户在低电压下运行的时间，利于电动机自启动，保持用户 电气设备的不间断运行。保护动作越快，对通过故障电电气设备的不间断运行。保护动作越快，对通过故障电 流的电气设备损坏越小。对电力系统中并列运行的发电流的电气设备损坏越小。对电力系统中并列运行的发电 机而言，保护动作太慢，可能将使发电机之间失去同步。机而言，保护动作太慢，可能将使发电机之间失去同步。 严重时出现振荡甚至系统瓦解严重时出现振荡甚至系统瓦解 u所谓有选择性指电力系统故障时，保护装置仅切除其故所谓有选择性指电力系统故障时，保护装置仅切除其故 障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中的非故障元

31、件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中的非故 障部分继续运行障部分继续运行 2.2.动作迅速动作迅速 电气工程概论第七章 （二）对继电保护装置的基本要求（二）对继电保护装置的基本要求 3 3灵敏度好灵敏度好 u保护的可靠性高是指属于保护范围内的短路或故障，保护保护的可靠性高是指属于保护范围内的短路或故障，保护 应百分之百的动作，对于保护范围外的故障则应分之百的不应百分之百的动作，对于保护范围外的故障则应分之百的不 动作。否则，该动作时不动作称为保护拒动作，不该动作时动作。否则，该动作时不动作称为保护拒动作，不该动作时 却动作称为保护误动作。保护拒动或误动都会给用户、电力却动作称为保护误动作。

32、保护拒动或误动都会给用户、电力 系统和电气设备带来不应该的损失系统和电气设备带来不应该的损失 u灵敏度好则指保护在系统任何运行方式下对于自己保护灵敏度好则指保护在系统任何运行方式下对于自己保护 范围内任何地方发生的该反应的所有类型的故障均应可靠范围内任何地方发生的该反应的所有类型的故障均应可靠 反应。保护的灵敏度一般用灵敏系数反应。保护的灵敏度一般用灵敏系数KsenKsen来衡量。灵敏系来衡量。灵敏系 数的定义因保护的类型而异数的定义因保护的类型而异 u灵敏度计算时故障参数的最大（小）值应考虑用实际可灵敏度计算时故障参数的最大（小）值应考虑用实际可 能的最不利保护运行方式、最不利短路类型和最不

33、利的短能的最不利保护运行方式、最不利短路类型和最不利的短 路点等进行计算路点等进行计算 4 4可靠性高可靠性高 电气工程概论第七章 （三）电力系统继电保护的配置原则（三）电力系统继电保护的配置原则 Text 按技术规程要求，对于电力系统中的电力设备和按技术规程要求，对于电力系统中的电力设备和 线路，应装设反应各种短路故障和异常运行的保护装线路，应装设反应各种短路故障和异常运行的保护装 置；反应电力设备和线路短路故障的保护应有主保护置；反应电力设备和线路短路故障的保护应有主保护 和后备保护，必要时可再增设辅助保护；各个相邻元和后备保护，必要时可再增设辅助保护；各个相邻元 件的保护范围必须有重叠区

34、；对于电力设备和线路的件的保护范围必须有重叠区；对于电力设备和线路的 异常运行状态（如过负荷等）异常运行状态（如过负荷等） 应有反应异常运行的异应有反应异常运行的异 常运行保护。常运行保护。 电气工程概论第七章 （三）电力系统继电保护的配置原则（三）电力系统继电保护的配置原则 Text 电力系统中的电力设备包括发电机、电力变压器、电力系统中的电力设备包括发电机、电力变压器、 输配电线路、母线、断路器、同步调相机、电力电容器、输配电线路、母线、断路器、同步调相机、电力电容器、 并联电抗器和异步、同步电动机等。这些电力设备和线并联电抗器和异步、同步电动机等。这些电力设备和线 路因结构及电压等级等情

35、况不同，发生短路和出现异常路因结构及电压等级等情况不同，发生短路和出现异常 运行情况的种类、部位等会不同，因而对不同的电力设运行情况的种类、部位等会不同，因而对不同的电力设 备和线路应配置不同种类的保护装置。原则上，电力设备和线路应配置不同种类的保护装置。原则上，电力设 备和线路可能出现什么类型短路和异常运行状态则必须备和线路可能出现什么类型短路和异常运行状态则必须 配置与之对应的保护配置与之对应的保护。 电气工程概论第七章 （三）电力系统继电保护的配置原则（三）电力系统继电保护的配置原则 Text 主保护是指满足系统稳定和设备安全要求，能主保护是指满足系统稳定和设备安全要求，能 以最快速度有

36、选择地切除被保护设备和线路故障的以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的 保护。后备保护是在主保护或断路器拒动时，用以保护。后备保护是在主保护或断路器拒动时，用以 切除故障的保护。在主保护拒动时用以切除故障的切除故障的保护。在主保护拒动时用以切除故障的 保护称近后备保护，而在断路器拒动时用以切除故保护称近后备保护，而在断路器拒动时用以切除故 障的保护则称为远后备保护。辅助保护是为补充主障的保护则称为远后备保护。辅助保护是为补充主 保护和后备保护的性能不足或在主、后备保护退出保护和后备保护的性能不足或在主、后备保护退出 运行时而增设的简单保护运行时而增设的简单保护 电气工程概论第七章 二、输

37、电线路的继电保护二、输电线路的继电保护 Text u当输电线路上发生相间短当输电线路上发生相间短 路时，输电线路故障相上的路时，输电线路故障相上的 电流会增大，故障相间的电电流会增大，故障相间的电 压会下降。根据这些特点，压会下降。根据这些特点， 可以构成电流电压保护。可以构成电流电压保护。 u电流电压保护装置由各种继电器组成。电流电压保护装置由各种继电器组成。 u按作用原理继电器可分为电磁型、感应型、整流型和按作用原理继电器可分为电磁型、感应型、整流型和 晶体管型等晶体管型等 电气工程概论第七章 （一）电磁型继电器的工作原理（一）电磁型继电器的工作原理 Text u电磁型继电器的典型代表是电

38、磁型电流继电器，它既是实电磁型继电器的典型代表是电磁型电流继电器，它既是实 现电流保护的基本元件，也是反映故障电流增大而自动动作现电流保护的基本元件，也是反映故障电流增大而自动动作 的一种电器。的一种电器。 电气工程概论第七章 电气设备的保护电气设备的保护 Text （二）输电线路的相间短路的电流保护（二）输电线路的相间短路的电流保护 u当线路发生故障时，电源与故障点之间的电流会增大。当线路发生故障时，电源与故障点之间的电流会增大。 根据这个特点可以构成电流保护。根据这个特点可以构成电流保护。 u电流保护有三种：第一，无时限电流速断保护；电流保护有三种：第一，无时限电流速断保护； 第二，带时限

39、电流速断保护第二，带时限电流速断保护 第三，定时限过电流保护。第三，定时限过电流保护。 u这三种相间短路电流保护分别称为相间短路电流保护第这三种相间短路电流保护分别称为相间短路电流保护第I I 段、第段、第IIII段和第段和第IIIIII段。其中第段。其中第I I、IIII段作为线路主保护，段作为线路主保护， 第第IIIIII段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或元件段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或元件 的远后备保护。这第的远后备保护。这第I I、IIII、IIIIII段统称为线路相间短路的段统称为线路相间短路的 三段式电流保护。三段式电流保护。 电气工程概论第七章 1.无时限电

40、流速断保护（电流无时限电流速断保护（电流I段）段） （1 1）无时限电流速断保护的动作原理与整定计算）无时限电流速断保护的动作原理与整定计算 无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上 的故障，其原理可用下图所示的单电源辐射网络来说明。的故障，其原理可用下图所示的单电源辐射网络来说明。 假定图中断路器假定图中断路器1QF1QF、 2QF2QF处均装无时限电流处均装无时限电流 速断保护。以速断保护。以ABAB线路断线路断 路器路器1QF1QF处的无时限电处的无时限电 流速断保护为例，则必流速断保护为例，则必 须首先计算须首先计算ABAB线路各处线路各

41、处 三相和两相短路时的短三相和两相短路时的短 路电流以确定如何计算路电流以确定如何计算 该保护的动作电流和如该保护的动作电流和如 何校验该保护的灵敏度。何校验该保护的灵敏度。 电气工程概论第七章 1.无时限电流速断保护（电流无时限电流速断保护（电流I段）段） 若忽略线路的电阻分量，归算至断路器若忽略线路的电阻分量，归算至断路器1QF1QF处的系统处的系统 等效电源的相电势为等效电源的相电势为ESES，等效电源的阻抗最大值为，等效电源的阻抗最大值为XsmaxXsmax （对应该等效电源为系统最小运行方式），最小值为（对应该等效电源为系统最小运行方式），最小值为XsminXsmin （对应该等效电

42、源为系统最大运行方式），故障点至保护安（对应该等效电源为系统最大运行方式），故障点至保护安 装处的距离为装处的距离为l l，设每公里的线路电抗为，设每公里的线路电抗为x0 x0，则在线路各点，则在线路各点 三相和两相短路时的短路电流分别为三相和两相短路时的短路电流分别为 (3) s kmax smin0 E I Xx l (2) s kmin smax0 3 2 E I Xx l 如右图中的曲线1和2所示 电气工程概论第七章 若将断路器若将断路器1QF1QF处无时限电流速断保护装置中使测量元件处无时限电流速断保护装置中使测量元件 动作的一次电流称为保护的动作电流，用动作的一次电流称为保护的动作

43、电流，用IIop1IIop1表示。断路表示。断路 器器1QF1QF处的无时限电流速断保护的动作电流处的无时限电流速断保护的动作电流IIop1IIop1应整定为应整定为 II op1relkBmax IK I 称为电流保护第I段的可靠系数，大于1，可取1.21.3 ，以保证在 有各种误差的情况下（如元件整定误差和非周期分量影响等）该保护在区 外短路时不动作。 IkBmax为母线B处短路即被保护线路AB末端短路时的最大短路电流 I rel K 无时限电流速断保护依靠动作电流保证选择性，即被保无时限电流速断保护依靠动作电流保证选择性，即被保 护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不护线路

44、外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不 能动作；而只有在内部短路时才有可能使流过保护的电流大能动作；而只有在内部短路时才有可能使流过保护的电流大 于其动作电流，使保护动作。于其动作电流，使保护动作。1QF1QF处电流保护第处电流保护第I I段的人为延段的人为延 时即电流保护第时即电流保护第I I段的动作时间为段的动作时间为tIop1=0tIop1=0 1.无时限电流速断保护（电流无时限电流速断保护（电流I段）段） 电气工程概论第七章 如下图所示，当系统在最大运行方式下三相短路时保护如下图所示，当系统在最大运行方式下三相短路时保护 范围最大，为范围最大，为lmaxlmax，而系统在最小运

45、行方式下两相短路时，而系统在最小运行方式下两相短路时 保护范围最小，为保护范围最小，为lminlmin。无时限电流保护不能保护线路全。无时限电流保护不能保护线路全 长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵 敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的敏度，一般要求保护范围不少于线路长度的15%15%，如，如 lminlmin 15%lAB, 15%lAB, 从下图可知，按最小运行方式下二相短路求从下图可知，按最小运行方式下二相短路求 得得lminlmin，即，即 无时限电流速断保护的灵敏度可用保护范围即它所保护无时限电流速断保护的灵敏度可用

46、保护范围即它所保护 线路长度的百分数来表示线路长度的百分数来表示 I S op1 Smax0 min 3 2 E I Xx l S minSmax I 0op1 31 () 2 E lX xI 1.无时限电流速断保护（电流无时限电流速断保护（电流I段）段） 电气工程概论第七章 1.无时限电流速断保护（电流无时限电流速断保护（电流I段）段） （1 1）无时限电流速断保护的构成）无时限电流速断保护的构成 无时限电流速断保护的构成可用下图所示的单相原无时限电流速断保护的构成可用下图所示的单相原 理框图表示理框图表示 电气工程概论第七章 2.带时限电流速断保护（电流带时限电流速断保护（电流II段）段）

47、 在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的 全长（包括本线路的末端），为此，保护范围必须延伸至相全长（包括本线路的末端），为此，保护范围必须延伸至相 邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路 的全长；为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择的全长；为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择 性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两 个方面均必须和相邻线的无时限电流速断保护配合个方面均必须和相邻线的无时限电流

48、速断保护配合 电气工程概论第七章 为保证选择性及最小动作时限，首先考虑保护范为保证选择性及最小动作时限，首先考虑保护范 围不超出相邻下一条线路第围不超出相邻下一条线路第1 1段的保护范围，时间比其段的保护范围，时间比其 大一个时间差大一个时间差tt。断路器。断路器1QF1QF处带时限电流速断保护处带时限电流速断保护 的动作电流和动作时间应分别整定为的动作电流和动作时间应分别整定为 IIIII op1relop2bmin /IK IKtIIop1=tIop2+t 式中： 为断路器2QF处无时限电流速断保护的动作电流，等于 ； t 为断路器1QF处带时限流速断保护的动作时间； 为断路器2QF处无时

49、限电流速断保护的动作时间，一般为0 s； KIIrel为电流保护第II段的可靠系数，一般取1.11.2； t为时限阶段，它与断路器的动作时间、被保护线路的保护的动作时间误 差、相邻保护动作时间误差等因素有关，一般取0.30.6S，在我国通常取0.5 s； Kbmin分支系数最小值。 分支系数分支系数KbKb的定义为在相邻线路第的定义为在相邻线路第I I段保护范围末端即段保护范围末端即 k1k1点短路时，流过故障线的短路电流与流过被保护线短路点短路时，流过故障线的短路电流与流过被保护线短路 电流的比值，如图电流的比值，如图7-117-11中，其分支系数为中，其分支系数为 I op2 t I op

50、2 I bBCAB /KII 2.带时限电流速断保护（电流带时限电流速断保护（电流II段）段） 电气工程概论第七章 u当电流保护第当电流保护第IIII段的整定值确定后也须校验其灵敏度是否段的整定值确定后也须校验其灵敏度是否 满足技术规程的要求，即要求满足下式：满足技术规程的要求，即要求满足下式： II kBmin sen II op1 1.31.5 I K I 式中，IkBmin为在本线末端短路时流过1QF处保护的最小短路电流； 为带时限电流速断保护的灵敏度，其值在技术规程中规定：当线路长度小于 50km时，大于等于1.5；当线路长度在50km200km时，大于等于1.4；当长度大于 200k

51、m时，大于等于1.3。 II sen K u当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线当该保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线 路电流保护第路电流保护第IIII段整定值配合，以降低本线路电流保护第段整定值配合，以降低本线路电流保护第IIII 段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为： IIII relop2II op1 bmin KI I K 动作时间亦和相邻线电流保护第动作时间亦和相邻线电流保护第IIII段动作时间配合，即段动作时间配合，即 12 IIII opop ttt 可见这种提高灵敏度的办法牺牲了断路器可见这种提高灵敏度的办法牺牲了断

52、路器1QF1QF处电流保护处电流保护 第第IIII段的速动性段的速动性 2.带时限电流速断保护（电流带时限电流速断保护（电流II段）段） 电气工程概论第七章 3.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） 定时限过电流保护的作用是作本线主保护的后备保护即定时限过电流保护的作用是作本线主保护的后备保护即 近后备保护，并做相邻下一线路（或元件）的后备保护即远近后备保护，并做相邻下一线路（或元件）的后备保护即远 后备保护。因此它的保护范围要求超过相邻线路（或元件）后备保护。因此它的保护范围要求超过相邻线路（或元件） 的末端的末端 电气工程概论第七章 电流保护第电流保护第IIIIII段

53、的动作电流段的动作电流 应按以下条件进行整定：应按以下条件进行整定： (1)(1)正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流 为为 时该电流保护不动作，即要求动作电流满足下式时该电流保护不动作，即要求动作电流满足下式 max III rerelSSL IKK I 式中：Kss为电动机的自启动系数，由具体接线、负荷性质、试验数据及 运行经验等因素确定，一般Kss1； ILmax为正常情况下流过被保护线路可能的最大负荷电流。 (2)外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护在下一母线外部故障切除后，非故障线的定时限过流保护在下一母线 有电动机

54、启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即要求有电动机启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即要求 满足以下公式满足以下公式 maxreSSL IK I max III rerelSS L IK K I 式中，Ire为电流测量元件的返回电流 3.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） maxSSL K I 电气工程概论第七章 re re III op1 I K I max III rerelSSL IKK I III III relss op1Lmax re K K II K 式中， 为电流保护第III段的可靠系数，大于1，一般取1.151.25； Kre为电流测量元件的返回

55、系数，小于1，在0.850.99之间，一般取0.85。 III rel K 为了保证选择性，各线路第为了保证选择性，各线路第IIIIII段电流保护均需增加延时段电流保护均需增加延时 元件且各线路第元件且各线路第IIIIII段保护的延时必须相互配合。各线路第段保护的延时必须相互配合。各线路第 IIIIII段保护的动作时间之间应有如下关系段保护的动作时间之间应有如下关系 IIIIIIIIIIII op1op2op3op4 tttt IIIIII op2op3 ttt IIIIII op3op4 ttt IIIIII op1op2 ttt 3.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段

56、） 电气工程概论第七章 例如在下图中，断路器例如在下图中，断路器1QF1QF处第处第IIIIII段电流保护的动作时间段电流保护的动作时间 应和相邻线路断路器应和相邻线路断路器2QF2QF所在线段的第所在线段的第IIIIII段电流保护动作时间段电流保护动作时间 配合，断路器配合，断路器2QF2QF所在线路的第所在线路的第IIIIII段保护的动作时间应和断路段保护的动作时间应和断路 器器3QF3QF所在线路第所在线路第IIIIII段保护的动作时间配合，如此类推之段保护的动作时间配合，如此类推之 线路定时限过流保护动作时间的相互配合关系为两相邻线路定时限过流保护动作时间的相互配合关系为两相邻 线路电

57、流保护第线路电流保护第IIIIII段动作时间之间相差一个时限阶段，这种段动作时间之间相差一个时限阶段，这种 整定方法称阶梯原则整定方法。整定方法称阶梯原则整定方法。 III op1 t 3.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） 电气工程概论第七章 当它作为近后备保护时，灵敏度要求满足当它作为近后备保护时，灵敏度要求满足 对于所计算的动作电流必须按其保护范围末端最小可能对于所计算的动作电流必须按其保护范围末端最小可能 的短路电流进行灵敏度校验。的短路电流进行灵敏度校验。 III kBmin sen1 III op1 1.3 I K I 当它作为远后备保护时，灵敏度要求满足当

58、它作为远后备保护时，灵敏度要求满足 III kCmin sen1 III op1 1.2 I K I 式中， 为被保护线路末端短路时流过该保护处的最小短路电流； 为相邻线路末端短路时流过该保护处的最小短路电流。 当灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护。当灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护。 kBmin I minkC I 3.定时限过电流保护（电流定时限过电流保护（电流III段）段） 电气工程概论第七章 4电流保护的接线方式电流保护的接线方式 所谓电流保护的接线是指电流互感器和电流测量元件间所谓电流保护的接线是指电流互感器和电流测量元件间 的连接方式。为反应相间短路，

59、电流保护要求至少在两相线的连接方式。为反应相间短路，电流保护要求至少在两相线 路上应装有电流互感器和电流测量元件，如图路上应装有电流互感器和电流测量元件，如图7-137-13示。图示。图7-7- 1313（a a）为完全星形接线，一般用于大接地电流系统。图）为完全星形接线，一般用于大接地电流系统。图7-137-13 （b b）为不完全星形接线，一般用于小接地电流系统）为不完全星形接线，一般用于小接地电流系统 电气工程概论第七章 4电流保护的接线方式电流保护的接线方式 两种接线的相同点两种接线的相同点 两种接线方式均能反应所有的相间短路，且进入电流测量元件电两种接线方式均能反应所有的相间短路，且

60、进入电流测量元件电 流与电流互感器的二次电流之比为流与电流互感器的二次电流之比为1，即保护的接线系数，即保护的接线系数 均等于均等于1 con K 两种接线的不同特点两种接线的不同特点 u两种接线的投资不同；两种接线的投资不同； u在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不在大接地电流系统中，完全星形接线能反应所有单相接地故障，不 完全星形接线不能反应完全星形接线不能反应B相接地故障；相接地故障； u在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况在小接地电流系统中，当在不同线路上发生两点接地时，一般情况 下只要求切除一个接地点而允许带一个接地点继续运行一段时间。但下