继电保护自动装置与二次回路培训.ppt

对各位同学提出3点小小的要求 1 上课时 请将您的手机置于振动位置 需要接听手机时 请勿影响其他同学听课 2 可以交头接耳 但请勿影响其他同学听课 3 如果您认为您不需要听课 可以立即走人 但请勿影响其他同学听课 期待您的协作 谢谢 各位如有教学上的问题可在课上 课后提出 进网作业许可考试参考教材 第六章继电保护和二次回路 学习本章节的注意事项 注意 大纲 中 了解 熟悉 掌握 的程度要求 继电保护和自动装置 部分的重点是各类保护的配置 作用和原理 与其相关的有保护的基本知识 各种继电器的作用与原理 保护的基本接线等 以及继电保护的动作与故障的判断 二次回路 的重点是概念 各类图纸的特点 作用 阅图的要点与技巧 要懂得如何读图 及时掌握每节课的内容 有问题可及时提出 为了便于掌握课程的内容 对教材的部分顺序进行了调整 第一节继电保护装置的任务及基本要求 随着国民经济的发展和社会的进步 电力发挥着越来越大的作用 对电力供应的安全性 可靠性也提出越来越高的要求 随着用电容量的不断增大 电网的不断延伸 影响电网安全 可靠运行的不利因素也在不断地增加 概述 电力设备在运行过程中 由于外力破坏 设备内部绝缘击穿 过负荷 误操作等原因 可能造成电气设备 线路 故障或异常工作状态 最常见的电力故障是短路短路包括 三相短路 两相短路 大电流接地系统的单相接地等 变压器 电机内部线圈的匝间短路等等 小电流接地系统 短路的危害及特征 电力故障除了短路之外还有过电压 低电压 缺相运行 系统振荡等等 为了尽快消除电力设备 电力系统的不正常运行状态 单靠运行人员的手动干预是远远来不及的 我们需要一种装置来准确地判断发生了什么样的故障 并根据故障的状况自动 快速地做出正确的处理 能担此重任的就是 继电保护 什么是继电保护 继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况 以探讨其对策的反事故自动化措施 最早的保护装置是熔断器 以后相继出现了作用于断路器的电磁型继电保护装置 电子型静态继电器以及应用微机的数字式继电保护 因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件 发电机 变压器 输电线路等 使之免遭损坏 所以沿称继电保护 熔断器保护的局限性 继电保护装置 就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态 并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 什么是继电器 继电器是当输入量达到规定值时 使被控制的输出电路导通或断开的电器 按继电器的输入量 可分为 电气量继电器 如电流 电压 频率 功率等 及非电气量继电器 如温度 压力 速度等 两大类 继电器具有动作快 工作稳定 使用寿命长 体积小等优点 广泛应用于电力保护 自动化 远动 遥控 测量和通信等装置中 一 继电保护装置的任务 继电保护的任务是 当电力系统发生短路故障时 能自动 迅速地将故障设备从电力系统中切除 将事故尽可能地限制在最小范围内 或发出信号由值班人员消除异常工况根源 以减轻或避免设备的损坏 保证电力系统的稳定运行 在正常供电的电源因故突然中断时 通过继电保护和自动化装置迅速投入备用电源 使重要设备 线路能继续获得供电 二 继电保护装置的基本要求 针对电气设备发生故障时的各种形态及电气量的变化 设置了各种继电保护方式 如 电流过负荷保护 电流速断保护 过电流保护 电流方向保护 电压闭锁电流速断保护 定时限过电流保护 反时限过电流保护 过电压保护 欠电压保护 距离保护 差动保护及反映油浸变压器内部故障的气体 瓦斯 保护等等 为了能正确 无误 迅速地切断故障 使电力系统能以最快速度恢复正常运行 要求继电保护具备足够的选择性 快速性 灵敏性和可靠性 继电保护的基本要求 1 选择性 有选择性地切除故障设备 以保证非故障设备连续运行 或尽量缩短故障状态的时间 3 2 1 动作顺序3 2 1 2 快速性 快速地切除故障设备以限制故障状态的发展和对非故障设备的危害 快速性与选择性有时会有矛盾 3 灵敏性 对保护范围内 被保护设备 故障和不正常状态有灵敏的感受及反应 特别是在保护范围的末端 4 可靠性 需要保护装置动作时不拒动 不需保护装置动作时不误动 确保保护装置正确动作 三 继电保护和二次回路常用的电气符号 常用继电器的图形符号 KA 电流继电器 常用继电器图形符号2 常用继电器触点图1 或正常运行 常用继电器触点图2 延时触点的动作说明 再回过头来看看延时接点 小结 继电保护的任务继电保护装置的基本要求继电器的符号及各类接点的图形标识及其含义 第二节变压器保护 继电保护装置 能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态 并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 本章节的过流保护与速断保护是本教材继电保护部分的重点与基础 请注意掌握 继电保护装置的基本构成 A 取样单元 将被保护的电力系统 设备 运行的物理量 参数 经过电气隔离并转换为继电保护装置中比较鉴别单元可以接受的信号 由一台或几台传感器如电流 电压互感器组成 B 比较鉴别单元 由取样单元来的信号与给定信号比较 以确定测量对象的正常状态 异常状态或故障状态 比较鉴别单元一般由电流 电压 方向 或反映其他电量 非电量 的继电器组成 C 处理单元 逻辑单元 接受比较鉴别单元来的信号 按保护装置动作的逻辑要求进行处理 如 根据比较环节输出量的大小 性质 组合方式出现的先后顺序 来确定保护装置是立即动作或延时动作等等 一般由时间继电器 中间继电器等构成 D 执行单元 故障的处理通过执行单元来实施 执行单元一般分两类 一类作用于断路器的分闸 另一类作用于声 光等信号 如电笛 电铃 闪光信号灯 光字牌等 保护的形式很多 但上述基本单元是不可缺少的 定时限过电流保护的组成 一 常用继电器介绍 为了加深对保护装置的理解 将继电器的介绍调到前面 电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成 在线圈两端加上一定的电压 电流 线圈 铁芯产生电磁效应 衔铁在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动触点接通或断开 动作 当线圈断电后 电磁的吸力随之消失 衔铁在弹簧反作用力的作用下返回原来的位置 返回 通过这样的吸合 释放 达到了在电路中导通 切断的目的 反映电气量变化的继电器有电流型 电压型或混合型继电器的触点由动 静触点组合 有常开 常闭 切换触点继电器线圈未通电 或正常运行 时触点处于断开状态的 称为 常开触点 继电器线圈未通电 或正常运行 时触点处于接通状态的 称为 常闭触点 中间继电器断面图 1 电磁型电流继电器 用于检测被保护对象的电流 电流继电器用于反映被保护线路 设备 的电流 当达到整定值时 电流继电器动作 保护启动 过电流继电器的动作电流 返回电流 返回系数 动作电流 能使继电器动作的最小电流 可根据要求在一定的范围内调整 返回电流 继电器动作后 减少通过继电器线圈的电流 至某一数值时 使继电器的动触点返回到原位的最大电流 返回系数 返回电流与动作电流的比值 举例 电梯 过电流继电器的返回系数 1 0 85 0 9 低电压继电器的返回系数 1 1 1 1 15 电磁型电流继电器的返回系数要求在0 85 0 9之间如返回电流 返回系数 太小 容易引起误动作 对瞬间性故障 因继电器无法及时返回 造成不必要的跳闸 须等短路电流衰减到更小时 继电器才能返回 如返回电流 返回系数 太大 可能造成继电器动作不可靠 因继电器本身的动作特性所致 在返回系数太大时 继电器动作时的动 静触点接触压力太小 导致触点接触不良 2 电磁型电压继电器 用于检测被保护对象的电压 电压继电器用于反映系统的过电压或低电压 其工作原理与电流继电器完全相同 只是将电流线圈更换为电压线圈 反映低电压的继电器常用其常闭触点 在正常工作电压下 继电器处于励磁状态 在电压降低时 触点 返回 实际上是低电压继电器的 动作 而使常闭触点接通 反映低电压继电器的返回系数应大于1 返回电压大于动作电压 电磁型电压继电器的型号为DJ DJ 111 121 131 为过电压继电器 DJ 112 122 132 为低电压继电器 电压继电器线圈的串联与并联 在相同的整定位置下 串联接法比并联接法的动作电压提高一倍 高阻抗线圈 3 电磁型时间 中间和信号继电器 1 电磁型时间继电器 用于继电保护中建立动作的延时 其内部结构包括一个电磁机构和一套机械型钟表机构 当时间继电器加上工作电压时 电磁铁向下运动 一对瞬时动作触点切换 同时启动时间机构 至预定的延时时间 延时接点闭合 时间继电器的延时时间与动静触点的距离有关 调整该距离可调整延时的时间 2 电磁型中间继电器 在继电保护中电磁型中间继电器用于增加某个启动部分 如电流 电压继电器 触点的数量和触点的容量 特殊的中间继电器在触点闭合或断开时带有短延时 或者通过继电器本身附带的电流 电压线圈在外部电路配合下实现自保持 以适应保护动作的需要 自保持的应用实例 几种特殊的中间继电器 3 电磁型信号继电器 在继电保护中 信号继电器用来发出保护动作的信号 让值班人员能够很方便地发现事故的类型 便于保护动作的统计与分析 信号继电器的掉牌必须手动复归 信号继电器分为 电流型 串联 与电压型 并联 电流型信号继电器的接入压降不得超过额定电压的10 为了保证信号继电器的可靠动作 流过 电流型 信号继电器的电流应大于继电器额定动作电流的1 5倍 多套保护共用一个出口回路时 为满足以上条件 必要时 要在出口中间继电器线圈上并联一个适当阻值的电阻 二 电力变压器保护设置的要求 3 10kV配电变压器 设过电流保护 电流速断保护变电所单台油浸800kV A以上或车间内装设的400kV A以上油浸变压器 应加装气体 瓦斯 保护单台容量10000kV A或单台容量6300kV A及以上的并列运行变压器 应加装差动保护大容量 高电压的降压变压器 常采用复合电压闭锁的过电流保护 三 变压器的过电流保护 变压器发生短路时 将产生很大的短路电流 利用这一特点设置过电流保护和电流速断保护各种设备的过电流保护接线是一样的 不一样的是动作电流和作用于跳闸的时间动作时间固定不变的称 定时限过电流保护 与之相对应的是 反时限保护 后面介绍 过电流保护的动作电流是按照避开被保护设备的最大工作 负荷 电流来整定的 变压器过流保护的作用 保护变压器不过载什么是 避开 躲开 躲过 注意掌握过电流保护的组成及动作过程 过电流保护的阶梯原则 考虑到由于某种原因出现瞬间性的电流波动 为了避免频繁跳闸 过电流保护一般都具有动作时限 延时 为了使上 下级各电气设备的动作具备选择性 过流动作时间整定上采取阶梯原则 位于电源侧的上一级保护的动作时间要大于下级保护的动作时间 因此 过电流保护的速动性受到一定的影响 过电流保护阶梯特性示意图 动作顺序 4 3 2 1 距离短路点最近的断路器拒动时 再由其上级保护逐级动作 继电保护的选择性 过电流保护时限的实现 采用时间继电器 其动作时间在整定之后是不变的 定时限过电流保护采用具有反时限特性的继电器 如感应型电流继电器 其动作时间与动作电流成反比 电流越大 动作时限越短 反时限过电流保护 在后面的课程中介绍 电流保护测量回路 交流 的接线 配电系统过电流保护的交流回路可采用 三相星形接线 两相不完全星形接线 两相电流差接线其中 最经常使用的是两相不完全星型接线 两相差接线的特点 发生三相短路 流过电流继电器的电流为两相电流的向量差 等于一相电流的倍发生u w A C 相短路 流过电流继电器的电流为两相电流之和 等于一相电流的2倍 发生uv或vw相短路 流过电流继电器的电流为u 或w 相电流 等于一相电流的1倍特点 可以节省一个电流继电器 3 过电流保护保护原理图 原理接线图 6 11 定时限过电流保护原理接线 原理展开图 6 12 定时限过电流保护展开图 四 变压器电流速断保护 变压器电流速断保护的作用 防止变压器 高压侧回路 的相间短路故障变压器电流速断保护的接线 一般采用不完全星型两相两继电器接线 测量回路与过流保护共用一组电流互感器 变压器电流速断保护接线图 原理接线图原理展开图 带短延时的速断保护 其接线与过电流保护一样 加上一个短延时的时间继电器 过电流保护与速断保护的主要区别 过电流保护 按躲过变压器的最大允许负荷电流整定 一般可分为定时限过流保护和反时限过流保护 作用 保护变压器不过载过电流保护整定 动作 电流较小 动作带延时 电流速断保护 按被保护设备的短路电流 一般按躲过变压器低压侧短路电流 来整定 作用 保护变压器高压侧的短路电流速断保护整定 动作 电流较大 瞬时或经很短的延时动作 过电流保护与速断保护的根本区别不是看其接线 而是看其整定值 为提高保护的灵敏度 35kV及以上两相不完全星型接线过电流保护应在中性线上加设一块电流继电器 完整的变压器速断 定时限过电流保护原理图 采用GL型继电器的有限反时限过电流保护 反时限 继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比 即短路电流越大 继电保护的动作时间越短 反之 短路电流越小 继电保护的动作时间越长 在电磁式继电保护装置中 可利用GL型继电器来实现其反时限特性 反时限 定时限特性曲线图 短路电流 动作时间 反时限特性曲线 反时限特性 在整定动作的范围内 短路电流越大 动作时间越短定时限特性 大于等于整定电流时 按固定的延时时间动作 定时限特性曲线 整定电流 整定时间 GL系列感应型过电流继电器 GL系列感应型过电流继电器内部包含了过电流继电器 速断电流继电器 时间继电器的功能 由一个感应型过电流继电器可以很方便地组成线路 设备 的过电流和电流速断保护 该继电器具有反时限功能 且可用于交流操作系统 GL系列感应型过电流继电器的特点 既有反时限特性的感应型元件 又有电流速断元件触点容量大 无须中间 时间继电器即可构成简单的保护 适宜交流操作的保护装置 感应元件动作原理 感应型元件的动作与电度表的原理相似 电流越大 转动越快 动作时间越短 不同的是该继电器的可动框架具有 离合器 的动作性质 当继电器的线圈通过交流电流时 铁芯的遮蔽部分产生两个具有一定相位差的磁通 该磁通与其在圆盘中感应的涡流相互在圆盘上产生一转矩 在20 40 的动作电流下圆盘开始旋转 但此时由于扇齿与蜗杆没有咬合 故继电器不动作 当线圈中的电流增大至整定电流时 电磁力矩大于弹簧的反作用力矩 可动框架向外转动 使扇齿与蜗杆咬合 扇齿上升 带动继电器触点动作 当输入继电器线圈的电流大于过流整定值而小于速断整定值时 感应元件的动作时限与输入继电器的电流成反比 电磁元件动作原理 当输入线圈中的电流达到整定电流 即瞬动整定值 时 电磁元件瞬时动作 感应型继电器的速断与过流虽然共用一组触点 但是 在过电流整定段 使触点动作的是感应元件 在速断电流整定段 感应元件与电磁元件同时动作 但使触点动作的是电磁元件 采用GL型继电器构成电流保护 由于其本身带有速断元件与过流元件 故电流速断与过电流保护可以共用一套继电器 一对接点 但驱动接点的动作原理各不相同 动作电流与动作时间也各不相同 五 变压器电流差动保护 电力变压器是电力系统中十分重要的设备 变压器故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响 变压器内部的一些故障 最初故障电流并不大 但其产生的电弧将引起变压器内部绝缘油的分解 产生可燃性气体 严重时会引起喷油 爆炸 为了避免变压器事故的扩大 在变压器发生故障的初期 应迅速切断变压器的电源 让变压器退出运行 变压器速断保护的动作虽然迅速 但因其整定的动作电流较大 对轻微的内部故障不能反应 且靠近二次出线的部位存在速断保护的 死区 规程规定 单台容量10000kV A或单台容量6300kV A及以上并列运行的变压器应加装差动保护 差动保护的原理 将变压器一 二次侧电流互感器的二次接线反极性相连构成 差电流 回路 见下一页 i1 i2 变压器正常运行 或保护区外短路 时 因i1 i2电流大小相等 方向相反 互相抵消 差回路无电流输出 i1 i2 0当变压器内部 差动保护区内 发生故障时 在单侧电源情况下 其二次侧i2无电流输出 差回路电流为 i1 0 i1在双侧电源情况下 其差回路电流为 i1 i2 2i1 i2 因差回路电流剧增 差动保护动作 iI iI iII iII iI iII iI iII 双侧电源时短路电流方向 正常运行或 单侧电源变压器 流入差流回路继电器的电流只有iI两侧都接有电源的变压器 流入差流回路继电器的电流为iI与iII的相量和 当差流回路有电流流过继电器 并达到其整定值时 继电器动作 当变压器内部 或保护区内 发生故障时 变压器外部发生短路时虽然变压器的一 二次绕组都流过很大的短路电流 但由于差回路接线的特点 两个电流 iI iII 互相抵消 因此差回路的电流很小 继电器不动作 变压器差动保护的动作电流应按躲过电流互感器二次断线 励磁涌流及互感器二次电流的不平衡 以防止差动保护误动作 动作时间为0秒 使变压器正常运行时差动电流尽可能小及防止差动保护误动的措施 1 电流补偿 相位补偿 变压器y d接法时的相位差补偿抑制或减少变压器空载投入运行瞬间励磁涌流的影响差动保护的整定电流应躲过电流互感器二次断线 励磁涌流及互感器的二次不平衡电流差动继电器投入运行时的检验 空载冲击的考验 对差流回路进行相