電力線路保護課件

1、項目一電力線路保護任務1電力線路保護任務2圖紙的電腦繪制返回任務1 電力線路保護引言熔斷器保護方式經(jīng)濟實用,但熔體熔斷后的更換需要一定時間,從而影響供電的可靠性。低壓斷路器靈敏度高,并且故障消除后可以很快合閘,恢復供電,這比熔斷器保護方式提高了可靠性。但是,以上兩種保護方式通常只適用于低壓系統(tǒng)。在高壓系統(tǒng)中,通常采用繼電保護裝置,以確保保護的靈敏度,并有效提高供電可靠性。學習目標(1)掌握各保護繼電器的工作原理、文字和圖形符號。(2)掌握各保護繼電器的選擇、安裝及接線方法。(3)掌握電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護的工作原理。(4)掌握電氣原理圖和二次展開圖的識讀方法。(5)能夠進行二次

2、回路保護的簡單設計。下一頁返回任務1 電力線路保護任務提出1. 任務要求讀懂圖1-1所示電路,熟悉定時限過電流保護的原理圖和展開圖,掌握各保護繼電器及定時限過電流保護的接線方法。2. 硬件設備需主要學習的設備和工具見表1-1。知識儲備當電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障,危及電力系統(tǒng)安全運行時,能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令,以終止這些事件發(fā)展的自動化措施和設備,一般統(tǒng)稱為繼電保護裝置。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護1. 繼電保護裝置的任務(1)監(jiān)視電力系統(tǒng)的正常運行,當被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時,應該由該元件的繼電

3、保護裝置迅速準確地給距離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令,使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開,以最大限度地減少對該電力系統(tǒng)元件本身的損壞,降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響。當系統(tǒng)和設備發(fā)生的故障足以損壞設備或危及電網(wǎng)安全時,繼電保護裝置能最大限度地減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞,降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響。(2)反映電氣設備的不正常工作情況,并根據(jù)不正常工作情況和設備運行維護條件的不同發(fā)出信號,提示值班員迅速采取措施,使之盡快恢復正?；蛴裳b置自動進行調(diào)整,并將那些繼續(xù)運行會引起事故的電氣設備予以切除。反映不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護(3)實現(xiàn)電

4、力系統(tǒng)的自動化、遠程操作以及工業(yè)生產(chǎn)的自動控制,如自動重合閘、備用電源自動投入、遙控、遙測等。2. 繼電保護裝置的基本要求繼電保護裝置應滿足動作選擇性、動作速動性、動作靈敏性和動作可靠性的要求,這4點基本要求之間緊密聯(lián)系,既矛盾又統(tǒng)一。(1)動作選擇性:首先由故障設備或線路本身的保護切除故障,當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時,才允許電源一側(cè)距離故障點最近的繼電保護裝置動作。上、下級電網(wǎng)(包括同級)繼電保護之間的整定,應遵循逐級配合的原則,以保證在電網(wǎng)發(fā)生故障時有選擇性地切除故障。系統(tǒng)中的故障部分被切斷后,而其他非故障部分仍然繼續(xù)供電。如圖1-2所示,當(k-2)點發(fā)生短路時,則斷路器Q

5、F2跳閘,切除電動機M,而其他斷路器都不跳閘,此動作被稱為“選擇性動作”;若QF1不動作,而其他斷路器跳閘,則稱為“失去選擇性動作”。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護(2)動作速動性:保護裝置應盡快切除短路故障,其目的是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減輕故障設備和線路的損壞程度,縮小故障波及范圍,提高自動重合閘和備用設備自動投入的效果。如果故障能在0.2s內(nèi)切除,一般情況下電動機就不會停轉(zhuǎn)。(3)動作靈敏性:保護裝置在其保護范圍內(nèi)對輕微故障和不正常運行狀態(tài)的反應能力。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應動作,說明保護裝置的靈敏度高。靈敏度Ks 計算如下:上一頁下一頁返回任務1 電力線路保

6、護(4)動作可靠性:繼電保護裝置在保護范圍內(nèi),應該動作時應可靠動作,在正常運行狀態(tài)時,不該動作時應可靠不動作。任何電力設備(線路、母線、變壓器等)都不允許在無繼電保護的狀態(tài)下運行,可靠性是對繼電保護裝置性能最根本的要求。3. 繼電保護裝置的組成繼電保護裝置是由若干個繼電器組成的,如圖1-3所示。當線路發(fā)生短路時,用于啟動的電流繼電器KA 瞬時動作,使時間繼電器KT啟動。KT經(jīng)整定一定時間后,接通信號繼電器KS和中間繼電器KM。KM 接通斷路器QF的跳閘回路,使斷路器跳閘,從而切除短路故障。4. 常用的保護繼電器保護繼電器的種類:按繼電器的結(jié)構(gòu)原理分類,其有電磁式、感應式、數(shù)字式、微機式等繼電器

7、。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護按繼電器反應的物理量分類,其有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等。按繼電器反應的物理量變化分類,其有過量繼電器和欠量繼電器,如過電流繼電器、欠電壓繼電器。按繼電器在保護裝置中的功能分類,其有啟動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。常用的保護繼電器有電磁式繼電器、感應式繼電器以及晶體管繼電器。前兩種屬于機電式繼電器,工作性能可靠、運行經(jīng)驗成熟,是目前普遍采用的保護繼電器。晶體管繼電器具有動作靈敏、體積小、能耗低、耐振動、無機械慣性、壽命長等一系列優(yōu)點,但由于晶體管器件本身具有受環(huán)境溫度變化影響大的特性,使器件的質(zhì)量及運行維護的水平

8、都影響到保護裝置的可靠性,所以目前國內(nèi)較少采用。但隨著電力系統(tǒng)向集成電路和微機保護方向的發(fā)展,晶體管繼電器的應用也在不斷擴大。這里重點講述機電式保護繼電器及其對應的繼電保護電路。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護1)電磁式繼電器(1)電流繼電器。根據(jù)線圈中電流的大小通斷電路的繼電器稱為電流繼電器。電流繼電器線圈匝數(shù)少、導線粗,串聯(lián)在被測電路中。在繼電保護裝置中,通常作為啟動元件,因此又稱為啟動繼電器。常用的DL-10系列電磁式電流繼電器如圖1-4所示,其結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。當線圈通過電流時,電磁鐵中產(chǎn)生磁通,使Z形鋼舌簧片向凸出磁極偏轉(zhuǎn)。與此同時,轉(zhuǎn)軸上的反作用彈簧又試圖阻止鋼舌簧片偏轉(zhuǎn)。當

9、繼電器線圈中的電流增大到使鋼舌簧片所受到的轉(zhuǎn)矩大于彈簧的反作用力矩時,鋼舌簧片被吸近磁極,使常開觸點閉合,常閉觸點斷開,即繼電器動作。繼電器型號的含義如圖1-6所示。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護電流繼電器的文字符號為KA,圖形符號如圖1-7所示。DL-13系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部接線如圖1-8所示。使電流繼電器動作(即常開觸點閉合,常閉觸點斷開)的最小電流稱為繼電器的動作電流,用Iop表示;使電流繼電器返回到起始位置(即常開觸點斷開,常閉觸點閉合)的最大電流,稱為繼電器的返回電流,用Ire表示。繼電器的返回電流與動作電流之比稱為返回系數(shù)Kre,即當線圈電流低于整定值時動作的繼電器稱為

10、欠電流繼電器。對于欠電流繼電器,返回系數(shù)總是大于1的。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護(2)時間繼電器。時間繼電器分為通電延時型時間繼電器和斷電延時型時間繼電器。通電延時型時間繼電器是當線圈得到輸入信號一段時間后,閉合或斷開被控線路的繼電器。斷電延時型時間繼電器是當線圈輸入信號消失一段時間后,閉合或斷開被控線路的繼電器。時間繼電器在機電保護裝置中作為時限元件,并使保護裝置的動作獲得一定延時,如圖1-9所示。常用的DS-110系列電磁式時間繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。當時間繼電器的線圈通電時,可動鐵芯被吸入,壓桿失去支持,并使被卡住的一套鐘表機構(gòu)啟動,同時切換瞬時觸點。在拉引彈簧的作用

11、下,經(jīng)過整定的延時,使主觸點閉合。時間繼電器的延時是通過改變主靜觸點的位置(即改變主動觸點的行程)來調(diào)整的,調(diào)整的時間范圍在標度盤上標出。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護時間繼電器的文字符號為KT,圖形符號如圖1-11所示。DS-110系列電磁式時間繼電器的內(nèi)部接線如圖1-12所示。(3)信號繼電器。電磁式信號繼電器在繼電保護裝置中,用來發(fā)出指示信號,指示保護裝置已經(jīng)動作,提醒運行值班員注意。常用的DX-11型電磁式信號繼電器如圖1-13所示,其基本結(jié)構(gòu)如圖1-14所示。電磁式信號繼電器分為電流型和電壓型兩種,電流型的串聯(lián)在二次回路中,電壓型的并聯(lián)在二次回路中。信號繼電器在正常狀態(tài)時,其信

12、號牌是被銜鐵支持住的。當信號繼電器線圈通電時,銜鐵被吸向鐵芯而使信號牌掉下,顯示其動作信號(可通過玻璃 窗孔觀察),同時帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90,使固定在轉(zhuǎn)軸上的導電條 (即動觸點)與靜觸點接通,從而接通信號回路,發(fā)出音響或燈光信號。要使信號停止,可旋動外殼上的復位旋鈕,斷開信號回路,同時信號牌復位。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護信號繼電器的文字符號為KS,圖形符號如圖1-15所示。DX-11型電磁式信號繼電器的內(nèi)部接線如圖1-16所示。中間繼電器主要用于各種保護和自動裝置中,以增加保護和控制回路的觸點容量或觸點數(shù)量。它通常用在保護裝置的出口回路中,用來接通斷路器的跳閘回路,故又稱為出口繼電器。

13、常用的DZ-10系列中間繼電器如圖1-17所示。當線圈通電時,銜鐵很快吸向電磁鐵,帶動觸頭系統(tǒng),使動觸頭與靜觸頭閉合或斷開;當線圈斷電后,繼電器快速釋放銜鐵,觸點全部回到起始位置。中間繼電器的文字符號為KM,圖形符號如圖1-18所示。DZ-10系列電磁式中間繼電器的內(nèi)部接線如圖1-19所示。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護2)感應式電流繼電器在供電系統(tǒng)中常用的感應式電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖1-20所示,它由感應系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)兩部分組成。感應系統(tǒng)主要包括線圈、帶短路環(huán)的鐵芯和安裝在可偏轉(zhuǎn)的框架上的轉(zhuǎn)動鋁盤等元件。電磁系統(tǒng)主要包括線圈、鐵芯和銜鐵。線圈和鐵芯為兩組系統(tǒng)共用。當繼電器線圈的電流增

14、大到繼電器的動作電流時,由電磁鐵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩也增大,并使鋁盤轉(zhuǎn)速隨之增大,永久磁鐵產(chǎn)生的制動力矩也隨之增大。這兩個力克服彈簧的反作用力矩,從而使鋁盤帶動框架前偏,如圖1-21所示,使蝸桿與扇形齒輪嚙合,這叫作“繼電器動作”。由于鋁盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動,使扇形齒輪沿著蝸桿上升,最后使觸點切換,同時使信號牌掉下,從觀察孔內(nèi)看到紅色或白色的信號指示,表示繼電器已經(jīng)動作。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護通入線圈的電流越大,鋁盤轉(zhuǎn)得越快,扇形齒輪沿蝸桿上升的速度也越快,則動作時間越短,這就是感應式電流繼電器的“反時限特性”,如圖1-22所示曲線的abc 部分。隨著電流增大,繼電器鐵芯磁路飽和,特性曲線逐漸過

15、渡到“定時限特性”,如圖1-22中曲線的cd 部分。這種繼電器還裝有瞬動元件,當流入繼電器線圈的電流繼續(xù)增加到某預先整定的倍數(shù)(例如8倍)時,則瞬動元件啟動,繼電器的電流時間特性如圖1-22所示曲線的cd,這就是“瞬時速斷特性”。因此,這種電磁元件又稱為電流速斷元件。動作曲線上對應于開始速斷時間的動作電流倍數(shù)稱為速斷電流倍數(shù)。即:感應式電流繼電器的這種有一定限度的反時限動作特性,稱為“有限反時限特性”。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護繼電器的動作電流的調(diào)節(jié):用插銷改變線圈抽頭(匝數(shù)),從而進行級進調(diào)節(jié);也可以調(diào)節(jié)彈簧的拉力,從而進行平滑調(diào)節(jié)。繼電器動作時限的調(diào)節(jié):用螺桿改變扇形齒輪頂桿行程

16、的起點進行調(diào)節(jié)。繼電器速斷電流倍數(shù)可用螺釘改變銜鐵與電磁鐵之間的氣隙進行調(diào)節(jié)。感應式電流繼電器機械結(jié)構(gòu)復雜、精度不高、瞬動時限誤差大,但它的觸點容量大,同時兼有電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能,即它在繼電保護裝置中,既能作為啟動元件,又能實現(xiàn)延時、給出信號和直接接通跳閘回路,同時能實現(xiàn)帶時限的過電流保護,又能實現(xiàn)電流速斷保護,從而使保護裝置的元件減少,接線簡單。此外,感應式電流繼電器采用交流操作電源,可減少投資,因而在610kV供電系統(tǒng)中應用廣泛。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護知識應用按GB500621992 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范規(guī)定:對366k

17、V 電力系統(tǒng)應裝設相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護。作為線路的相間短路保護,主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護。如當過電流保護的時限不大于0.50.7s時,可不裝設瞬時動作的電流速斷保護。相間短路保護應動作于斷路器的跳閘機構(gòu),使斷路器跳閘,以切除短路故障部分。1. 帶時限的過電流保護帶時限的過電流保護,按其動作時間特性分為定時限過電流保護和反時限過電流保護。1)定時限過電流保護定時限是指保護裝置的動作時限按照預先整定的動作時間固定不變,并與短路電流大小無關。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護定時限過電流保護裝置的組成及動作原理如圖1-1所示。它是由啟動元件(電流繼電器)

18、、時限元件(時間繼電器)、信號元件(信號繼電器)和出口元件(中間繼電器)四部分組成。其中,YR 為斷路器的跳閘線圈,QF為高壓斷路器,TA1、TA2為裝在A 相、C相上的電流互感器。在系統(tǒng)正常運行時,隔離開關QS和高壓斷路器QF均閉合。若一次側(cè)電路發(fā)生相間短路故障時,電路會產(chǎn)生三種情況:A 相電流過大、C相電流過大、A 相和C相電流均過大,因此,這會導致裝在A 相和C相上的電流互感器TA1和TA2至少有一個監(jiān)測到電流過大。動作電流的整定必須滿足兩個條件:一是應該躲過線路的最大負荷電流,包括正常負荷電流和尖峰電流;二是保護裝置的返回電流也應該躲過線路的最大負荷電流,以保證保護裝置在外部故障切除后

19、,能可靠地返回原始位置,避免發(fā)生誤動作。線路定時限過電流保護整定說明如圖1-23 (a)、圖1-23 (b)所示。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護2)反時限過電流保護反時限指是保護裝置的動作時間與反映到繼電器中短路電流的大小成反比關系,短路電流越大,動作時間越短,所以反時限特性也稱為反比延時特性或反延時特性。反時限過電流保護的工作原理如圖1-24所示。KA1、KA2為GL型感應式帶有瞬時動作元件的反時限過電流繼電器,繼電器本身動作帶有時限,并有動作及指示信號牌,所以回路不需要時間繼電器和信號繼電器。另外,一般繼電器觸點轉(zhuǎn)換順序為常閉觸點先斷開,常開觸點后閉合。而這種繼電器觸點轉(zhuǎn)換順序與一般

20、繼電器相反:常開觸點先閉合,常閉觸點后斷開。這種特殊結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換觸點,不僅保證了繼電器動作的可靠性,還保證了繼電器在觸點轉(zhuǎn)換時電流互感器二次側(cè)不會帶負荷開路。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護2. 電流速斷保護按GB500621992規(guī)定:當過電流保護動作時限超過0.50.7s時,應裝設瞬動的電流速斷保護裝置。電流速斷保護實際上是一種瞬時動作的過電流保護,其動作時限僅僅為繼電器本身的固有動作時間,它的選擇性不是依靠時限,而是依靠選擇適當?shù)膭幼麟娏鱽斫鉀Q的。對于GL 型電流繼電器,直接利用繼電器本身結(jié)構(gòu),其既可完成反時限過電流保護,又可完成電流速斷保護,不用額外增加設備,非常簡單經(jīng)濟。圖1-25

21、所示的“電流速斷保護”部分,當A 相發(fā)生故障時,則電流互感器TA1二次側(cè)電流也會過大,使通過電流繼電器KA3線圈的電流過大,并使其常開觸點閉合,從而接通信號繼電器KS2和中間繼電器KM 回路。當信號繼電器KS2動作時,信號指示牌掉下,并發(fā)出燈光、聲音等報警信號;中間繼電器KM 常開觸點閉合,接通斷路器QF的跳閘線圈YR的跳閘回路,使斷路器QF跳閘,進而切除A 相短路故障。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護為保證保護裝置動作的選擇性,電流速斷保護繼電器的動作電流(即速斷電流)應按躲過它所保護線路末端的最大短路電流(即三相短路電流)來整定。這樣才能避免在后一級速斷保護裝置所保護線路的首端發(fā)生三相

22、短路時可能發(fā)生的誤跳閘。任務實施(1)電器元件檢查。 電器元件的技術數(shù)據(jù)(如型號、規(guī)格、額定電壓、額定電流等)應完整并符合要求,外觀無損傷,備件、附件齊全完好。 電器元件的電磁機構(gòu)動作是否靈活,有無銜鐵卡阻等不正?，F(xiàn)象。用萬用表檢查電磁線圈的通斷及各觸點的分合情況。 接觸器線圈的額定電壓與電源電壓是否一致。(2)正確進行線路布線。(3)再次檢查各保護電器的接線。上一頁下一頁返回任務1 電力線路保護任務完成按班級人數(shù)情況將學生分組,每組4或5人。每個小組學生根據(jù)該任務的學習情況選出一位組長,由組長帶領該小組全體成員講解定時限過電流保護的原理圖和展開圖,完成各保護繼電器及定時限過電流保護的接線以及

23、本任務的學習總結(jié)記錄。任務評價本任務建議評分標準和能力、素質(zhì)評價標準見表1-2、表1-3。上一頁返回任務2 圖紙的電腦繪制引言原理圖和展開圖是分析電力線路保護工作原理的重要內(nèi)容。隨著社會的發(fā)展,手繪圖紙已不能滿足實際生產(chǎn)的需要,而使用電腦繪制圖紙不僅速度快,而且具有修改方便、清晰美觀的優(yōu)點,因此熟練應用電腦繪制、打印原理圖和展開圖是學生必須掌握的一項基本能力。學習目標掌握原理圖和展開圖的繪制方法,并會打印。任務提出1. 任務要求(1)電腦繪制電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護的原理圖(見圖1-24)。下一頁返回任務2 圖紙的電腦繪制(2)根據(jù)電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護的原理圖設計并繪制展開圖。(3)打印電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護的原理圖及展開圖。2. 硬件設備裝有AutoCAD制圖軟件的計算機、打印機