变电所常用继电保护配制原则整定计算及调试方法119页精选文档Word格式.docx

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电气设备在运行中，由于外力破坏、内部绝缘击穿，以及过负荷、误操作等原因，可能造成电气设备故障或异常工作状态。

电气设备故障最多见的是短路，其中包括三相短路、两相短路、大电流接地系统的单相接地短路，以及变压器、电机类设备的内部线圈匝间短路。

在大电流接地系统中，以单相接地短路的机会最多。

2．对继电保护的要求

电气设备发生短路故障时，产生很大的短路电流；

电网电压下降；

电气设备过热烧坏；

充油设备的绝缘油在电弧作用下分解产生气体，出现喷油甚至着火；

导线被烧断，供电被迫中断；

特别严重时电力系统的稳定运行被破坏，发电厂的发电机被迫解列。

针对电气设备发生故障时的各种形态。

电气量的变化，设置了各种继电保护方式：

电流过负荷保护、过电流保护、电流速断保护、电流方向保护、低电压保护、过电压保护、电流闭锁电压速断保护、差动保护、距离保护、高频保护等，此外还有非电气量的瓦斯保护等。

为了能正确无误而又迅速地切除故障，使电力系统能以最快速度恢复正常运行，要求继电保护具有足够的选择性、快速性、灵敏性和可靠性。

（1）选择性

当系统发生故障时，继电保护装置应该有选择地切除故障部分，非故障部分就能继续运行，使停电范围尽量缩小。

继电保护动作的选择性，可以通过正确地整定电气动作值和上下级保护的动作时限来达到互相配合。

—般上下级保护的时限差取0。

3—0．7s，用得较多的是0．5s如果只依靠动作时限阶差来达到选择性，由于从电源侧到负荷侧经过多级电压变换和传输，电源侧继电保护的动作时限必然很长，这样不利于切除故障设备的快速性。

因此必须通过合理整定电气量的动作值，以及利用电流方向保护、差动保护、距离保护、高频保护等来取得继电保护的选择性和灵敏性、快速性。

（2）快速性

快速切除故障．可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。

但快速性有时会与选择性发生矛盾，这时就要通过采取各种保护配合方式以达到在确保选择性基础上的令人满意的快速性。

（3）灵敏性

继电保护动作的灵敏性是指继电保护装置对其保护范围内的故障的反映能力，即继电保护装置对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式应能灵敏地感受和灵敏地反映。

上、下级保护之间灵敏性必须配合，这也是保证选择性的条件之一。

〔4）可靠性

继电保护动作的可靠性是指需要动作时不拒动，不需要动作时不误动，这是继电保护装置正确工作的基础。

为保证继电保护装置具有足够的可靠性，应力求接线方式简单、继电器性能可靠、回路触点尽可能最少。

还必须注意安装质量，并对继电保护装置按时进行维修和校验。

1.2常用继电器的图形符号和型号含义

1．继电器的用途和分类

继电器的种类很多，按照结构原理可分为电磁型、感应型、磁电型、整流型、极化型、电子型和其他类型；

按照反应物理量的类型可分为电流、电压、功率方向、阻抗、周波继电器等；

按照继电器所反应电气量的上升或下降，又可分为过量继电器和低量继电器。

例如反应电流超过整定值而动作的称为过电流继电器；

而反应电压低于整定值而动作的继电器，称为低电压继电器。

2．继电器的图形和符号

　　　　　　　图1—1继电器的新旧图形符号

1—继电器；

2—继电器的触点和线圈引出线；

3—电流继电器；

4—电压继电器；

5一时间继电器；

6—中间继电器；

7—信号继电器；

8—差动继电器；

9—瓦斯继电器

继电器的图形相符号如图1—1所示。

旧的继电器图形常以一个方块，上面配以一个半圆形来表示。

方块里表示继电器的线圈或其他动作元件，而半圆形里则表示继电器的触点。

新颁布的国家标准（GB4728），对继电器的图形有了新的规定，即取消了半圆。

根据国家标准GB7159—1987对继电器的文字符号也做出了相应的新规定。

除了图1—1中所示外，新旧文字符号，尚有功率方向继电器KP（GJ）、自动重合闸继电器KCA（ZCH）、保护出口继电器KPD（BCJ）、合闸位置继电器KCP（HWJ）、跳闸位置继电器KTP（TWJ）、温度继电器KTP（WJ）等，括号内为旧符号。

3继电器的型号含义

常用继电器的型号含义如表1—1所示。

例如常用的DL过电流继电器，其型号表示该继电器为电磁型电流继电器；

而型号为GL的继电器，则表示该继电器为感应型电流继电器。

表1—1常用继电器的型号表示法

4继电器触点的图形符号

继电器触点的常用图形符号如表1—2所示。

　　　　　表1—2常用继电器触点图形符号

1.1.3电磁型电流继电器

电磁型电流继电器常用在定时限过电流保护和电流速断保护的结线回路中。

图1－2所示为DL型电磁式过电流继电器的结构图。

1.动作原理

当线圈2中通过交流电流时，铁心1中产生磁通，对可动舌片3产生一个电磁吸引转动力矩，欲使其顺时针转动。

但弹簧4产生一个反作用的弹力，使其保持原来位置。

当流过线圈的电流增大时，使舌片转动的力矩也增大。

当流过继电器的电流达到整定值时，电磁转动力矩足以克服弹簧4的反作用力矩，于是可动舌片

　　图1—2DL型电磁式过电流继电器结构图

　　　1一铁心；

2—线圈；

3—可动舌片；

　　　4一弹簧；

5—可动触点桥；

6一静触点；

　　　7—调整把手；

8一刻度盘

3顺时针旋转。

这时，与可动舌片3位于同一转轴上的可动触点桥5也跟着顺时针旋转，与静触点6接通，继电器动作。

当电流减少时，电磁转动力矩减小，在弹簧4反作用力矩的作用下，可动舌片3逆时针往回旋转，于是可动触点桥与静触点6分离，继电器从动作状态返回到不动作的原来状态。

2．动作电流和返回电流

能使过电流继电器开始动作的最小电流称为过电流继电器的动作电流；

在继电器动作之后，当电流减少时，使继电器DJ动触点开始返回原位的最大电流称为过电流继电器的返回电流。

3．返回系数

过电流继电器的返回电流除以动作电流，得返回系数：

Kf=If/IDL　　　（1－2）

式中　Kf－返回系数

If——继电器的返回电流，A;

IDL——继电器的动作电流，A。

因为过电流继电器的返回电流总是小于动作电流，因此返回系数总是小于1。

对于电磁型电流继电器的返回系数要求在0．85—0．9之间，如低于0．85，则返回电流太小，容易引起误动作：

如大于O．9，应注意可动触点桥与静触点触指闭合时接触压力是否足够。

如果压力不够，接触不良，影响工作可靠性，则必须进行调整。

4.DL型继电器的内部结线方式

DL继电器的内部结线方式如图1—3所示。

由图可见，继电器内电流线圈分成两部分，利用连接片可以将线圈接成串联或并联，当串联改成并联时，动作电流增大一倍。

DL型继电器常开触点的闭合动作时间与继电器通过电流的大小有关。

如果继电器线圈通过的电流达到1．2倍动作电流，其动作时间不大于0．15s；

当通过继电器的电流达到动作电流的3倍时，触点闭合的动作时间约为o．02—0．03执触点的遮断容量直流50w，交流250VA，遮断电流不小于2A。

DL继电器有DL—10和DL—20C、DL—30等系列，结构和工作原理相同，只是后者对导磁体以及触点系统做了某些改进。

（a）常开触点　　　　（b）常闭触点　　　　（c）常开常闭触点

图1－3　DL型继电器内部接线图

1.4电磁型电压继电器

电磁型电压继电器，型号为DJ型，其结构与DL型电流继电器相似，所不同的是电流继电器铁心上套的是电流线圈，而电压继电器铁心上套的是电压线圈。

此外，电压继电器有过电压继电器和低电压继电器之分。

型号DJ—111、DJ—121、DJ—13l为过电压继电器；

而型号为DJ一112、DJ—122、DJ—132则为低电压继电器。

过电压继电器的动作电压、返回电压的定义与过电流继电器的动作值、返回值的定义完全相似，只是往继电器线圈上所加的为交流电压，而不是交流电流。

过电压继电器的返回系数的计算方法与过电流继电器也相似，为：

Kf=Uf/UDZ

式中Kf　－过电压继电器的返回系数；

　U　f——过电压继电器的返回电压，V；

UDZ——过电压继电器的动作电压，V。

电磁型过电压继电器的返回系数合格范围也是在0．85—0．90之间。

低电压继电器的动作电压，是指在继电器线圈上施加额定电压后，逐渐降低电压至继电器开始动作时的最高电压；

而其返回电压，则是指继电器动作后．逐渐升高电压时，继电器可动触点开始返回的最低电压。

由于返回电压大于动作电压，因此返回系数大于1：

Kf=Uf/UDL>

1

式中Kf——低电压继电器的返回系数；

Uf　――低电压继电器的返回电压，V；

UDL——低电压继电器的动作电压，V。

低电压继电器的返回系数—般为1．1—1．2。

作为强行励磁使用时，不大于1．06。

低电压继电器加上额定电压后，当电压降到整定值的o．5倍时，继电器的动作时间不大于0．15s。

DJ型电压继电器的触点容量与DL型电流继电器相同。

DY—20C、DY—30型电压继电器，其用途和结构原理与DJ型电压继电器相同，为组合式继电器，是改进后的产品。

1.5　GL系列感应型过电流继电器

GL系列感应型过电流继电器既具有反时限特性的感应型元件，又有电磁速断元件，触点容量大．不需要时间继电器和中间继电器，即可构成过电流保护和速断保护。

因此在中小变电所中得到广泛应用，而且特别适用于交流操作的保护装置中。

图1—4为Gl系列感应型过电流继电器的结构图。

图1－4GL系列感应型过电流继电器结构图

1—主铁芯；

2—短路环；

3—铝质园盘；

4一框架；

5一拉力弹簧；

6——永久磁铁；

7—蜗母轮杆；

8—扇形齿轮；

9一挑杆：

10—可动衔铁；

11一感应铁片；

12一触点；

13一时间整定旋钮；

14一时间指针；

15一电流整定端子；

16一速断整定旋钮；

17一可动方框限制螺丝

1、GL型继电器的动作原理

GL型继电器包括电磁元件和感应元件两部分。

电磁元件构成电流速断保护，感应元件为带时限过电流保护。

这种继电器的感应元件部分动作时间与电流的大小有关：

电流大，动作时间短；

电流小，动作时间长，因此也称作反时限保护。

（1）电磁速断部分

电磁速断部分主要包括可动衔铁和磁分路，其余的电流线圈、铁心、衔铁杠杆和触点等都是感应部分和电磁部分共有的。

可动衔铁左侧装有衔铁杠杆，因此左端的质量比右端大，所以左侧下垂，右侧张开。

如果线圈中流过的电流足够大，达到速断部分的启动电流，则电磁吸力将使可动衔铁沿顺时针方向吸合，使触点动作。

可动衔铁右侧瑞部装有一个短路环，其作用一方面是促使可动衔铁向右侧做顺时针方向吸合，并且可以消除交流电磁吸力因电流周期性过零时所引起的振动现象。

电磁速动部分启动电流的调整，可通过调节速断整定旋纽来改变可动衔铁右侧端部对主铁心之间的空气间隙大小来实现。

电磁速断部分的动作电流一般整定在感应元件动作电流的2—8倍之间。

（2）感应元件部分

感应元件部分除了和电磁速断部分共有电流线圈、铁心、衔铁杠杆和触点外，还具有铝质圆盘、制动永久磁铁、可动方框、扇形齿轮、蜗母轮杆、时间调节杆、以及拉力弹簧、调节返回系数的钢片等。

感应元件的动作原理是这样的：

当电流线圈中流有电流时，铁心中就有磁通产生，这个磁通穿过金属圆盘时，分成两个磁束：

其中一个磁束φ1经过铁心磁极端部的短路环．另一个磁束φ2不经过短路环（见图1－5）。

经过短路环的磁通φ1，在环路环中感应产生电动势E　1，由这个电动势E　1在短路环中产生循环电流I　1，由I　1产生一个附加磁通φ’，因此此穿过短路环磁通实际上为φ”1．即

φ”1＝φ’十φ

从图1—5（b）可见，φ”l比φ2落后一个相位角a

圆盘的转动方向始终是从超前磁通向落后磁通的方向转动，即从没有短路环的磁极向着有短路环的部分旋转。

如果没有短路环，则式（1－5）中的a＝00，因此转矩MD等于零，圆盘不会旋转。

在圆盘旋转时，切割制动永久磁铁的磁力线，产生阻尼力矩MB，当MD＞MB时，

图1—5GL型继电器动作原理图

　　　　　（a）感应元件动作原理图　　　　　　（b）相量图

圆盘的转动力矩为

MD＝K’φ”lφ2sina＝KI2　　　　　　　　　　　　（1－5）

园盘作加速运动。

从式（1－5）还可以看出，转矩MD与电流I平方成正比。

电流越大，圆盘转动越快，阻尼力矩MB也越大。

在MD和MB两个力矩的作用下，圆盘有被往外拽出来的趋势。

当MD和MB的联合作用力量大于弹簧的拉力时，可动方框被往外拽出，扇形齿轮与蜗母轮杆相啮合。

同时，电磁铁吸引方框上的感应铁片，又增加了啮合的可靠性。

这时，随着园盘的转动，扇形齿轮啮合蜗母轮上升。

扇形齿轮上的挑杆桃起衔铁杠杆，可动衔铁右侧的空气隙缩小，通过这个空气隙的磁通随之增加，电磁吸力与磁通平方成正比增加，将可动衔铁沿顺时针方向吸台，继电器触点随之动作。

调节时间调整螺杆，可以改变扇形齿轮的起始位量，从而改变继电器的动作时间。

GL一11（21）。

GL—12（22）、GL一13（23）、GL一14（24）型继电器具有一对常开主触点，根据需要也可以改装成常闭触点，这种型号的继电器适用于直流操作的保护装置中。

（GL—15（25）及GL—16（26）型继电器则具有较大容量的主触点，该触点所控制的回路是由电流互感器供电．且回路阻抗在电流为3．5A时不大于4．5Ω，它能可靠地通断150A以下的电流。

而且这对主触点是过渡转换式常闭触点，能保证在继电器动作过程中，电流互感器二次侧不会出现开路。

GL—15（25）、G—16（26）广泛应用于交流操作的保护装置中。

GI型继电器的主触点均内电磁元件控制，感应元件动作后．也是通过电磁元件的吸合使主触点动作。

此外，GI—13（23）、GL一14（24）、GL—16（26）等型继电器尚有—对由感应入元件控制的专用常开触点，可作为接讯号回路之用，或者供构成反时限电流保护。

在上述继电器型号中，括号内的数字是为了区别不同厂家的产品而采用的不同序号．其结构是和没有括号的型号完全相同的。

例如GL一15和GL—25的结构、技术参数完全相同，但不是同一厂家的产品。

2．GL型继电器的动作电流和动作时间调整

DL型继电器本身不带时间元件，因此不存在时间调整。

DL型电流继电器的动作电流调整是通过搬动动作电流调整把手（见图1—2中的7），改变弹簧（见图1—2中的4）的拉紧程度来实现的，将电流调整把手往右搬动，弹簧被拉紧，动作电流增大；

反之则动作电流减小。

GL型继电器动作电流调整是依靠改变铁心上的电流线圈匝数来实现的。

GL型电流继电器的动作安匝为240AN．固定不变。

通过电流整定板上的插孔改变电流线圈的匝数，就可以改变动作电流。

GL型继电器线圈参数如表—3所示。

由表可见，对于GL型继电器如果动作电流为10A，则电流线圈匝数为24匝；

如果动作电流为5Al则电流线圈匝数为48匝。

GL—11／10继电器的电流线圈抽头最多匝数是24+3+3+4+6+8+12＝60匝，这时动作电流最小，为240／60＝4A。

每块继电器的电流整定板上都有七个插孔，亦即可以整定七种不同的电流整定值。

GL型继电器的动作电流和动作时间整定范围如表1—4所示。

表1—3　GL型继电器线圈参数

表1－4　GL型继电器动作电流和动作时间调整手把刻度范围

　前面已经说到：

GL型继电器的感应元件部分，其动作时间与电流的大小有关，呈反时限特性。

其动作时间随电流的变化关系如图1—6所示。

从图1—6可见，CL型继电器反时限部分的动作时间与动作电流倍数有关。

　　　　当

通过继电器的电流IDZ小于继电器的整定电流IZD时，继电器不动作。

当IDZ＝IZD时，亦即动作电流倍数正好为1时，继电器开始动作，但动作时间较长，且不确定。

关于这—点，在图1－6中，从曲线与横坐标为1的垂直线相切可以看出。

当通过继电器的电流增加时，动作电流倍数增大，动作时间缩短，并且对应于某一动作电流倍数的垂直线与曲线相交于某一固定点，也就是说具有确定的动作时间。

在GI继电器上有一个动作时间整定把手，可以上下移动，改变继电器的动作时间。

时间整定把手的调节板上标有时间刻度。

例如表1—4中列出了各种型号GL型继电器的时间刻度。

GL型继电器的时间刻度指的是当流入继电器的电流等于整定电流10倍时的动作时间。

例如，如果继电器动作电流的插孔插在6A，时间调整把手放置在1s的位置，则当继电器内流通的电流为6×

10＝60A时，继电器的动作时间为1s。

图1—6所示的时间特性曲线表示GL继电器反时限部分的时间整定把手设置在2s。

亦即10倍动作电流倍数的动作时间为2s。

从曲线还不难看出，当电流倍数达到6倍以后，动作时间已趋饱和，亦即电流继续增大时，动作时间基本不变。

前面在介绍GL型继电器的工作原理时，曾提到GL型继电器除了感应元件外，还有电磁元件速断部分。

电磁速断部分的动作电流也可以调整，在继电器的右上角有一个螺旋形调节把手，可以将速断电流从小到大调节，其调节范围是继电器整定电流的2—8倍。

在图1—6中，动作时间曲线在4倍动作电流时突然出现时间降到最小，这表明速断元件的整定值是4倍动作电流，当流入继电器的电流达到这个数值时。

继电器速断元件立即动作，而不再通过反时限元件，因此没有时限，形成速断。

如果反时限部分的时间整定把于调整到其他位置，例如3s，则图1—6中的曲线往上平移，使曲线下部的饱和部分水平段与纵坐标入的水平直线相切。

如果速断元件仍然将速断动作电流定在4倍，则当流入继电器的电流达到电流整定值的4倍时．动作时间从3s降至0s。

。

反时限部分的时间整定把手和电流速断的动作电流倍数可以滑动调节，因此在调整时可以调到某一需要的位置，而不一定是刻度上标出的整数位置。

．1．6电磁型时间继电器

电磁型时间继电器用以在继电保护回路中建亿所需要的动作延时。

在直流操作继电保护装置中使用的电磁型时间继电器型号为DS一110；

在交流操作回路中一般采用DS—120型和DSJ一10型。

DS时间继电器的外形尺寸和电磁型电流继电器相仿，其结构如图1—7所示。

DS时间继电器的动作原理是这样的：

当线圈1励磁后，继电器的衔铁3瞬时被吸住，因而放松了堵在衔铁上的曲杆9。

这样，在主弹簧11的作用下，扇形齿轮10开始转动，并且带动齿轮13，使得与它同轴的摩擦离台器14逆时针方向转动。

摩擦离合器转动后，使外层的套圈紧紧卡住主齿轮15，因此主齿轮就随着转动，并带动钟表机构的齿轮16、经中间齿轮17、18而使摆轮19与摆卡20的一个齿相接触，使摆轮停止转动。

但是在摆轮的压力下、摆卡偏转而离开摆轮，所以摆轮就转过一个齿，随后又重新被摆卡的另一个齿挡住而停下。

当这个齿离开后，摆轮又重新转过一个齿再停下。

这样使得摆轮的运动是断续的，因此限止了扇形齿轮10的转动速度，使动触点22轴的转动角速度ω有一个固定的值。

当动触点22与静触点23的行程角α调到某一确定位置时，继电器触点的闭合时间也就随之确定不变。

当时间继电器线圈断电后，在返回弹簧4的作用下，继电器的衔铁又释放到原来位置，将曲柄9卡住，钟表机构停止转动。

同时，动触点返回，动触点轴顺时针旋转，轴上的摩擦离合器与传动轴脱开。

整个返回过程瞬间完成。

时间继电器的线圈一般不按长期通过电流来设计。

因此，当需要长期（大于30s）加入电压时．应当在线团回路中串联一个附加电阻。

如DS—110C型时间继电器内装有附加电阻，在正常情况下，此附加电阻被继电器的瞬动常闭触点短接，继电器动作后，该触点打开，将电阻加入线圈回路以限制电流，提高继电器的热稳定。

（a）继电器的结构图　（b）、（c）　继电器在工作情况和返回情况下的摩擦离合器（d）　摆轮和摆卡

　　　　　图1－7DS－100型时间继电器结构图

1－线圈；

2－电磁铁；

3－衔铁；

4－返回弹簧；

5—轧头；

6一可动瞬时触点；

7、8—静瞬时触点；

9－曲柄；

10一扇形齿轮；

11－主弹簧；

12一改变弹簧拉力的卡板；

13－齿轮；

14－磨擦离合器（14a星形轮；

14b滚珠；

14c弹簧；

14d套圈）；

15－主齿轮；

16一钟表机构的齿轮；

17、18一中间齿轮；

19－摆轮；

20摆卡；

21－平衡锤；

22－动触点；

23－静触点；

24－刻度盘

DS－100系列时间继电器的内部结线图如图1—8所示，时间整定范围和触点规格见表1－5

　　　　表1－5　DS－100系列继电器的时间整定范围和触点规格

注：

型号中的C表示继电器内附有电阻，能长时间通电。

　　　　图1－8　DS－100系列时间继电器的内部接线图

1．3．7电磁型中间继电器

在继电保护装置中，中间继电器用以增加触点数量和触点容量，也可使触点闭合或断开时带有不大的延时（0．4—0．8s），或者通过继电器的自保持，以适应保护装置动作程序的需要。

电磁型中间继电器的结构如图1－9所示。

当线圈2加上工作电压后，电磁铁1就产生电磁力，将衔铁3吸合而带动触点5，使其中的常开触点闭合，常闭触点断开。

当外施电压消失后，衔铁3受反作用弹簧6的拉力作用而返回原来位置，动触点5也随之返回到原来状态，常开触点打开，常闭触点闭合。

有的中间继电器，还具有触点延时闭合或延时打开等功能。

这是通过在继电器电磁铁的铁心上套有若干片铜质短