電氣工程概論第七章

1、第七章 電氣設(shè)備的控制與保護(hù),《電氣工程概論》,主要內(nèi)容,,概述,1,,操作電源,2,,高壓斷路器的控制,3,,電氣設(shè)備的保護(hù),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(duì)供電可靠性的要求也越來越高。為了更好地保證安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電氣設(shè)備的運(yùn)行越來越依賴于繼電保護(hù)和控制技術(shù)。 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(bào)警；另一方面為防止事故擴(kuò)大應(yīng)對(duì)某些電氣設(shè)備進(jìn)行反事故操作。這些任務(wù)由

2、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置來完成。,概述,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)就是一門研究這種自動(dòng)識(shí)別故障并排除故障元件的自動(dòng)裝置的技術(shù)學(xué)科。 也就是說，繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出指示信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。,概述,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)：自動(dòng)、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(fù)正常運(yùn)行；反應(yīng)電氣元件的不正常工作狀態(tài)

3、并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件做出不同反應(yīng)。,概述,電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置是針對(duì)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)性事故采取相應(yīng)對(duì)策的自動(dòng)操作裝置?；救蝿?wù)：是對(duì)系統(tǒng)性事故時(shí)電氣元件的信息進(jìn)行綜合分析，按控制要求對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行操作，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制目標(biāo)。,第二節(jié) 操作電源,Text,在電力系統(tǒng)中，供給繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、控制回路、信號(hào)回路以及事故照明、通信、遠(yuǎn)動(dòng)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(duì)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(hù)工作量、設(shè)備投資、布置面積等應(yīng)合理。,按操作電源的性質(zhì)：,按操作電源的電壓等級(jí)：,按其電壓等級(jí)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(gè)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(fù)荷和放電時(shí)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(fù)極板（又稱負(fù)極板組）、電解液和容器組成。其正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛，負(fù)極板的活性物質(zhì)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(diǎn)：節(jié)省投資，降低有色金屬和器材消耗，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等

6、,缺點(diǎn)：整流直流系統(tǒng)受電力網(wǎng)電壓的影響較大，一般要求能有兩個(gè)獨(dú)立 交流電源給硅整流器供電。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，交流電壓大幅度降低甚至消失時(shí)，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(chǔ)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(gè)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(jiǎn)化二次

7、接線，節(jié)省操作電纜和占地面積，降低造價(jià)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(yīng)用,第三節(jié) 高壓斷路器的控制,Text,一、控制開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu),發(fā)電廠和變電站中常用的控制開關(guān)主要有兩種類型。 一種是跳、合閘操作都分兩步進(jìn)行，手柄有兩個(gè)固定位置和兩個(gè)操作位置的控制開關(guān)；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(jìn)行，手柄有一個(gè)固定位置和兩個(gè)

8、操作位置的控制開關(guān)。用于遙控及無人值班的變電站中,1．控制開關(guān),一、控制開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu),LW2系列封閉式萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)在發(fā)電廠和變電站中應(yīng)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(cè)量表計(jì)回路、信號(hào)回路、各種自動(dòng)裝置及監(jiān)察裝置回路中用作轉(zhuǎn)換開關(guān)。LW2系列轉(zhuǎn)換開關(guān)制成旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一定角度來實(shí)現(xiàn)的,為了說明操作手柄在不同位置時(shí)，各觸點(diǎn)通、斷情況，一般都列出觸點(diǎn)圖表,高壓斷路器

9、的控制,一、控制開關(guān)和操動(dòng)機(jī)構(gòu),2．操動(dòng)機(jī)構(gòu),操動(dòng)機(jī)構(gòu)是斷路器本身附帶的跳、合閘傳動(dòng)裝置，其種類很多，有電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)等，其中應(yīng)用最廣的是電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。,對(duì)于電磁型操動(dòng)機(jī)構(gòu)，合閘線圈回路不能利用控制開關(guān)觸點(diǎn)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(diǎn)去接通合閘線圈回路。,與電氣二次接線關(guān)系比較密切的是操動(dòng)機(jī)構(gòu)中跳、合閘線圈的電氣參數(shù)。,二、對(duì)斷路器控制回路的一般要求,為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yīng)迅速自動(dòng)斷開合閘或跳閘回路以免燒壞線圈。斷路器既能在遠(yuǎn)方由控制開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)合閘和跳閘，又能在自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)的作用下自動(dòng)合閘和跳閘，當(dāng)跳、合閘操作完成后，應(yīng)能自動(dòng)切斷跳、合閘脈沖電流應(yīng)有防止斷路器多次連續(xù)跳、合閘的“跳躍”閉鎖裝置應(yīng)能指示斷路器的合閘與分閘位置的信號(hào)自動(dòng)跳閘或合閘應(yīng)有不同的顯示信號(hào)應(yīng)能監(jiān)視熔斷器的工作狀態(tài)及跳、合閘回路的完整性對(duì)于分相操作的斷路

11、器，應(yīng)有監(jiān)視三相位置是否一致的措施接線簡(jiǎn)單可靠，使用電纜芯數(shù)應(yīng)盡量少,三、斷路器控制回路,1.斷路器的簡(jiǎn)化控制回路,QF觸點(diǎn)是在斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)中，與斷路器的傳動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)。它有兩種，一種觸點(diǎn)為動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)，其位置與斷路器主觸頭的位置是一致的；另一種觸點(diǎn)為動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)，其位置與斷路器主觸頭的位置正好相反,為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳、合閘，只需將保護(hù)繼電器的觸點(diǎn)KM0和自動(dòng)裝置（例如自動(dòng)重合閘裝置和備用自動(dòng)投入裝置）的觸點(diǎn)KM1在相應(yīng)的回路中與

12、控制開關(guān)SA的觸點(diǎn)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(dāng)斷路器合閘后，如果由于某種原因造成控制開關(guān)的觸點(diǎn)SA或自動(dòng)裝置的觸點(diǎn)KM1未復(fù)歸（例如操作手柄未松開，觸點(diǎn)焊住等），此時(shí)如發(fā)生短路故障，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器自動(dòng)跳閘，則會(huì)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(jiǎn)化的斷路器控制回路如圖所示,三、斷路器控制回路,3．?dāng)嗦菲鞯姆趾?/p>

13、閘位置指示燈回路,斷路器的分合閘位置可利用信號(hào)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(dòng)軸一起聯(lián)動(dòng)的輔助觸點(diǎn)QF來進(jìn)行切換的,三、斷路器控制回路,繼電保護(hù)裝置動(dòng)作使斷路器跳閘或自動(dòng)裝置動(dòng)作將斷路器合閘時(shí)，為了能給值班人員一個(gè)明顯的信號(hào)，目前廣泛采用指示燈閃光的辦法。其接線圖是按照不對(duì)應(yīng)原則設(shè)計(jì)的，為此，在信號(hào)燈回路不僅需要利用斷路器輔助觸點(diǎn)來進(jìn)行切換，而且需要利用控制開關(guān)的觸點(diǎn)來加以區(qū)分其接線原理圖如圖所示：,4．?dāng)嗦菲髯?/p>

14、動(dòng)跳閘或自動(dòng)合閘的信號(hào),三、斷路器控制回路,所謂不對(duì)應(yīng)原則就是指控制開關(guān)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(dòng)跳、合閘信號(hào)。,當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)裝置動(dòng)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(hào)。事故跳閘音響信號(hào)也是利用上述的不對(duì)應(yīng)原理實(shí)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(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)指示燈的熄滅可能長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)引起值班人員注意，因此，在大型發(fā)電廠和變電站內(nèi)可考慮采用音響監(jiān)視的控制回路接線。,第四節(jié) 電氣設(shè)備的保護(hù),Text,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(shù)和措施。這種技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)而迅速發(fā)展,一、概述,（一）繼電保護(hù)的基本原理和構(gòu)成,Text,從所完成的功能看，保護(hù)的構(gòu)成如圖有輸入、測(cè)量、邏輯判斷、輸出和執(zhí)行等主要部分,繼電保護(hù)從裝置構(gòu)成的材料與元件看，已由最原始的熔斷器發(fā)展到了當(dāng)今的微型計(jì)算機(jī)保護(hù)；從構(gòu)成原理看，已由過電流原理保護(hù)發(fā)展到了故障分量行波保護(hù),保護(hù)的各組成部分根據(jù)保護(hù)的類型和所使用的電路、元件等不同而有不同的種類,（二）對(duì)繼電保護(hù)裝置

17、的基本要求,Text,對(duì)于動(dòng)作于斷路器跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上一定要滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性等要求，在滿足上述對(duì)保護(hù)的要求的前提下，還應(yīng)考慮保護(hù)裝置的經(jīng)濟(jì)性,（二）對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求,1.有選擇性,對(duì)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(yùn)行的時(shí)間，利于電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，保持用戶電氣設(shè)備的不間斷運(yùn)行。保護(hù)動(dòng)作越快，對(duì)通過故障電流的電氣設(shè)備損壞越小。對(duì)電力系統(tǒng)中并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)而言，保護(hù)動(dòng)作太慢，可能將使發(fā)電機(jī)之

18、間失去同步。嚴(yán)重時(shí)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(shí)，保護(hù)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(yùn)行,2.動(dòng)作迅速,（二）對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求,3．靈敏度好,保護(hù)的可靠性高是指屬于保護(hù)范圍內(nèi)的短路或故障，保護(hù)應(yīng)百分之百的動(dòng)作，對(duì)于保護(hù)范圍外的故障則應(yīng)分之百的不動(dòng)作。否則，該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作稱為保護(hù)拒動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)卻動(dòng)作稱為保護(hù)誤動(dòng)作。保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)都會(huì)給用戶、電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備帶來不

19、應(yīng)該的損失,靈敏度好則指保護(hù)在系統(tǒng)任何運(yùn)行方式下對(duì)于自己保護(hù)范圍內(nèi)任何地方發(fā)生的該反應(yīng)的所有類型的故障均應(yīng)可靠反應(yīng)。保護(hù)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(hù)的類型而異靈敏度計(jì)算時(shí)故障參數(shù)的最大（?。┲祽?yīng)考慮用實(shí)際可能的最不利保護(hù)運(yùn)行方式、最不利短路類型和最不利的短路點(diǎn)等進(jìn)行計(jì)算,4．可靠性高,（三）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置原則,Text,按技術(shù)規(guī)程要求，對(duì)于電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)各種短路故障和異常運(yùn)

20、行的保護(hù)裝置；反應(yīng)電力設(shè)備和線路短路故障的保護(hù)應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)可再增設(shè)輔助保護(hù)；各個(gè)相鄰元件的保護(hù)范圍必須有重疊區(qū)；對(duì)于電力設(shè)備和線路的異常運(yùn)行狀態(tài)（如過負(fù)荷等） 應(yīng)有反應(yīng)異常運(yùn)行的異常運(yùn)行保護(hù)。,（三）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置原則,Text,電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、電力變壓器、輸配電線路、母線、斷路器、同步調(diào)相機(jī)、電力電容器、并聯(lián)電抗器和異步、同步電動(dòng)機(jī)等。這些電力設(shè)備和線路因結(jié)構(gòu)及電壓等級(jí)等情況不同，發(fā)生短路和出現(xiàn)

21、異常運(yùn)行情況的種類、部位等會(huì)不同，因而對(duì)不同的電力設(shè)備和線路應(yīng)配置不同種類的保護(hù)裝置。原則上，電力設(shè)備和線路可能出現(xiàn)什么類型短路和異常運(yùn)行狀態(tài)則必須配置與之對(duì)應(yīng)的保護(hù)。,（三）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置原則,Text,主保護(hù)是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)是在主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)用以切除故障的保護(hù)稱近后備保護(hù)，而在斷路器拒動(dòng)時(shí)用以切除故障的保護(hù)則

22、稱為遠(yuǎn)后備保護(hù)。輔助保護(hù)是為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能不足或在主、后備保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù),二、輸電線路的繼電保護(hù),Text,當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間短路時(shí)，輸電線路故障相上的電流會(huì)增大，故障相間的電壓會(huì)下降。根據(jù)這些特點(diǎn)，可以構(gòu)成電流電壓保護(hù)。電流電壓保護(hù)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(yīng)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(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的基本元件，也是反映故障電流增大而自動(dòng)動(dòng)作的一種電器。,電氣設(shè)備的保護(hù),Text,（二）輸電線路的相間短路的電流保護(hù),當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，電源與故障點(diǎn)之間的電流會(huì)增大。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以構(gòu)成電流保護(hù)。電流保護(hù)有三種：第一，無時(shí)限電流速斷保護(hù)； 第二，帶時(shí)限電流速斷保護(hù) 第三，定時(shí)限過電流保護(hù)。這三種相間短路電流保護(hù)分別稱為相間短路電流保護(hù)第I段、

24、第II段和第III段。其中第I、II段作為線路主保護(hù)，第III段作為本線路主保護(hù)的近后備保護(hù)和相鄰線路或元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)。這第I、II、III段統(tǒng)稱為線路相間短路的三段式電流保護(hù)。,1.無時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流I段）,（1）無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作原理與整定計(jì)算,無時(shí)限電流速斷保護(hù)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(wǎng)絡(luò)來說明。,假定圖中斷路器1QF、2QF處均裝無時(shí)限電流速斷保護(hù)。以AB線路斷路器1QF處的

25、無時(shí)限電流速斷保護(hù)為例，則必須首先計(jì)算AB線路各處三相和兩相短路時(shí)的短路電流以確定如何計(jì)算該保護(hù)的動(dòng)作電流和如何校驗(yàn)該保護(hù)的靈敏度。,1.無時(shí)限電流速斷保護(hù)（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(shì)為ES，等效電源的阻抗最大值為Xsmax（對(duì)應(yīng)該等效電源為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式），最小值為Xsmin（對(duì)應(yīng)該等效電源為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式），故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離為l，設(shè)每公里的線路電抗為x0，則在線路各點(diǎn)三相

26、和兩相短路時(shí)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(shí)限電流速斷保護(hù)裝置中使測(cè)量元件動(dòng)作的一次電流稱為保護(hù)的動(dòng)作電流，用IIop1表示。斷路器1QF處的無時(shí)限電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流IIop1應(yīng)整定為,—— 稱為電流保護(hù)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(hù)在區(qū)外短路時(shí)不動(dòng)作。Ik·Bmax——為母線B處短路即被保護(hù)線路AB末

27、端短路時(shí)的最大短路電流,無時(shí)限電流速斷保護(hù)依靠動(dòng)作電流保證選擇性，即被保護(hù)線路外部短路時(shí)流過該保護(hù)的電流總小于其動(dòng)作電流，不能動(dòng)作；而只有在內(nèi)部短路時(shí)才有可能使流過保護(hù)的電流大于其動(dòng)作電流，使保護(hù)動(dòng)作。1QF處電流保護(hù)第I段的人為延時(shí)即電流保護(hù)第I段的動(dòng)作時(shí)間為tIop1=0,1.無時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流I段）,如下圖所示，當(dāng)系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)保護(hù)范圍最大，為lmax，而系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)保護(hù)范圍最小，為lmin

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

29、圖表示,2.帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流II段）,在任何情況下，帶時(shí)限電流速斷保護(hù)均能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)（包括本線路的末端），為此，保護(hù)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(hù)線路的全長(zhǎng)；為了保證在相鄰下一線路出口處短路時(shí)保護(hù)的選擇性，本線路的帶時(shí)限電流速斷保護(hù)在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作電流兩個(gè)方面均必須和相鄰線的無時(shí)限電流速斷保護(hù)配合,為保證選擇性及最小動(dòng)作時(shí)限，首先考慮保護(hù)范圍不超出相鄰下一條線路第1段的保護(hù)范圍，時(shí)間比其大

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

31、Δt為時(shí)限階段，它與斷路器的動(dòng)作時(shí)間、被保護(hù)線路的保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間誤差、相鄰保護(hù)動(dòng)作時(shí)間誤差等因素有關(guān)，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(hù)范圍末端即k1點(diǎn)短路時(shí)，流過故障線的短路電流與流過被保護(hù)線短路電流的比值，如圖7-11中，其分支系數(shù)為,2.帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流II段）,當(dāng)電流保護(hù)第II段的整定值確定后也須校驗(yàn)其

32、靈敏度是否滿足技術(shù)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(shí)流過1QF處保護(hù)的最小短路電流； 為帶時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度，其值在技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：當(dāng)線路長(zhǎng)度小于50km時(shí)，大于等于1.5；當(dāng)線路長(zhǎng)度在50km~200km時(shí)，大于等于1.4；當(dāng)長(zhǎng)度大于200km時(shí)，大于等于1.3。,當(dāng)該保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)，動(dòng)作電流可采用和相鄰線路電流保護(hù)第II段整定值配合，以降低本線路電流保

33、護(hù)第II段的整定值而提高其靈敏度，即整定值為：,動(dòng)作時(shí)間亦和相鄰線電流保護(hù)第II段動(dòng)作時(shí)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(hù)第II段的速動(dòng)性,2.帶時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流II段）,3.定時(shí)限過電流保護(hù)（電流III段）,定時(shí)限過電流保護(hù)的作用是作本線主保護(hù)的后備保護(hù)即近后備保護(hù)，并做相鄰下一線路（或元件）的后備保護(hù)即遠(yuǎn)后備保護(hù)。因此它的保護(hù)范圍要求超過相鄰線路（或元件）的末端,電流保護(hù)第III段的動(dòng)作電流 應(yīng)按

34、以下條件進(jìn)行整定：,(1)正常運(yùn)行并伴有電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)而流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流為 時(shí)該電流保護(hù)不動(dòng)作，即要求動(dòng)作電流滿足下式,式中：Kss為電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)，由具體接線、負(fù)荷性質(zhì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素確定，一般Kss>1； ILmax為正常情況下流過被保護(hù)線路可能的最大負(fù)荷電流。,(2)外部故障切除后，非故障線的定時(shí)限過流保護(hù)在下一母線有電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)且流過最大負(fù)荷電流時(shí)應(yīng)能可靠返回，即要求滿足以

35、下公式,式中，Ire為電流測(cè)量元件的返回電流,3.定時(shí)限過電流保護(hù)（電流III段）,,式中， 為電流保護(hù)第III段的可靠系數(shù)，大于1，一般取1.15~1.25； Kre為電流測(cè)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(hù)均需增加延時(shí)元件且各線路第III段保護(hù)的延時(shí)必須相互配合。各線路第III段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間之間應(yīng)有如下關(guān)系,3.定時(shí)限過電流保護(hù)（

36、電流III段）,例如在下圖中，斷路器1QF處第III段電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)和相鄰線路斷路器2QF所在線段的第III段電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 配合，斷路器2QF所在線路的第III段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)和斷路器3QF所在線路第III段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間配合，如此類推之,線路定時(shí)限過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的相互配合關(guān)系為兩相鄰線路電流保護(hù)第III段動(dòng)作時(shí)間之間相差一個(gè)時(shí)限階段，這種整定方法稱階梯原則整定方法。,3.定時(shí)限過電流保護(hù)（電流III段）,當(dāng)它作為

37、近后備保護(hù)時(shí)，靈敏度要求滿足,對(duì)于所計(jì)算的動(dòng)作電流必須按其保護(hù)范圍末端最小可能的短路電流進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。,當(dāng)它作為遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，靈敏度要求滿足,式中， 為被保護(hù)線路末端短路時(shí)流過該保護(hù)處的最小短路電流； 為相鄰線路末端短路時(shí)流過該保護(hù)處的最小短路電流。當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，可采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)。,3.定時(shí)限過電流保護(hù)（電流III段）,4．電流保護(hù)的接線方式,所謂電流保護(hù)的接線是指電流互

38、感器和電流測(cè)量元件間的連接方式。為反應(yīng)相間短路，電流保護(hù)要求至少在兩相線路上應(yīng)裝有電流互感器和電流測(cè)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(hù)的接線方式,兩種接線的相同點(diǎn),兩種接線方式均能反應(yīng)所有的相間短路，且進(jìn)入電流測(cè)量元件電流與電流互感器的二次電流之比為1，即保護(hù)的接線系數(shù) 均等于1,兩種接線的不同特點(diǎn),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(yīng)所有單相接地故障，不完全星形接線不能反應(yīng)B相接地故障；在小接地電流系統(tǒng)中，當(dāng)在不同線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，一般情況下只要求切除一個(gè)接地點(diǎn)而允許帶一個(gè)接地點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。但當(dāng)在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相同的并行線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，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(jī)會(huì)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(yùn)行的兩相鄰線路上發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，不完

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

41、保護(hù)的延時(shí)特性,,圖中， 、 、 為斷路器1QF處第I～I(xiàn)II段電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí) 間， 、 、 為在一定運(yùn)行方式下該處電流保護(hù)第I～I(xiàn)II段的保護(hù)范圍,從圖可見，不僅同一斷路器處各段電流保護(hù)之間的動(dòng)作時(shí)間和靈敏度有相互配合的關(guān)系，而且相鄰線路保護(hù)之間的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間也有互相配合關(guān)系,（三）方向電流保護(hù)的工作原理,Text,當(dāng)圖中的k3點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，按照選擇性的要求應(yīng)由距故障點(diǎn)最近的保護(hù)5和保護(hù)6動(dòng)作切除故障，但保

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

43、）方向電流保護(hù)的工作原理,Text,為了實(shí)現(xiàn)雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，考慮在每個(gè)斷路器的電流保護(hù)中增加一個(gè)功率方向測(cè)量元件，該功率方向測(cè)量元件在短路功率從母線流向線路（為正）時(shí)動(dòng)作，而線路流向母線（為負(fù)）時(shí)不動(dòng)作。 對(duì)電流保護(hù)第I段來說，因反方向短路時(shí)功率方向測(cè)量元件不動(dòng)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(cè)量元件（它和電流測(cè)量

44、元件均動(dòng)作后才啟動(dòng)邏輯元件）的電流保護(hù)即為方向電流保護(hù)。在雙電源網(wǎng)絡(luò)或其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，可以采用帶方向的三段式電流保護(hù)（稱三段式方向電流保護(hù)）以滿足各種保護(hù)性能的要求,三、電力變壓器的繼電保護(hù),（一）電力變壓器的故障類型及保護(hù)措施,三、電力變壓器的繼電保護(hù),故障類型,,內(nèi)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(fù)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(hù),對(duì)于上述故障和不正常工作狀態(tài)，一般電力變壓器應(yīng)配置如下保護(hù)：,（1）對(duì)于油浸式變壓器，應(yīng)裝輕、重瓦斯保護(hù)（2）電流速斷保護(hù)和縱差動(dòng)保護(hù)（3）后備保護(hù)；（4）對(duì)外部單相接地引起的過電流應(yīng)裝零序過電流保護(hù)；（5）反應(yīng)變壓器過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)；（6）反應(yīng)變壓器上工作磁通密度過高的過勵(lì)磁保護(hù)；（7）對(duì)于變壓器溫度升高、油箱內(nèi)壓力過高和冷卻系統(tǒng)的故障均應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)。,三、電力變壓器的繼電保護(hù),（二）變壓器

46、的縱差動(dòng)保護(hù),1. 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理,縱差動(dòng)保護(hù)常常用來保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器、輸電線路等重要電氣設(shè)備，縱差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理是利用比較被保護(hù)設(shè)備兩端（始端和末端）電流的大小和相位來構(gòu)成的。當(dāng)被保護(hù)范圍（元件）內(nèi)發(fā)生故障時(shí)該裝置都能瞬時(shí)動(dòng)作，切除故障。而正常運(yùn)行或被保護(hù)元件外部故障時(shí)則不動(dòng)作,三、電力變壓器的繼電保護(hù),變壓器的兩側(cè)裝設(shè)有電流互感器，一次回路和二次回路按圖示極性連接，差動(dòng)繼電器KD并聯(lián)接入電流互感器的二次回路。這里

47、假設(shè)變壓器的變比KT為1，兩側(cè)電流互感器有相同的變比KTA。變壓器兩側(cè)電流 和 的規(guī)定正方向?yàn)閺哪妇€流向變壓器。差動(dòng)繼電器電流 為兩側(cè)二次電流的向量和，即,在理想情況下，正常運(yùn)行或被保護(hù)元件外部發(fā)生故障時(shí)，見圖7-19（a），互感器二次電流的向量和為零，即 ，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)被保護(hù)元件內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，見圖7-19（b），若兩側(cè)均有電源，則兩側(cè)均供給短路電流流入短路點(diǎn)。短路電流

48、 ，則繼電器電流,時(shí)，繼電器立即動(dòng)作，跳開兩側(cè)斷路器,三、電力變壓器的繼電保護(hù),2．有關(guān)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的幾個(gè)問題,(1) 變壓器的變比KT一般情況下不會(huì)為1，變壓器兩側(cè)電流的大小和相位都不同，因此實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)，應(yīng)首先考慮對(duì)兩側(cè)電流進(jìn)行相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償，以保證正常運(yùn)行和外部短路時(shí)差動(dòng)繼電器中的電流等于零（理想狀態(tài)）。 (2) 在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，流過差動(dòng)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(cè)電流互感器特性不同，電流互感器標(biāo)準(zhǔn)變比不同，兩側(cè)電流相位不同，變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭開關(guān)以及變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的。因此要針對(duì)不同情況，采取減小不平衡電流的措施。,電氣設(shè)備的保護(hù),2．有關(guān)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的幾個(gè)問題,(3) 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定應(yīng)遵循以下原則：,(4) 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)靈敏度按下式計(jì)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(fù)荷電流；IN為變壓器的基本側(cè)的額定電流；Ikmin為變壓器內(nèi)部短路時(shí)歸算至基本側(cè)的流過保護(hù)的最小短路電流，其值的計(jì)算應(yīng)考慮是單側(cè)電源供電、系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下、變壓器內(nèi)部?jī)上喽搪返纫蛩?靈敏系數(shù)一般要求不小于2,三、電力變壓器的繼電保護(hù),（三）變壓器的瓦斯保護(hù),變壓器的鐵心和繞組通常浸在充滿變壓器油的油箱中，當(dāng)變壓器的繞組發(fā)生短路故障時(shí)，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(gòu)成瓦斯保護(hù)。 瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高、動(dòng)作迅速、安裝方便、能反映油箱內(nèi)各種類型故障，同時(shí)，對(duì)油面降低也能及時(shí)預(yù)告。因此，瓦斯保護(hù)廣泛用于變壓器的主保護(hù)，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(jī)的繼電保護(hù),（一）發(fā)電機(jī)的故障類型及保護(hù)方式,四、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù),發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地，發(fā)電機(jī)失去勵(lì)

52、磁等。,對(duì)于以上故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置主要有縱差動(dòng)保護(hù)、橫差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、定子繞組單相接地保護(hù)、失磁保護(hù)、勵(lì)磁回路接地保護(hù)、過電壓保護(hù)等。,發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：外部短路引起的定子繞組過電流，三相對(duì)稱過負(fù)荷，外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷引起的負(fù)序過電流和定子繞組過電壓，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷等。,四、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù),（二）發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù),發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)它能反映和遏制發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路，

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

54、的繼電保護(hù),2．電動(dòng)機(jī)的相間短路保護(hù),技術(shù)規(guī)程中規(guī)定，對(duì)容量為2MW及其以上的電動(dòng)機(jī)，或容量雖小于2MW，但有6個(gè)引出線頭的重要電動(dòng)機(jī)，都應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。對(duì)一般高壓電動(dòng)機(jī)則應(yīng)裝設(shè)兩相式電流速斷保護(hù)，以便盡快地將故障電動(dòng)機(jī)切除,（1）電流速斷保護(hù),電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流Iop可由下式確定,保護(hù)裝置靈敏度按下式校驗(yàn),式中，Krel為可靠系數(shù)，若電流測(cè)量元件為DL-11型電流繼電器取1.4~1.6，若電流測(cè)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(duì)兩相星形接線，Kcon=1，對(duì)兩相電流差接線， ；KTA為電流互感器變比；Ist·max為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流周期分量的最大有效值。單鼠籠電動(dòng)機(jī)，Ist·max=（5.5~7.0）IN，雙鼠籠電動(dòng)機(jī)，Ist·max=(3.5~4)IN，繞線式電動(dòng)機(jī)，Ist·max=(2.0~2.5)IN，IN為電動(dòng)機(jī)額定電流 為系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下

56、，電動(dòng)機(jī)出口兩相短路電流最小值,（2）縱差動(dòng)保護(hù),差動(dòng)繼電器KD的動(dòng)作電流應(yīng)躲過電動(dòng)機(jī)額定電流IN，即,出口中間繼電器KM應(yīng)帶0.1~0.2s延時(shí)，以躲過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的非周期分量的影響。,保護(hù)裝置的靈敏度按式,式中，Krel為可靠系數(shù)，對(duì)BCH-2型差動(dòng)繼電器，取1.3；對(duì)DL-11型電流繼電器，取1.5~2。,四、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù),3．電動(dòng)機(jī)的單相接地保護(hù),電動(dòng)機(jī)（3~6kV）的單相接地保護(hù)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(dòng)作電流為,接地保護(hù)的靈敏度可按下式校驗(yàn),式中，Krel為可靠系數(shù)，取4~5； 3Ikmax為外部單相接地短路時(shí)，流過保護(hù)的最大接地電容電流； 3Ikmin為最小運(yùn)行方式下電動(dòng)機(jī)機(jī)出口發(fā)生單相接地短路時(shí)，流過保護(hù) 的接地電容電流。,四、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù),4．電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù),電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)一般采用反時(shí)限特性。電動(dòng)機(jī)過載電流與允許工作時(shí)間的關(guān)系是一條反

58、時(shí)限特性。,電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷允許時(shí)間t與過負(fù)荷倍數(shù) 間的關(guān)系可用下式表述,式中，T為電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)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(guān)系（即過負(fù)荷特性）呈反時(shí)限特性，如圖7-24中曲線1所示。為與曲線1相配合，保護(hù)的動(dòng)作特性應(yīng)低于曲線1，如圖中曲線2所示。,四、發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù),5．電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù),（1）低電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓和動(dòng)作時(shí)限整定。,（2）低電壓保護(hù)的接線。電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)的接線應(yīng)當(dāng)保證能夠反映