第二章電網(wǎng)的電流保護和方向性1

1、第二章電網(wǎng)的電流保護和方向性電流保護,教學目的 ： 本章是繼電保護的基本共性內(nèi)容，掌握電磁型繼電器原理及結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，及 無時限電流速斷保護原理 和整定計算方法； 特別注意讓學生弄清楚可靠系數(shù)、返回系數(shù)、靈敏系數(shù)的基本概念教學重點 ： 電磁型電流繼電器的原理 。 無時限電流速斷保護原理。,2 ． 1 單側(cè)電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護,輸電線路發(fā)生相間短路時，電流會突然增大，故障相間的電壓會降低。利用電流會z增大這一特征，就可以構(gòu)

2、成電流保護?！　‰娏鞅Ｗo裝置的中心環(huán)節(jié)是反應于電流增大而動作的電流繼電器。電流繼電器是反應于一個電器量的電流 的簡單繼電器的典型。,2.1.1 反應單一電器量的繼電器,電流繼電器按照電流工作原理可分為電磁型、感應型、晶體管型、集成電路型。下面就電磁型和晶體管型來簡要分析和說明。,（1）電磁型繼電器,電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)形式有螺管線圈式、 吸引銜鐵式和轉(zhuǎn)動舌片式三種，如圖 2.1 所示。 電流繼電器在電流保護中用作測量和起動元件，

3、它是反應電流超過一整定值而動作的繼電器。 電磁繼電器是利用電磁原理工作的，以吸引 銜鐵式繼電器例進行分析，,,,（ a ）螺管線圈式；　 (b) 吸引銜鐵式；　　　　　　　　　(c) 轉(zhuǎn)動舌片式 圖 2.1 電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)原理 1 —線圈； 2 —可動銜鐵； 3 —電磁鐵； 4 —止擋； 5 —接點； 6 —反作用彈簧,,在線圈 1 中通以電流 ，則產(chǎn)生與其成正比的磁通

4、 ，通過由鐵心、空氣隙和可動舌片而成的磁路，使舌片磁化于鐵心的磁極產(chǎn)生電磁吸力，其大小于 成正比，這樣由電磁吸引力作用到舌片上的電磁轉(zhuǎn)距 可表示為 電磁鐵與可動鐵心之間的氣隙。,,正常工作情況下，線圈中流入負荷電流，繼電器不工作，這是由于彈簧對應于空氣隙 產(chǎn)生一個初始力矩 。由于彈簧的張力與伸長量成正比，因此，當空氣長度由 減小到 時，彈簧產(chǎn)生的反作用力矩為

5、 另外，在可動舌片轉(zhuǎn)動的過程中，還必須克服摩擦力力矩 。因此,1 ）繼電器動作的條件。,為使繼電器動作，必須增大電流 ，通過增大電流 來增大電磁電磁轉(zhuǎn)矩，使其滿足關(guān)系式：,2 ） 動作電流,能夠滿足上述條件，使繼電器動作的最小電流值 稱為繼電器的動作電流（起動電流），記作 。,3 ）繼電器的返回條件。,繼電器動作后，當 減小時，繼電器在彈簧的作用下將返回。為使繼

6、電器返回，彈簧的作用力矩 必須大于電磁力矩 及摩擦力矩 之和，即,,返回電流。 滿足上述條件，使繼電器返回原位的最大值電流稱為繼電器的返回電流，記為 ， 5 ）返回系數(shù)。 返回電流和起動電流的比值成為繼電器的返回系數(shù)，可表示為,6 ） 動作電流的調(diào)整方法：,①改善繼電器線圈的匝數(shù)； ②改變彈簧的張力； ③改變初始空氣隙的長度。,7 ） 剩余力矩 。,在繼電器的動作過程和返回過

7、程中，隨著氣隙 的變化，都將出現(xiàn)一個剩余力矩 ，從而使繼電器的動作過程和返回過程都雪崩式的進行，繼電器要么動作、要么返回，它不可能停留在某一個中間狀態(tài)，具有明顯的“繼電特性”。同時，該力矩還有利于繼電器的觸點可靠的接觸與斷開。,（ 三）電磁型電壓繼電器,1、工作原理 電磁型電壓繼電器工作原理與電流繼電器基本相同。由于它接于電壓互感器二次側(cè)，因此線圈的匝數(shù)多、導線細，阻抗大。電磁型電壓繼電器采用轉(zhuǎn)動舌片式結(jié)構(gòu)， 當繼電器加入電壓 U

8、 J 時，產(chǎn)生的電磁力矩為,,可見，電壓繼電器動作與否決定于繼電器線圈上的電壓。 電壓繼電器分過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。,2、過電壓繼電器,圖形符號 文字符號 KV 過電壓繼電器是反應電壓升高而動作的繼電器；它與過電流繼電器的動作、返回概念相同。其返回系數(shù) K h < 1,3、低電壓繼電器,圖形符號 文字符號 KV 低電壓繼電器是反應電壓降低而動作的繼電器。它與過電壓繼電器的動作與返回概念相反。 動作電壓 是指能使低

9、電壓繼電器動作，即使其常閉觸點閉合的最大電壓； 返回電壓 是指能使低電壓繼電器返回，即使其常閉觸點打開的最小電壓。低電壓繼電器返回系數(shù) K h > 1，一般不大于1.2 電壓繼電器動作電壓的調(diào)整方法與電流繼電器類似，不同的是電壓繼電器兩個線圈串聯(lián)時的動作電壓是并聯(lián)時的兩倍。,二、輔助繼電器,1、時間繼電器 ①圖形符號： 文字符號： KS 型號：有 DS-100、DS-20A和DS-30系列 ② 時間繼電器的作用：用來建立

10、保護裝置的動作時限 ③時間繼電器的工作原理：當螺管線圈通入電流時，銜鐵在電磁力的作用下，立即克服彈簧反作用力而被吸入線圈。銜鐵被吸入的同時，上緊鐘表機構(gòu)的發(fā)條，鐘表機構(gòu)開始帶動可動觸點，經(jīng)整定延時其觸點閉合，完成計時。,2、中間繼電器,①圖形符號 文字符號 KM 型號：有一般電磁型 DZ型，還有帶自保持線圈的DZB型。 ②中間繼電器的作用：用以同時接通或斷開幾條獨立回路和用以代替小容量觸點或者帶有不大延時來滿足保護的需要。電磁式中

11、間繼電器一般采用吸引銜鐵式結(jié)構(gòu)，為保證在直流操作電源電壓降低時，仍能可靠動作，要求中間繼電器可靠動作電壓不應大于額定電壓的 70%。,3、信號繼電器：,①文字符號 KS ② 信號繼電器的作用：用以在保護動作時，發(fā)出燈光和音響信號，并對保護裝置的動作起記憶作用，以便分析保護裝置動作情況和電力系統(tǒng)故障性質(zhì)。常用的 DX-11型機械保持信號繼電器.,,③ 信號繼電器的工作原理：當線圈通入電流大于繼電器的動作電流時，銜鐵 被吸起，信號牌因失去

12、支持而落下，通過外殼窗口可看到掉牌。同時，觸點閉合，接通聲、光信號回路。繼電器動作后，具有機械自保持功能，需轉(zhuǎn)動復歸旋紐，才能將掉牌和觸點復歸。,2.1.2 無時限電流速斷保護,根據(jù)對保護速動性的要求，在滿足可靠性和保護選擇性的前提下，保護裝置的動作時間，原則上總是越快越好。因此，各種電氣元件應力求裝設快速動作的繼電保護。僅反應電流增大而能瞬時動作切除故障的保護，稱為電流速斷保護，也稱為無時限流速斷保護。,一、幾個基本概念,1 ）系統(tǒng)最

13、大運行方式 在被保護線末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式。 2 ）最小運行方式 在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過保護裝置的電流為最小的運行方式。系統(tǒng)等值阻抗的大小與投入運行的電氣設備及線路的多少等有關(guān)。,3 ）最小短路電流與最大短路電流,在最大運行方式下三相短路時通過保護裝置的電流為最大，稱之為最大短路電流。而在最小運行方式下兩相短路時，通過保護裝置的短路電流為最小，稱之為最小短路

14、電流。,4 ）保護裝置的起動值,對因電流升高而動作的電流保護來講，使起動保護裝置的最小電流值稱為保護裝置的起動電流，記作 。保護裝置的起動值是用電力系統(tǒng)的一次側(cè)參數(shù)表示的，當一次側(cè)的短路電流達到這個數(shù)值時，安裝在該處的這套保護裝置就能夠起動。,5 ）保護裝置的整定,所謂整定就是根據(jù)對繼電保護的基本要求，確定保護裝置的起動值（一般情況下是指電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)）、靈敏性、動作時限等過程。,二、工作原理,無時限速斷保護是為了保證

15、其動作的選擇性，一般情況下速斷保護只保護被保護線路的一部分，具體工作原理如圖 2.6 所示。 對于單側(cè)電源供電線路，在每回電源側(cè)均裝有電流速斷保護。在輸電線上發(fā)生短路時，流過保護安裝地點的短路電流可用下式計算,,圖 2.06 電流速斷保護的動作特性分析 Ⅰ—最大運行方式下三相短路電流；Ⅱ—最小運行方式下兩相短路電流,,由上式可看出，流過保護安裝地點的短路電流值隨短路點的位置而變化，且與系統(tǒng)的運行方式和短路類型有關(guān)。 和

16、 與 L的關(guān)系如圖 2.6 中的曲線Ⅰ和Ⅱ所示。從圖可看出，短路點距保護安裝點愈遠，流過保護安裝地點的短路電流愈小。,三、整定計算,1 ）   動作電流 為了保證選擇性，保護裝置的起動電流應按躲開下一條線路出口處（如d2 點 ),即 B 變電所短路時，通過保護的最大保護電流（最大運行下的三相短路電流）來整定。即 可靠系數(shù),,

17、對保護 1把起動電流標于圖 2.6 中，可見在交點 M 與保護 2 安裝處的一段線路上短路對 2 能夠動作。在交點 M 以后的線路上的短路時，保護 1 不動作。因此，一般情況下，電流速斷保護只能保護本條線路的一部分，而不能保護全線路。,2 ）保護范圍（靈敏度K1m ）校驗,規(guī)程規(guī)定，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值 Lb 為 15%~20% ，即 式中 Lmin ——最小保護范圍；,,其中

18、 ， 代入上式整理得,3 ）動作時限,無時限電流速斷保護沒有人為延時，只考慮繼電保護固有動作時間?？紤]到線路中管型避雷器放電時間為 0.04~0.06s ，在避雷器放電時速斷保護不應該動作，為此在速斷保護裝置中加裝一個保護出口中間繼電器，一方面擴大接點的容量和數(shù)量，另一方面躲過管型避雷器的放電時間，防止誤動作。由于動作時間較小，可認為 t=0 。,（ 4 ）   電流速斷保護的接線圖,,,電流繼電器接于電流互

19、感器 TA 的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點閉合后，經(jīng)信號繼電器發(fā)出信號和接通斷路器跳閘線圈。,原理接線圖,2 ）展開圖展開圖結(jié)構(gòu)簡單，便于理解，為復雜回路的設計、安裝和調(diào)試帶來許多方便。電流速斷保護的展開圖如圖,（ 5 ）   對電流速斷保護的評價,優(yōu)點：簡單可靠，動作迅速。 缺點：①不能保護線路全長。②運行方式變化較大時，可能無保護范圍。在最大運行方式整定后，在最小運行方式下無保護范圍。③在線 路較短時，可能無保