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繼電保護概論電力系統(tǒng)運行狀態(tài)1.正常運行。2.故障3.不正常運行斷線

短路三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、發(fā)電機和電動機以及變壓器繞組間的匝間短路等單相斷線兩相斷線過負荷、過電壓頻率降低、系統(tǒng)振蕩等上頁下頁返回

故障狀態(tài):一次設備運行中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作等原因發(fā)生短路、斷線。電力系統(tǒng)運行狀態(tài)分為:正常狀態(tài):等約束和不等約束條件都滿足,電力系統(tǒng)在規(guī)定的限度內(nèi)可以長期安全穩(wěn)定運行。負荷潮流越限致使電流升高(過負荷)發(fā)電機突然甩負荷引起發(fā)電機頻率升高;系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額引起的頻率降低;中性點不接地系統(tǒng)單相接地引起的非接地相電壓升高;電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩;

不正常狀態(tài):正常運行條件受到破壞,但還未發(fā)生故障。等約束條件滿足,部分不等約束條件不滿足。3短路的危害:(1)短路電流大,燃弧,易使元件損壞;(2)電壓降低,用戶正常的生產(chǎn)、生活受到影響;(3)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至系統(tǒng)崩潰。4

事故:系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞,造成對用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能允許的程度,甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。5一、繼電保護的作用電力生產(chǎn)的特點:電能無法大容量存儲,電能的生產(chǎn)與消耗必須時刻保持平衡。負荷的波動與電力設備的退出運行,都會導致電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生變化。電力系統(tǒng)運行狀態(tài)是指電力系統(tǒng)在不同運行條件(負荷水平、系統(tǒng)接線、出力配置、故障等)下的系統(tǒng)與設備的工作狀況。6(1)自動、迅速、有選擇性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)遭到損壞,保證其它無故障部分迅速恢復正常運行。

(2)反應電氣元件的不正常運行狀態(tài),根據(jù)運行維護的具體條件(例如有無經(jīng)常值班人員)和設備的承受能力,發(fā)出警報信號、減負荷或延時跳閘。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務:7繼電保護的基本原理及其組成

為了完成繼電保護的基本任務,必須正確區(qū)分正常運行、不正常運行和故障狀態(tài),尋找這三種運行狀態(tài)下的可測參量(電氣量和非電氣量)的“差異”。

根據(jù)可測參量的不同差異,可以構(gòu)成不同原理的繼電保護。8

正常運行線路流過負荷電流母線電壓額定電壓附近

感受阻抗(電壓與電流比)短路故障線路流過短路電流母線電壓降低感受阻抗9正常運行:電流:負荷電流,兩側(cè)電流大小相等方向相反d1短路:電流:故障段線路BC兩側(cè)電流大小一般不等,相位一般相同;非故障段線路與正常運行時情況相同。10電流增大-

過電流保護電壓降低-低電壓保護阻抗減小-阻抗(距離)保護兩側(cè)電流大小和相位的差別-縱聯(lián)差動保護(高頻、微波、光纖)對稱分量-零序或負序分量保護非電氣量

-瓦斯保護、過熱保護等保護原理:11第一節(jié)繼電保護的任務當電力系統(tǒng)中某電氣元件發(fā)生故障時,能自動地、迅速地、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,避免故障元件繼續(xù)遭到破壞,使非故障元件迅速恢復正常運行。2.當電力系統(tǒng)中電氣元件出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時,能及時反應并根據(jù)運行維護的條件發(fā)出信號或跳閘。電力系統(tǒng)繼電保護裝置能反應電力系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置

根據(jù)邏輯元件傳送的信號,最后完成保護裝置所擔負的任務。如:故障時跳閘;不正常運行時發(fā)信號;正常運行時不動作。第二節(jié)保護裝置構(gòu)成、基本原理和組成測量邏輯執(zhí)行被測物理量整定值跳閘或信號測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量(如電流、電壓、阻抗、功率方向等),并與已給定的整定值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號,從而判斷保護是否應該啟動

根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合,使保護裝置按一定邏輯關(guān)系工作,最后確定是否應跳閘或發(fā)信號,并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。上頁下頁返回

繼電保護裝置的分類繼電保護裝置按保護對象分按保護原理分按故障類型分按保護技術(shù)分按保護作用分輸電線路保護發(fā)電機保護變壓器保護電動機保護母線保護機電型保護整流型保護晶體管型保護集成電路型保護微機保護電流保護電壓保護距離保護差動保護方向保護零序保護主保護后備保護輔助保護相間短路保護接地故障保護匝間短路保護斷線保護失步保護失磁保護及過激磁保護主保護、后備保護主保護:反應被保護元件自身的故障并以盡可能短的延時,有選擇性地切除故障的保護稱為主保護。后備保護:當主保護拒動時起作用,從而動作于相應斷路器以切除故障元件。近后備保護:當主保護拒動時,由本電力設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護。遠后備保護:當主保護或斷路器拒動時,由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。16主保護、后備保護示例17第三節(jié)對繼電保護的基本要求對動作于跳閘的繼電保護,在技術(shù)上一般應滿足四個基本要求:

選擇性速動性靈敏性可靠性電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,保護裝置僅將故障元件切除,而使非故障元件仍能正常運行,以盡量縮小停電范圍的一種性能。

保護快速切除故障的性能。故障切除時間包括繼電保護動作時間和斷路器的跳閘時間在規(guī)定的保護范圍內(nèi),保護對故障情況的反應能力。要求保護裝置應在區(qū)內(nèi)故障時,不論短路點的位置與短路的類型如何,都能靈敏地正確地反應出來發(fā)生了屬于它該動作的故障,它能可靠動作,即不發(fā)生拒絕動作;而在不該動作時,它能可靠不動,即不發(fā)生錯誤動作。該動則動,不該動則不動關(guān)于靈敏性

靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量,并表示為,也稱為靈敏度。在計算保護的靈敏系數(shù)時,可按如下原則考慮:1.在可能的運行方式下,選擇最不利于保護動作的運行方式;2.在所保護的短路類型中,選擇最不利于保護動作的短路類型;3.在保護區(qū)內(nèi)選擇最不利于保護動作的那點作為靈敏度校驗點(計算所選的短路點)。四者之間既相互聯(lián)系又相互矛盾:

因此,須從電力系統(tǒng)的實際情況出發(fā),分清主次,求得最優(yōu)情況下的統(tǒng)一。為保證選擇性,有時要求保護動作帶延時(降低了速動性要求);為保證速動性,有時允許保護非選擇性動作,再由自動重合閘裝置來糾正;為保證速動性和選擇性,有時采用較復雜的保護裝置(即降低了可靠性)。P1P2P3P4P5P6P7繼電保護工作的特點1、理論要求高各設備的原理、性能、參數(shù)計算、故障狀態(tài)的分析。電工原理、電機學、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)分析、經(jīng)濟調(diào)度、安全控制、電力系統(tǒng)規(guī)劃設計原則、運行方式制定的依據(jù)等等。2、綜合性科學電工、電機、電子、電力系統(tǒng)、數(shù)學、計算機、通訊新理論、新技術(shù)、新材料的引用都基于以上各學科的發(fā)展3、理論和實踐并重實驗室實驗、動模實驗、現(xiàn)場人工故障實驗、試運行4、責任重大繼電保護相關(guān)專業(yè)知識23一、電流互感器電流互感器及電壓互感器(一)電流互感器正方向規(guī)定

極性端極性端一次側(cè)電流同名端流進二次側(cè)電流同名端流出等值電路相量圖由等值電路可見:

將電力系統(tǒng)的一次電流按一定的變比變換成二次較小電流,供給測量表計和繼電器,同時還可以使二次設備與一次高壓隔離,保證工作人員的安全。

由電磁平衡原理:所以電流互感器變比1、電流互感器存在誤差的原因(二)電流互感器的誤差比值誤差角度誤差由于勵磁電流的存在,使一次電流折算值與二次電流不等,即兩者的大小和相位不同。小于10%小于7o2、電流互感器10%誤差曲線電流互感器比值誤差為10%,角度誤差小于7°,電流互感器一次電流倍數(shù)與允許的二次負載阻抗之間的關(guān)系曲線0電壓互感器的接線方式星型接線三相五柱式接線V-V接線

特點:可以獲得對稱的三個線電壓,但不能獲得相電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓可以獲得相電壓、線電壓和零序電壓二、電壓互感器電壓互感器二次電壓可看成是電壓源,而電流互感器二次電流可看成是電流源;電壓互感器在正常工作情況下鐵芯的工作磁密較電流互感器高得多;電壓互感器工作在二次側(cè)開路狀態(tài),電流互感器工作在二次側(cè)短路狀態(tài);電流互感器二次不能開路。(三)電流互感器與電壓互感器的工作特點

變換器作用變換器1.按照保護裝置構(gòu)成原理的要求,進行電氣量的變換與綜合;2.將被保護設備的強電交流二次回路與保護裝置的直流弱電回路相隔離;3.利用測量變換器一、二次線圈的屏蔽層,抑制干擾信號的侵入,提高保護裝置的抗干擾能力。

變換器的種類:電流變換器電壓變換器電抗變壓器

一、電壓變換器(中間變壓器T)

中間變壓器用于將一次電壓變換成裝置所需要的二次電壓。

當忽略其比值誤差和角度誤差時,則二次輸出電壓:二次輸出電壓中間變壓器變比一次輸入電壓二、電流變換器

電流變換器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。

當忽略其比值誤差和角度誤差時,則二次輸出電壓:1221212WWnnRnInRnIUTTIIT====.二次輸出電壓變換系數(shù)中間變流器變比三、電抗變壓器(UR)

電抗變壓器用于將一次電流變換成裝置所需要的二次電壓。

電抗變壓器鐵芯具有氣隙,其勵磁回路的勵磁電抗數(shù)值很小,相對于二次較大的負荷阻抗來說,完全可以忽略不計,故一次電流全部作為勵磁電流,電抗變壓器在工作時二次繞組可認為處于開路狀態(tài)調(diào)節(jié)電抗變壓器一、二次繞組的匝數(shù)可以改變

通過調(diào)節(jié)電抗變壓器繞組所接的電阻可以改變的角度

電流變換器與電抗變壓器都是將一次電流成比例的變換成二次電壓的,但是在應用上有些不同。電流變換器在磁路未飽和時,勵磁電流可以忽略,其二次輸出電壓波形基本保持了一次電流信號的波形。電抗變壓器一次電流全部作為勵磁電流,在暫態(tài)情況下,忽略鐵芯有功損耗,其二次輸出電壓為:電抗變壓器二次輸出電壓對一次電流中的諧波成分有放大作用,對一次電流中的非周期電流有抑制作用當輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時,輸出端只輸出負序分量

為了提高保護裝置的靈敏度,經(jīng)常采用序分量來作為保護的判據(jù)。要獲得這些序分量就必須借助于各種序分量濾過器,稱為對稱分量濾過器。當輸入端三相電流、電壓中含有三序分量時,輸出端只輸出零序分量對稱分量濾過器

零序分量濾過器零序電壓濾過器

零序電流濾過器

負序分量濾過器負序電壓濾過器

負序電流濾過器

零序電壓濾過器零序電壓濾過器的作用是為了獲得零序電壓,它的輸入是三相電壓,輸出只與輸入電壓中的零序電壓成正比。構(gòu)成依據(jù):

構(gòu)成元件

三個單相式電壓互感器或三相五柱式電壓互感器都可以獲得零序電流濾過器零序電流濾過器的作用是為了獲得零序電流,它的輸入是三相電流,輸出只與輸入電流中的零序電流成正比。

構(gòu)成依據(jù):

構(gòu)成元件

由三臺具有相同型號和變比的電流互感器構(gòu)成零序電流濾過器。

34阻容式單相負序電壓濾過器參數(shù)關(guān)系

輸出電壓

0120116030====--CCAARXtgRXtgjj結(jié)論當輸入正序電壓時,負序電壓濾過器輸出為零。當輸入負序電壓時,負序電壓濾過器輸出不為零當輸入零序電壓時,負序電壓濾過器輸出為零。

幅值比較與相位比較

幅值比較:就是通過比較兩個電壓的大小來決定繼電器是否動作;相位比較:就是通過比較兩個電壓的相位來決定繼電器是否動作。

幅值比較與相位比較之間的關(guān)系

幅值比較的動作方程:相位比較的動作方程

幅值比較與相位比較之間的關(guān)系常用電磁型繼電器一、電磁型繼電器基本結(jié)構(gòu)及工作原理

它是利用電磁鐵的鐵心與銜鐵間的吸力作用而工作的繼電器。

電流繼電器過電流繼電器

電壓繼電器中間繼電器時間繼電器信號繼電器過電壓繼電器

低電壓繼電器

反應被保護元件電流升高而動作的一種繼電器

反應被保護元件電壓升高而動作的一種繼電器

接點多容量大,可實現(xiàn)短延時,及自保持。多用于出口回路和邏輯回路建立保護所需要的延時時間。當保護裝置動作時,明顯標示出繼電器或保護裝置動作狀態(tài)

常用電磁型繼電器的類型反應被保護元件電壓降低而動作的一種繼電器

二、電磁式過電流繼電器電磁轉(zhuǎn)矩滿足下面關(guān)系時,繼電器動作電磁轉(zhuǎn)矩滿足下面關(guān)系時,繼電器返回動作電流返回電流返回系數(shù)使電流繼電器動合觸點閉合的最小電流使電流繼電器動合觸點打開的最大電流返回電流與動作電流之比實驗接線~合上電源開關(guān)S,調(diào)整自耦調(diào)壓器,使輸入電流繼電器的電流升高,當小燈剛好亮時電流表指示的電流就是繼電器的動作電流.調(diào)整自耦調(diào)壓器,使輸入電流繼電器的電流減小,當小燈剛好熄滅時,電流表指示的電流就是繼電器的返回電流.電磁型過電流繼電器的參數(shù)關(guān)于繼電器的接點常開接點:繼電器線圈不帶電時打開的接點常閉接點:繼電器線圈不帶電時閉合的接點二、電磁型低電壓繼電器參數(shù)動作電壓返回電壓返回系數(shù)使電壓繼電器動斷觸點閉合的最大電壓使電壓繼電器動斷觸點打開的

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