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继电保护装置及二次系统 培训讲义 公司 2 工厂供电系统的二次回路 二次回路 电源性质 用途 表示方法 直流回路 交流回路 断路器控制回路 信号回路 测量回路 继电保护回路 自动装置回路 集中画法 展开画法 二次回路 3 二次回路的编号 二次回路 4 断路器控制回路 对断路器控制回路的要求 能监视回路的完好性能指示断路器的位置动作后切断合分闸电源有电气防跳装置事故跳闸后能报警发出预告信号 二次回路 5 断路器控制回路 二次回路 6 断路器的防跳回路 二次回路 7 中央信号系统 变电所的信号装置及其作用 事故信号装置 预告信号装置 中央信号 8 变电所的信号装置及其作用 信号装置 中央信号 位置信号 其他信号 断路器 隔离开关的分 合闸位置 事故信号 预告信号 在断路器事故跳闸时 能及时地发出音响信号 并使相应的断路器灯光位置信号闪光 在运行设备发生异常现象时 瞬时或延时发出音响信号 并使光字牌显示出异常状况的内容 中央信号 9 中央复归能重复动作的事故信号原理图 10 硅整流电容储能式直流电源 直流系统 11 直流系统的绝缘监视 直流系统 12 电力系统常见故障 变配电所的电气设备在运行中由于外力破坏 内部绝缘击穿或误操作等原因 均可能会造成电气设备的故障或异常 这些故障最多见的是短路 它包括三相短路 两相短路 大电流接地系统的单相接地短路 以及电气设备内部线圈的匝间短路等 故障及危害 13 电力系统短路故障的危害 短路故障时会产生很大的短路电流 引起强电弧或导电回路的严重过热 可能烧坏电气设备 短路时通过故障设备的短路电流会产生很大的电动力 使电气设备遭受机械力破坏 短路故障时电力系统电压会急剧下降 致使用户的正常生产用电遭到破坏 甚至造成设备停电停产 发生严重短路故障时 处理不当还会破坏电力系统的稳定运行 使并网发电厂解列 甚至造成整个系统瓦解 给国民经济带来巨大损失 故障及危害 14 继电保护装置的任务 在系统出现不正常工作状态 如过负荷或故障苗头时 发出报警信号 提醒运行值班人员及时处理 以免发展为故障 在出现短路等故障时 作用于前方最近的断路器 使之迅速跳闸 切除故障部分 恢复系统其它部分的正常运行 同时发出信号 提醒运行值班人员及时处理事故 任务和要求 15 继电保护的基本要求 选择性 速动性 灵敏性 可靠性 任务和要求 16 灵敏度Sp Ik min 继电保护装置保护区内在电力系统最小运行方式时的最小短路电流 Iop 1 一次动作电流 继电保护装置动作电流换算到一次电路的值 为了表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态的反应能力 采用一个 灵敏度 的参数Sp 任务和要求 17 常用的保护继电器分类 按其结构原理分 有机电型和晶体管型 机电型按其结构原理分有电磁式和感应式 按其反应的物理量分 有电流继电器 电压继电器 功率继电器 气体继电器等 按其反应的数量变化分 有过量继电器和欠量继电器 保护继电器 18 按其在保护装置中的功能分 有起动继电器 时间继电器 信号继电器和中间继电器或出口继电器等 按其作用于断路器的方式分 有直接动作式和间接动作式两大类 按其与一次电路的联系分 有一次式继电器和二次式继电器 常用的保护继电器分类 保护继电器 19 电磁式电流继电器 电磁式电流继电器在继电保护装置中 通常用作起动元件 DL 10系列电磁式继电器的内部结构 DL 10系列电磁式继电器的内部结线和图形符号 Iop Ire Kre 电磁式电流继电器的动作电流调节 保护继电器 20 返回 DL 10系列电磁式继电器的内部结构 保护继电器 21 返回 DL 10系列电磁式继电器的内部结线和图形符号 保护继电器 22 Iop Ire Kre 过流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流 称为继电器的动作电流 用Iop表示 过流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流 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的比值 称为继电器的返回系数 用Kre表示 保护继电器 23 Kre 返回 对于过量继电器 Kre1 Kre越接近1 说明继电器越灵敏 如果电流继电器的Kre过低时 可能使保护装置发生误动作 保护继电器 24 电磁式时间继电器 电磁式时间继电器在继电保护装置中 用作时限元件 使保护装置获得一定的延时 DS 110系列电磁式时间继电器的内部结构 DS 110系列电磁式时间继电器的内部结线和图形符号 保护继电器 25 返回 DS 110系列电磁式时间继电器的内部结构 保护继电器 26 DS 110内部结线和图形符号 返回 保护继电器 27 电磁式信号继电器 电磁式信号继电器在继电保护装置中 用作信号元件 指示保护装置已经动作 常用的信号继电器有电流型和电压型两种 DX 11系列电磁式信号继电器的内部结构 DX 11系列电磁式信号继电器的内部结线和图形符号 保护继电器 28 返回 DX 11系列电磁式信号继电器的内部结构 保护继电器 29 返回 保护继电器 DX 11的内部接线和图形符号 30 电磁式中间继电器 电磁式中间继电器在继电保护装置中 用作辅助继电器 以弥补主继电器数量或触点容量的不足 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 因此又称为出口继电器 DZ 10系列电磁式信号继电器的内部结构 DZ 10系列电磁式信号继电器的内部结线和图形符号 保护继电器 31 返回 DZ 10系列电磁式信号继电器的内部结构 保护继电器 32 DZ 10图形符号 保护继电器 33 感应式电流继电器 感应式电流继电器兼有上述电磁式电流 时间 信号和中间继电器的功能 即它在继保护装置中既能作为起动元件 又能实现延时 给出信号和直接接通跳闸回路 同时可实现电流速断保护 从而使保护装置大大简化 GL 10 20系列感应式电流继电器的内部结构 GL 10 20系列感应式电流继电器的动作原理 感应式电流继电器的转动力矩M1和制动力矩M2 感应式电流继电器的动作特性曲线 感应式电流继电器整定 GL 10 20系列感应式电流继电器的内部结线和图形符号 保护继电器 34 返回 保护继电器 GL10内部结构图 35 转动力矩图 返回 保护继电器 36 返回 感应式电流继电器的动作特性曲线 保护继电器 37 GL 10系列感应式电流继电器的定值调整 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 感应式电流继电器的动作电流 感应式电流继电器的速断电流 GL 10系列感应式电流继电器的速断电流倍数nqb 2 8 保护继电器 38 保护继电器 感应式电流继电器的内部结线和图形符号 39 继电保护装置的操作方式 直流操作交流操作 1 直接动作式2 中间电流互感器供电方式3 去分流跳闸 的操作方式 保护继电器 40 41 工厂高压线路的继电保护 保护装置的结线方式 带时限的过电流保护 电流速断保护 单相接地保护 线路继电保护 42 两相两继电器式结线图 线路继电保护 43 结线系数 当一次电路发生三相短路或任意两相短路 至少有一个继电器动作 而且流入继电器的电流IKA就是电流互感器二次电流I2 结线系数Kkx IKA I2 在一次电路发生任何相间短路时 Kkx 1 即保护灵敏度相同 线路继电保护 44 两相一继电器式结线图 线路继电保护 45 带时限的过电流保护 定时限过电流保护的组成和原理 反时限过电流保护的组成和原理 过电流保护动作电流的整定 过电流保护动作时间的整定 过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措施 线路继电保护 46 定时限过电流保护的原理电路图 线路继电保护 47 反时限过电流保护原理电路图 线路继电保护 48 过电流保护动作电流的整定原则 带时限的过电流保护的动作电流IOP 应该躲过线路的最大负荷电流 包括正常过负荷电流和尖峰电流 IL max 以免在最大负荷电流通过时保护装置误动作 而且其返回电流Ire也应该躲过线路的最大负荷电流IL max 否则保护装置还可能误动作 线路继电保护 49 线路过电流保护整定说明图 线路继电保护 50 线路过电流保护整定计算公式推导过程 设电流互感器的变比为Ki 保护装置的结线系数为K 保护装置的返回系数为Kre 则最大负荷电流换算到继电器中的电流为 Kkx Ki IL max 由于要求Ire KreIOP躲过 Kkx Ki IL max 即IOP Kkx KiKre IL max 将此式写成等式 计入一个可靠系数Krel 由此得到过电流保护动作电流的整定计算公式 4 线路继电保护 51 线路过电流保护整定计算公式 对DL型电流继电器可取1 2 对GL型电流继电器可取1 3 按三相短路来考虑 对两相两继电器结线为1 对两相一继电器为 可取为 1 5 3 I30 I30为线路的计算电流 线路继电保护 52 过电流保护动作时间的整定 为了保证前后两级保护装置动作的选择性 过电流饱和的动作时间 应按 阶梯原则 进行整定 也就是在后一级保护装置所保护的线路首端发生三相短路时 前一级保护的动作时间t1应比后一级保护中最长的动作时间t2都要大上一个时间差 t 即t1 t2 t 线路继电保护 53 定时限过电流保护的动作时限 线路继电保护 54 t t t1 t2 t3 t4 前一级保护动作时间可能发生负偏差 后一级保护动作时间可能发生正偏差 保护装置动作存在的贯性误差 确保前后保护的动作选择性而增加的保险时间 对定时限过电流保护 取 t 0 5S 对反时限保护 取 t 0 7S 线路继电保护 55 过电流保护的灵敏度 过电流保护的灵敏度必须满足的条件为 当灵敏度达不到上述要求时 可采用低电压闭锁保护来提高灵敏度 线路继电保护 56 低电压闭锁保护电路 线路继电保护 57 低电压闭锁保护动作电流 由于其Iop减小 因此能提高保护的灵敏度 线路继电保护 58 低电压继电器的动作电压按躲过母线正常最低工作电压Umin来整定 低电压闭锁保护动作电压 母线最低工作电压 取 0 85 0 95 UN 保护装置的可靠系数可取1 2 低电压继电器的返回系数 可取1 15 线路继电保护 59 电流速断保护 电流速断保护的组成及速断电流的整定 电流速断保护的 死区 及其弥补 电流速断保护的灵敏度 线路继电保护 60 电流速断保护的组成及速断电流的整定 带时限的过电流保护 有一个明显的缺点 就是越靠近电源的线路过电流保护 其动作时间越长 而短路电流则是越靠近电源 其值越大 危害也更加严重 因此一般规定 当过电流保护的动作时间超过0 7S时 应该装设电流速断保护装置 线路继电保护 61 电流速断保护速断电流的整定 电流速断保护的动作电流Iqd 为了保证其选择性 应躲过它所保护线路末端的最大短路电流 以避免后一级线路首端三相短路时误跳闸 Krel 可靠系数 对DL型继电器 取1 2 1 3 对GL型继电器 取1 4 1 5 对脱扣器 取1 8 2 线路继电保护 62 电流速断保护的保护区和死区 线路继电保护 63 电流速断保护的 死区 及其弥补 由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端的最大短路电流 因此在靠近末端的一段线路上发生的不一定是最大的短路电流时 电流速断保护装置就不可能动作 也就是电流速断保护实际上不能保护线路的全长 这种保护装置不能保护的区域 就称为 死区 为了弥补死区得不到保护的缺陷 所以凡是装设电流速断保护的线路 都必须配备带时限的过电流保护 线路继电保护 64 线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图 线路继电保护 65 电流速断保护的灵敏度 电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为 安装处 即线路首端 的两相短路电流 线路继电保护 66 单相接地保护 单相接地保护的组成和原理 单相接地保护动作电流的整定 线路继电保护 67 单相接地保护的组成和原理 线路继电保护 68 单相接地保护动作电流的整定 单相接地保护的动作电流Iop E 应该躲过在其它线路发生单相接地时而在本线路上引起的电容电流 即 线路继电保护 69 电力变压器的继电保护 变压器的过电流保护 变压器的电流速断保护 变压器的过负荷保护 变压器的气体继电保护 变压器保护 变压器的差动保护 70 变压器的过流 速断 过负荷保护电路 变压器保护 71 变压器的过负荷保护 过负荷的动作电流按躲过变压器额定一次电流I1N T来整定 动作时间一般取10 15S 变压器保护 72 变压器的气体继电保护 变压器气体继电器的结构和工作原理 变压器气体继电保护的结线 变压器气体继电保护动作后的故障分析 气体继电保护又称瓦斯保护 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置 变压器保护 73 变压器气体继电器的结构 变压器保护 74 气体继电器在变压器的安装 变压器保护 75 变压器气体继电器的动作原理图 正常时 气体继电器的容器内包括上下油杯中都是充满油的 油杯因其平衡锤的作用而升高 它的上下两对触点都是断开的 内部轻微故障时 故障产生的少量气体慢慢升起 沿着联通管进入气体电器 并由上而下地排除其中的油 使油面下降 上油杯因其中盛有残余的油致使其力矩大于平衡锤的力矩而降落 从而使上触点接通 严重漏油时 使地气体继电器内的油慢慢流尽 先是上油杯降落 发出报警信号 最后下油杯降落 使断路器跳闸 内部严重故障时 故障产生的大量气体带动油流迅猛地从联通管通过气体继电器进入油枕 通过气体继电器时 油气流冲击档板 使油杯下降 下触点接通 变压器保护 76 变压器气体保护的结线 变压器保护 77 变压器气体继电保护动作后的故障分析和处理要求 变压器保护 78 变压器的差动保护 变压器保护 79 变压器的差动保护的不平衡电流 变压器一 二次绕组接线方式不同引起的不平衡电流 运行中变压器分接头位置的改变 变压器空载投入等暂态过程中产生的冲击励磁电流 变压器保护 80 变压器保护 81 变压器的差动保护动作电流的整定原则 一 躲过变压器差动保护外短路时出现的最大不平衡电流Idsp max 变压器保护 可靠系数 可取1 3 82 变压器的差动保护动作电流的整定原则 二 躲过变压器的励磁涌流 按运行经验 采用速饱和铁芯的差动继电器时 可靠系数可取1 3 1 5 变压器保护 83 变压器的差动保护动作电流的整定原则 三 在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负载时 差动保护不应误动作 可靠系数 可取1 3 变压器保护 84 高压电动机的继电保护 概述 电流速断保护 纵差动保护 电动机的过负荷保护 低电压保护 电动机保护 85 概述 电动机保护 电流速断保护 纵差动保护 过负荷保护 低电压保护 单相接地保护 电动机保护 86 电流速断保护 电流速断保护的动作电流 按躲过电动机的最大起动电流Ist max来整定 对DL型电流继电器取1 4 1 6 对GL型电流继电器取1 8 2 0 电动机保护 87 电动机的过负荷保护 电流 按躲过电动机额定电流IN来整定 对DL型电流继电器取1 2 对GL型取1 3 时间 应大于电动机起动所需的时间 一般取为10 16S 电动机保护 88 低电压保护 电动机保护 89 自动重合闸 ARD 装置的基本要求 当值班人员用控制开关跳闸或由遥控装置跳开断路器时 ARD装置不应动作 其他情况下ARD装置均应动作 使断路器重合 对一次式ARD 应保证只重合一次 优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸 自动重合闸动作后 一般应自动复归 自动重合闸应有可能在重合闸之前或之后加速继电保护动作 动作应尽量快 以减少停电时间 线路重合闸 备自投 90 单侧供电的自动重合闸 ARD 装置原理展开图 线路重合闸 备自投 91 备用电源自动投入装置的基本要求 一 当母线上的电压低于预定数值 并且持续时间大于预定时间时 方可动作 二 备用电源的电压应运行于正常允许范围 或备用设备应处于正常的准备状态下 方可动作 三 必须在断开工作电源的断路器之后 方可动作 四 备用电源断路器上需装设响应的继电保护装