第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性1

1、第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù),教學(xué)目的 ： 本章是繼電保護(hù)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(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理 和整定計(jì)算方法； 特別注意讓學(xué)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(xué)重點(diǎn) ： 電磁型電流繼電器的原理 。 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)原理。,2 ． 1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù),輸電線路發(fā)生相間短路時(shí)，電流會(huì)突然增大，故障相間的電壓會(huì)降低。利用電流會(huì)z增大這一特征，就可以構(gòu)

2、成電流保護(hù)?！　‰娏鞅Ｗo(hù)裝置的中心環(huán)節(jié)是反應(yīng)于電流增大而動(dòng)作的電流繼電器。電流繼電器是反應(yīng)于一個(gè)電器量的電流 的簡(jiǎn)單繼電器的典型。,2.1.1 反應(yīng)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(yīng)型、晶體管型、集成電路型。下面就電磁型和晶體管型來(lái)簡(jiǎn)要分析和說(shuō)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(dòng)舌片式三種，如圖 2.1 所示。 電流繼電器在電流保護(hù)中用作測(cè)量和起動(dòng)元件，

3、它是反應(yīng)電流超過(guò)一整定值而動(dòng)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(jìn)行分析，,,,（ a ）螺管線圈式；　 (b) 吸引銜鐵式；　　　　　　　　　(c) 轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)銜鐵； 3 —電磁鐵； 4 —止擋； 5 —接點(diǎn)； 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(guò)由鐵心、空氣隙和可動(dòng)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(dòng)鐵心之間的氣隙。,,正常工作情況下，線圈中流入負(fù)荷電流，繼電器不工作，這是由于彈簧對(duì)應(yīng)于空氣隙 產(chǎn)生一個(gè)初始力矩 。由于彈簧的張力與伸長(zhǎng)量成正比，因此，當(dāng)空氣長(zhǎng)度由 減小到 時(shí)，彈簧產(chǎn)生的反作用力矩為

5、 另外，在可動(dòng)舌片轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，還必須克服摩擦力力矩 。因此,1 ）繼電器動(dòng)作的條件。,為使繼電器動(dòng)作，必須增大電流 ，通過(guò)增大電流 來(lái)增大電磁電磁轉(zhuǎn)矩，使其滿足關(guān)系式：,2 ） 動(dòng)作電流,能夠滿足上述條件，使繼電器動(dòng)作的最小電流值 稱為繼電器的動(dòng)作電流（起動(dòng)電流），記作 。,3 ）繼電器的返回條件。,繼電器動(dòng)作后，當(dāng) 減小時(shí)，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(dòng)電流的比值成為繼電器的返回系數(shù)，可表示為,6 ） 動(dòng)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(zhǎng)度。,7 ） 剩余力矩 。,在繼電器的動(dòng)作過(guò)程和返回過(guò)

7、程中，隨著氣隙 的變化，都將出現(xiàn)一個(gè)剩余力矩 ，從而使繼電器的動(dòng)作過(guò)程和返回過(guò)程都雪崩式的進(jìn)行，繼電器要么動(dòng)作、要么返回，它不可能停留在某一個(gè)中間狀態(tài)，具有明顯的“繼電特性”。同時(shí)，該力矩還有利于繼電器的觸點(diǎn)可靠的接觸與斷開(kāi)。,（ 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(dǎo)線細(xì)，阻抗大。電磁型電壓繼電器采用轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式結(jié)構(gòu)， 當(dāng)繼電器加入電壓 U

8、 J 時(shí)，產(chǎn)生的電磁力矩為,,可見(jiàn)，電壓繼電器動(dòng)作與否決定于繼電器線圈上的電壓。 電壓繼電器分過(guò)電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。,2、過(guò)電壓繼電器,圖形符號(hào) 文字符號(hào) KV 過(guò)電壓繼電器是反應(yīng)電壓升高而動(dòng)作的繼電器；它與過(guò)電流繼電器的動(dòng)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(hào) 文字符號(hào) KV 低電壓繼電器是反應(yīng)電壓降低而動(dòng)作的繼電器。它與過(guò)電壓繼電器的動(dòng)作與返回概念相反。 動(dòng)作電壓 是指能使低

9、電壓繼電器動(dòng)作，即使其常閉觸點(diǎn)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(diǎn)打開(kāi)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(dòng)作電壓的調(diào)整方法與電流繼電器類(lèi)似，不同的是電壓繼電器兩個(gè)線圈串聯(lián)時(shí)的動(dòng)作電壓是并聯(lián)時(shí)的兩倍。,二、輔助繼電器,1、時(shí)間繼電器 ①圖形符號(hào)： 文字符號(hào)： KS 型號(hào)：有 DS-100、DS-20A和DS-30系列 ② 時(shí)間繼電器的作用：用來(lái)建立

10、保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限 ③時(shí)間繼電器的工作原理：當(dāng)螺管線圈通入電流時(shí)，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(shí)，上緊鐘表機(jī)構(gòu)的發(fā)條，鐘表機(jī)構(gòu)開(kāi)始帶動(dòng)可動(dòng)觸點(diǎn)，經(jīng)整定延時(shí)其觸點(diǎn)閉合，完成計(jì)時(shí)。,2、中間繼電器,①圖形符號(hào) 文字符號(hào) KM 型號(hào)：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(shí)接通或斷開(kāi)幾條獨(dú)立回路和用以代替小容量觸點(diǎn)或者帶有不大延時(shí)來(lái)滿足保護(hù)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(shí)，仍能可靠動(dòng)作，要求中間繼電器可靠動(dòng)作電壓不應(yīng)大于額定電壓的 70%。,3、信號(hào)繼電器：,①文字符號(hào) KS ② 信號(hào)繼電器的作用：用以在保護(hù)動(dòng)作時(shí)，發(fā)出燈光和音響信號(hào)，并對(duì)保護(hù)裝置的動(dòng)作起記憶作用，以便分析保護(hù)裝置動(dòng)作情況和電力系統(tǒng)故障性質(zhì)。常用的 DX-11型機(jī)械保持信號(hào)繼電器.,,③ 信號(hào)繼電器的工作原理：當(dāng)線圈通入電流大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)，銜鐵 被吸起，信號(hào)牌因失去

12、支持而落下，通過(guò)外殼窗口可看到掉牌。同時(shí)，觸點(diǎn)閉合，接通聲、光信號(hào)回路。繼電器動(dòng)作后，具有機(jī)械自保持功能，需轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)歸旋紐，才能將掉牌和觸點(diǎn)復(fù)歸。,2.1.2 無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù),根據(jù)對(duì)保護(hù)速動(dòng)性的要求，在滿足可靠性和保護(hù)選擇性的前提下，保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，原則上總是越快越好。因此，各種電氣元件應(yīng)力求裝設(shè)快速動(dòng)作的繼電保護(hù)。僅反應(yīng)電流增大而能瞬時(shí)動(dòng)作切除故障的保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)，也稱為無(wú)時(shí)限流速斷保護(hù)。,一、幾個(gè)基本概念,1 ）系統(tǒng)最

13、大運(yùn)行方式 在被保護(hù)線末端發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行方式。 2 ）最小運(yùn)行方式 在同樣短路條件下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過(guò)保護(hù)裝置的電流為最小的運(yùn)行方式。系統(tǒng)等值阻抗的大小與投入運(yùn)行的電氣設(shè)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(yùn)行方式下三相短路時(shí)通過(guò)保護(hù)裝置的電流為最大，稱之為最大短路電流。而在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小，稱之為最小短路

14、電流。,4 ）保護(hù)裝置的起動(dòng)值,對(duì)因電流升高而動(dòng)作的電流保護(hù)來(lái)講，使起動(dòng)保護(hù)裝置的最小電流值稱為保護(hù)裝置的起動(dòng)電流，記作 。保護(hù)裝置的起動(dòng)值是用電力系統(tǒng)的一次側(cè)參數(shù)表示的，當(dāng)一次側(cè)的短路電流達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)，安裝在該處的這套保護(hù)裝置就能夠起動(dòng)。,5 ）保護(hù)裝置的整定,所謂整定就是根據(jù)對(duì)繼電保護(hù)的基本要求，確定保護(hù)裝置的起動(dòng)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(dòng)作時(shí)限等過(guò)程。,二、工作原理,無(wú)時(shí)限速斷保護(hù)是為了保證

15、其動(dòng)作的選擇性，一般情況下速斷保護(hù)只保護(hù)被保護(hù)線路的一部分，具體工作原理如圖 2.6 所示。 對(duì)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(hù)。在輸電線上發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流可用下式計(jì)算,,圖 2.06 電流速斷保護(hù)的動(dòng)作特性分析 Ⅰ—最大運(yùn)行方式下三相短路電流；Ⅱ—最小運(yùn)行方式下兩相短路電流,,由上式可看出，流過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流值隨短路點(diǎn)的位置而變化，且與系統(tǒng)的運(yùn)行方式和短路類(lèi)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(diǎn)距保護(hù)安裝點(diǎn)愈遠(yuǎn)，流過(guò)保護(hù)安裝地點(diǎn)的短路電流愈小。,三、整定計(jì)算,1 ）   動(dòng)作電流 為了保證選擇性，保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)按躲開(kāi)下一條線路出口處（如d2 點(diǎn) ),即 B 變電所短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)的最大保護(hù)電流（最大運(yùn)行下的三相短路電流）來(lái)整定。即 可靠系數(shù),,

17、對(duì)保護(hù) 1把起動(dòng)電流標(biāo)于圖 2.6 中，可見(jiàn)在交點(diǎn) M 與保護(hù) 2 安裝處的一段線路上短路對(duì) 2 能夠動(dòng)作。在交點(diǎn) M 以后的線路上的短路時(shí)，保護(hù) 1 不動(dòng)作。因此，一般情況下，電流速斷保護(hù)只能保護(hù)本條線路的一部分，而不能保護(hù)全線路。,2 ）保護(hù)范圍（靈敏度K1m ）校驗(yàn),規(guī)程規(guī)定，在最小運(yùn)行方式下，速斷保護(hù)范圍的相對(duì)值 Lb 為 15%~20% ，即 式中 Lmin ——最小保護(hù)范圍；,,其中

18、 ， 代入上式整理得,3 ）動(dòng)作時(shí)限,無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)沒(méi)有人為延時(shí)，只考慮繼電保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間。考慮到線路中管型避雷器放電時(shí)間為 0.04~0.06s ，在避雷器放電時(shí)速斷保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作，為此在速斷保護(hù)裝置中加裝一個(gè)保護(hù)出口中間繼電器，一方面擴(kuò)大接點(diǎn)的容量和數(shù)量，另一方面躲過(guò)管型避雷器的放電時(shí)間，防止誤動(dòng)作。由于動(dòng)作時(shí)間較小，可認(rèn)為 t=0 。,（ 4 ）   電流速斷保護(hù)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(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器，其觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)信號(hào)繼電器發(fā)出信號(hào)和接通斷路器跳閘線圈。,原理接線圖,2 ）展開(kāi)圖展開(kāi)圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于理解，為復(fù)雜回路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試帶來(lái)許多方便。電流速斷保護(hù)的展開(kāi)圖如圖,（ 5 ）   對(duì)電流速斷保護(hù)的評(píng)價(jià),優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作迅速。 缺點(diǎn)：①不能保護(hù)線路全長(zhǎng)。②運(yùn)行方式變化較大時(shí)，可能無(wú)保護(hù)范圍。在最大運(yùn)行方式整定后，在最小運(yùn)行方式下無(wú)保護(hù)范圍。③在線 路較短時(shí)，可能無(wú)保