培训教材2(继电基础知识)

1、第二章 配电基础知识第一节 继电保护一、基本知识 1、 互感器: (1 电流互感器:A 、 作用:(一次大电流 5A 或 1A ;隔离作用。B 、 工作特点和要求:组与高压回路串联, I 1只取决于所在高压回路电流,而与二次负荷大小无关。 二次回路不允许开路,否则会产生危险的高电压,危及人身及设备安全。 CT 二次回路必须有一点直接接地,防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压,但仅一 点接地。变换的准确性。C 、 极性: “ 减极性 ” 原则:当同时从一、二次绕组的同极性端子通入相同方向电流时,它们在铁芯中产 生磁通的方向相同。当从一次绕组“ *”标端通入交流电时,则在二次侧感应电流从“ *

2、”标端流出。从两侧同极性端观察时, 1I , 2I 反方向,称为减极性标记。此时铁芯中的合成磁势为 02211=-I N I N ,则 '=11212I I N N I 。这表明 1I , 2I 同相位。 D 、 误差:表现在两方面:幅值误差和相位误差。 Z L 很小, Z u 大。%10%100*121'-'=I I I I 。 7 (2 电压互感器: A 、 作用:一次高电压100V B 、 工作特点和要求: 一次绕组与高压电路并联。 二次绕组不允许短路(短路电流烧毁 PT , 装有熔断器。 二次绕组有一点直接接地。 变换的准确性。C 、 电磁式电压互感器其工作原理

3、与变压器相同。 Z L >>Z1 ,Z2 , Zu 大。幅值误差 U, 角度误差 。 D 、 容式电压互感器: 22112112 (1U Z C C jw U C C C U L +-+= 121121U C C jwZ C U L +=2、变换器(1 电压变换器YB(2 电压变换器 I LB(3 电抗变压器 I U DKB 因带气隙, Z u 很小, Z L >>Zu , Z 近似零。 112I K I Z E I M =,Z M 模拟阻抗,阻抗角为 K I 阻抗量纲变换系数,又称转移阻抗。R 的作用:改变 角,对幅值稍有影响。 R I R , E 23、对称分量滤过

4、器三相不对称电量可在一定系统中分解成对称分量。(31 (31 (3102221c b a a c b a a c b a a F F F F F a F a F F F a F a F F +=+=+= 其中, 2212321. . 2402120j e a j e a j j -=+-=' A 、 零序电压滤过器:1 031 (1U nU U U n U C B A mn =+= 2 002131, 0, 0U KU U U mn mn mn =, K 为电容分压。 B 、零序电流滤过器: 3(1 (1300bp CTuC uB uA C B A CT c b a I I n I I

5、 I I I I n I I I I -=-+=+=' 其中, uC uB uA I I I , , 为励磁电流, bpI 为不平衡电流。若 CT 型号相同,对称运行时,不平衡电 流近似零,三相短路时, I d (I bp 不为零,它应小于保护定值。C 、 电阻-电容式负序电压滤过器 参数:22113, 3R X X R C C =1 加入零序电压时:因为 0, 0, 02100=I I U U BC AB 所以 00=mn U 。2 加入正序电压时:0, 21121=+=-=C R m n C R U U U U U 3 通入负序电压时:6022125. 1j AB C R m n

6、e U U U U =+=,若改变输入的相序(A,C,B ,则为正序滤过器。 D 、 负序电流滤过器电阻-电感型滤过器 图中 C 是作角度误差补偿用的。 参数:A C B A w w w w w 31, 0= M C B M X I I j E ( -= ; R n I I U LB A R 0 -= ; M R m n E U U -=.1 加入零序电流:. 0; 0 (00000=-=-=mn LBA R MC B M U R n I I U X I I j E 2 加入正序电流: 要使 ; 01=-=R M m n U E U 则 111BC M A LB I X R I n =,即:M

7、 LBX n R 3= LB 有角度误差, DKB 的转移阻抗不是纯电抗,故在 LB 副边加一电容,以补偿角误差。3 加入负序电流: R M R m n U E U U 22=+=E 、 复合电流滤过器022110121; ; I K I K I KI I I K I +。将关系 M LBX R n 31=破坏。2、继电特性以过电流继电器为例: dzJ J I I 动作 ; hJ J I I 返回。继电器的动作电流:能使继电器动作的最小电流值。 I dzJ继电器的返回电流:能使继电器返回的最大电流值。 IhJ 继电特性的两个要点:1 永远处于动作或返回状态,无中间状态。2 I dz 不等于 I

8、 h ,使接点无抖动。d z JhJ h I I K 返回系数。过量继电器, K h 小于 1;欠量继电器, K h 大于 1。二、绪论电力系统继电保护的概念与作用1. 继电保护包括继电保护技术和继电保护装置。 继电保护技术是一个完整的体系,它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。 继电保护装置是完成继电保护功能的核心。 P1继电保护装置就是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发出信号的一种自动装置。2. 电力系统的故障和不正常运行状态:(三相交流系统* 故障:各种短路(d (3、 d (2 、 d (1

9、、 d (1-1 和断线(单相、两相 ,其中最常见且最危险 的是各种类型的短路。其后果:1 I 增加 危害故障设备和非故障设备;2 U 增加 影响用户正常工作;3 破坏系统稳定性,使事故进一步扩大(系统震荡,互解4 I 2(I 0旋转电机产生附加发热 I 0相邻通讯系统* 不正常运行状态:电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但没有发生故障的运行状态。如:过负荷、 过电压、频率降低、系统震荡等。3.继电保护的作用:故障和不正常运行状态 >事故(P1 ,不可能完全避免且传播很快(光速 要求: 几十毫秒内切除故障 人(× ,继电保护装置(任务:P2. 被形象的比喻为“静静的哨兵”继

10、电保护的基本原理、构成与分类:1.基本原理:为区分系统正常运行状态与故障或不正常运行状态找差别:特征。 增加 故障点与电源间 >过电流保护 U 降低 >低电压保护 I U arg 变化; 正常:20°左右 >短路:60°85° >方向保护 . Z=IU模值减少 增加 >阻抗保护 出 入 I I = >出 入 I I 电流差动保护 I 2 、 I 0 序分量保护等。另非电气量:瓦斯保护,过热保护原则上说:只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征(差别 ,即 可找出一种原理,且差别越明显,保护性能越好。2.构成以过电

11、流保护为例: 正常运行:I r =If LJ不动故障时:I r =Id >Idz LJ 动 >SJ动 >信号 TQ 动 >跳闸(常用继电器及触点的表示方法参考 附录 1 P230一般由测量元件、逻辑元件和执行元件三部分组成。 (1 测量元件作用:测量从被保护对象输入的有关物理量(如电流、电压、阻抗、功率方向等 ,并与 已给定的整定值进行比较,根据比较结果给出“是” 、 “非” 、 “大于” 、 “不大于”等具有 “ 0”或“ 1”性质的一组逻辑信号,从而判断保护是否应该启动。(2 逻辑元件作用:根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合, 使

12、保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作,最后确定是否应跳闸或发信号,并将有 关命令传给执行元件。逻辑回路有:或、与、非、延时启动、延时返回、记忆等。(3 执行元件:作用; 根据逻辑元件传送的信号, 最后完成保护装置所担负的任务。 如:故障时跳闸; 不正常运行时发信号;正常运行时不动作。3. 分类:几种方法如下:(1 按被保护的对象分类:输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线 保护等;(2 按保护原理分类:电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护 等;(3 按保护所反应故障类型分类:相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保 护、失步保护、失磁保护及过励磁

13、保护等;(4 按继电保护装置的实现技术分类:机电型保护(如电磁型保护和感应型保护 、整流 型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等;(5 按保护所起的作用分类:主保护、后备保护、辅助保护等;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 主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近 后备保护两种。远后备保护:当主保护或断路器拒动时, 由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。近后备保护:当主保护拒动时, 由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保 护;当断路器拒动时,由断路器失灵保护来实现后备保护。辅助保护:为补充主保

14、护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的 简单保护。对继电保护的基本要求:对动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求:选择性、速动性、灵 敏性、可靠性。 即保护四性。(一选择性:选择性是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正 常运行,以尽量缩小停电范围。 例:当 d1短路时,保护 1、 2动跳 1DL 、 2DL ,有选择性当 d2短路时,保护 5、 6动跳 5DL 、 6DL ,有选择性当 d3短路时,保护 7、 8动跳 7DL 、 8DL ,有选择性若保护 7拒动或 7DL 拒动,保护 5动跳 5DL (有选择性 若保护 7和 7DL

15、 正确动作于跳闸,保护 5动跳 5DL ,则越级跳闸(非选择性小结:选择性就是故障点在区内就动作,区外不动作。当主保护未动作时,由近后备或远后 备切除故障,使停电面积最小。因远后备保护比较完善(对保护装置 DL 、二次回路和直流 电源等故障所引起的拒绝动作均起后备作用且实现简单、经济,应优先采用。(二速动性:快速切除故障。1提高系统稳定性; 2减少用户在低电压下的动作时间; 3减少故障 元件的损坏程度 ,避免故障进一步扩大。DL bh t t t +=;t -故障切除时间;t bh -保护动作时间;t DL -断路器动作时间;一般的快速保护动作时间为 0.060.12s ,最快的可达 0.01

16、0.04s 。一般的断路器的动作时间为 0.060.15s ,最快的可达 0.020.06s 。(三灵敏性:指在规定的保护范围内, 对故障情况的反应能力。 满足灵敏性要求的保护装置应在区 内故障时,不论短路点的位置与短路的类型如何,都能灵敏地正确地反应出来。通常,灵敏性用灵敏系数来衡量,并表示为 K lm 。对反应于数值上升而动作的过量保护(如电流保护dzd lm I I K min =保护的动作参数 故障参数的最小计算值 保护区内金属性短路时 = 对反应于数值下降而动作的欠量保护(如低电压保护max. d dz lm U U K =故障参数的最大计算值 保护区内金属性短路时 保护的动作参数

17、= 其中故障参数的最小、 最大计算值是根据实际可能的最不利运行方式、 故障类型和短 路点来计算的。在继电保护和安全自动装置技术规程(DL400-91 中,对各类保护的灵敏系数 K lm 的要求都作了具体规定。(四可靠性:指发生了属于它改动作的故障,它能可靠动作,即不发生拒绝动作(拒动 ;而在不 改动作时,他能可靠不动,即不发生错误动作(简称误动 。影响可靠性有内在的和外在的因素:内在的:装置本身的质量,包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外 接线简明,触点多少等;外在的:运行维护水平、调试是否正确、正确安装上述四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础,也是贯穿全课程的一个基本线 索

18、。在它们之间既有矛盾的一面,又有在一定条件下统一的一面。发展:原理:随电力系统的发展和科学技术的进步而发展过电流保护(最早熔断器 电流差动保护 方向性电流保护(1901年 (1908年 (1910年距离保护 微波保护 行波保护、光纤保护(1920年 (1927年 (50年代 (70年代诞生、 50年代有设想 结构型式: 机电型电子型 微机型(电磁型、感应型、电动型 晶体管 集成电路 20世纪 50年代 60年代末提出 70年代后半期出样机三、 电网的电流保护和方向性电流保护单测电源网络相间短路的电流保护配置: 1、电流速断保护(第段 :对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护,称为电流速断保护。

19、 1. 1短路电流的计算:图中、 1最大运行方式下 d (32最小运行方式下 d (23保护 1第一段动作电流三段式 主保护 后备保护d s d s d l Z Z E Z Z E I 13(+=+=ds d d l Z Z E I I 1 3( 2(223+= 可见, I d 的大小与运行方式、故障类型及故障点位置有关最大运行方式:对每一套保护装置来讲,通过该保护装置的短路电流为最大的方式。 (Z s.min 最小运行方式:对每一套保护装置来讲,通过该保护装置的短路电流为最小的方式。 (Z s.max 1. 2整定值计算及灵敏性校验为了保护的选择性,动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短

20、路整定max . . 1. B d k dz I K I =II 注 参看 15(3. 12. 1p K k =I 保护装置的动作电流:能使该保护装置起动的最小电流值,用电力系统一次测参数表示。 (I dZ I1. dz I 在图中为直线 3,与曲线 1、 2分别交于 a 、 b 点可见,有选择性的电流速断保护不可能保护线路的全长灵敏性:用保护范围的大小来衡量 l max 、 l min一般用 l min 来校验、 %100min ll 要求:(1520% 希望值 50%方法: 图解法 解析法:min . 1max 1. 23d s dZ l Z Z E I +=I 可得2(1%100max

21、1. min s dZ L Z I E Z l l -=I 式中 Z L =Z 1l 被保护线路全长的阻抗值动作时间 t =0s1. 3构成 中间继电器的作用: 接点容量大,可直接接 TQ 去跳闸 当线路上装有管型避雷器时,利用其固有动作时间(60ms 防止避雷器放电时保护误动1. 4小结 仅靠动作电流值来保证其选择性 能无延时地保护本线路的一部分(不是一个完整的电流保护 。2、限时电流速断保护(第段2. 1要求 任何情况下能保护线路全长,并具有足够的灵敏性 在满足要求的前提下,力求动作时限最小。因动作带有延时,故称限时电流速断保护。2. 2值的计算和灵敏性校验为保证选择性及最小动作时限,首先

22、考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。即整定 值与相邻线路第段配合。动作电流:I2. 1. dZ k dZ I K I = 非周期分量已衰减 (2. 11. 1=k K动作时间:t t t t =+=I21 t 取 0.5" ,称时间阶梯,其确定原则参看 P18. 灵敏性:=1. min . dZ dB lm I I K 要求: 1.31.5 若灵敏性不满足要求,与相邻线路第段配合。此时:动作电流:2. 1. dZ k dZ I K I =动作时间:t t t +=212. 3构成:与第段相同:仅中间继电器变为时间继电器。2. 4小结: 限时电流速断保护的保护范围大于本线路全

23、长 依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性 与第段共同构成被保护线路的主保护,兼作第段的金后备保护。3、定时限过电流保护(第段3. 1作用:作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整 定的保护称为过电流保护,此保护不仅能保护本线路全长,且能保护相邻线路的全长。3. 2定值的计算和灵敏性校验:1 、动作电流:躲最大负荷电流 max . 1. f k dZ I K I = (1在外部故障切除后,电动机自起动时,应可靠返回。 电动机自起动电流要大于它正常工作电流,因此引入自起动系数 K Zqmax . max f Zq Zq I K I = m a x.

24、 m a x f Zq k Zq k h I K K I K I = max f h Zq k h h dZI K K K K I I = = (2 式中, 25. 115. 1= k K 33. 1=Zq K 85. 0=h K显然,应按(2式计算动作电流,且由(2式可见, K h 越大, I dZ 越小, K lm 越大。因此,为了提高 灵敏系数,要求有较高的返回系数。 (过电流继电器的返回系数为 0.850.92 、动作时间在网络中某处发生短路故障时,从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的测量元件均可 能动作。例如:下图中 d 1短路时,保护 14都可能起动。为了保证选择性,须加延

25、时元件且其动作时间 必须相互配合。 即 4321t t t t >>>、 t t t + =43 、 t t t + =32、 t t t + =21 阶梯时间特性注:当相邻有多个元件,应选择与相邻时限最长的配合3. 3灵敏性 近后备:3. 1min . 11= dZ d lm I I K I d 1. min 本线路末端短路时的短路电流 远后备:2. 1min . 22= dZd lm I I K I d 2min 相邻线路末端短路时的短路电流 3. 4构成:与第段相同3. 5小结: 第段的 I dZ 比第、段的 I dZ 小得多,其灵敏度比第、段更高; 在后备保护之间,只

26、有灵敏系数和动作时限都互相配合时,才能保证选择性; 保护范围是本线路和相邻下一线路全长; 电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和(可瞬时动作 ,故可不设电流速断保护;末级线路保护亦可简化(+或 ,越接近电源, t 越长,应设三段式保护。4、电流保护的接线方式4. 1定义:指保护中电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。4. 2常用的两种接线方式:三相星行接线和两相星行接线。1 、三相星行接线的特点: 每相上均装有 CT 和 LJ 、 Y 形接线 LJ 的触点并联(或2 、两相星行接线的特点: 某一相上不装设 CT 和 LJ 、 Y 形接线 LJ 的触点并联(或(通常接 A 、 C 相 上述两种接线方式中,流入电流继电器的电流 I J 与电流互感器的二次电流 I 2相等。接线系数: 12=I I K J con 1、 I dZ 与 I dZ.J 之间的关系:21I I n l =l J dZ dZ n I I =. 或 ldZ J dZ n I I =. 2、 比较: 对各种相角短路,两种