电气设备控制与保护

电气设备控制与保护第一页，共27页。§7-1基本概念一、概述一次设备及一次系统一次设备有：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系统，它是发电、输变电和配电的主体。二次设备及二次系统二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组或厂（所）用低压电源供电。表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。二次接线图：原理接线图、展开接线图和安装接线图。第二页，共27页。§7-3断路器的控制和信号回路断路器的控制方式：集中控制和就地控制。一、控制开关和操动机构控制开关：LW2操动机构：电磁操动机构二、断路器的控制和信号回路接线图对断路器控制回路的基本要求：1.既能进行手动跳、合闸，又能由继电保护与自动装置实现自动跳、合闸，当跳、合闸操作完成后，应能自动切断跳、合闸脉冲电流；2.应有防止断路器多次连续跳、合闸的“跳跃”闭锁装置；3.应能指示断路器的合闸与分闸位置的信号；4.自动跳闸或合闸应有明显的信号；5.应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。第三页，共27页。第四页，共27页。§7-3断路器的控制和信号回路1．断路器的控制闸回路第五页，共27页。§7-3断路器的控制和信号回路2．防止“跳跃”的闭锁装置第六页，共27页。§7-3断路器的控制和信号回路3．断路器的分合闸位置指示灯回路4．断路器自动跳闸或自动合闸的信号接线图：按照不对应原则设计的。

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。第七页，共27页。§7-3断路器的控制和信号回路5．熔断器与跳、合闸回路完整性的监视监视方式：灯光监视音响监视第八页，共27页。§7-4继电保护的作用与原理一、继电保护的作用电力系统继电保护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。继电保护自动装置：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种自动装置。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，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；~BkAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF第九页，共27页。§7-4继电保护的作用与原理反应电气元件的不正常工作状态并根据实际运行条件作出不同反应，如：在无人值班的变电所，一般动作于故障元件的断路器跳闸；若发生过负荷而有自动减负荷装置时，可动作于自动减负荷装置；在有值班人员的变电所或控制室，一般动作于发信号，提示值班人员哪个元件出现了不正常工作状态。二、继电保护的基本原理

利用电力系统发生故障和处于不正常运行状态时一些物理量的特征和特征分量，可以构成各种原理的保护。1.电流保护的原理2.低电压保护、过电压保护3.低阻抗(距离)保护4.方向保护5.纵联保护6.序分量保护7.其他保护：瓦斯保护、行波保护等~Bk2AC1QF2QF3QF4QF5QF6QFk1~第十页，共27页。§7-4继电保护的构成1.输入电路：将电力系统一次回路中的电量变换成为满足继电保护二次电路需要的各种电量。包括各种互感器、变换器、序量滤过器、滤波回路、整流电路、模数变换等部件。2.测量元件：电磁型：电流、电压、时间、中间等继电器；晶体管型：电流、电压、方向元件等；微机型：通过软件实现。3.逻辑元件：由各种门电路、时间电路、相位或幅值比较电路、加法器、减法器、积分器及移相电路等中的一个或几个部份组成。4.输出部分：通常指开关量的输出。5.执行部分：当接到逻辑回路或输出回路的跳闸或发信号等命令后，执行其命令以完成继电保护所担负的任务。12345给定第十一页，共27页。UIreIopIrM=K

动作电流：返回电流：第十二页，共27页。§7－4继电保护的“四性”基本要求1.选择性：指电力系统故障时，保护装置仅切除故障元件，尽可能地缩小停电范围，保证电力系统中非故障部份继续运行。2.速动性：动作迅速对用户、电气设备和电力系统的稳定运行等有很大的好处。3.灵敏性：灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力。~Bk1AC1QF5QF3QF7QF8QFk22QFk3III6QF4QF9QF4.可靠性：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动作。近后备保护远后备保护拒动误动第十三页，共27页。保护的灵敏度保护的灵敏度一般用灵敏系数（Ksen）来衡量。对于反应物理量上升而动作的保护，其灵敏系数为：Ksen=保护范围内金属短路时故障参数的最小计算值÷保护的整定值（动作值）对于反应物理量下降而动作的保护，其灵敏系数为

Ksen=保护的整定值÷保护范围内金属短路时故障参数的最大计算值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利的短路点等进行计算。各种保护的灵敏系数要求值在《技术规程》中均有规定。第十四页，共27页。电力系统继电保护的配置原则《技术规程》对电力系统中的保护配置有十分详细和具体的规定：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；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、后备保护退出运行时而增设的简单保护。各个相邻元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）应有反应异常运行的异常运行保护。第十五页，共27页。§7-4线路的电流保护一、相间短路的电流保护1.无时限电流速断保护（电流保护I段）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的故障。1QF处无时限电流速断保护的动作电流IIop1整定为：Ak11QF2QFB~xsmaxxsminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120可靠系数KIrel可取1.2~1.3。躲开B母线最大短路电流第十六页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）无时限电流速断保护（电流保护I段）的动作时间：tIop1=0无时限电流速断保护（电流保护I段）的灵敏度：用保护范围即它所保护的线路的长度的百分数来表示。无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下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15%。按最小运行方式下二相短路求lminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120Ak11QF2QFB~xsmaxxsmin灵敏度：lmin15%lAB第十七页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）无时限电流速断保护的构成&KTAIOP.r1234跳闸I>KSIrIKA当上述无时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，即保护范围时，该保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护，以提高电流保护第I段的灵敏度。第十八页，共27页。2.带时限电流速断保护（电流保护II段）为什么要配置带时限电流速断保护？带时限电流速断保护的整定原则：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。任何整定电流保护II段？§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）IIOP1IkBmaxIIIop1IIop2IkCmaxl0Ak11QF2QFB~3QF~C

IIIop1>IIop2且IIIop1<IkBmax

tIIop1>tIop2则：

IIIop1＝KIIrelIIop2/KbmintIIop1＝tIop2＋△t＝△t可靠系数KIIrel一般取1.1~1.2。第十九页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）分支系数Kb定义：在相邻线路第I段保护范围末端即k1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。即：

Kb＝IBC/IABAk11QF2QFB~3QF~C电流保护第II段的灵敏度：“技术规程”规定：当线路长度小于50km时，大于等于1.5；当线路长度在50km~200km时，大于等于1.4；当长度大于200km时，大于等于1.3。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II段整定值配合，以降低本线路电流保护第II段的整定值而提高其灵敏度，即整定值为： IIIop1＝KIIrelIIIop2/Kbmin tIIop1＝tIIop2＋△t第二十页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）3.定时限过电流保护（电流保护III段）作用：作本线路主保护的后备保护（近后备保护）；作相邻下一线路（或元件）的后备保护（远后备保护）。如何整定动作电流？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KssILmax时该电流保护不动作，即：IIIIop1>KssILmax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启动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，即：

Ire=KIIIrelKssILmax且 IIIIop1>Ire故动作电流IⅢop1：可靠系数KIIIrel一般取1.15~1.25电流测量元件的返回系数Kre一般取0.85。~0QF1QF2QF3QF4QFM5QF第二十一页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）任何保证电流保护III段动作的选择性？问题：IIIIop1<<IIIop1<IIop1

动作时间整定：

阶梯原则tIIIop1>tIIIop2>tIIIop3>tIIIop4即：tIIIop3＝tIIIop4＋△ttIIIop2＝tIIIop3＋△ttIIIop1＝tIIIop2＋△t0tIIIop0tIIIop1tIIIop2tIIIop3tIIIop4l~0QF1QF2QF3QF4QFM5QF灵敏度校验第二十二页，共27页。§7-4线路的电流保护（相间短路的电流保护）4.电流保护的接线方式接线方式：指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。分类：完全星形接线：一般用于大接地电流系统。不完全星形接线：一般用于小接地电流系统。特点：投资不同；均能反应所有的相间短路；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B相接地故障；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。对在保护动作时间相同的并行线路，不完全星形接线的可靠性高；对串联运行的两相邻线路，完全星形接线百分之百有选择性。ABCI>I>I>1逻辑元件KAKAKAiaibicinABCI>I>1逻辑元件KAKAiaicin第二十三页，共27页。5.三段式电流保护的原理图及延时特性三段式电流保护的功能框图ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS