城市轨道交通供电系统课件：继电保护的基础知识

城市轨道交通供电系统继电保护的基础知识继电保护的基础知识继电保护的作用01继电保护的原理、分类02content目录目录继电保护的构成03对继电保护装置的基本要求040

1继电保护的作用继电保护的作用一、继电保护的作用01电力系统的故障和异常运行状态及引起的后果城市轨道交通供电系统是电力系统的一部分，它包括变电、输电、配电和用电环节。从系统结构上看，城市轨道交通供电系统中包括一次系统和二次系统，总的来说一次系统比较简单、更为直观，设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次控制、显示回路。变电设备测量设备保护设备一、继电保护的作用01电力系统的故障和异常运行状态及引起的后果由上可知，电力系统是由诸多电气设备组成的庞大且复杂的网络。根据以往的运行经验，可以将电力系统的运行状态分为正常运行状态、故障运行状态和非正常运行状态。电力系统中最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路故障，其中包括三相短路、两相短路、两相接地短路、不同地点的两点接地短路、单相接地短路以及电机或变压器绕组的匝间短路等。除了短路故障之外，还可能发生输电线路的断线故障，或在不同地点同时发生上述某几种故障的复合故障。接地短路①②③④一、继电保护的作用数值较大的短路电流通过故障点时，引燃电弧，使故障元件损坏或者烧毁电力系统中发生短路故障时，可能产生以下严重后果短路电流通过非故障元件时，产生发热和电动力，使其绝缘受到破坏或缩短元件的使用寿命01电力系统的故障和异常运行状态及引起的后果电力系统中部分地区电压值大幅度下降，影响电能用户的正常工作破坏电力系统中各发电厂之间并联运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使这个电力系统瓦解一、继电保护的作用电弧/arc火灾/Thefiredisaster一、继电保护的作用01电力系统的故障和异常运行状态及引起的后果变电器火灾电力系统的异常运行状态是指系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但未发展成为故障的情况。最常见的异常运行状态是过负荷运行，此时由于负荷超过供电设备的额定值会引起电流增加，使电气元件载流部分和绝缘材料温度升高而过热，加速绝缘老化和损坏，并有可能发展成故障。一、继电保护的作用01电力系统的故障和异常运行状态及引起的后果系统中的故障一旦发生，故障量将以近似于光速去影响其他非故障设备，甚至引起新的故障。为了防止系统事故扩大，保证非故障部分仍能可靠供电，并维持电力系统运行的稳定性，要求继电保护装置有选择性地切除故障元件。继电保护设备切除故障的时间有时要求短到十分之几秒甚至百分之几秒，显然这样短的时间内，由运行人员发现故障设备并将故障设备切除是不可能的，只有借助安装在每一个电气设备上的自动装置，即继电保护装置，才能实现。一、继电保护的作用第一第二在供电系统正常运行时，它能够可靠、完整地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行信息。在供电系统发生故障时，它能自动、迅速、有选择性地将故障部分从电力系统中切除，使故障部分免于继续遭到破坏并保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。02继电保护装置的任务运行参数监视ONETWOFOURTHREE一、继电保护的作用02继电保护装置的任务第三第四在电力系统出现异常时，它能够反映电气元件的异常运行状态，根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。继电保护装置还可以与电力系统的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故断电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统的供电可靠性。即，继电保护装置在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性。0

2继电保护的原理、分类继电保护的原理、分类二、继电保护的原理、分类能正确区分被保护元件的工作状态能够正确识别是保护区内故障，还是保护区外故障。电力系统中发生短路故障时，可能产生以下严重后果为了完成对供电系统的保护任务，继电保护装置必须满足下列的两个要求一是二是01继电保护的原理二、继电保护的原理、分类为了满足这两个要求，保护装置需要对电力系统发生故障前后电气物理量的特征变化进行识别。①电流增大②电压降低准确识别被保护设备的电气量在故障前后的突发信息，以判断系统中是否有故障。实际上，在电力系统发生故障后，工频电气量主要有下列变化③电流与电压之间的相位角改变④测量阻抗发生变化⑤出现负序和零序分量等诸多的继电保护装置就是以这些变化的物理量为依据，及时反映电力系统故障的。二、继电保护的原理、分类反映电流变化的保护，如电流速断、定时限过流、反时限过流及零序电流保护等。反映电压改变的保护，如低电压保护和过电压保护。既反映电流又反映电流与电压间相位变化的保护，如方向过流保护。实际应用中，根据反应物理量的不同，人们制成了以下各种不同类型的继电保护02继电保护的分类反映电压与电流的比值的保护，即反映故障点至保护安装处的阻抗，如距离保护。①②③④⑤反映输入电流、输出电流差的保护，如差动保护。二、继电保护的原理、分类除上述的各种工频电气量的保护外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。继电保护的构成继电保护的构成0

3一、继电保护的构成01继电保护的基本构成其结构框图如图所示无论是传统的依赖继电器的机电型继电保护还是现在常用的微机型继电保护，在组成上一般都包括测量部分逻辑部分执行部分继电保护系统的组成框图一、继电保护的构成01继电保护的基本构成测量部分主要是测量并采集被保护对象的一个或几个物理量，并将测量结果或采集结果与保护的整定值相比较，比较结果将用于下一步的逻辑运算。如根据比较结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”；等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。逻辑部分是根据测量值和整定值的比较结果，由逻辑作出判断，以决定保护装置采取何种反应。如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，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。执行部分是根据逻辑部分传递的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；异常运行时，发出信号；正常运行时，不应动作。一、继电保护的构成01继电保护的基本构成简单的线路过电流保护接线图“现以如图所示的简单的线路过电流保护装置为例，说明传统的机电型继电保护的组成与工作原理。“一、继电保护的构成02传统的机电型继电保护在正常运行时，通过被保护元件的电流为负荷电流，小于电流继电器KA的动作电流，电流继电器不会动作，对应的触点不会闭合由图中可以看出，测量回路由电流互感器TA的二次绕组连接电流继电器KA组成。电流互感器的作用是将被保护元件的大电流变成小电流，并将保护装置与高压部分隔离。当线路发生短路故障时，流经电流继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器立即动作，对应的触点闭合，将逻辑回路中时间继电器KT的线圈通电，时间继电器KT动作，经过整定时间tset后，时间继电器的触点闭合，接通执行回路中信号继电器KS的线圈和断路器QF的跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除故障线路同时信号继电器KS动作，其常开触点闭合发出信号，并自保持，该信号由值班人员做好记录后，手动复归。一、继电保护的构成03微机型继电保护微机型继电保护硬件结构原理框图对于现在常用的微机型继电保护，它是将被保护元件输入的模拟电气量经过模/数转换（A/D）变换成数字量，利用微机进行处理和判断。微机继电保护装置主要由硬件部分和软件部分组成，其硬件结构的原理框图如图所示。一、继电保护的构成03微机型继电保护数据采集系统该系统包括电压形成、模拟滤波、采样保持（S/H）、多路转换开关（MPX）以及模/数（A/D）转换等功能模块，完成模拟输入量到数字量的准确转换。（1）微机主系统该系统包括微处理器（CPU）、只读存储器或闪存内存单元、随机存取存储器、定时器、并行接口及串行接口等。微处理器可以执行编制好的程序，对数据采集系统输入RAM区的原始数据进行分析、处理，完成测量，逻辑运算和控制功能。（2）开关量（或数字量）输入/输出系统该系统由微机的并行接口、光隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保护出口的跳闸、信号、外部触点输入、人机对话及通信等功能。（3）微机保护的硬件一般包括以下三大部分一、继电保护的构成03微机型继电保护该系统的工作原理如下被保护元件的模拟量（交流电流、电压）经电流互感器TA和电压互感器TV进入到微机继电保护的模拟量输入通道。由于需要同时输入多路电压或电流信号（如三相电压和三相电流），因此要配置多路输入通道。在输入通道中，电量变换器将电流互感器的电流信号和电压互感器的电压信号变成适用于微机保护用的低电压量±（5~10V），再由模拟低通滤波器滤除直流分量、低频分量和高频分量及各种干扰波后，进入采样保持电路。一、继电保护的构成03微机型继电保护采样保持电路将一个在时间上连续变化的模拟量转换为在时间上的离散量，完成对输入模拟量的采样。通过多路转换开关将多个输入电气量按输入时间前后分开，依次送到模/数转换器，将模拟量转换为数字量进入计算机系统进行运算处理，判断是否发生故障，通过开关量输出通道，经光隔离电路送到出口继电器发出跳闸脉冲给断路器跳闸线圈YR，使断路器跳闸，切除系统中的故障部分。对继电保护装置的基本要求对继电保护装置的基本要求0

4二、对继电保护装置的基本要求无论根据哪种原理构成的继电保护，在技术上都应满足四个基本要求即选择性速动性灵敏性可靠性1选择性选择性有两层含义一是当电力系统某一元件发生故障时，电力系统中很大范围内的电气量都将发生变化，因此，位于此范围内的继电保护装置都有可能动作，这样势必造成大面积的停电。为了缩小供电系统的停电范围，要求保护装置只将发生故障元件有选择性地切除。二是当由于某种原因，距离短路点最近的保护装置或断路器拒绝动作时，相邻元件的保护装置应起后备作用。二、对继电保护装置的基本要求如图所示的电路中，当k1点发生短路故障时，应由故障线路上的保护1和保护2动作，将故障线路切除，这时仍可由另一条非故障线路继续向变电所B供电。当k3点发生短路故障时，应由线路的保护6动作，使6处的断路器跳闸，将故障线C-D切除，这时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。1选择性继电保护选择性动作的说明图二、对继电保护装置的基本要求当k3点发生短路故障时，距短路点最近的保护6应动作切除故障，但由于某种原因，该处的保护或断路器拒动，故障便不能消除，此时，如其前一条线路（靠近电源侧）的保护5动作，故障也可消除，故将保护5称为保护6的后备保护。这种后备作用是通过相邻元件的保护装置，且在远处实现的，故称为远后备保护。一般情况下，远后备保护动作切除故障时将使供电中断的范围扩大。1选择性继电保护选择性动作的说明图二、对继电保护装置的基本要求2速动性是指故障发生后，继电保护装置应能尽快地动作切除故障，以缩短设备及用户在大电流、低电压状态下的运行时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。动作迅速且又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格昂贵。在高压电网中，维持电力系统的暂态稳定性往往成为继电保护快速性的决定性因素，故障切除越快，暂态稳定极限（维持故障切除后系统的稳定性所允许的故障前输送功率）越高，越能发挥电网的输电效能。对大量的中、低压电力设备来说，不一定都有必要采用高速动作的保护。对保护速动性的要求应根据电力系统的接线和被保护设备的具体情况，经技术、经济比较后确定。速动性二、对继电保护装置的基本要求“是指系统等效阻抗最小、被保护线路末端短路时，通过保护装置的短路电流为最大的运行方式；系统最小运行方式就是在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。对于能满足灵敏性要求的继电保护，在其保护范围内发生故障时，不论短路点的位置、短路的类型以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应故障。即不仅要求在系统最大运行方式下发生三相短路时能可靠动作，还要求在系统最小运行方式下且发生经过较大的过渡电阻的两相或单相短路故障时也能可靠动作。3速动性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。灵敏性系统最大运行方式是对继电保护最根本的要求，是指被保护范围内发生故障时，保护装置动作的可靠程度，即