企業(yè)供電系統(tǒng)的保護及其二次回路PPT課件

1、第六章 企業(yè)供電系統(tǒng)的保護及其二次回路 6-7 變配電站的控制和信號回路6-5 低壓配電系統(tǒng)的保護6-3 高壓電力線路繼電保護6-2 常用的保護繼電器6-1 保護裝置的作用及對其要求6-4 變壓器繼電保護6-6 變、配電站的操作電源與自動裝置第1頁/共67頁6-1 保護裝置的作用及對其要求一、保護裝置的作用（1）當發(fā)生故障時，保護裝置動作，并借助于斷路器自動地、有選擇地將故障元件迅速地從供電系統(tǒng)中切除，避免事故的擴大，保證其它電氣設備繼續(xù)正常運行。（2）當出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，保護裝置動作，及時發(fā)出報警信號，以便引起運行人員注意并及時處理。第2頁/共67頁（3）保護裝置還可以與供電系統(tǒng)的其它自

2、動裝置，如備用電源自動投入裝置（APD）、自動重合閘裝置（ARD）等配合，大大縮短了短路事故的停電時間，及時恢復正常供電，從而提高了供電系統(tǒng)的運行可靠性。第3頁/共67頁二、對保護裝置的要求（1）選擇性 當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只讓離故障點最近的保護裝置動作，切除故障元件，保證其它電氣設備的正常運行。把這種有選擇的切除故障元件的性能稱為選擇性。（2）快速性 當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，快速切除故障可以減輕短路電流對電氣設備的破壞程度，盡快恢復供電系統(tǒng)的正常運行。因此，保護裝置應力求動作迅速。對繼電保護的基本要求對繼電保護的基本要求第4頁/共67頁（3）可靠性 保護裝置必須經(jīng)常處于準備狀態(tài)，一旦在本保護

3、區(qū)內(nèi)發(fā)生短路或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，它都不應該拒絕動作或誤動作，而必須可靠地動作。（4）靈敏性 保護裝置對本保護區(qū)內(nèi)發(fā)生的故障或不正常運行狀態(tài)，無論其位置如何，程度輕重，均應有足夠的反應能力，保證動作，這種性能稱為靈敏性。各種保護裝置的靈敏性是用“靈敏度”來衡量的。 第5頁/共67頁對過電流保護裝置，其靈敏度的定義為： 1 .opmin.ksIIK min.kI為系統(tǒng)在最小運行方式下，在保護區(qū)末端發(fā)生短路時的最小短路電流；1 .opI為保護裝置的一次側(cè)（主電路）動作電流。 返回第6頁/共67頁6-2 常用的保護繼電器一、電磁式電流繼電器電流繼電器在繼電保護裝置中作為啟動元件1內(nèi)部結(jié)構(gòu)DL-10

4、系列電磁式電流繼 電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1-線圈 2-電磁鐵 3-鋼舌片 4-軸 5-反作用力彈簧 6-軸承 7-靜觸點 8-動觸點 9-啟動電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿 10-標度盤（銘盤）第7頁/共67頁2動作電流、返回電流及返回系數(shù) 當繼電器線圈1通過電流時，電磁鐵2中產(chǎn)生磁通，使Z形銜鐵（鋼舌片）3向磁極偏轉(zhuǎn)，而軸4上的反作用力彈簧5則阻止銜鐵偏轉(zhuǎn)。當繼電器線圈中的電流增大到使銜鐵所受轉(zhuǎn)矩大于彈簧的反作用力矩時，銜鐵被吸近磁極，使常開觸點7、8閉合，此時稱為繼電器的動作。 第8頁/共67頁 能使電流繼電器動作的最小電流，稱為電流繼電器的動作電流，用Iop.KA表示。 繼電器動作后，若線圈中電流減小到一定數(shù)值時

5、，銜鐵由于電磁力矩小于彈簧的反作用力矩而返回起始位置，常開觸點7、8打開，此時稱為繼電器返回。 第9頁/共67頁 能使電流繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為電流繼電器的返回電流，用Ire.KA表示。 繼電器的返回電流與動作電流之比，稱為電流繼電器的返回系數(shù)，用Kre表示，即op.KAre.KAre/IIK 第10頁/共67頁3動作電流的調(diào)節(jié) 繼電器動作電流有兩種調(diào)節(jié)方法：一種粗調(diào)，即改變兩個線圈的連接方式（串聯(lián)或并聯(lián)），線圈并聯(lián)時動作電流比串聯(lián)時增大一倍；二是細調(diào)，是轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿9，改變彈簧5的反作用力矩。電流繼電器的圖形符號和文字符號a) 集中表示的圖形 b)分開表示的圖形第11

6、頁/共67頁二、電磁式時間繼電器1內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS-100，120系列時間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-線圈 2-電磁鐵 3-可動鐵心 4-返回彈簧 5、6-瞬時靜觸點 7-絕緣件 8-瞬時動觸點 9-壓杠 10-平衡錘 11-擺動卡板 12-扇形齒輪 13-傳動齒輪 14-主動觸點 15-主靜觸點 16-標度盤 17-拉引彈簧 18-彈簧拉力調(diào)節(jié)器 19-摩擦離合器 20-主齒輪 21-小齒輪 22-掣輪 23、24-鐘表機構(gòu) 第12頁/共67頁2動作原理 在繼電器線圈1中加上動作電壓后，可動鐵心（銜鐵）3即被瞬時吸入電磁線圈中，扇形齒輪的壓桿9被釋放，在拉引彈簧17的作用下使扇形齒輪12按順時針方向轉(zhuǎn)動

7、，并帶動傳動齒輪13，經(jīng)摩擦離合器19，使同軸的主齒輪20轉(zhuǎn)動，并傳動鐘表機構(gòu)。因鐘表機構(gòu)中擺動卡板和平衡錘的作用，使動觸點14恒速運動，經(jīng)過一定時間后與靜觸點15相接觸，完成了時間繼電器的動作過程。當加在線圈上的電壓消失后，在返回彈簧4的作用下，銜鐵被頂回原來位置，同時扇形齒輪的壓桿也立即被頂回原處，使扇形齒輪復原。 第13頁/共67頁3時限調(diào)節(jié)通過改變靜觸點的位置。也就是改變動觸點的行程，即可調(diào)整時間繼電器的動作時間。時間繼電器的圖形符號和文字符號a) 時間繼電器的緩吸線圈及延時閉合觸點 b) 時間繼電器的緩放線圈及延時斷開觸點第14頁/共67頁三、電磁式中間繼電器 中間繼電器的作用，是在

8、繼電保護裝置和自動裝置中用以增加觸點數(shù)量和觸點容量的。所以，這類繼電器有觸點數(shù)多、觸點的容量較大特點，一般用于保護裝置的出口處。第15頁/共67頁DZ系列電磁式中間繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1-電磁鐵 2-線圈 3-銜鐵 4-觸點當電壓加在線圈上時，銜鐵被電磁鐵吸向閉合位置，并帶動觸點轉(zhuǎn)換，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當斷開電源時，銜鐵被快速釋放，觸點全部返回到起始位置。 第16頁/共67頁中間繼電器的圖形符號和文字符號第17頁/共67頁四、電磁式信號繼電器 信號繼電器在繼電保護和自動裝置中用來作為信號指示的。 DX-11型信號繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-線圈 2-電磁鐵 3-彈簧 4-銜鐵 5-信號牌 6-玻

9、璃窗孔 7-復位旋鈕 8-動觸點 9-靜觸點 10-接線端子在正常情況下，繼電器線圈1中沒有電流通過，銜鐵4被彈簧3拉住，信號牌5由銜鐵的邊緣支持著保護在水平位置。當線圈1中有電流流過時，電磁力吸引銜鐵而釋放信號牌。信號牌由于自重而下落，并且停留在垂直位置（機械自保持）。這時在繼電器外殼上面的玻璃孔上可以看到帶有顏色的信號標志。 第18頁/共67頁 在信號牌落下時，固定信號牌的軸同時轉(zhuǎn)動90，固定在這軸上的動觸點8與靜觸點9接通，使燈光或音響信號回路接通。復歸時，用手轉(zhuǎn)動復歸旋鈕7，由它再次把信號牌抬到水平位置，讓銜鐵4支持住，并保持在這個位置準備下次動作。 第19頁/共67頁信號繼電器的圖形

10、符號和文字符號 返回第20頁/共67頁6-3 高壓電力線路繼電保護 高壓配電線路常用的保護裝置有：定時限的過流保護、電流速斷保護、過負荷保護、單相接地保護等。 610kV電力線路的繼電保護電力線路的繼電保護第21頁/共67頁一、定時限過電流保護1原理接線圖線路的定時限過電流保護原理接線圖a)集中表示(歸總式)電路圖 b)分開表示(展開式) 電路圖QF-斷路器 KA-電流繼電器 KS-信號繼電器 KT-時間繼電器 KM-中間繼電器 TA-電流互感器 YR-跳閘線圈 QF1，2-斷路器輔助觸頭第22頁/共67頁2工作原理 當一次電路發(fā)生相間短路時，短路電流流過電流互感器的一次側(cè)，其二次電流成比例增

11、大，此電流使電流繼電器KA1、KA2至少有一個瞬時動作，常開觸點閉合，啟動時間繼電器KT。 KT經(jīng)延時后，其延時觸點閉合，接通信號繼電器KS和中間繼電器KM。KM動作后，其常開觸點接通跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。與此同時，KS動作，常開觸點接通信號回路，發(fā)出聲、光指示信號。 斷路器QF跳閘時，其輔助觸頭QF1，2隨之斷開跳閘回路，以減輕中間繼電器觸點和跳閘線圈的負擔。在短路故障被切除后，KS需要手動復歸，而其他各繼電器均自動返回初始狀態(tài)。第23頁/共67頁二、電流速斷保護 上述的帶時限的過流保護，是靠犧牲時間來滿足選擇性的。而對單側(cè)電源來說，越靠近電源，短路電流越大，動作時限

12、也越長。當定時限的過流保護的動作時限大于0.7s時應裝設電流速斷保護,作為快速動作的主保護。這種保護裝置實際上是一種瞬時動作的過流保護。第24頁/共67頁1原理接線圖KA1、KA2、KT、KS1和KM是定時限的過流保護元件。而KA3、KA4、KS2和KM是電流速斷保護元件 線路的定時限過電流保護和電流速斷保護原理接線圖 第25頁/共67頁2工作原理 當一次電路在速斷保護區(qū)發(fā)生相間短路時，反應到電流互感器的二次電流使電流繼電器KA3、KA4至少有一個瞬時動作，常開觸點閉合，直接接通信號繼電器KS2和中間繼電器KM。KM動作后，其常開觸點接通跳閘線圈YR，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。與此同時，

13、KS2動作，接通速斷信號回路。 第26頁/共67頁 為了滿足選擇性，電流速斷保護的動作電流整定值較大，因此電流速斷保護是不能保護全部線路的，也就是說存在不動作區(qū)（一般叫“死區(qū)”）。應該與定時限保護裝置配合使用。 返回第27頁/共67頁一、變壓器故障類型 6-4 變壓器繼電保護 變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類。內(nèi)部故障主要有：相間短路、繞組的匝間短路和單相接地短路。發(fā)生內(nèi)部故障是很危險的，因為短路電流產(chǎn)生的電弧不僅會破壞繞組的絕緣，燒毀鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，還可能引起變壓器油箱爆炸。第28頁/共67頁 變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：由于外部短路和過負

14、荷引起過電流，油面的極度降低和溫度升高等。 變壓器最常見的外部故障是引出線上絕緣套管的故障，這種故障可能導致引出線的相間短路和接地（對變壓器外殼）短路。第29頁/共67頁二、變壓器繼電保護措施1氣體保護變壓器氣體保護的原理接線圖T-電力變壓器 KG-氣體繼電器 KS-信號繼電器 KM-中間繼電器 QF-斷路器 YR-跳閘線圈 XB-切換片第30頁/共67頁 氣體保護的裝設原則；氣體保護的核心元件氣體繼電器工作原理；若變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障、嚴重故障以及變壓器漏油時，氣體保護裝置是怎樣動作的；氣體保護裝置的突出優(yōu)點和明顯不足是什么等。電力變壓器的氣體保護電力變壓器的氣體保護第31頁/共67頁2差

15、動保護 差動保護用以防御變壓器繞組內(nèi)部以及兩側(cè)絕緣套管和引出線上所出現(xiàn)的各種短路故障。差動保護屬于瞬時動作的主保護。第32頁/共67頁 差動保護是反應被保護變壓器兩側(cè)電流的差額而動作的保護裝置，它的主要元件是差動繼電器。變壓器在正常工作或外部故障時，流入差動繼電器的電流為不平衡電流 在適當選擇好兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式的條件下，該不平衡電流值近似為零，并小于差動保護的動作電流，故保護裝置不動作。 dsq21KAIIII第33頁/共67頁 對于車間變電站的變壓器裝設差動保護裝置嗎？為什么？若需要快速切除故障，由什么保護裝置來完成？想一想第34頁/共67頁3過電流保護、電流速斷保護和過負荷保

16、護變壓器的過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護的綜合接線原理圖第35頁/共67頁 高壓線路的定時限過電流保護和電流速斷保護與變壓器的定時限過電流保護和電流速斷保護的相同點和不同點是什么？ 想一想返回第36頁/共67頁一、熔斷器保護 6-5 低壓配電系統(tǒng)的保護1熔斷器的保護特性曲線第37頁/共67頁2熔斷器的選擇及其與導線的配合由熔斷器保護的低壓配電系統(tǒng) a)放射式 b)變壓器干線式 1-干線 2-分干線 3-支干線 4-支線 QF-低壓斷路器（自動空氣開關）第38頁/共67頁（1）熔斷器熔體電流的選擇1）保護電力線路的熔體電流，應考慮以下條件：熔斷器熔體額定電流應不小于線路正常運行時的計算負荷

17、電流I30，以使熔體在線路正常最大負荷下運行也不致熔斷。熔斷器熔體電流還應躲過線路的尖峰電流Ipk，以使線路出現(xiàn)正常的尖峰電流而不致熔斷。為使熔斷器可靠地保護導線和電纜不致在線路短路或過負荷時損壞甚至起燃，熔斷器的熔體電流必須和導線或電纜的允許電流相配合。第39頁/共67頁2）保護電力變壓器的熔斷器熔體電流的選擇對于保護電力變壓器的熔斷器，其熔體電流可按下式選定，即N.TN.FE)0 . 25 . 1 (II第40頁/共67頁（2）熔斷器（熔管或熔體座）的選擇熔斷器的選擇應滿足下列條件：1）熔斷器的額定電壓應不低于被保護線路的額定電壓。2）熔斷器的額定電流應不小于它所安裝的熔體的額定電流。 3

18、）熔斷器的類型應符合安裝條件及被保護設備的技術要求。第41頁/共67頁二、自動開關保護 自動開關，也叫低壓斷路器，是一種能自動切斷故障的低壓保護電器，被廣泛地應用于各行各業(yè)的低壓配電線路的電氣裝置中，它適用于正常情況下不頻繁操作的電路中。 1自動開關在低壓配電系統(tǒng)中的主要配置（1）自動開關或帶閘刀開關方式第42頁/共67頁（2）自動開關與磁力啟動器或接觸器配合的方式第43頁/共67頁（3）自動開關與熔斷器配合的方式第44頁/共67頁2自動開關脫扣器動作電流整定（1）長延時過流脫扣器（熱脫扣器）動作電流的整定 這種脫扣器主要用于線路過負荷保護，因此其動作電流整定值應稍大于該線路的計算負荷電流。（

19、2）瞬時（或短延時）過流脫扣器動作電流的整定返回第45頁/共67頁一、操作電源 6-6 變配電站的操作電源與自動裝置 在變配電系統(tǒng)中，高壓斷路器的合閘回路、跳閘回路、控制回路、信號回路、保護回路以及繼電保護裝置中的操作回路等所需要的電源稱為操作電源。變配電站中的操作電源有交、直流兩大類。第46頁/共67頁1由蓄電池組供電的直流操作電源種類組成說明鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的正極二氧化鉛 (PbO2)和負極鉛(Pb)插入稀硫酸(H2SO4)溶液里，就發(fā)生化學變化。在兩極板上產(chǎn)生不同的電位，這兩個電位在外電路斷開時的電位差就是蓄電池的電勢。單個鉛蓄電池的額定端電壓為2V，當多個鉛酸蓄電池通過串、并聯(lián)的方

20、式組合后，就獲得220V的直流操作電壓了這種獨立的操作電源系統(tǒng)，無論供電系統(tǒng)發(fā)生任何事故，仍能保證控制回路、信號回路、繼電保護及自動裝置等能可靠工作，同時還能保證事故照明用電，這是它的突出優(yōu)點。但鉛酸蓄電池組也有許多缺點，比如它在充電時要排出氫和氧的混合氣體，有爆炸危險；而且隨著氣體帶出硫酸蒸氣，有強腐蝕性，危害著人身健康和設備安全。因此鉛酸蓄電池組要求單獨裝設在專用房間內(nèi)，而且要進行防腐、防爆處理，所以投資很大第47頁/共67頁鎘鎳蓄電池鎘鎳蓄電池的正極為氫氧化鎳Ni(OH)3或三氧化二鎳(Ni2O3)的活性物，負極為鎘（Cd），溶液為氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)等堿溶液。鎘鎳蓄

21、電池單個額定端電壓為1.2V，充電終了時端電壓可達1.75V采用鎘鎳蓄電池組的直流操作電源，除不受供電系統(tǒng)運行情況的影響、工作可靠外，還有大電流放電性能好、使用壽命長、腐蝕性小、占地面積小、充放電控制方便以及無需專用房間等優(yōu)點，因此在工廠供電系統(tǒng)中有逐漸取代鉛酸蓄電池的趨勢第48頁/共67頁2由整流裝置供電的直流操作電源 目前在變配電站中，直流操作電源主要采用帶電容儲能的直流裝置或帶鎘鎳電池儲能的直流裝置。 帶電容儲能的直流裝置C1、C2-儲能電容器 WC-控制小母線 WF-閃光信號小母線 WO-合閘小母線第49頁/共67頁帶鎘鎳電池組儲能的直流裝置 第50頁/共67頁3交流操作電源 采用交流

22、操作電源時，對控制、信號、自動裝置及事故照明等，均由所用變壓器供電。而對于某些繼電保護裝置通常則由電流互感器所傳遞的短路電流作為操作電源。第51頁/共67頁二、自動裝置簡介1電力線路的自動重合閘裝置（簡稱ARD） 運行實踐表明，電力線路（特別是架空線路）的短路故障大多數(shù)是暫時性的（例如因雷擊閃絡、鳥獸跨接導線等造成的）。這些故障在斷路器跳閘后，多數(shù)都能很快地自行恢復。因此，如果采用自動重合閘裝置，使斷路器自動重新合閘，迅速恢復供電，從而提高了供電的可靠性。第52頁/共67頁 電氣一次自動重合閘基本原理電路圖 第53頁/共67頁2備用電源自動投入裝置（簡稱APD） 在企業(yè)供電系統(tǒng)中，為了保證不間

23、斷供電，對于具有一級負荷和重要的二級負荷的變電站或重要用電設備、主要線路等，常采用備用電源自動投入裝置。以保證工作電源因故障電壓消失時，備用電源自動投入，繼續(xù)恢復供電。備用電源自動投入裝置主電路圖a）明備用 b）暗備用返回第54頁/共67頁一、斷路器的控制和信號回路 6-7 變配電站的控制和信號回路 在變配電站中，斷路器的控制大部分采用遠方控制，就是與主控制室相隔一定距離的戶內(nèi)和戶外配電裝置中的斷路器，都在控制室內(nèi)集中進行控制。為了實現(xiàn)遠方控制，在控制室內(nèi)必須有發(fā)出斷路器跳、合閘操作命令的控制機構(gòu)，即控制開關。斷路器必須有執(zhí)行操作命令的操作機構(gòu)?？刂茩C構(gòu)與操作機構(gòu)之間的電氣連接電路稱為控制回路

24、。第55頁/共67頁1.控制開關 控制開關又稱萬能轉(zhuǎn)換開關，是控制回路中的主要元件，運行人員通過控制開關，發(fā)出操作命令，對斷路器進行手動合閘或跳閘操作。 控制開關是一種有轉(zhuǎn)動手柄的組合式開關。它由外殼、轉(zhuǎn)動手柄和觸點盒等幾部組成，每個控制開關所裝觸點的節(jié)數(shù)及型式可根據(jù)不同的控制回路進行組合。常用的控制開關的型號為LW2-Z-1a、4、6a、40、20、20/F8。第56頁/共67頁一、斷路器的控制和信號回路第六章 企業(yè)供電系統(tǒng)的保護及其二次回路 6-7 變配電站的控制和信號回路 LW2-Z-1a、4、6a、40、20、20/F8型控制開關的觸點位置圖表第57頁/共67頁2斷路器的操作機構(gòu) 使斷

25、路器分、合閘操作的機構(gòu)稱為斷路器的操作機構(gòu)。斷路器的操作機構(gòu)的類型有電磁操作機構(gòu)(CD)、彈簧儲能操作機構(gòu)(CT)、手動操作機構(gòu)(CS)及液壓操作機構(gòu)(CY)等。目前用得最多的是電磁操作機構(gòu)，但在66kV及以上的斷路器，采用彈簧儲能型及液壓型的操作機構(gòu)的在逐漸增多。第58頁/共67頁3. 手動操作的斷路器控制和信號回路第59頁/共67頁4電磁操作的斷路器控制和信號回路電磁操作機構(gòu)的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線 WL-燈光指示小母線 WF-閃光信號小母線 WS-信號小母線 WAS-信號音響小母線 WO-合閘小母線 SA-控制開關 KO-合閘接觸器 YO-電磁合閘線圈 YR-跳閘線圈 KA-繼電保護觸點 QF16-斷路器QF的輔助觸點 GN-綠色指示燈 RD-紅色指示燈 ON-合閘操作方向 OFF-跳閘操作方向圖中控制開關SA（采用LW5型萬能轉(zhuǎn)換開關）及信號燈GN和RD裝在控制屏（臺）上；控制小母線WC、閃光信號小母線WF(+)