电力工程基础：12 第六章 电力系统继电保护（1-2）

1、1 1第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7 电力变压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护2 2第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护 一一. . 基本任务基本任务 变电所一次系统变电所一次系统：变压器，配电装置等二次系统二次系统：控制与信号设备，继电保护装置继电保护装置等6-1 6-1 概述概述自动

2、、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，使其他非故障部分迅速恢复正常运行。使其他非故障部分迅速恢复正常运行。能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。发出报警信号、减负荷或延时跳闸。 电力系统电力系统继电保护装置继电保护装置是一种能反应电力系统中电气是一种能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。发出信号的一种自动装置。 3 3测量部分：测量部分：从被保护对象输

3、入有关信号，并与给定的整定从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；定保护装置是否应该动作；执行部分：执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任务（跳闸或发信号）。负的任务（跳闸或发信号）。 二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理6.1 继电保护的基本知

4、识继电保护的基本知识 4 4三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求q选择性选择性有选择地切除故障部分有选择地切除故障部分q速动性速动性故障后迅速动作故障后迅速动作q灵敏性灵敏性动作干脆利索动作干脆利索q可靠性可靠性动作可靠动作可靠6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 5 51.1.选择性选择性有选择的将故障部分切除有选择的将故障部分切除非直接故障部分不切除非直接故障部分不切除力争相邻元件的继电保护力争相邻元件的继电保护“后备后备”作用作用避免避免“误动作误动作”和和“拒动拒动” 图图6-2 电力系统继电保护选择性说明图电力系统继电保护选择性说明图6.1 继电保护的基本知识继电

5、保护的基本知识 6 6短路等故障短路等故障电流激增电流激增发热、电动力发热、电动力 电气设备，人身安全电气设备，人身安全 保护必须迅速！保护必须迅速！迅速程度迅速程度有不同情况延时特性有不同情况延时特性故障切除时间保护装置动作时间故障切除时间保护装置动作时间 断路器跳闸时间（断路器跳闸时间（10ms级）级）2.速动性速动性6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 7 73. 灵敏性灵敏性v继电保护动作不可继电保护动作不可“似动非动似动非动”；v灵敏程度灵敏程度用用 灵敏系数灵敏系数KS 衡量衡量 增量动作：增量动作： KS 反应量的最小值动作整定值反应量的最小值动作整定值 减量动作：减量动

6、作： KS 动作整定值反应量的最大值动作整定值反应量的最大值 KS越大，灵敏度越高越大，灵敏度越高v动作量动作量：能使继保装置动作的量值（：能使继保装置动作的量值（U、I）6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 8 8安全安全不误动；不误动；可靠可靠不据动不据动继保装置既要继保装置既要可靠动作可靠动作、还要、还要可靠返回可靠返回故障与非故障状态，触点故障与非故障状态，触点4. 安全可靠性安全可靠性 四个要求相互联系、相互制约，四个要求相互联系、相互制约，需统筹兼顾，避免需统筹兼顾，避免据动据动或或误动作误动作选择速动；选择速动；灵敏误动；灵敏误动； 次要供电线路；超高压线路次要供电线路；

7、超高压线路 侧重点不同侧重点不同 6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 9 9 原理图原理图 展开图展开图 安装图安装图三、继电保护接线图三、继电保护接线图继保装置在二次回路中各种元件设备相互连接的继保装置在二次回路中各种元件设备相互连接的电气接线图电气接线图q 说明原理说明原理q 指导生产制造指导生产制造q 指导安装调试和运行维修指导安装调试和运行维修分类分类 6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 10106.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 原理图原理图线圈与触点解体线圈与触点解体展开图展开图1111安装图安装图盘后接线图盘后接线图端子排图端子排图盘面布置图盘面布置

8、图6.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 1212第六章第六章 电力系统继电保护电力系统继电保护6-1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识6-2 常用保护继电器常用保护继电器 6-3 线路的电流电压保护线路的电流电压保护 6-5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护6-6 距离保护简介距离保护简介6-7 电力变压器的保护电力变压器的保护6-9 电力电容器的保护电力电容器的保护6-4 电网的方向电流保护电网的方向电流保护13131. 继电器继电器 继电保护的基本组成部件继电保护的基本组成部件 执行部件执行部件 性能优劣直接影响整个继保装置性能性能优劣直接影响整个继保装置性能一、一、 概述

9、概述6.2 常用保护继电器常用保护继电器 1414电流继电器电流继电器电压继电器电压继电器阻抗继电器阻抗继电器时间继电器时间继电器中间继电器中间继电器信号继电器信号继电器继电保护常用的继电保护常用的继电器类型：继电器类型：按工作原理按工作原理可分为：可分为：l电磁型电磁型l感应型感应型l整流型整流型l晶体管型晶体管型(半导体型半导体型)l集成电路型集成电路型l微机型微机型6.2 常用保护继电器常用保护继电器 1515 一、一、电磁型继电器电磁型继电器（DL型）型）1电磁型电流继电器电磁型电流继电器 u 结构：如图结构：如图6-3所示。所示。 u工作原理：当在继电器线圈中工作原理：当在继电器线圈

10、中通入电流通入电流IK时，电磁铁产生的电时，电磁铁产生的电磁力磁力Fem为：为：222mKKemRNIKF当电磁力当电磁力Fem大于弹簧的反大于弹簧的反作用力作用力Fsp和摩擦力和摩擦力Ffr时，继电时，继电器便产生动作。器便产生动作。 图图6-3 电磁式电流继电器结构图电磁式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3钢舌片钢舌片 4静触点静触点 5动触点动触点 6起动电流调节转杆起动电流调节转杆7标度盘（铭牌）标度盘（铭牌） 8轴承轴承 9反作用弹簧反作用弹簧 10转轴转轴6.2 常用保护继电器常用保护继电器 1616因此，欲使继电器动作的必要条件是：因此，欲使继电器动作的必要条件是：

11、FemFsp+ Ffr KFFNRKFNRIfrspKmemKmKop.动作电流：动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流，用的动作电流，用Iop.K表示。表示。调整继电器动作电流的方法有：调整继电器动作电流的方法有： 改变继电器线圈匝数改变继电器线圈匝数NK（级进调节）；（级进调节）； 调节反作用弹簧的松紧，即调节调节反作用弹簧的松紧，即调节Fsp（平滑调节）；（平滑调节）； 调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。 6.2 常用保护继电器常用保护继电器 1717返回电流：返回电流：能使继电

12、器返回到原始位置的最大电流，称为能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用继电器的返回电流，用Ire.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的是指继电器的返回电流返回电流与与动作电流动作电流的比值，用的比值，用Kre表示，即表示，即 继电器动作后，减小继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是：电器返回的必要条件是： Fsp Fem+ Ffr KopKrereIIK. 对于过电流继电器，对于过电流继电器，Kre1，一般要求，一般要求 Kre =0.80.9； 对于欠电流继电器，对于欠电流继电器，Kre 1，一般要求

13、，一般要求 Kre =1.061.2。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 1818继电器特性：继电器特性：l动作电流动作电流能使电流继电器动作的最小电流能使电流继电器动作的最小电流l返回电流返回电流能使电流继电器返回的最大电流能使电流继电器返回的最大电流l返回系数返回系数l过电流、欠电流继电器过电流、欠电流继电器返回系数不同返回系数不同kopI.kreI.kopkrereIIK./u电磁型电压继电器（电磁型电压继电器（KV） 过电压、欠电压继电器过电压、欠电压继电器 继电保护多用欠电压继电器继电保护多用欠电压继电器 动作电压；返回电压动作电压；返回电压增量增量动作动作6.2 常用保护继电器常

14、用保护继电器 19192电磁型电压继电器电磁型电压继电器 其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统其结构和原理与电磁型电流继电器相似，在供配电系统中多用低电压（欠电压）继电器。中多用低电压（欠电压）继电器。动作电压：动作电压：能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器能使继电器产生动作的最高电压，称为继电器的动作电压，用的动作电压，用Uop.K表示。表示。返回电压：返回电压：能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为能使继电器返回到原始位置的最低电压，称为继电器的返回电压，用继电器的返回电压，用Ure.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的返回电压与动作电压的比值。是指继电器的返回

15、电压与动作电压的比值。说明：说明：低电压继电器的返回系数低电压继电器的返回系数Kre1，一般为，一般为1.25。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 20203时间继电器的作用：时间继电器的作用：使保护装置获得一定的延时，以保使保护装置获得一定的延时，以保证保护装置动作的选择性。证保护装置动作的选择性。4. 中间继电器的作用中间继电器的作用:5. 信号继电器的作用：信号继电器的作用：用于各保护装置回路中，作为保护用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示信号，以提醒运行人员注意。动作的指示信号，以提醒运行人员注意。 为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量；为了扩充保护装置出口继电器的接点数量

16、和容量；使触点闭合或断开时带有不大的延时使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8s)；通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2121 二、感应二、感应型继电器型继电器（GL型）型）u 结构：如图结构：如图6-4所示。所示。感应系统：感应系统：由线圈由线圈1、带短路环带短路环3的电磁铁的电磁铁2和铝和铝盘盘4组成，它的动作是有组成，它的动作是有时限的；时限的；电磁系统：电磁系统：由线圈由线圈1、电磁铁电磁铁2和衔铁和衔铁15组成，组成，它的动作是瞬时的。它的动作是瞬时的。图图6-4 感应式电流继电器结构图感

17、应式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3短路环短路环 4可转铝盘可转铝盘 5钢片钢片 6可偏铝框架可偏铝框架 7调节弹簧调节弹簧 8制动永久磁铁制动永久磁铁 9扇形齿轮扇形齿轮 10蜗杆蜗杆 11扁杆扁杆 12继电器触点继电器触点 13时限调节螺杆时限调节螺杆 14速断电流调节螺钉速断电流调节螺钉 15衔铁衔铁 16动作电流调节插销动作电流调节插销6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2222u工作原理：当在继电器线圈中通入电流工作原理：当在继电器线圈中通入电流 时，在铁心中时，在铁心中产生主磁通产生主磁通 （分为（分为 和和 ），）， 在短路环中产生感应在短路环中产生感应电流电流

18、，它又产生磁通，它又产生磁通 ，因此，因此KIK1K2Kk1KkI有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：有短路环的磁极穿过铝盘的磁通为： 无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为：无短路环的磁极穿过铝盘的磁通为： 11kK22kK1 在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力，二者产生电磁力 ； 在铝盘中感应电势产生涡流在铝盘中感应电势产生涡流 ，二者产生电磁力，二者产生电磁力 。 1edI1emF22edI2emF因此，铝盘受到的合成电磁力为：因此，铝盘受到的合成电磁力为：221121sinKemememIKFFF则电磁转矩则电磁转矩 。 21KIM 6.2 常用保护继电器常用保护继

19、电器 2323 铝盘在转矩铝盘在转矩M1作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在铝作用下转动后，切割永久磁铁的磁通而在铝盘中产生涡流，产生制动力矩盘中产生涡流，产生制动力矩 。nM 2感应系统的动作电流：感应系统的动作电流：指蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈指蜗杆与扇形齿轮相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。所需要通入的最小电流。返回电流：返回电流：指使扇形齿轮脱离蜗杆返回到原来位置时的最指使扇形齿轮脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。大电流。动作时间：动作时间：指从蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一指从蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。段时间。21MM 当当 时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到

20、的合力克服弹时，铝盘匀速旋转；当铝盘受到的合力克服弹簧的阻力时，蜗杆与扇形齿片相咬合，继电器动作。簧的阻力时，蜗杆与扇形齿片相咬合，继电器动作。 6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2424电磁系统的速断电流：电磁系统的速断电流：指当通入继电器线圈的电流大到整指当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。下，接点立即闭合。u 时限特性：如图时限特性：如图6-5所示。所示。ab段段“反时限特性反时限特性”（此（此时继电器铁心尚未饱和）；时继电器铁心尚未饱和）；bc段段“定时限定时限”（铁心

21、已（铁心已达到饱和）；达到饱和）；de段段“速断特性速断特性”。图图6-5 感应型电流继电器的动作特性曲线感应型电流继电器的动作特性曲线说明：说明： “速断电流倍数速断电流倍数”是速断电流与感应元件动作电流之比。是速断电流与感应元件动作电流之比。 6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2525u 动作电流与动作时限调节方法动作电流与动作时限调节方法感应系统的动作电流调节：感应系统的动作电流调节：改变线圈的匝数（级进调节）；改变线圈的匝数（级进调节）；改变弹簧的拉力（平滑调节）。改变弹簧的拉力（平滑调节）。电磁系统动作电流调节：电磁系统动作电流调节：改变衔铁与电磁铁之间的气隙。改变衔铁与电磁铁之

22、间的气隙。感应系统的动作时限：感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。作特性上下移动。 动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（整（2，2.5，34.5，5，69，10A）。）。 其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的28倍。倍。注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍动作电流倍动作电流的动作时限的动作时限来标度的。来标度的。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2

23、626u GL型电流继电器的功能：兼有电磁型电流继电器、时型电流继电器的功能：兼有电磁型电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能。因此，可用间继电器、信号继电器和中间继电器的功能。因此，可用感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护，从而感应型电流继电器实现过电流保护和电流速断保护，从而使保护接线大大简化。使保护接线大大简化。 三、静态继电器三、静态继电器静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的静态继电器是指用模拟电子电路及部分数字电路构成的电子型继电器，分为电子型继电器，分为晶体管型晶体管型和和集成电路型集成电路型继电器两类。继电器两类。静态继电器的静态继电器的“静态静

24、态”是相对于电磁型继电器的是相对于电磁型继电器的“触点触点”动作而言的，它的信息传递是通过动作而言的，它的信息传递是通过“0、1”开关信息传递的。开关信息传递的。静态继电器是用硅材料为主构成的继电器，因此又叫静态继电器是用硅材料为主构成的继电器，因此又叫“固体固体”继电器。继电器。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 27271晶体管型电流继电器晶体管型电流继电器u晶体管型电流继电器的组成晶体管型电流继电器的组成 ：如图：如图6-6所示。所示。图图6-6 晶体管型过电流继电器原理接线图晶体管型过电流继电器原理接线图6.2 常用保护继电器常用保护继电器 2828u晶体管型电流继电器的动作情况晶体

25、管型电流继电器的动作情况 当当IKIop时，时，UR3Ud ，a点为正电位，点为正电位，V6承受反向电压，承受反向电压， I6 =0，VT1饱和导通，饱和导通，VT2截止，触发器输出电压截止，触发器输出电压 U0 =E，继电器不动作继电器不动作。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 门槛电压门槛电压Ud2929 当当IK Iop时，时，UR3 Ud ，a点电位由正变负，点电位由正变负，V6导通，导通，VT1基极电流减小基极电流减小VT1进入放大区进入放大区 VT1集电极电压集电极电压升高升高 VT2基极电流增大基极电流增大VT2进入放大区进入放大区 U0下降下降If减小减小 VT1基极电流进一

26、步减小基极电流进一步减小VT1截止，截止，VT2导通，触发器输出电压导通，触发器输出电压 U0 =0 ，继电器动作继电器动作。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3030 当当IKIre时，时，VT1又变为导通，又变为导通，VT2又变为截止，触发器又变为截止，触发器又翻转到起始状态，又翻转到起始状态，继电器也随之复位继电器也随之复位。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 31312集成电路型电流继电器集成电路型电流继电器由集成电路构成的静态继电器，也是由由集成电路构成的静态继电器，也是由电压形成回路电压形成回路、整整流滤波回路流滤波回路、逻辑回路逻辑回路和和执行回路执行回路四部分组成，但在具

27、体构四部分组成，但在具体构成时也有些差别。成时也有些差别。电压形成回路电压形成回路与晶体管继电器相同，整流滤波回路由运算与晶体管继电器相同，整流滤波回路由运算放大器构成，逻辑回路由放大器构成，逻辑回路由CMOS等数字电路构成。等数字电路构成。为了减小直流电压的脉动系数，减轻滤波负担，在为了减小直流电压的脉动系数，减轻滤波负担，在整流电整流电路路中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相整流中采用的是由运算放大器构成的全波整流电路或裂相整流电路。电路。为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响，为了消除暂态过程中非周期分量及各种谐波分量的影响，滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波

28、器。滤波回路一般都采用高品质因数的带通有源滤波器。 6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3232 晶体管式继电保护晶体管式继电保护 系统的概念系统的概念 采用较多半导体分立元器件采用较多半导体分立元器件 测量、逻辑、执行、信号测量、逻辑、执行、信号3. 半导体继电保护的基本构成原理半导体继电保护的基本构成原理 继电器继电器6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3333q 电压形成电压形成q 整流滤波整流滤波1）电压形成）电压形成a. 测量部分测量部分 短路故障电量（短路故障电量（U、I）变化）变化检测调理检测调理逻辑电路逻辑电路什么量要转换为电压？什么量要转换为电压？测量装置是什么？测量装置

29、是什么？为什么要电压形成？为什么要电压形成？6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3434 电压电压电压；电压；电流电流电压电压 强电强电弱电信号（互感器变换器弱电信号（互感器变换器） 电压形成的方式有多种电压形成的方式有多种 原因原因：TA、TV输出仍然较高；输出仍然较高； 而后面的逻辑部分主要是弱电元件。而后面的逻辑部分主要是弱电元件。6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3535TATV电流互感器中间电流变换器电流互感器中间电流变换器 ( I ( I U) U)电压互感器中间电压变换器电压互感器中间电压变换器 ( U ( U U) U)6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3636要求要

30、求：输出直流电压脉动系数：输出直流电压脉动系数510目的目的：保证后面逻辑回路的触发器不能误动作：保证后面逻辑回路的触发器不能误动作整流方式整流方式： 单相半波，单相全波，三相半波，三相全波单相半波，单相全波，三相半波，三相全波滤波方式滤波方式： 阻容滤波器应用普遍、简单；阻容滤波器应用普遍、简单； 稳定性与动态性能存在矛盾；稳定性与动态性能存在矛盾； 谐振滤波、桥式滤波、裂相整流回路等谐振滤波、桥式滤波、裂相整流回路等2） 整流滤波整流滤波 245.0UUdc217.1UUdc6.2 常用保护继电器常用保护继电器 3737n作用作用：(对测量部分输出信号)逻辑判断 决定保护装置是否动作n组成组成：单稳态触发器； 时间电路； 逻