电力线路保护课件

1、项目一电力线路保护任务1电力线路保护任务2图纸的电脑绘制返回任务1 电力线路保护引言熔断器保护方式经济实用,但熔体熔断后的更换需要一定时间,从而影响供电的可靠性。低压断路器灵敏度高,并且故障消除后可以很快合闸,恢复供电,这比熔断器保护方式提高了可靠性。但是,以上两种保护方式通常只适用于低压系统。在高压系统中,通常采用继电保护装置,以确保保护的灵敏度,并有效提高供电可靠性。学习目标(1)掌握各保护继电器的工作原理、文字和图形符号。(2)掌握各保护继电器的选择、安装及接线方法。(3)掌握电力线路定时限过电流保护和电流速断保护的工作原理。(4)掌握电气原理图和二次展开图的识读方法。(5)能够进行二次

2、回路保护的简单设计。下一页返回任务1 电力线路保护任务提出1. 任务要求读懂图1-1所示电路,熟悉定时限过电流保护的原理图和展开图,掌握各保护继电器及定时限过电流保护的接线方法。2. 硬件设备需主要学习的设备和工具见表1-1。知识储备当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生故障,危及电力系统安全运行时,能够向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令,以终止这些事件发展的自动化措施和设备,一般统称为继电保护装置。上一页下一页返回任务1 电力线路保护1. 继电保护装置的任务(1)监视电力系统的正常运行,当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电

3、保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对该电力系统元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响。当系统和设备发生的故障足以损坏设备或危及电网安全时,继电保护装置能最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响。(2)反映电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号,提示值班员迅速采取措施,使之尽快恢复正常或由装置自动进行调整,并将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反映不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。上一页下一页返回任务1 电力线路保护(3)实现电

4、力系统的自动化、远程操作以及工业生产的自动控制,如自动重合闸、备用电源自动投入、遥控、遥测等。2. 继电保护装置的基本要求继电保护装置应满足动作选择性、动作速动性、动作灵敏性和动作可靠性的要求,这4点基本要求之间紧密联系,既矛盾又统一。(1)动作选择性:首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时,才允许电源一侧距离故障点最近的继电保护装置动作。上、下级电网(包括同级)继电保护之间的整定,应遵循逐级配合的原则,以保证在电网发生故障时有选择性地切除故障。系统中的故障部分被切断后,而其他非故障部分仍然继续供电。如图1-2所示,当(k-2)点发生短路时,则断路器Q

5、F2跳闸,切除电动机M,而其他断路器都不跳闸,此动作被称为“选择性动作”;若QF1不动作,而其他断路器跳闸,则称为“失去选择性动作”。上一页下一页返回任务1 电力线路保护(2)动作速动性:保护装置应尽快切除短路故障,其目的是提高系统的稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用设备自动投入的效果。如果故障能在0.2s内切除,一般情况下电动机就不会停转。(3)动作灵敏性:保护装置在其保护范围内对轻微故障和不正常运行状态的反应能力。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作,说明保护装置的灵敏度高。灵敏度Ks 计算如下:上一页下一页返回任务1 电力线路保

6、护(4)动作可靠性:继电保护装置在保护范围内,应该动作时应可靠动作,在正常运行状态时,不该动作时应可靠不动作。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行,可靠性是对继电保护装置性能最根本的要求。3. 继电保护装置的组成继电保护装置是由若干个继电器组成的,如图1-3所示。当线路发生短路时,用于启动的电流继电器KA 瞬时动作,使时间继电器KT启动。KT经整定一定时间后,接通信号继电器KS和中间继电器KM。KM 接通断路器QF的跳闸回路,使断路器跳闸,从而切除短路故障。4. 常用的保护继电器保护继电器的种类:按继电器的结构原理分类,其有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器

7、。上一页下一页返回任务1 电力线路保护按继电器反应的物理量分类,其有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等。按继电器反应的物理量变化分类,其有过量继电器和欠量继电器,如过电流继电器、欠电压继电器。按继电器在保护装置中的功能分类,其有启动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。常用的保护继电器有电磁式继电器、感应式继电器以及晶体管继电器。前两种属于机电式继电器,工作性能可靠、运行经验成熟,是目前普遍采用的保护继电器。晶体管继电器具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐振动、无机械惯性、寿命长等一系列优点,但由于晶体管器件本身具有受环境温度变化影响大的特性,使器件的质量及运行维护的水平

8、都影响到保护装置的可靠性,所以目前国内较少采用。但随着电力系统向集成电路和微机保护方向的发展,晶体管继电器的应用也在不断扩大。这里重点讲述机电式保护继电器及其对应的继电保护电路。上一页下一页返回任务1 电力线路保护1)电磁式继电器(1)电流继电器。根据线圈中电流的大小通断电路的继电器称为电流继电器。电流继电器线圈匝数少、导线粗,串联在被测电路中。在继电保护装置中,通常作为启动元件,因此又称为启动继电器。常用的DL-10系列电磁式电流继电器如图1-4所示,其结构如图1-5所示。当线圈通过电流时,电磁铁中产生磁通,使Z形钢舌簧片向凸出磁极偏转。与此同时,转轴上的反作用弹簧又试图阻止钢舌簧片偏转。当

9、继电器线圈中的电流增大到使钢舌簧片所受到的转矩大于弹簧的反作用力矩时,钢舌簧片被吸近磁极,使常开触点闭合,常闭触点断开,即继电器动作。继电器型号的含义如图1-6所示。上一页下一页返回任务1 电力线路保护电流继电器的文字符号为KA,图形符号如图1-7所示。DL-13系列电磁式电流继电器的内部接线如图1-8所示。使电流继电器动作(即常开触点闭合,常闭触点断开)的最小电流称为继电器的动作电流,用Iop表示;使电流继电器返回到起始位置(即常开触点断开,常闭触点闭合)的最大电流,称为继电器的返回电流,用Ire表示。继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre,即当线圈电流低于整定值时动作的继电器称为

10、欠电流继电器。对于欠电流继电器,返回系数总是大于1的。上一页下一页返回任务1 电力线路保护(2)时间继电器。时间继电器分为通电延时型时间继电器和断电延时型时间继电器。通电延时型时间继电器是当线圈得到输入信号一段时间后,闭合或断开被控线路的继电器。断电延时型时间继电器是当线圈输入信号消失一段时间后,闭合或断开被控线路的继电器。时间继电器在机电保护装置中作为时限元件,并使保护装置的动作获得一定延时,如图1-9所示。常用的DS-110系列电磁式时间继电器的基本结构如图1-10所示。当时间继电器的线圈通电时,可动铁芯被吸入,压杆失去支持,并使被卡住的一套钟表机构启动,同时切换瞬时触点。在拉引弹簧的作用

11、下,经过整定的延时,使主触点闭合。时间继电器的延时是通过改变主静触点的位置(即改变主动触点的行程)来调整的,调整的时间范围在标度盘上标出。上一页下一页返回任务1 电力线路保护时间继电器的文字符号为KT,图形符号如图1-11所示。DS-110系列电磁式时间继电器的内部接线如图1-12所示。(3)信号继电器。电磁式信号继电器在继电保护装置中,用来发出指示信号,指示保护装置已经动作,提醒运行值班员注意。常用的DX-11型电磁式信号继电器如图1-13所示,其基本结构如图1-14所示。电磁式信号继电器分为电流型和电压型两种,电流型的串联在二次回路中,电压型的并联在二次回路中。信号继电器在正常状态时,其信

12、号牌是被衔铁支持住的。当信号继电器线圈通电时,衔铁被吸向铁芯而使信号牌掉下,显示其动作信号(可通过玻璃 窗孔观察),同时带动转轴旋转90,使固定在转轴上的导电条 (即动触点)与静触点接通,从而接通信号回路,发出音响或灯光信号。要使信号停止,可旋动外壳上的复位旋钮,断开信号回路,同时信号牌复位。上一页下一页返回任务1 电力线路保护信号继电器的文字符号为KS,图形符号如图1-15所示。DX-11型电磁式信号继电器的内部接线如图1-16所示。中间继电器主要用于各种保护和自动装置中,以增加保护和控制回路的触点容量或触点数量。它通常用在保护装置的出口回路中,用来接通断路器的跳闸回路,故又称为出口继电器。

13、常用的DZ-10系列中间继电器如图1-17所示。当线圈通电时,衔铁很快吸向电磁铁,带动触头系统,使动触头与静触头闭合或断开;当线圈断电后,继电器快速释放衔铁,触点全部回到起始位置。中间继电器的文字符号为KM,图形符号如图1-18所示。DZ-10系列电磁式中间继电器的内部接线如图1-19所示。上一页下一页返回任务1 电力线路保护2)感应式电流继电器在供电系统中常用的感应式电流继电器的基本结构如图1-20所示,它由感应系统和电磁系统两部分组成。感应系统主要包括线圈、带短路环的铁芯和安装在可偏转的框架上的转动铝盘等元件。电磁系统主要包括线圈、铁芯和衔铁。线圈和铁芯为两组系统共用。当继电器线圈的电流增

14、大到继电器的动作电流时,由电磁铁产生的转动力矩也增大,并使铝盘转速随之增大,永久磁铁产生的制动力矩也随之增大。这两个力克服弹簧的反作用力矩,从而使铝盘带动框架前偏,如图1-21所示,使蜗杆与扇形齿轮啮合,这叫作“继电器动作”。由于铝盘继续转动,使扇形齿轮沿着蜗杆上升,最后使触点切换,同时使信号牌掉下,从观察孔内看到红色或白色的信号指示,表示继电器已经动作。上一页下一页返回任务1 电力线路保护通入线圈的电流越大,铝盘转得越快,扇形齿轮沿蜗杆上升的速度也越快,则动作时间越短,这就是感应式电流继电器的“反时限特性”,如图1-22所示曲线的abc 部分。随着电流增大,继电器铁芯磁路饱和,特性曲线逐渐过

15、渡到“定时限特性”,如图1-22中曲线的cd 部分。这种继电器还装有瞬动元件,当流入继电器线圈的电流继续增加到某预先整定的倍数(例如8倍)时,则瞬动元件启动,继电器的电流时间特性如图1-22所示曲线的cd,这就是“瞬时速断特性”。因此,这种电磁元件又称为电流速断元件。动作曲线上对应于开始速断时间的动作电流倍数称为速断电流倍数。即:感应式电流继电器的这种有一定限度的反时限动作特性,称为“有限反时限特性”。上一页下一页返回任务1 电力线路保护继电器的动作电流的调节:用插销改变线圈抽头(匝数),从而进行级进调节;也可以调节弹簧的拉力,从而进行平滑调节。继电器动作时限的调节:用螺杆改变扇形齿轮顶杆行程

16、的起点进行调节。继电器速断电流倍数可用螺钉改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节。感应式电流继电器机械结构复杂、精度不高、瞬动时限误差大,但它的触点容量大,同时兼有电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能,即它在继电保护装置中,既能作为启动元件,又能实现延时、给出信号和直接接通跳闸回路,同时能实现带时限的过电流保护,又能实现电流速断保护,从而使保护装置的元件减少,接线简单。此外,感应式电流继电器采用交流操作电源,可减少投资,因而在610kV供电系统中应用广泛。上一页下一页返回任务1 电力线路保护知识应用按GB500621992 电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定:对366k

17、V 电力系统应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的相间短路保护,主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如当过电流保护的时限不大于0.50.7s时,可不装设瞬时动作的电流速断保护。相间短路保护应动作于断路器的跳闸机构,使断路器跳闸,以切除短路故障部分。1. 带时限的过电流保护带时限的过电流保护,按其动作时间特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。1)定时限过电流保护定时限是指保护装置的动作时限按照预先整定的动作时间固定不变,并与短路电流大小无关。上一页下一页返回任务1 电力线路保护定时限过电流保护装置的组成及动作原理如图1-1所示。它是由启动元件(电流继电器)

18、、时限元件(时间继电器)、信号元件(信号继电器)和出口元件(中间继电器)四部分组成。其中,YR 为断路器的跳闸线圈,QF为高压断路器,TA1、TA2为装在A 相、C相上的电流互感器。在系统正常运行时,隔离开关QS和高压断路器QF均闭合。若一次侧电路发生相间短路故障时,电路会产生三种情况:A 相电流过大、C相电流过大、A 相和C相电流均过大,因此,这会导致装在A 相和C相上的电流互感器TA1和TA2至少有一个监测到电流过大。动作电流的整定必须满足两个条件:一是应该躲过线路的最大负荷电流,包括正常负荷电流和尖峰电流;二是保护装置的返回电流也应该躲过线路的最大负荷电流,以保证保护装置在外部故障切除后

19、,能可靠地返回原始位置,避免发生误动作。线路定时限过电流保护整定说明如图1-23 (a)、图1-23 (b)所示。上一页下一页返回任务1 电力线路保护2)反时限过电流保护反时限指是保护装置的动作时间与反映到继电器中短路电流的大小成反比关系,短路电流越大,动作时间越短,所以反时限特性也称为反比延时特性或反延时特性。反时限过电流保护的工作原理如图1-24所示。KA1、KA2为GL型感应式带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器,继电器本身动作带有时限,并有动作及指示信号牌,所以回路不需要时间继电器和信号继电器。另外,一般继电器触点转换顺序为常闭触点先断开,常开触点后闭合。而这种继电器触点转换顺序与一般

20、继电器相反:常开触点先闭合,常闭触点后断开。这种特殊结构的转换触点,不仅保证了继电器动作的可靠性,还保证了继电器在触点转换时电流互感器二次侧不会带负荷开路。上一页下一页返回任务1 电力线路保护2. 电流速断保护按GB500621992规定:当过电流保护动作时限超过0.50.7s时,应装设瞬动的电流速断保护装置。电流速断保护实际上是一种瞬时动作的过电流保护,其动作时限仅仅为继电器本身的固有动作时间,它的选择性不是依靠时限,而是依靠选择适当的动作电流来解决的。对于GL 型电流继电器,直接利用继电器本身结构,其既可完成反时限过电流保护,又可完成电流速断保护,不用额外增加设备,非常简单经济。图1-25

21、所示的“电流速断保护”部分,当A 相发生故障时,则电流互感器TA1二次侧电流也会过大,使通过电流继电器KA3线圈的电流过大,并使其常开触点闭合,从而接通信号继电器KS2和中间继电器KM 回路。当信号继电器KS2动作时,信号指示牌掉下,并发出灯光、声音等报警信号;中间继电器KM 常开触点闭合,接通断路器QF的跳闸线圈YR的跳闸回路,使断路器QF跳闸,进而切除A 相短路故障。上一页下一页返回任务1 电力线路保护为保证保护装置动作的选择性,电流速断保护继电器的动作电流(即速断电流)应按躲过它所保护线路末端的最大短路电流(即三相短路电流)来整定。这样才能避免在后一级速断保护装置所保护线路的首端发生三相

22、短路时可能发生的误跳闸。任务实施(1)电器元件检查。 电器元件的技术数据(如型号、规格、额定电压、额定电流等)应完整并符合要求,外观无损伤,备件、附件齐全完好。 电器元件的电磁机构动作是否灵活,有无衔铁卡阻等不正常现象。用万用表检查电磁线圈的通断及各触点的分合情况。 接触器线圈的额定电压与电源电压是否一致。(2)正确进行线路布线。(3)再次检查各保护电器的接线。上一页下一页返回任务1 电力线路保护任务完成按班级人数情况将学生分组,每组4或5人。每个小组学生根据该任务的学习情况选出一位组长,由组长带领该小组全体成员讲解定时限过电流保护的原理图和展开图,完成各保护继电器及定时限过电流保护的接线以及

23、本任务的学习总结记录。任务评价本任务建议评分标准和能力、素质评价标准见表1-2、表1-3。上一页返回任务2 图纸的电脑绘制引言原理图和展开图是分析电力线路保护工作原理的重要内容。随着社会的发展,手绘图纸已不能满足实际生产的需要,而使用电脑绘制图纸不仅速度快,而且具有修改方便、清晰美观的优点,因此熟练应用电脑绘制、打印原理图和展开图是学生必须掌握的一项基本能力。学习目标掌握原理图和展开图的绘制方法,并会打印。任务提出1. 任务要求(1)电脑绘制电力线路定时限过电流保护和电流速断保护的原理图(见图1-24)。下一页返回任务2 图纸的电脑绘制(2)根据电力线路定时限过电流保护和电流速断保护的原理图设计并绘制展开图。(3)打印电力线路定时限过电流保护和电流速断保护的原理图及展开图。2. 硬件设备装有AutoCAD制图软件的计算机、打印机