電氣設(shè)備控制與保護

電氣設(shè)備控制與保護第一頁，共27頁。§7-1基本概念一、概述一次設(shè)備及一次系統(tǒng)一次設(shè)備有：發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電力電纜以及母線、輸電線路等。由這些設(shè)備按一定規(guī)律相互連接構(gòu)成的電路稱為一次接線或一次系統(tǒng)，它是發(fā)電、輸變電和配電的主體。二次設(shè)備及二次系統(tǒng)二次設(shè)備包括監(jiān)察測量儀表、控制及信號器具、繼電保護裝置、自動裝置、遠動裝置等。這些設(shè)備通常是由電流互感器、電壓互感器、蓄電池組或廠（所）用低壓電源供電。表明二次設(shè)備互相連接關(guān)系的電路稱為二次接線或二次系統(tǒng)。二次接線圖：原理接線圖、展開接線圖和安裝接線圖。第二頁，共27頁?！?-3斷路器的控制和信號回路斷路器的控制方式：集中控制和就地控制。一、控制開關(guān)和操動機構(gòu)控制開關(guān)：LW2操動機構(gòu)：電磁操動機構(gòu)二、斷路器的控制和信號回路接線圖對斷路器控制回路的基本要求：1.既能進行手動跳、合閘，又能由繼電保護與自動裝置實現(xiàn)自動跳、合閘，當(dāng)跳、合閘操作完成后，應(yīng)能自動切斷跳、合閘脈沖電流；2.應(yīng)有防止斷路器多次連續(xù)跳、合閘的“跳躍”閉鎖裝置；3.應(yīng)能指示斷路器的合閘與分閘位置的信號；4.自動跳閘或合閘應(yīng)有明顯的信號；5.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。第三頁，共27頁。第四頁，共27頁?！?-3斷路器的控制和信號回路1．?dāng)嗦菲鞯目刂崎l回路第五頁，共27頁?！?-3斷路器的控制和信號回路2．防止“跳躍”的閉鎖裝置第六頁，共27頁?！?-3斷路器的控制和信號回路3．?dāng)嗦菲鞯姆趾祥l位置指示燈回路4．?dāng)嗦菲髯詣犹l或自動合閘的信號接線圖：按照不對應(yīng)原則設(shè)計的。

不對應(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。第七頁，共27頁?！?-3斷路器的控制和信號回路5．熔斷器與跳、合閘回路完整性的監(jiān)視監(jiān)視方式：燈光監(jiān)視音響監(jiān)視第八頁，共27頁?！?-4繼電保護的作用與原理一、繼電保護的作用電力系統(tǒng)繼電保護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(shù)學(xué)科。繼電保護自動裝置：能反應(yīng)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?；救蝿?wù)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(fù)正常運行；~BkAC1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF第九頁，共27頁?！?-4繼電保護的作用與原理反應(yīng)電氣元件的不正常工作狀態(tài)并根據(jù)實際運行條件作出不同反應(yīng)，如：在無人值班的變電所，一般動作于故障元件的斷路器跳閘；若發(fā)生過負荷而有自動減負荷裝置時，可動作于自動減負荷裝置；在有值班人員的變電所或控制室，一般動作于發(fā)信號，提示值班人員哪個元件出現(xiàn)了不正常工作狀態(tài)。二、繼電保護的基本原理

利用電力系統(tǒng)發(fā)生故障和處于不正常運行狀態(tài)時一些物理量的特征和特征分量，可以構(gòu)成各種原理的保護。1.電流保護的原理2.低電壓保護、過電壓保護3.低阻抗(距離)保護4.方向保護5.縱聯(lián)保護6.序分量保護7.其他保護：瓦斯保護、行波保護等~Bk2AC1QF2QF3QF4QF5QF6QFk1~第十頁，共27頁?！?-4繼電保護的構(gòu)成1.輸入電路：將電力系統(tǒng)一次回路中的電量變換成為滿足繼電保護二次電路需要的各種電量。包括各種互感器、變換器、序量濾過器、濾波回路、整流電路、模數(shù)變換等部件。2.測量元件：電磁型：電流、電壓、時間、中間等繼電器；晶體管型：電流、電壓、方向元件等；微機型：通過軟件實現(xiàn)。3.邏輯元件：由各種門電路、時間電路、相位或幅值比較電路、加法器、減法器、積分器及移相電路等中的一個或幾個部份組成。4.輸出部分：通常指開關(guān)量的輸出。5.執(zhí)行部分：當(dāng)接到邏輯回路或輸出回路的跳閘或發(fā)信號等命令后，執(zhí)行其命令以完成繼電保護所擔(dān)負的任務(wù)。12345給定第十一頁，共27頁。UIreIopIrM=K

動作電流：返回電流：第十二頁，共27頁?！?－4繼電保護的“四性”基本要求1.選擇性：指電力系統(tǒng)故障時，保護裝置僅切除故障元件，盡可能地縮小停電范圍，保證電力系統(tǒng)中非故障部份繼續(xù)運行。2.速動性：動作迅速對用戶、電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行等有很大的好處。3.靈敏性：靈敏度是指繼電保護對其保護范圍內(nèi)故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。~Bk1AC1QF5QF3QF7QF8QFk22QFk3III6QF4QF9QF4.可靠性：屬于保護范圍內(nèi)的短路或故障，保護應(yīng)百分之百的動作，對于保護范圍外的故障則應(yīng)分之百的不動作。近后備保護遠后備保護拒動誤動第十三頁，共27頁。保護的靈敏度保護的靈敏度一般用靈敏系數(shù)（Ksen）來衡量。對于反應(yīng)物理量上升而動作的保護，其靈敏系數(shù)為：Ksen=保護范圍內(nèi)金屬短路時故障參數(shù)的最小計算值÷保護的整定值（動作值）對于反應(yīng)物理量下降而動作的保護，其靈敏系數(shù)為

Ksen=保護的整定值÷保護范圍內(nèi)金屬短路時故障參數(shù)的最大計算值靈敏度計算時故障參數(shù)的最大（?。┲祽?yīng)考慮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。各種保護的靈敏系數(shù)要求值在《技術(shù)規(guī)程》中均有規(guī)定。第十四頁，共27頁。電力系統(tǒng)繼電保護的配置原則《技術(shù)規(guī)程》對電力系統(tǒng)中的保護配置有十分詳細和具體的規(guī)定：對于電力系統(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行的保護裝置：反應(yīng)電力設(shè)備和線路短路故障的保護應(yīng)有主保護和后備保護，必要時可再增設(shè)輔助保護；主保護是指滿足系統(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設(shè)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(shè)的簡單保護。各個相鄰元件的保護范圍必須有重疊區(qū)；對于電力設(shè)備和線路的異常運行狀態(tài)（如過負荷等）應(yīng)有反應(yīng)異常運行的異常運行保護。第十五頁，共27頁?！?-4線路的電流保護一、相間短路的電流保護1.無時限電流速斷保護（電流保護I段）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。1QF處無時限電流速斷保護的動作電流IIop1整定為：Ak11QF2QFB~xsmaxxsminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120可靠系數(shù)KIrel可取1.2~1.3。躲開B母線最大短路電流第十六頁，共27頁。§7-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）無時限電流速斷保護（電流保護I段）的動作時間：tIop1=0無時限電流速斷保護（電流保護I段）的靈敏度：用保護范圍即它所保護的線路的長度的百分數(shù)來表示。無時限電流保護不能保護線路全長，應(yīng)采用最不利情況下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%。按最小運行方式下二相短路求lminIIOP1IkBmaxlLminLmax3120Ak11QF2QFB~xsmaxxsmin靈敏度：lmin15%lAB第十七頁，共27頁。§7-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）無時限電流速斷保護的構(gòu)成&KTAIOP.r1234跳閘I>KSIrIKA當(dāng)上述無時限電流速斷保護靈敏度不滿足要求時，即保護范圍時，該保護不宜使用，此時可采用無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護，以提高電流保護第I段的靈敏度。第十八頁，共27頁。2.帶時限電流速斷保護（電流保護II段）為什么要配置帶時限電流速斷保護？帶時限電流速斷保護的整定原則：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。任何整定電流保護II段？§7-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）IIOP1IkBmaxIIIop1IIop2IkCmaxl0Ak11QF2QFB~3QF~C

IIIop1>IIop2且IIIop1<IkBmax

tIIop1>tIop2則：

IIIop1＝KIIrelIIop2/KbmintIIop1＝tIop2＋△t＝△t可靠系數(shù)KIIrel一般取1.1~1.2。第十九頁，共27頁?！?-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）分支系數(shù)Kb定義：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。即：

Kb＝IBC/IABAk11QF2QFB~3QF~C電流保護第II段的靈敏度：“技術(shù)規(guī)程”規(guī)定：當(dāng)線路長度小于50km時，大于等于1.5；當(dāng)線路長度在50km~200km時，大于等于1.4；當(dāng)長度大于200km時，大于等于1.3。當(dāng)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護第II段的整定值而提高其靈敏度，即整定值為： IIIop1＝KIIrelIIIop2/Kbmin tIIop1＝tIIop2＋△t第二十頁，共27頁?！?-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）3.定時限過電流保護（電流保護III段）作用：作本線路主保護的后備保護（近后備保護）；作相鄰下一線路（或元件）的后備保護（遠后備保護）。如何整定動作電流？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KssILmax時該電流保護不動作，即：IIIIop1>KssILmax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(yīng)能可靠返回，即：

Ire=KIIIrelKssILmax且 IIIIop1>Ire故動作電流IⅢop1：可靠系數(shù)KIIIrel一般取1.15~1.25電流測量元件的返回系數(shù)Kre一般取0.85。~0QF1QF2QF3QF4QFM5QF第二十一頁，共27頁?！?-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）任何保證電流保護III段動作的選擇性？問題：IIIIop1<<IIIop1<IIop1

動作時間整定：

階梯原則tIIIop1>tIIIop2>tIIIop3>tIIIop4即：tIIIop3＝tIIIop4＋△ttIIIop2＝tIIIop3＋△ttIIIop1＝tIIIop2＋△t0tIIIop0tIIIop1tIIIop2tIIIop3tIIIop4l~0QF1QF2QF3QF4QFM5QF靈敏度校驗第二十二頁，共27頁。§7-4線路的電流保護（相間短路的電流保護）4.電流保護的接線方式接線方式：指電流互感器和電流測量元件間的連接方式。分類：完全星形接線：一般用于大接地電流系統(tǒng)。不完全星形接線：一般用于小接地電流系統(tǒng)。特點：投資不同；均能反應(yīng)所有的相間短路；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。對在保護動作時間相同的并行線路，不完全星形接線的可靠性高；對串聯(lián)運行的兩相鄰線路，完全星形接線百分之百有選擇性。ABCI>I>I>1邏輯元件KAKAKAiaibicinABCI>I>1邏輯元件KAKAiaicin第二十三頁，共27頁。5.三段式電流保護的原理圖及延時特性三段式電流保護的功能框圖ABC1QFBI>I>I>I>I>I>I>I>I>t2t3KCO16跳1QA5KA4KA1KA2KA3KA7KA8KA9KA2KT3KT1KS2KS