電氣工程概論第七章

1、第七章 電氣設備的控制與保護,《電氣工程概論》,主要內容,,概述,1,,操作電源,2,,高壓斷路器的控制,3,,電氣設備的保護,4,第一節(jié) 概述,隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們對供電可靠性的要求也越來越高。為了更好地保證安全、經濟運行，電氣設備的運行越來越依賴于繼電保護和控制技術。 系統(tǒng)發(fā)生事故后，一方面要迅速找出發(fā)生事故的電氣元件，將其切除或報警；另一方面為防止事故擴大應對某些電氣設備進行反事故操作。這些任務由

2、電力系統(tǒng)繼電保護裝置和自動控制裝置來完成。,概述,電力系統(tǒng)繼電保護就是一門研究這種自動識別故障并排除故障元件的自動裝置的技術學科。 也就是說，繼電保護裝置是能反應電力系統(tǒng)中電氣元件故障或不正常運行狀態(tài)并動作于斷路器跳閘或發(fā)出指示信號的一種自動裝置。,概述,電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務：自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞并保證非故障元件迅速恢復正常運行；反應電氣元件的不正常工作狀態(tài)

3、并根據(jù)實際運行條件做出不同反應。,概述,電力系統(tǒng)自動裝置是針對電力系統(tǒng)的系統(tǒng)性事故采取相應對策的自動操作裝置?；救蝿眨菏菍ο到y(tǒng)性事故時電氣元件的信息進行綜合分析，按控制要求對電氣設備進行操作，以實現(xiàn)預期的控制目標。,第二節(jié) 操作電源,Text,在電力系統(tǒng)中，供給繼電保護、自動裝置、控制回路、信號回路以及事故照明、通信、遠動裝置等其他二次回路的工作電源，稱為操作電源。,什么是操作電源,一、操作電源的基本要求和分類,對操作電源的基

4、本要求（1）保證供電的可靠性。（2）具有足夠的容量。（3）電壓紋波系數(shù)小于5％。（4）使用壽命、維護工作量、設備投資、布置面積等應合理。,按操作電源的性質：,按操作電源的電壓等級：,按其電壓等級分為220V、110V、48V和24V等,一、操作電源的基本要求和分類,二、直流操作電源,1. 蓄電池直流操作電源,蓄電池組是用得最多的一種直流操作電源。由多個蓄電池串聯(lián)而成，蓄電池的數(shù)目決定于直流系統(tǒng)電源的工作電壓一般有220V、11

5、0V、48V和24V等幾種蓄電池的容量則決定于直流負荷和放電時間,二、直流操作電源,酸性蓄電池： 酸性蓄電池主要由正極板（又稱正極板組）、負極板（又稱負極板組）、電解液和容器組成。其正極板的活性物質是二氧化鉛，負極板的活性物質是灰色海綿狀的金屬鉛（又叫絨狀鉛），故酸性蓄電池又稱為鉛蓄電池,蓄電池的工作方式,整流操作電源,2. 整流操作電源,由硅整流器替代蓄電池組的操作電源,優(yōu)點：節(jié)省投資，降低有色金屬和器材消耗，運行維護簡單等

6、,缺點：整流直流系統(tǒng)受電力網電壓的影響較大，一般要求能有兩個獨立 交流電源給硅整流器供電。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，交流電壓大幅度降低甚至消失時，硅整流器輸出的直流電壓可能很低，以致無法保證直流系統(tǒng)正常工作,解決方法：般采用硅整流電容器儲能等措施,三、交流操作電源,交流操作電源直接使用交流電源，利用每個電器元件（線路、變壓器等）本身都有的電流互感器供電。采用交流操作電源可以使操作回路單元化，并可以減少二次回路之間的相互影響，從而簡化二次

7、接線，節(jié)省操作電纜和占地面積，降低造價由于交流操作電源的可靠性不如直流操作電源，故目前交流操作電源還僅限于在中、小型水電廠和變電站中應用,第三節(jié) 高壓斷路器的控制,Text,一、控制開關和操動機構,發(fā)電廠和變電站中常用的控制開關主要有兩種類型。 一種是跳、合閘操作都分兩步進行，手柄有兩個固定位置和兩個操作位置的控制開關；用于火力發(fā)電廠和有人值班的變電站中 另一種是跳、合閘操作只用一步進行，手柄有一個固定位置和兩個

8、操作位置的控制開關。用于遙控及無人值班的變電站中,1．控制開關,一、控制開關和操動機構,LW2系列封閉式萬能轉換開關在發(fā)電廠和變電站中應用很廣，除了在斷路器及接觸器等的控制回路中用作控制外，還在測量表計回路、信號回路、各種自動裝置及監(jiān)察裝置回路中用作轉換開關。LW2系列轉換開關制成旋轉式，它從一種位置切換到另一種位置是通過將手柄向左或向右旋轉一定角度來實現(xiàn)的,為了說明操作手柄在不同位置時，各觸點通、斷情況，一般都列出觸點圖表,高壓斷路器

9、的控制,一、控制開關和操動機構,2．操動機構,操動機構是斷路器本身附帶的跳、合閘傳動裝置，其種類很多，有電磁操動機構、彈簧操動機構、液壓操動機構、氣壓操動機構等，其中應用最廣的是電磁操動機構。,對于電磁型操動機構，合閘線圈回路不能利用控制開關觸點直接接通，必須采用中間接觸器，利用接觸器帶滅弧裝置的觸點去接通合閘線圈回路。,與電氣二次接線關系比較密切的是操動機構中跳、合閘線圈的電氣參數(shù)。,二、對斷路器控制回路的一般要求,為了實現(xiàn)遠距離控制

10、，斷路器的控制回路必須完整、可靠，滿足以下要求：,操作完成后，應迅速自動斷開合閘或跳閘回路以免燒壞線圈。斷路器既能在遠方由控制開關進行手動合閘和跳閘，又能在自動裝置和繼電保護的作用下自動合閘和跳閘，當跳、合閘操作完成后，應能自動切斷跳、合閘脈沖電流應有防止斷路器多次連續(xù)跳、合閘的“跳躍”閉鎖裝置應能指示斷路器的合閘與分閘位置的信號自動跳閘或合閘應有不同的顯示信號應能監(jiān)視熔斷器的工作狀態(tài)及跳、合閘回路的完整性對于分相操作的斷路

11、器，應有監(jiān)視三相位置是否一致的措施接線簡單可靠，使用電纜芯數(shù)應盡量少,三、斷路器控制回路,1.斷路器的簡化控制回路,QF觸點是在斷路器的操動機構中，與斷路器的傳動軸聯(lián)動。它有兩種，一種觸點為動合（常開）觸點，其位置與斷路器主觸頭的位置是一致的；另一種觸點為動斷（常閉）觸點，其位置與斷路器主觸頭的位置正好相反,為了實現(xiàn)自動跳、合閘，只需將保護繼電器的觸點KM0和自動裝置（例如自動重合閘裝置和備用自動投入裝置）的觸點KM1在相應的回路中與

12、控制開關SA的觸點并聯(lián)接入即可,三、斷路器控制回路,2．防止“跳躍”的閉鎖裝置,當斷路器合閘后，如果由于某種原因造成控制開關的觸點SA或自動裝置的觸點KM1未復歸（例如操作手柄未松開，觸點焊住等），此時如發(fā)生短路故障，繼電保護動作使斷路器自動跳閘，則會出現(xiàn)多次的“跳—合”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“跳躍”。所謂“防跳”就是要采取措施防止這種“跳躍”的發(fā)生。帶有電氣“防跳”閉鎖裝置簡化的斷路器控制回路如圖所示,三、斷路器控制回路,3．斷路器的分合

13、閘位置指示燈回路,斷路器的分合閘位置可利用信號燈來指示，其接線原理圖如圖所示,指示燈是利用與斷路器傳動軸一起聯(lián)動的輔助觸點QF來進行切換的,三、斷路器控制回路,繼電保護裝置動作使斷路器跳閘或自動裝置動作將斷路器合閘時，為了能給值班人員一個明顯的信號，目前廣泛采用指示燈閃光的辦法。其接線圖是按照不對應原則設計的，為此，在信號燈回路不僅需要利用斷路器輔助觸點來進行切換，而且需要利用控制開關的觸點來加以區(qū)分其接線原理圖如圖所示：,4．斷路器自

14、動跳閘或自動合閘的信號,三、斷路器控制回路,所謂不對應原則就是指控制開關的位置與斷路器的分合閘位置不一致。因此，可利用這一特征來發(fā)出自動跳、合閘信號。,當斷路器由繼電保護裝置動作跳閘后，為了引起值班人員注意，不僅已跳閘的斷路器的綠色指示燈閃光，而且還要發(fā)出事故跳閘音響信號。事故跳閘音響信號也是利用上述的不對應原理實現(xiàn)的,高壓斷路器的控制,5．熔斷器與跳、合閘回路完整性的監(jiān)視,目前廣泛采用的監(jiān)視方式有兩種：一種是燈光監(jiān)視方式，另一種是音響

15、監(jiān)視方式。燈光監(jiān)視的斷路器控制回路如圖所示,三、斷路器控制回路,燈光監(jiān)視的控制回路的優(yōu)點是：結構簡單，斷路器的合分閘位置狀態(tài)有紅綠燈指示，比較明顯。但在大型發(fā)電廠和變電站中，因控制屏很多，如用燈光監(jiān)視，則某一斷路器的控制回路斷線，信號指示燈的熄滅可能長時間不會引起值班人員注意，因此，在大型發(fā)電廠和變電站內可考慮采用音響監(jiān)視的控制回路接線。,第四節(jié) 電氣設備的保護,Text,電力系統(tǒng)繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成部分，也是電力系統(tǒng)中的一種

16、反事故技術和措施。這種技術隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和新技術的不斷涌現(xiàn)而迅速發(fā)展,一、概述,（一）繼電保護的基本原理和構成,Text,從所完成的功能看，保護的構成如圖有輸入、測量、邏輯判斷、輸出和執(zhí)行等主要部分,繼電保護從裝置構成的材料與元件看，已由最原始的熔斷器發(fā)展到了當今的微型計算機保護；從構成原理看，已由過電流原理保護發(fā)展到了故障分量行波保護,保護的各組成部分根據(jù)保護的類型和所使用的電路、元件等不同而有不同的種類,（二）對繼電保護裝置

17、的基本要求,Text,對于動作于斷路器跳閘的繼電保護在技術上一定要滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性等要求，在滿足上述對保護的要求的前提下，還應考慮保護裝置的經濟性,（二）對繼電保護裝置的基本要求,1.有選擇性,對用戶來說，快速切除故障可以減少非故障用戶元件在低電壓下運行的時間，利于電動機自啟動，保持用戶電氣設備的不間斷運行。保護動作越快，對通過故障電流的電氣設備損壞越小。對電力系統(tǒng)中并列運行的發(fā)電機而言，保護動作太慢，可能將使發(fā)電機之

18、間失去同步。嚴重時出現(xiàn)振蕩甚至系統(tǒng)瓦解,所謂有選擇性指電力系統(tǒng)故障時，保護裝置僅切除其故障元件，盡可能地縮小停電范圍，保證電力系統(tǒng)中的非故障部分繼續(xù)運行,2.動作迅速,（二）對繼電保護裝置的基本要求,3．靈敏度好,保護的可靠性高是指屬于保護范圍內的短路或故障，保護應百分之百的動作，對于保護范圍外的故障則應分之百的不動作。否則，該動作時不動作稱為保護拒動作，不該動作時卻動作稱為保護誤動作。保護拒動或誤動都會給用戶、電力系統(tǒng)和電氣設備帶來不

19、應該的損失,靈敏度好則指保護在系統(tǒng)任何運行方式下對于自己保護范圍內任何地方發(fā)生的該反應的所有類型的故障均應可靠反應。保護的靈敏度一般用靈敏系數(shù)Ksen來衡量。靈敏系數(shù)的定義因保護的類型而異靈敏度計算時故障參數(shù)的最大（?。┲祽紤]用實際可能的最不利保護運行方式、最不利短路類型和最不利的短路點等進行計算,4．可靠性高,（三）電力系統(tǒng)繼電保護的配置原則,Text,按技術規(guī)程要求，對于電力系統(tǒng)中的電力設備和線路，應裝設反應各種短路故障和異常運

20、行的保護裝置；反應電力設備和線路短路故障的保護應有主保護和后備保護，必要時可再增設輔助保護；各個相鄰元件的保護范圍必須有重疊區(qū)；對于電力設備和線路的異常運行狀態(tài)（如過負荷等） 應有反應異常運行的異常運行保護。,（三）電力系統(tǒng)繼電保護的配置原則,Text,電力系統(tǒng)中的電力設備包括發(fā)電機、電力變壓器、輸配電線路、母線、斷路器、同步調相機、電力電容器、并聯(lián)電抗器和異步、同步電動機等。這些電力設備和線路因結構及電壓等級等情況不同，發(fā)生短路和出現(xiàn)

21、異常運行情況的種類、部位等會不同，因而對不同的電力設備和線路應配置不同種類的保護裝置。原則上，電力設備和線路可能出現(xiàn)什么類型短路和異常運行狀態(tài)則必須配置與之對應的保護。,（三）電力系統(tǒng)繼電保護的配置原則,Text,主保護是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。后備保護是在主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。在主保護拒動時用以切除故障的保護稱近后備保護，而在斷路器拒動時用以切除故障的保護則

22、稱為遠后備保護。輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能不足或在主、后備保護退出運行時而增設的簡單保護,二、輸電線路的繼電保護,Text,當輸電線路上發(fā)生相間短路時，輸電線路故障相上的電流會增大，故障相間的電壓會下降。根據(jù)這些特點，可以構成電流電壓保護。電流電壓保護裝置由各種繼電器組成。按作用原理繼電器可分為電磁型、感應型、整流型和晶體管型等,（一）電磁型繼電器的工作原理,Text,電磁型繼電器的典型代表是電磁型電流繼電器，它

23、既是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反映故障電流增大而自動動作的一種電器。,電氣設備的保護,Text,（二）輸電線路的相間短路的電流保護,當線路發(fā)生故障時，電源與故障點之間的電流會增大。根據(jù)這個特點可以構成電流保護。電流保護有三種：第一，無時限電流速斷保護； 第二，帶時限電流速斷保護 第三，定時限過電流保護。這三種相間短路電流保護分別稱為相間短路電流保護第I段、

24、第II段和第III段。其中第I、II段作為線路主保護，第III段作為本線路主保護的近后備保護和相鄰線路或元件的遠后備保護。這第I、II、III段統(tǒng)稱為線路相間短路的三段式電流保護。,1.無時限電流速斷保護（電流I段）,（1）無時限電流速斷保護的動作原理與整定計算,無時限電流速斷保護在任何情況下只切除本線路上的故障，其原理可用下圖所示的單電源輻射網絡來說明。,假定圖中斷路器1QF、2QF處均裝無時限電流速斷保護。以AB線路斷路器1QF處的

25、無時限電流速斷保護為例，則必須首先計算AB線路各處三相和兩相短路時的短路電流以確定如何計算該保護的動作電流和如何校驗該保護的靈敏度。,1.無時限電流速斷保護（電流I段）,若忽略線路的電阻分量，歸算至斷路器1QF處的系統(tǒng)等效電源的相電勢為ES，等效電源的阻抗最大值為Xsmax（對應該等效電源為系統(tǒng)最小運行方式），最小值為Xsmin（對應該等效電源為系統(tǒng)最大運行方式），故障點至保護安裝處的距離為l，設每公里的線路電抗為x0，則在線路各點三相

26、和兩相短路時的短路電流分別為,如右圖中的曲線1和2所示,若將斷路器1QF處無時限電流速斷保護裝置中使測量元件動作的一次電流稱為保護的動作電流，用IIop1表示。斷路器1QF處的無時限電流速斷保護的動作電流IIop1應整定為,—— 稱為電流保護第I段的可靠系數(shù)，大于1，可取1.2~1.3 ，以保證在有各種誤差的情況下（如元件整定誤差和非周期分量影響等）該保護在區(qū)外短路時不動作。Ik·Bmax——為母線B處短路即被保護線路AB末

27、端短路時的最大短路電流,無時限電流速斷保護依靠動作電流保證選擇性，即被保護線路外部短路時流過該保護的電流總小于其動作電流，不能動作；而只有在內部短路時才有可能使流過保護的電流大于其動作電流，使保護動作。1QF處電流保護第I段的人為延時即電流保護第I段的動作時間為tIop1=0,1.無時限電流速斷保護（電流I段）,如下圖所示，當系統(tǒng)在最大運行方式下三相短路時保護范圍最大，為lmax，而系統(tǒng)在最小運行方式下兩相短路時保護范圍最小，為lmin

28、。無時限電流保護不能保護線路全長，應采用最不利情況下保護的保護范圍來校驗保護的靈敏度，一般要求保護范圍不少于線路長度的15%，如lmin?15%lAB, 從下圖可知，按最小運行方式下二相短路求得lmin，即,無時限電流速斷保護的靈敏度可用保護范圍即它所保護線路長度的百分數(shù)來表示,∵,∴,1.無時限電流速斷保護（電流I段）,1.無時限電流速斷保護（電流I段）,（1）無時限電流速斷保護的構成,無時限電流速斷保護的構成可用下圖所示的單相原理框

29、圖表示,2.帶時限電流速斷保護（電流II段）,在任何情況下，帶時限電流速斷保護均能保護本線路的全長（包括本線路的末端），為此，保護范圍必須延伸至相鄰的下一線路，以保證在有各種誤差的情況下仍能保護線路的全長；為了保證在相鄰下一線路出口處短路時保護的選擇性，本線路的帶時限電流速斷保護在動作時間和動作電流兩個方面均必須和相鄰線的無時限電流速斷保護配合,為保證選擇性及最小動作時限，首先考慮保護范圍不超出相鄰下一條線路第1段的保護范圍，時間比其大

30、一個時間差Δt。斷路器1QF處帶時限電流速斷保護的動作電流和動作時間應分別整定為,tIIop1=tIop2+Δt,式中： 為斷路器2QF處無時限電流速斷保護的動作電流，等于 ； t 為斷路器1QF處帶時限流速斷保護的動作時間； 為斷路器2QF處無時限電流速斷保護的動作時間，一般為0 s； KIIrel為電流保護第II段的可靠系數(shù)，一般取1.1~1.2；

31、Δt為時限階段，它與斷路器的動作時間、被保護線路的保護的動作時間誤差、相鄰保護動作時間誤差等因素有關，一般取0.3~0.6S，在我國通常取0.5 s； Kbmin——分支系數(shù)最小值。 分支系數(shù)Kb的定義為在相鄰線路第I段保護范圍末端即k1點短路時，流過故障線的短路電流與流過被保護線短路電流的比值，如圖7-11中，其分支系數(shù)為,2.帶時限電流速斷保護（電流II段）,當電流保護第II段的整定值確定后也須校驗其

32、靈敏度是否滿足技術規(guī)程的要求，即要求滿足下式：,式中，IkBmin為在本線末端短路時流過1QF處保護的最小短路電流； 為帶時限電流速斷保護的靈敏度，其值在技術規(guī)程中規(guī)定：當線路長度小于50km時，大于等于1.5；當線路長度在50km~200km時，大于等于1.4；當長度大于200km時，大于等于1.3。,當該保護靈敏度不滿足要求時，動作電流可采用和相鄰線路電流保護第II段整定值配合，以降低本線路電流保

33、護第II段的整定值而提高其靈敏度，即整定值為：,動作時間亦和相鄰線電流保護第II段動作時間配合，即,可見這種提高靈敏度的辦法犧牲了斷路器1QF處電流保護第II段的速動性,2.帶時限電流速斷保護（電流II段）,3.定時限過電流保護（電流III段）,定時限過電流保護的作用是作本線主保護的后備保護即近后備保護，并做相鄰下一線路（或元件）的后備保護即遠后備保護。因此它的保護范圍要求超過相鄰線路（或元件）的末端,電流保護第III段的動作電流 應按

34、以下條件進行整定：,(1)正常運行并伴有電動機自啟動而流過保護的最大負荷電流為 時該電流保護不動作，即要求動作電流滿足下式,式中：Kss為電動機的自啟動系數(shù)，由具體接線、負荷性質、試驗數(shù)據(jù)及運行經驗等因素確定，一般Kss>1； ILmax為正常情況下流過被保護線路可能的最大負荷電流。,(2)外部故障切除后，非故障線的定時限過流保護在下一母線有電動機啟動且流過最大負荷電流時應能可靠返回，即要求滿足以

35、下公式,式中，Ire為電流測量元件的返回電流,3.定時限過電流保護（電流III段）,,式中， 為電流保護第III段的可靠系數(shù)，大于1，一般取1.15~1.25； Kre為電流測量元件的返回系數(shù)，小于1，在0.85~0.99之間，一般取0.85。,為了保證選擇性，各線路第III段電流保護均需增加延時元件且各線路第III段保護的延時必須相互配合。各線路第III段保護的動作時間之間應有如下關系,3.定時限過電流保護（

36、電流III段）,例如在下圖中，斷路器1QF處第III段電流保護的動作時間應和相鄰線路斷路器2QF所在線段的第III段電流保護動作時間 配合，斷路器2QF所在線路的第III段保護的動作時間應和斷路器3QF所在線路第III段保護的動作時間配合，如此類推之,線路定時限過流保護動作時間的相互配合關系為兩相鄰線路電流保護第III段動作時間之間相差一個時限階段，這種整定方法稱階梯原則整定方法。,3.定時限過電流保護（電流III段）,當它作為

37、近后備保護時，靈敏度要求滿足,對于所計算的動作電流必須按其保護范圍末端最小可能的短路電流進行靈敏度校驗。,當它作為遠后備保護時，靈敏度要求滿足,式中， 為被保護線路末端短路時流過該保護處的最小短路電流； 為相鄰線路末端短路時流過該保護處的最小短路電流。當靈敏度不滿足要求時，可采用低電壓啟動的過電流保護。,3.定時限過電流保護（電流III段）,4．電流保護的接線方式,所謂電流保護的接線是指電流互

38、感器和電流測量元件間的連接方式。為反應相間短路，電流保護要求至少在兩相線路上應裝有電流互感器和電流測量元件，如圖7-13示。圖7-13（a）為完全星形接線，一般用于大接地電流系統(tǒng)。圖7-13（b）為不完全星形接線，一般用于小接地電流系統(tǒng),4．電流保護的接線方式,兩種接線的相同點,兩種接線方式均能反應所有的相間短路，且進入電流測量元件電流與電流互感器的二次電流之比為1，即保護的接線系數(shù) 均等于1,兩種接線的不同特點,兩種接線的投

39、資不同；在大接地電流系統(tǒng)中，完全星形接線能反應所有單相接地故障，不完全星形接線不能反應B相接地故障；在小接地電流系統(tǒng)中，當在不同線路上發(fā)生兩點接地時，一般情況下只要求切除一個接地點而允許帶一個接地點繼續(xù)運行一段時間。但當在保護動作時間相同的并行線路上發(fā)生兩點接地時，在接地電流足夠大的情況下，不完全星形接線只有三分之一的機會切除兩條線，而完全星形接線則均切除兩條線，因此，前者供電可靠性較高；在串聯(lián)運行的兩相鄰線路上發(fā)生兩點接地時，不完

40、全星形接線方式的電流保護有三分之一的機會無選擇性動作，而完全星形接線則百分之百有選擇性。對于星形—三角形接線的變壓器后發(fā)生兩相短路時，完全星形接線方式電流保護的靈敏度是不完全星形接線電流保護的靈敏度的二倍,5．三段式電流保護的原理圖及延時特性,（1） 三段式電流保護的功能框圖,5．三段式電流保護的原理圖及延時特性,（2） 三段式電流保護的延時特性,同一線路斷路器處電流保護第I，II，III段的動作時間與其保護范圍之間的關系稱為三段電流

41、保護的延時特性,,圖中， 、 、 為斷路器1QF處第I～III段電流保護的動作時 間， 、 、 為在一定運行方式下該處電流保護第I～III段的保護范圍,從圖可見，不僅同一斷路器處各段電流保護之間的動作時間和靈敏度有相互配合的關系，而且相鄰線路保護之間的動作電流和動作時間也有互相配合關系,（三）方向電流保護的工作原理,Text,當圖中的k3點發(fā)生短路時，按照選擇性的要求應由距故障點最近的保護5和保護6動作切除故障，但保

42、護4也通過短路電流，若保護4采用電流速斷，且通過的短路電流大于其速斷的啟動電流時，速斷保護4將誤動作；若保護4采用過電流保護，則保護4的動作時限應大于保護5的動作時限，即要求t4>t5來保證選擇性。但k1點發(fā)生短路時，應由保護3和保護4動作切除故障，同理保護5的電流速斷也可能誤動作，若保護5采用過電流保護，則要求保護4的動作時限應小于保護5的動作時限，即t4<t5，顯然，這種相互矛盾的要求無法通過簡單的電流保護來實現(xiàn)。,（三

43、）方向電流保護的工作原理,Text,為了實現(xiàn)雙側電源網絡的保護，考慮在每個斷路器的電流保護中增加一個功率方向測量元件，該功率方向測量元件在短路功率從母線流向線路（為正）時動作，而線路流向母線（為負）時不動作。 對電流保護第I段來說，因反方向短路時功率方向測量元件不動作，其整定值就只需躲過正方向線路末端短路電流最大值而不必躲過反方向短路的最大短路電流整定，因而提高了靈敏度。,這種增加了功率方向測量元件（它和電流測量

44、元件均動作后才啟動邏輯元件）的電流保護即為方向電流保護。在雙電源網絡或其他復雜網絡中，可以采用帶方向的三段式電流保護（稱三段式方向電流保護）以滿足各種保護性能的要求,三、電力變壓器的繼電保護,（一）電力變壓器的故障類型及保護措施,三、電力變壓器的繼電保護,故障類型,,內部故障,外部故障,主要是繞組的相間短路、匝間短路和接地短路等,是引出線絕緣套管的故障,變壓器不正常工作情況有：由于外部短路或過負荷引起的過電流、油面的降低和電壓的升高等,

45、三、電力變壓器的繼電保護,對于上述故障和不正常工作狀態(tài)，一般電力變壓器應配置如下保護：,（1）對于油浸式變壓器，應裝輕、重瓦斯保護（2）電流速斷保護和縱差動保護（3）后備保護；（4）對外部單相接地引起的過電流應裝零序過電流保護；（5）反應變壓器過負荷的過負荷保護；（6）反應變壓器上工作磁通密度過高的過勵磁保護；（7）對于變壓器溫度升高、油箱內壓力過高和冷卻系統(tǒng)的故障均應裝設相應的保護。,三、電力變壓器的繼電保護,（二）變壓器

46、的縱差動保護,1. 變壓器縱差動保護的基本原理,縱差動保護常常用來保護發(fā)動機、變壓器、輸電線路等重要電氣設備，縱差動保護的基本工作原理是利用比較被保護設備兩端（始端和末端）電流的大小和相位來構成的。當被保護范圍（元件）內發(fā)生故障時該裝置都能瞬時動作，切除故障。而正常運行或被保護元件外部故障時則不動作,三、電力變壓器的繼電保護,變壓器的兩側裝設有電流互感器，一次回路和二次回路按圖示極性連接，差動繼電器KD并聯(lián)接入電流互感器的二次回路。這里

47、假設變壓器的變比KT為1，兩側電流互感器有相同的變比KTA。變壓器兩側電流 和 的規(guī)定正方向為從母線流向變壓器。差動繼電器電流 為兩側二次電流的向量和，即,在理想情況下，正常運行或被保護元件外部發(fā)生故障時，見圖7-19（a），互感器二次電流的向量和為零，即 ，差動繼電器不動作。當被保護元件內部發(fā)生故障時，見圖7-19（b），若兩側均有電源，則兩側均供給短路電流流入短路點。短路電流

48、 ，則繼電器電流,時，繼電器立即動作，跳開兩側斷路器,三、電力變壓器的繼電保護,2．有關變壓器縱差動保護的幾個問題,(1) 變壓器的變比KT一般情況下不會為1，變壓器兩側電流的大小和相位都不同，因此實現(xiàn)變壓器差動保護時，應首先考慮對兩側電流進行相位補償和數(shù)值補償，以保證正常運行和外部短路時差動繼電器中的電流等于零（理想狀態(tài)）。 (2) 在正常運行和外部短路時，流過差動繼電器中的電流并不等于

49、零，而是有一不平衡電流。不平衡電流主要是由兩側電流互感器特性不同，電流互感器標準變比不同，兩側電流相位不同，變壓器帶負荷調整分接頭開關以及變壓器勵磁涌流所產生的。因此要針對不同情況，采取減小不平衡電流的措施。,電氣設備的保護,2．有關變壓器縱差動保護的幾個問題,(3) 變壓器縱差動保護動作電流的整定應遵循以下原則：,(4) 變壓器縱差動保護的靈敏度校驗靈敏度按下式計算,式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.3；Iunbmax為最大不平衡電流電

50、流；ILmax為變壓器的最大負荷電流；IN為變壓器的基本側的額定電流；Ikmin為變壓器內部短路時歸算至基本側的流過保護的最小短路電流，其值的計算應考慮是單側電源供電、系統(tǒng)在最小運行方式下、變壓器內部兩相短路等因素,靈敏系數(shù)一般要求不小于2,三、電力變壓器的繼電保護,（三）變壓器的瓦斯保護,變壓器的鐵心和繞組通常浸在充滿變壓器油的油箱中，當變壓器的繞組發(fā)生短路故障時，由于電弧的作用，變壓器油受熱膨脹直至汽化，造成大量油、汽沖向油枕

51、，利用氣體的能量及流速構成瓦斯保護。 瓦斯繼電器結構簡單，靈敏度高、動作迅速、安裝方便、能反映油箱內各種類型故障，同時，對油面降低也能及時預告。因此，瓦斯保護廣泛用于變壓器的主保護，但其不能反映油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障,四、發(fā)電機的繼電保護,（一）發(fā)電機的故障類型及保護方式,四、發(fā)電機的繼電保護,發(fā)電機的故障主要有：定子繞組相間短路、定子繞組一相的匝間短路，定子繞組單相接地，轉子繞組一點接地或兩點接地，發(fā)電機失去勵

52、磁等。,對于以上故障及不正常運行狀態(tài)，發(fā)電機應裝設的繼電保護裝置主要有縱差動保護、橫差動保護、過電流保護、過負荷保護、定子繞組單相接地保護、失磁保護、勵磁回路接地保護、過電壓保護等。,發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：外部短路引起的定子繞組過電流，三相對稱過負荷，外部不對稱短路或不對稱負荷引起的負序過電流和定子繞組過電壓，轉子繞組過負荷等。,四、發(fā)電機的繼電保護,（二）發(fā)電機縱差動保護,發(fā)電機縱差動保護它能反映和遏制發(fā)電機定子繞組相間短路，

53、該保護是發(fā)電機內部故障的主保護。它既能快速而靈敏地切除內部短路故障，又能在正常運行及外部故障時保證動作的選擇性,在中性點側和機端引出線靠近斷路器處分別裝設一組電流互感器，因此它的保護范圍就是定子繞組及其引出線。,發(fā)電機縱差動保護的動作電流應按下面原則整定計算：,（1）繼電器的動作電流必須大于發(fā)電機的額定電流，則動作電流應滿足,（2）按躲過外部短路時的最大不平衡電流 整定,發(fā)電機縱差保護的靈敏性仍以靈敏度系數(shù)衡量，即,四、發(fā)電機

54、的繼電保護,2．電動機的相間短路保護,技術規(guī)程中規(guī)定，對容量為2MW及其以上的電動機，或容量雖小于2MW，但有6個引出線頭的重要電動機，都應裝設縱差動保護。對一般高壓電動機則應裝設兩相式電流速斷保護，以便盡快地將故障電動機切除,（1）電流速斷保護,電流速斷保護的動作電流Iop可由下式確定,保護裝置靈敏度按下式校驗,式中，Krel為可靠系數(shù)，若電流測量元件為DL-11型電流繼電器取1.4~1.6，若電流測量元件為GL-14型電流繼電器取1

55、.8~2；Kcon為接線系數(shù)，對兩相星形接線，Kcon=1，對兩相電流差接線， ；KTA為電流互感器變比；Ist·max為電動機起動電流周期分量的最大有效值。單鼠籠電動機，Ist·max=（5.5~7.0）IN，雙鼠籠電動機，Ist·max=(3.5~4)IN，繞線式電動機，Ist·max=(2.0~2.5)IN，IN為電動機額定電流 為系統(tǒng)在最小運行方式下

56、，電動機出口兩相短路電流最小值,（2）縱差動保護,差動繼電器KD的動作電流應躲過電動機額定電流IN，即,出口中間繼電器KM應帶0.1~0.2s延時，以躲過電動機起動時的非周期分量的影響。,保護裝置的靈敏度按式,式中，Krel為可靠系數(shù)，對BCH-2型差動繼電器，取1.3；對DL-11型電流繼電器，取1.5~2。,四、發(fā)電機的繼電保護,3．電動機的單相接地保護,電動機（3~6kV）的單相接地保護原理接線如圖所示，其中TAN為零序電流互感器

57、，取出零序電流。零序電流繼電器KAZ的動作電流為,接地保護的靈敏度可按下式校驗,式中，Krel為可靠系數(shù)，取4~5； 3Ikmax為外部單相接地短路時，流過保護的最大接地電容電流； 3Ikmin為最小運行方式下電動機機出口發(fā)生單相接地短路時，流過保護 的接地電容電流。,四、發(fā)電機的繼電保護,4．電動機的過負荷保護,電動機的過負荷保護一般采用反時限特性。電動機過載電流與允許工作時間的關系是一條反

58、時限特性。,電動機的過負荷允許時間t與過負荷倍數(shù) 間的關系可用下式表述,式中，T為電動機發(fā)熱時間常數(shù)，一般取300s；a 為系數(shù)，取1.3,由圖可以看出，t與 的關系（即過負荷特性）呈反時限特性，如圖7-24中曲線1所示。為與曲線1相配合，保護的動作特性應低于曲線1，如圖中曲線2所示。,四、發(fā)電機的繼電保護,5．電動機的低電壓保護,（1）低電壓保護的動作電壓和動作時限整定。,（2）低電壓保護的接線。電動機低電壓保護的接線應當保證能夠反映