继电保护自动装置与二次回路培训演示幻灯片.ppt

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继电保护装置的任务及基本要求,4,随着国民经济的发展和社会的进步，电力发挥着越来越大的作用，对电力供应的,安全性、可靠性,也提出越来越高的要求；随着用电容量的不断增大、电网的不断延伸，影响电网,安全、可靠运行,的不利因素也在不断地增加,概 述,5,电力设备在运行过程中，由于,外力破坏、设备内部绝缘击穿、过负荷、误操作,等原因，可能造成电气设备,(,线路,),故障,或,异常工作状态,。,最常见的电力故障是,短路,短路,包括,：,三相短路、两相短路、,大电流接地系统,的单相接地,等、,变压器、电机内部线圈的匝间短路,等等。,(,小电流接地系统,),6,短路,的,危害,及,特征,：,设备损坏、电力系统稳定破坏、系统瓦解,设备、导线过热烧坏、断线、充油设备喷油、着火,供用电设备无法,正常运,行,短路,电流急剧上升,故障相电压急剧下降,短路的特征,短路的危害,7,电力故障除了,短路,之外还有,过电压、低电压、缺相运行、系统振荡,等等。,为了尽快消除电力设备、电力系统的不正常运行状态，单靠运行人员的,手动干预,是远远来不及的！,我们需要一种,装置,来,准确地判断,发生了什么样的故障，并根据故障的状况,自动、快速,地做出,正确,的处理。,能担此重任的就是,继电保护,8,什么是继电保护？,继电保护,是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的,反事故自动化措施,。,最早的保护装置是,熔断器,。以后相继出现了,作用于断路器,的,电磁型,继电保护装置,、,电子型,静态继电器,以及应用微机的,数字式,继电保护,。,因在其发展过程中曾主要用有触点的,继电器,来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损坏，所以沿称,继电保护,。,(,熔断器保护的局限性,),继电保护装置：,就是指,能反应电力系统中电气元件,发生故障或不正常运行状态,，并作用于断路器,跳闸,或,发出信号,的一种,自动,装置。,9,什么是继电器？,继电器,是当,输入量,达到规定值,时，使被控制的输出电路,导通,或,断开,的电器。,按继电器的,输入量，,可分为：,电气量,继电器,(,如电流、电压、频率、功率等,),及,非电气量,继电器,(,如温度、压力、速度等,),两大类,。,继电器具有,动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小,等优点。广泛应用于电力保护、自动化、远动、遥控、测量和通信等装置中。,10,11,一、继电保护装置的任务,继电保护的任务是：,当电力系统发生短路故障时，能,自动、迅速,地,将,故障设备,从电力系统中,切除,，将事故,尽可能地限制在最小范围内,，或,发出信号,由值班人员消除异常工况根源，,以减轻或避免设备的损坏；保证电力系统的稳定运行,。,在正常供电的电源因故突然中断时，通过,继电保护和自动化装置,迅速投入,备用电源,，使,重要设备、线路,能,继续获得供电,。,12,二、继电保护装置的基本要求,针对电气设备发生故障时的,各种形态,及,电气量的变化,，设置了各种,继电保护方式,，,如：,电流过负荷保护、电流速断保护、过电流保护,、电流方向保护、电压闭锁电流速断保护、,定时限过电流保护、反时限过电流保护,、过电压保护、欠电压保护、距离保护、,差动保护,及反映,油浸变压器,内部故障的,气体（瓦斯）保护,等等。,13,为了能正确、无误、迅速地切断故障，使电力系统能以,最快速度,恢复正常运行，要求继电保护具备足够的,选择性,、,快速性,、,灵敏性,和,可靠性,（继电保护的基本要求）,（,1,）,选择性,：,有选择性地,切除故障设备，以保证非故障设备连续运行（或尽量缩短故障状态的时间）,3,2,1,动作顺序,321,14,（,2,）,快速性,：,快速地切除故障设备,以限制故障状态的发展和对非故障设备的危害,（快速性与选择性有时会有矛盾）,（,3,）,灵敏性,：,对保护范围内（被保护设备）故障和不正常状态有灵敏的感受及反应,特别是在保护范围的,末端,。,（,4,）,可靠性,：,需要保护装置动作时,不拒动,，不需保护装置动作时,不误动,确保保护装置,正确动作,。,15,三、继电保护和二次回路常用的电气符号,常用继电器的,图形符号,继电器的触点,和线圈出线,K,A,电流继电器,继电器,16,常用继电器图形符号,2,K,M,中间继电器,K,T,时间继电器,K,V,电压继电器,K,D,差动继电器,K,G,气体继电器,K,S,信号继电器,17,18,常用继电器触点图,1,或正常运行,19,常用继电器触点图,2,20,延时触点的动作说明,21,再回过头来看看延时接点：,22,小结：,继电保护的任务,继电保护装置的基本要求,继电器的符号及各类接点的图形标识及其含义,23,第二节 变 压 器 保 护,24,继电保护装置：,能反应电力系统中电气元件发生,故障,或,不正常运行状态,，并作用于断路器,跳闸,或,发出信号,的一种自动装置。,本章节的,过流保护,与,速断保护,是本教材继电保护部分的重点与基础；请注意掌握,!,25,继电保护装置的基本构成,A,、,取样单元,：,将被保护的电力系统,(,设备,),运行的物理量（参数）经过,电气隔离并转换,为继电保护装置中,比较鉴别单元,可以接受的信号，由一台或几台传感器如,电流、电压互感器,组成。,B,、比较鉴别单元：,由取样单元来的信号与给定信号比较，以确定测量对象的,正常状态、异常状态,或,故障状态,；比较鉴别单元一般由,电流、电压、方向,（或反映其他电量、非电量）的,继电器,组成。,26,C,、,处理单元（逻辑单元）：,接受,比较鉴别单元,来的信号，按保护装置动作的,逻辑要求,进行处理（如：根据比较环节输出量的大小、性质、组合方式出现的先后顺序，来确定保护装置是立即动作或延时动作等等）；一般由,时间继电器、中间继电器,等构成。,D,、执行单元：,故障的处理通过执行单元来实施。执行单元一般分,两类,：一类作用于,断路器的分闸,；另一类作用于,声、光等信号,；（如电笛、电铃、闪光信号灯、光字牌等）。,保护的形式很多；但上述基本单元是不可缺少的。,取样,(,测量,),比较鉴别,逻辑单元,执行单元,开关跳闸,发出声、光信号,27,执行单元,测量单元,逻辑单元,比较鉴别单元,定时限过电流保护的组成,28,一、常用继电器介绍：,（为了加深对保护装置的理解，将继电器的介绍调到前面）,电磁继电器,的工作原理和特性,电磁式继电器,一般由,铁芯、线圈、衔铁、触点簧片,等组成。,在线圈两端加上一定的电压（电流），,线圈、铁芯,产生,电磁效应,，衔铁在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动触点接通或断开,（动作）,。当线圈断电后，电磁的吸力随之消失，衔铁在弹簧反作用力的作用下返回原来的位置,（返回）,；通过这样的吸合、释放，达到了在电路中导通、切断的目的。反映电气量变化的继电器有,电流型,、,电压型,或,混合型,继电器的,触点,由,动、静触点,组合,有,常开、常闭、,切换,触点,继电器,线圈未通电（或正常运行）时,触点,处于,断开,状态的，,称为,“,常开,触点,”,继电器,线圈未通电（或正常运行）时,触点,处于,接通,状态的，,称为,“,常闭,触点,”,。,29,中间继电器断面图,（）,30,1,、,电磁型电流继电器：,用于检测被保护对象的电流,电流继电器用于反映被保护线路（设备）的电流，当达到,整定值,时，电流继电器动作，保护启动。,31,32,33,过电流,继电器的,动作电流、返回电流、返回系数,动作电流：,能使继电器动作的,最小电流,；可根据要求在一定的范围内调整,.,返回电流：,继电器动作后,减少通过继电器线圈的电流，至某一数值时,使继电器的动触点返回到原位的最大电流,。,返回系数：,返回电流与动作电流的比值,.,（举例：电梯）,34,过电流继电器,的返回系数,1,（,0.85,0.9,）；,低电压继电器,的返回系数,1,（,1.1,1.15,）,35,电磁型电流继电器的,返回系数,要求在,0.850.9,之间如,返回电流,(,返回系数）太小，容易引起误动作,（对瞬间性故障，因继电器无法及时返回，造成不必要的跳闸。,须等短路电流衰减到更小时，继电器才能返回,）,；如,返回电流,(,返回系数）太大,，可能造成继电器,动作不可靠,。,（因继电器本身的动作特性所致，在返回系数太大时，继电器动作时的动、静触点接触压力太小，导致触点接触不良）,36,2,、电磁型电压继电器：,用于检测被保护对象的电压,电压继电器用于反映系统的,过电压或低电压,；,其工作原理与电流继电器完全相同,（只是,将电流线圈更换为电压线圈,）,反映,低电压,的继电器常用其,常闭触点,在正常工作电压下，继电器处于,励磁状态,，在电压降低时，触点,“,返回,”,（实际上是低电压继电器的,“,动作,”,）,而使常闭触点接通。,反映低电压继电器的,返回系数应大于,1,（返回电压大于动作电压）,电磁型电压继电器的型号为,DJ,；,DJ-111,（,121,、,131,）为过电压继电器；,DJ-112,（,122,、,132,）为低电压继电器。,（电压继电器线圈的串联与并联,在相同的整定位置下，串联接法比并联接法的动作电压提高一倍）,37,高阻抗线圈,38,3,、电磁型时间、中间和信号继电器,（,1,）电磁型时间继电器：,用于继电保护中建立动作的延时,。,其内部结构包括一个,电磁机构,和一套,机械型钟表机构,当时间继电器加上工作电压时，电磁铁向下运动，一对瞬时动作触点切换，同时启动时间机构，至预定的延时时间，延时接点闭合。,时间继电器的延时时间与动静触点的距离有关，调整该距离可调整延时的时间。,39,40,（,2,）电磁型中间继电器,在继电保护中电磁型中间继电器用于增加某个启动部分（如电流、电压继电器）触点的数量和触点的容量；,特殊的中间继电器在触点闭合或断开时带有,短延时,，或者通过继电器本身附带的电流、电压线圈在外部电路配合下实现,自保持,，以适应保护动作的需要。,自保持的应用实例：,41,42,几种特殊的中间继电器,43,（,3,）电磁型信号继电器,在继电保护中，信号继电器用来发出保护动作的信号，让值班人员能够很方便地发现事故的类型，便于保护动作的统计与分析,。,（信号继电器的掉牌必须,手动复归,）,信号继电器分为：,电流型,（串联）,与,电压型,（并联）,电流型信号继电器,的接入压降不得超过额定电压的,10%,；,为了保证信号继电器的可靠动作，流过（电流型）信号继电器的电流应大于继电器额定动作电流的,1.5,倍,。,多套保护共用一个出口回路时，为满足以上条件，必要时，要在出口中间继电器线圈上并联一个适当阻值的电阻。,电流型接法,电压型接法,44,45,二、电力变压器保护设置的要求,310kV,配电变压器,设,过电流,保护、,电流速断,保护,变电所单台油浸,800kV.A,以上或车间内装设的,400kV.A,以上油浸变压器,：,应,加装气体（瓦斯）,保护,单台容量,10000kV.A,或单台容量,6300kV.A,及以上的并列运行变压器,：,应,加装差动,保护,大容量、高电压的降压变压器,：常采用,复合电压闭锁的过电流,保护,46,三、变压器的过电流保护,变压器发生短路时，将产生很大的,短路电流,；利用这一特点设置过电流保护和电流速断保护,各种设备的过电流保护接线是一样的,，不一样的是,动作电流,和,作用于跳闸的时间,动作时间固定不变,的称,“,定时限过电流保护,”,(,与之相对应的是,“,反时限保护,”,后面介绍,),过电流保护的动作电流,是按照,避开,被保护设备的最大工作（负荷）电流来整定的,。,变压器过流保护的作用,:,保护变压器不过载,什么是,“,避开,”,（,“,躲开,”,、,“,躲过,”,）？,47,执行单元,测量单元,逻辑单元,比较鉴别单元,注意掌握过电流保护的组成及动作过程,48,过电流保护的阶梯原则：,考虑到由于某种原因出现,瞬间性的电流波动,，为了避免频繁跳闸，,过电流保护一般都具有动作时限（延时）,为了使上、下级各电气设备的动作具备,选择性,，,过流,动作时间,整定上采取,阶梯原则,位于电源侧的上一级保护的动作时间要大于下级保护的动作时间,；因此，过电流保护的,速动性,受到一定的影响,49,过电流保护阶梯特性示意图,4,2,3,1,动作顺序,:4321,(,距离短路点最近的断路器拒动时,再由其上级保护逐级动作,继电保护的选择性,）,T,（秒）,0.50.7,秒,0.5,1.0,1.5,0,50,过电流保护时限的实现：,采用,时间继电器,其动作时间在整定之后是不变的,定时限过电流保护,采用,具有反时限特性的继电器,（如感应型电流继电器）,其动作时间与动作电流成反比（电流越大、动作时限越短）,反时限过电流保护,（在后面的课程中介绍）,51,电流保护测量回路（交流）的接线：,配电系统过电流保护的,交流回路,可采用：,三相星形接线,两相不完全星形接线,两相电流差接线,其中，,最经常使用的是,两相不完全星型接线,52,53,两相差接线的特点,发生三相短路：,流过电流继电器的电流为两相电流的,向量差,等于一相电流的 倍,发生,u,、,w,（,A,、,C,）相短路,：流过电流继电器的电流为,两相电流之和,等于一相电流的,2,倍,；,发生,uv,或,vw,相短路,：流过电流继电器的电流为,u(,或,w),相电流,等于,一相电流的,1,倍,特点,：可以节省一个电流继电器,3,54,过电流保护保护原理图,原理接线图（,6-11-,定时限过电流保护原理接线）,原理展开图（,6-12-,定时限过电流保护展开图）,55,执行单元,测量单元,逻辑单元,比较鉴别单元,56,57,四、变压器电流速断保护,变压器,电流速断保护,的,作用,：,防止变压器（高压侧回路）的相间短路故障,变压器,电流速断保护,的,接线,：一般采用,不完全星型两相两继电器,接线,（测量回路与过流保护共用一组电流互感器）,58,变压器电流速断保护接线图,原理接线图,原理展开图,59,带短延时的速断保护，其接线与过电流保护一样（加上一个短延时的时间继电器）,60,61,过电流保护与速断保护的主要区别：,过电流保护：,按躲过变压器的最大允许负荷电流整定,，一般可分为,定时限过流,保护和,反时限过流,保护,作用：保护变压器不过载,过电流保护,整定（动作）电流较小，动作带延时,。,电流速断保护,：,按,被保护设备的短路电流,（一般按躲过变压器低压侧短路电流）,来整定,作用：保护变压器高压侧的短路,电流速断保护,整定（动作）电流较大，瞬时或经很短的延时动作,。,过电流保护与速断保护的,根本区别,不是看其接线，而是看其整定值！,62,为提高保护的灵敏度，,35kV,及以上两相不完全星型接线过电流保护应在中性线上加设一块电流继电器。,63,完整的变压器速断、定时限过电流保护原理图,64,采用,GL,型继电器的有限反时限过电流保护,反时限：,继电保护的,动作时间与短路电流的大小成反比,，即,短路电流越大，继电保护的动作时间越短；,反之，,短路电流越小，继电保护的动作时间越长。,在电磁式继电保护装置中，可利用,GL,型继电器,来实现其反时限特性,65,反时限、定时限特性曲线图,短路电流,动作时间,反时限特性曲线,反时限,特性：在整定动作的范围内，,短路电流越大，动作时间越短,定时限,特性,：大于等于整定电流时，,按固定的延时时间动作,定时限特性曲线,整定电流,整定时间,66,GL,系列感应型过电流继电器,GL,系列感应型过电流继电器内部包含了,过电流继电器,、,速断电流继电器,、,时间继电器,的,功能,，由一个感应型过电流继电器可以很方便地组成线路（设备）的,过电流,和,电流速断,保护，该继电器具有,反时限,功能，且可用于,交流操作系统,。,67,GL,系列感应型过电流继电器的特点,既有,反时限,特性,的,感应型,元件，,又有,电流速断,元件,触点容量大，无须中间、时间继电器即可构成简单的保护，适宜,交流操作,的保护装置。,68,69,感应元件动作原理,感应型元件的动作与,电度表,的原理,相似,，,电流越大，转动越快，动作时间越短,;,不同的是该继电器的可动框架具有,“,离合器,”,的动作性质。,当继电器的线圈通过交流电流时，铁芯的遮蔽部分产生两个具有一定相位差的磁通，该磁通与其在圆盘中感应的涡流相互在圆盘上产生一转矩，在,20-40,的动作电流下圆盘开始旋转，但此时由于扇齿与蜗杆没有咬合，故继电器不动作。,70,71,当线圈中的电流增大至整定电流时，电磁力矩大于弹簧的反作用力矩，可动框架向外转动，使扇齿与蜗杆咬合，扇齿上升，带动继电器触点动作。当输入,继电器线圈的电流,大于过流整定值而小于速断整定值,时，感应元件的动作时限与输入继电器的电流成反比,。,电磁元件动作原理：,当输入线圈中的电流达到整定电流,(,即瞬动整定值,),时，电磁元件瞬时动作,。,感应型继电器的速断与过流虽然共用一组触点，但是，在,过电流整定段,，,使触点动作的是,感应元件,；在,速断电流整定段,，感应元件与电磁元件同时动作，但,使触点动作的是,电磁元件,72,73,74,采用,GL,型继电器构成电流保护，由于其本身带有速断元件与过流元件，故,电流速断与过电流保护可以共用一套继电器、一对接点,但驱动接点的,动作原理,各不相同，,动作电流与动作时间,也各不相同,75,五、变压器电流差动保护,电力变压器是电力系统中十分重要的设备，变压器故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。,变压器内部的一些故障，最初故障电流并不大，但其产生的电弧将引起变压器内部绝缘油的分解，产生可燃性气体，严重时会引起喷油、爆炸。,为了避免变压器事故的扩大，在变压器发生故障的初期,应迅速切断变压器的电源，让变压器退出运行,。,变压器速断保护的动作虽然迅速，但因其整定的动作电流较大，对轻微的内部故障不能反应，且靠近二次出线的部位存在速断保护的,“,死区,”,；,规程规定：单台容量,10000kV.A,或单台容量,6300kV.A,及以上并列运行的变压器应加装差动保护,76,差动保护的原理,将变压器一、二次侧电流互感器的,二次接线,反极性相连,构成,“差电流”,回路,(,见下一页,）,（,i,1,i,2,）,变压器正常运行,(,或保护区外短路）时,，因,i,1,、,i,2,电流大小相等、方向相反，互相抵消，差回路无电流输出；,（,i,1,i,2,）,0,当,变压器内部（差动保护区内）,发生,故障时,在单侧电源情况下：其二次侧,i,2,无电流输出，差回路电流为,（,i,1,0,）,=i,1,在双侧电源情况下：其差回路电流为,i,1,（,i,2,）,2 i,1,（,i,2,）,因差回路电流剧增，差动保护动作,。,77,i,1,i,2,流过继电器的,电流为,i,1,-i,2,78,i,I,i,I,i,II,i,II,i,I,i,II,i,I,i,II,双侧电源时短路电流方向,正常运行或,79,单侧电源变压器,：流入差流回路继电器的电流,只有,i,I,两侧都接有电源的变压器,：流入差流回路继电器的电流为,i,I,与,i,II,的相量和,。,当差流回路有电流流过继电器，并达到其整定值时，继电器动作,当变压器内部,(,或保护区内,),发生故障时：,80,变压器,外部,发生短路时,虽然变压器的一、二次绕组都流过很大的短路电流,，但由于差回路接线的特点，两个电流,（,i,I,、,i,II,）,互相抵消,，因此,差回路的电流很小，继电器不动作,。,变压器差动保护的动作电流应按躲,过电流互感器二次断线,、,励磁涌流,及,互感器二次电流的不平衡,，以防止差动保护误动作；,动作时间为,0,秒,。,81,使变压器正常运行时差动电流尽可能小及防止差动保护误动的措施,(1),电流补偿：,40000kVA-110/10kV,；,y/y-12,接法变压器正常运行电流及补偿,额定电流,电流互感器变比,电流互感器,二次侧电流,i,I,/i,II,继电器,补偿,补偿后,110kV,侧,209.9,250/5,4.198,0.909,1,4.198,10kV,侧,2309,2500/5,4.618,0.909,4.198,82,相位补偿,变压器,y/d,接法时的相位差补偿,抑制或减少,变压器空载投入运行瞬间,励磁涌流,的影响,差动保护的,整定电流,应躲过电流互感器二次断线、励磁涌流及互感器的二次不平衡电流,差动继电器投入运行时的检验,空载冲击的考验，对差流回路进行相位进行检测及不平衡电流的测量,83,变压器绕组为,Y/,接法；电流互感器的接法与变压器正好相反，取到,相位补偿,的作用,84,六、变压器气体保护,油浸电力变压器,利用变压器油作为绝缘和冷却介质，当油浸变压器内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘物分解，产生大量气体，利用这些气体形成作用于使连接变压器的断路器,跳闸,或,发出信号,的保护称,“,变压器的,气体保护,”,；,气体继电器,又称,“,瓦斯继电器,”,（,属,热工型,继电器）,气体继电器,通过检测变压器内部故障时,产生气体的状况,，决定继电器是否动作,“,重瓦斯,”,绝缘油（气体）以较大流速冲出变压器本体时动作,一般作用于跳闸,“,轻瓦斯,”,变压器内部产生了一定数量的气体（或变压器油位下降到一定程度），但尚未引起变压器油流的快速冲出,作用于信号,85,变压器内部故障时，气体从管道高速逸出,管道,86,气体继电器安装在变压器,本体油箱与油枕之间的管道上,。,（瓦斯继电器两端的连接油管，应以变压器顶盖为准，保持,2,4,升高坡度,，并不得有急剧的弯曲和相反的斜度）,变压器的气体保护具有,灵敏度高、动作迅速、接线简单,的特点。,气体继电器内部结构图,87,88,89,气体继电器运行时的注意事项：,新装或大修投入运行，应将,“,重瓦斯,”,投入,“,信号,”,，经,12,小时后，检查气体继电器内无积集气体或对产生的气体进行检查为正常气体（非可燃性），并排除积集的气体后，方可投入,“,跳闸,”,；,将气体继电器作为运行巡视检查的重要内容，一旦发现气体继电器内积集气体，应取样检查，确认为正常气体后及时排气。,90,变压器的主保护与后备保护：,主保护,电流速断、差动、瓦斯保护,后备保护,过电流保护,主保护：,是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：,是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。,91,小结：,变压器保护的配置、作用及原理,310kV,配电变压器 设置那些保护？变压器气体保护动作时可能发生了什么故障？试述变压器差动保护的保护范围。变压器的主保护？后备保护？,92,