电网的电流保护 (2)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 电网输电线路的电流保护,基本要求,1,、掌握常用继电器的构成原理、基本动作电流、返回电流、返回系数等基本概念及其内在联系。,2,、掌握三段式电流保护的基本工作原理和基本组成元件。,3,、熟悉三种典型的电流保护的特点、整定原则、整定 计算方法及其评价。,4,、掌握相间短路保护电流回路的基本接线方式及其特点与应用范围。,5,、通过三段式电流保护原理接线图，了解并分析二次回路的原理图和展开图。,继电器,是一种能自动断续的控制器件，当其输入量达到一定值时，能使输出回路的被控电量发生预计的变化，是具有对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构。,按动作原理：,电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。,按反应的物理量：,电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。,按作用：,起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。,继电器的分类,对继电器的要求,工作可靠。,动作值误差小。,接点可靠。,消耗的功率要小。,动作迅速。,热稳定、动稳定要好。,安装调试容易、运行维护方便、价格便宜。,第一节,继电保护用继电器和电力互感器,继电器是组成继电保护装置的基本元件。电流继电器是实现电流保护的基本元件，在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。,一、电磁型电流继电器,电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈式，吸引衔铁式和转动舌片式三种，如下图所示。,能使继电器动作（动合触电闭合）的最小电流称为继电器的动作电流；能使继电器返回（动合触电打开）的最大电流称为继电器的返回电流。由于摩擦力矩的存在，使得返回电流与动作电流不等。,电,磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线,电流继电器在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。电磁型继电器是利用电磁原理工作的，现以吸引衔铁式继电器为例进行分析，如下图所示。,首先分析使继电器触点接通的力矩（即动作力矩）。在,线圈,1,中通以电流,I,K,，,则产生与其成正比的磁通,，即,，通过由铁心，空气隙和可动舌片而成的磁路，使舌片磁化与铁心的磁极产生电磁吸力，其大小与,2,成正比，这样由电磁吸引力作用到舌片上的电磁转矩,M,可表示为,:,M=K,1,2,=K,2,其次分析使继电器触点闭合的阻力矩。,正常情况下，继电器不工作，弹簧对应于空气隙长度,1,产生一初始力矩,M,th1,。,由于弹簧的张力与伸长量成正比，因此，弹簧产生的反抗力矩为,M,th,=M,th1,+K,3,（,1,2,）,另外，在可动舌片转动的过程中，还必须克服摩擦力矩,M,f,。,因此，阻碍继电器动作的全部机械反抗力矩为：,M,th,+M,f,1.,继电器的动作条件,为使继电器动作，必须增大电流,I,K,以增大电磁转矩,M,，使其满足关系式,MM,th,+M,f,2.,继电器的返回条件,为使继电器返回，弹簧作用力矩,M,th,必须大于电磁力矩,M,及摩擦力矩,M,f,之和,，即,M,th,M+M,f,过电流继电器的继电特性,3.,继电器的特性,4.,继电器的返回系数,保护继电器的返回电流与动作电流的比值成为返回系数，记为,K,re,在实际应用中，要求有较高的返回系数，如,0.850.9,。返回系数越大则保护装置的灵敏度越高，但过大的返回系数会使继电器触点闭合不够可靠。,5.,继电器动作电流的调整方法,1).,改变线圈匝数即改变,K,3,2).,通过改变把手改变弹簧的反作用力矩,3).,改变舌片初始位置即改变空气隙的长度,吸引衔铁式结构的继电器一般被用作中间继电器，如,DZ-10,系列。螺管线圈式结构继电器多被用作时间继电器，如,DS-100,系列。,二、晶体管型继电器,晶体管型继电器的功能是由晶体管开关电路完成的。,1,、晶体管型电流继电器,晶体管型电流继电器有电压形成回路、整流比较回路及执行回路（单稳态触发电路）构成。,1).,正常工作时,2).,起动时,（,1,）正常工作时：,电流变换器的输入电流小于继电器的动作电流，,U,R3,0,，,晶体管,VT,1,因正向偏置而导通，,VT,2,完全截止。输出电压,U,sc,接近于,+E,1,，,对应于继电器不动作状态。,（,2,）起动时：,当输入继电器的电流大于继电器的动作电流时，,U,R3,增大，,a,点电位降低，致使,VD,5,导通，,VT,1,截止，其集电极电位升高，使晶体管,VT,2,导通，继电器处于动作状态。,当继电器的输入电流减小至返回电流时，,U,R3,减小，,a,点电位增高使,VD,5,截止，,VT,1,重新导通，触发器翻转，继电器返回，继电器的返回电流小于继电器的动作电流，其返回系数小于,1,。,2,、晶体管型时间继电器,在正常情况下，,VT,3,饱和导通，电容器,C,被短接，电容器,C,上的电压为,VT,3,集电极与发射极之间的饱和压降,U,ces1,和二级管,D,8,的正向压降,U,D,之和：,U,CD,=U,D,+U,ces1,0.6+0.2=0.8,V,其值小于稳压管,D,9,的方向击穿电压，,VT,4,截止，输出电压,U,SC,近于,0V,，,表示继电器延时输出,.,将一次系统的大电流准确地变换为适合二次系统使用的小电流（额定值为1,A,或5,A），,以便继电保护装置或仪表用于测量电流。并将一次、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系。电流互感器在电路图中的文字符号为,TA。,电流互感器由铁芯及绕组组成，原方绕组和副方绕组通过一个共同的铁芯进行互感耦合。,三、电流互感器：,1.,电流互感器的极性,在一、二次绕组中感应电动势同时为高电位，称为同极性或对应端。一般用,L1,、,K1,表示或以“,*,”标注。当一次绕组中的电流由,L1,或“,*,”流入时，二次绕组中的电流由,K1,或“,*,”流出，这种标注方式称为减极性标注。,2.,电流互感器的等值电路及向量图,电流互感器与普通变压器的等值电路有着相同的形式。由于电流互感器在二次绕组短路的情况下工作，二次绕组电压之后几伏，铁心中的磁感应强度很小。一般都在,0.1T,左右。由于工作在磁化曲线较低的部分，因此励磁阻抗 ，其等值电路如下图所示。图中一次侧的参数都已折算到二次绕组。,电流互感器的等值回路及相量图,3.,误差分析,1).,电流误差,2).,稳态短路电流引起的误差,当电流互感器一次测流过大的短路电流时，尽管二次侧有很大的去磁安匝，由于二次负载压降很大，二次电压仍会升高，及铁心中的磁感应强度会大大增加，以致铁芯饱和，磁阻增加，励磁阻抗下降，励磁电流增加，二次侧电流将减小且波形发生变化。,当电流互感器原边流过大的短路电流时，铁心饱和，磁阻增加，励磁阻抗下降，励磁电流增加，二次侧电流将减小且波形发生变化。,在铁心未饱和时，二次侧电流与原边电流成正比增加，若电流互感器二次负载阻抗,Z,f,较大，铁芯饱和更快。,在满足,10%,误差的条件下，,的关系曲线叫电流互感器的,10%,误差曲线，它由厂家提供。,按规定用于继电保护的电流互感器，其稳态电流误差不允许大于,10%,，角误差 不得大于,7,。,电流互感器稳态运行时的电流误差实际是二次负载阻抗,Z,L,与短路电流倍数,m,的函数，可表示为,I%=,f(Z,L,m),3.,暂态短路电流引起的误差,假设电流互感器磁路不饱和，将以此侧向二次侧归算。当发生短路时，电流互感器的一次侧电流有短路电流的周期分量和非周期分量。周期分量电流使电流互感器产生小于,10%,的误差。一次侧突变的非周期分量在二次侧引起突变的非周期分量。由于一次侧短路回路的衰减时间常数一般约为,0.05s,。,互感器二次侧匝数多，电感量大，衰减时间常数约为,1s,。当原边衰减完后，只剩下二次侧的非周期分量电流，全部为非周期分量电流误差，又由于非周期分量误差电流使铁心饱和，互感器励磁阻抗下降，使周期分量电流误差加大。最大误差发生在,35,个周波，短路回路非周期电流衰减以后，其值比稳态短路误差大许多倍，且含有很大的直流成分,。,4.,减小电流互感器误差的措施,要减小电流互感器的误差，就必须较小电流互感器的励磁电流。,1).,从制造角度上看，应尽量加大电流互感器的励磁阻抗，增大铁芯截面或用高导磁率的铍莫合金作铁芯。,2).,从使用角度看，应尽量减小电流互感器的二次侧负载阻抗，降低励磁电压。,3).,选择同型号的电流互感器串联使用，是每个电流互感器的励磁电压仅为负载压降的一半。,4).,选择大变化比的电流互感器，以降低短路电流倍数,。,注意！,电流互感器为恒流源，其副边不应开路，在副边不接负载时应将它短路。其副边必须接地，以免高电压危及人身及设备的安全。,500KV,的电流互感器,四,.,电压互感器：,将一次系统的高电压准确地变换为适合二次系统使用的低电压（额定值为,100,V,或,100/,V,）。,并将一次、二次设备安全隔离，以保障二次设备和工作人员的安全。电压互感器在电路图中的文字符号为,TV,。,1.电磁式电压互感器,2.电容式电压互感器,电压互感器的等值电路与相量图,1.,电磁式电压互感器,1).,工作原理,电磁式电压互感器的工作原理与一般电力变压器相似。,其等值电路与相量图如下图所示。以副边电压为参考相量，依次画出各支路的电流及各节点电压的相量如下图所示。,2).,电压误差分析,2.,电容式电压互感器,电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。,利用可调电感,L,补偿分压器容性电抗，大大降低了电压互感器总阻抗，使电压互感器更接近理想恒压源，从而提高了电压互感器的精确度。,电容式电压互感器是利用电容分压原理实现电压变换的。最简单的电容式电压互感器如下图所示。,C1,、,C2,为分压电容，,T,为隔离变压器。二次开路时的电压为,由等值电路并根据戴维南定理可知，有载时的输出电压为,=,调节,X1,，使,j X1,=,则,利用可调电感,L,补偿分压器容性电抗，大大降低电压互感器总电抗，使电压互感器更接近理想恒压源。提高了电压互感器的精确度。,电容式电压互感器原理图,第二节 相间短路的电流保护,根据线路故障对主、后备保护的要求，相间短路的电流保护有三种：,第一，无时限电流速断保护或无时限电流电 压联锁速断保护；,第二，带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护；,第三，定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。,一、无时限电流速断保护,无时限电流速断保护依靠动作电流来保证其选择性，即被保护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不能动作；而只有在内部短路时流过保护的电流才有可能大于其动作电流，使保护动作。故无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性。,无时限电流速断保护的灵敏度是通过保护范围的大小来衡量的，即它所保护的线路长度的百分数来表示。保护在不同运行方式下和不同短路类型时，保护的灵敏度即保护范围各不相同。应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不小于线路全长的15%,。,1,、几个基本概念,1),系统最大运行方式：,就是在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。,2),系统最小运行方式：,就是被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。,最大短路电流：,在最大运行方式下三相短路时，通过保护装置的短路电流为最大。,最小短路电流：,在最小运行方式下两相短路时，通过保护装置的短路电流为最小。,保护装置的起动值：,对应于电流升高而动作的电流保护，使保护装置起动的最小电流值称为保护装置的起动电流。保护装置的起动值是用电力系统的一次侧参数表示的，当一次侧的短路电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。,保护装置整定：,就是根据对继电保护的基本要求，确定保护装置起动值，灵敏系数，动作时限等过程。,2,、,工作原理,如,右,图,所示，在输电线路上发生短路时，流过保护安装