第7章建筑供配电系统的继电保护全解

6~10kV电网的过流保护和电流速断保护6~10kv线路的单相接地保护及绝缘监视高压电动机及移相电容器继电保护第七章建筑供配电系统的继电保护电力变压器的继电保护第一节概述一、继电保护装置的任务当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件与电源切开，以减轻故障危害，防止事故蔓延，保证其它部分迅速恢复正常生产。当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置将会发出信号、减负荷或跳闸。二、对继电保护装设的原则和基本要求保护系统中的线路和电气设备应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护主保护——应能快速并有选锑地切除被保护区域内的故障。后备保护——应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。远后备——当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。近后备——当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。（1）选择性（2）快速性（3）灵敏性——离故障点最近的保护装置动作，切除故障——保护装置应尽快地动作，切除故障——“不能拒动，也不能误动”（4）可靠性——对保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，则说明保护装置的灵敏度高。辅助保护——当需要加速切除线路故障或消除方向元件的死区时，可采用由电流速断满足四个基本要求：三、继电保护装置的基本原理四、继电器的分类按反映的参数分：电量继电器和非电量继电器按继电器的工作原理分：电磁式、感应式、电动力式、热力式、半导体式、计算机集成式第二节6~l0kV电网的过流保护和电流速断保护一、电流互感器的极性与接线方式（一）电流互感器基本结构原理（二）电流互感器的选择及10％误差曲线电流互感器应技安装地点的条件及额定电压，一次电流、二次电流（一般为5A），准确度级等条件进行选择，并校验其短路时的动稳定度和热稳定度。22121IKINNIi（三）电流互感器极性及使用注意事项电流互感器在工作时其二次侧不得开路电流互感器的二次侧有一端必须接地电流互感器在连接时要注意其端子的极性（四）电流互感器的接线ABCAIBICIbIP1P2S1S2ABCAIBICIaIP1P2S1S2cIP1P2S1S2（1）一相式接线（2）两相V形接线（3）两相电流差接线ABCAIBICIaIP1P2S1S2cIP1P2S1S2caII（4）三相星形接线ABCAIBICIaIP1P2S1S2cIP1P2S1S2bIS1P1P2二、保护装置的接线方式（一）三种基本的接线方式1.三相三继电器的完全星形接线2.两相两继电器的不完全星形接线3.两相一继电器的两相电流差接线（二）接线方式的分析在小电流接地电网中，因为单相接地时，允许继续运行1~2h，故当发生两点接地短路时，只需切除一个接地点。由于不完全星形接线方式比三相星形接线方式减少了设备，节省了投资，且它能反应任意两相短路，因而在6~10kV小电流接地系统中得到了广泛的应用。（三）三种接线方式的应用范围两相电流差接线方式能反应各种相间短路，具有接线简单、投资少等优点。但当未装电流互感器的相所对应的低压侧发生单相短路时，高压侧的电流继电器中根本无电流通过。所以这种接线方式可用于保护电动机和某些10kV以下电压的线路。两相不完全星形接线能反应各种相间短路但不能完全反应单相接地短路。因此在10kV、35kV小电流接地电网中得到了广泛的应用。它的缺点是当未装电流互感器的相所对应的低压侧发生单相短路时，比完全星形接线的灵敏度系数小一半。bcaNIIII完全星形接线方式不仅能反应各种类型的相间短路，而且能反应单相接地短路，保护装置的灵敏度系数不会因故障相别的不同而变化。因此这种接线方式主要用在大电流接地系统作为相间短路保护。（四）保护装置的灵敏度系数1.o)2(min.pkpIIS三、电磁式电流继电器的工作原理≥KpwiopIKKIo1（一）动圈式电磁继电器（二）电磁式电流继电器的工作原理过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流，称为动作电流，用Iop表示1KMMWRIfrMop使过电流继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为返回电流，用Ire表示1KMMWRIfrMopoprereIIK继电器的返回系数：继电器的返回电流与动作电流的比值（三）DL-10系列电磁式电流继电器简介IKA1234IKA1234KAKA四、定时限的过电流保护装置（一）工作原理原理电路图电磁式继电器t2=t3+△tt1=t2+△t△t可取0.35~0.7s；（二）整定计算及灵敏度系数校验定时限的过电流保护的动作电流Iop，应躲过线路的最大负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流）IL.max，以免在IL.max通过时保护装置误动作；而且其返回电流Ire，也应躲过线路的最大负荷电流IL.max，否则保护装置还可能发生误动作max.LirewrelopIKKKKI灵敏度系数的校验：opikwpIKIKS)2(min.≥1.5（主保护）≥1.2（后备保护）五、反时限的过电流保护感应式电流继电器（一）感应式电流继电器的工作原理原理感应元件电磁元件线圈l、带短路环3的电磁铁2、装在可偏转的框架6上的转动铝盘4线圈1、电磁铁2和衔铁15（二）保护原理QFYR1TA1TA2IACQSYR2I12341234KA1KA2ITA1TA2IKA1KA2AC12341234YR1YR2“先合后断”（三）反时限过电流保护的时限配合△t一般取0.7s；选择配合点在配合点上的两套保护装置的动作时限级差最小t1d1=t2d1+△t0动作时间t动作电流倍数n110t1反时限过电流保护动作时限整定t2n2at2′t1′n1Δtb（1）计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA2中的电流：kiwkIKKI)2()2()2(（2）计算对KA2的动作电流Iop(2)的倍数：)2(kI)2()2(2opkIIn（3）确定KA2的实际动作时间。（4）计算KAl的实际动作时间。（5）计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KAl中的电流值：kiwkIKKI)1()1()1(（6）计算对KA1的动作电流Iop(1)的倍数：)1(kI)1()1(1opkIIn（7）确定KAl的10倍动作电流的动作时限。（四）定时限与反时限过流保护时限的配合配合点应选在保护1的保护范围末端d点，以保证两者保护的选择性，限制越级跳闸。六、电流速断保护装置（一）保护原理（1）组成（2）动作电流的整定IQF1WL1IQF2WL2KA1KA2TA1TA2k-2k-1lO保护区死区IkIqb.1Ik.maxIk.maxmax.kiwrelqbIKKKIqbikwpIKIKS)2(≥1.25~1.5（二）电流速断保护的“死区”及其弥补凡是装设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时间应比电流速断保护至少长一个时间级差△t=0.5~0.7s，而且前后的过电流保护的动作时间仍须符合“阶梯原则”，以保证选择性。（三）电流速断保护灵敏度系数校验七、低电压闭锁保护保护原理动作电流整定30IKKKKIirewrelopuNurerelopKUKKKUU)7.0~6.0(min第三节6~l0kV线路的单相接地保护及绝缘监视6~10kvV供电系统电源中性点通常是不接地的或少部分经消弧线圈接地在6~10kV电网中性点不接地系统中，当单相接地电流过大时易出现断续电弧，可能使电路发生电压谐振现象。当采用消弧线圈接入变压器中性点时，一方面可用消弧线圈的感性电流补偿系统中单相接地时的电容电流，一方面因单相接地电流变小而使单相接地时电弧难以形成。从而保证了系统的供电安全。一、中性点不接地系统单相接地故障分析ABC电源负荷AUBUCUACI.0BCI.0CCI.0ACI.0BCI.0CCI.0C相接地ABC电源ACI.BCI.CI负荷ACI.BCI.CIAUBUCUCUAUBUACI.BCI.CICI)(..BCACCIII03CCII结论：中性点不接地系统发生单相接地故障时，线间电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍，故障相电容电流增大到原来的3倍。3二、中性点不接地系统单相接地保护及绝缘监视1、利用零序电压保护原理2、零序电流的保护原理非故障支路L流过的是本支路零序电流，而故障支路上流过的是所有非故障支路零序电流。第四节高压电动机及移相电容器继电保护一、高压电机对继电保护的要求电动机最常见的故障是定子绕组的相间短路、定子绕组的单相接地、定子绕组匝间短路等。电动机的不正常运行状态主要是指过负荷，引起过负荷的原因是电动机所带机械负荷过大或机械部分故障、供电网络电压过低及一相断线等。对于容量小于2000kW高压电机，若生产工艺过程不宜过负荷时，通常只采用电磁式继电器组成的电流速断保护。对于可能过负荷的高压电动机可采用具有反时限和速断分别出口的过电流继电器，其反时限部分用作过负荷保护，动作于信号或跳闸。二、感应式过电流继电器的工作原理及特性•在中小型工厂供电系统中常采用感应式电流继电器作为高压电动机的过电流保护装置，因为感应式电流继电器兼有电磁式电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器的功能，从而能大大简化继电保护装置。三、高压电动机电流速断保护对于异步电动机对于同步电动机NMistwrelobIKKKKINMistwrelobIKKKKImax)3(kiwrelobIKKKI四、高压电动机的过负荷保护•保护装置的动作电流整定值NMirewrelobIKKKKI五、高压电动机的低电压保护低电压保护动作值NNNNiNopVMMMMKVV7.0//maxmax六、电动机断相（不对称）保护断相故障是最常见和最严重的一种不对称故障。断相（不对称）保护技术是从晶体管电路发展而来的。目前大多采用静态集成电路来实现。七、电动机综合保护装置一般来说，综合保护装置中各种保护具有共同的电源，共同的或部分共同的动作电路和检测电路，因此线路相应得到简化，缩小了体积，提高了经济性和可靠性。八、6～10kV电力电容器保护电容器内部故障主要有电容元件内部部分绝缘损坏，局部元件短路和断线，造成电容量变化产生不平衡电流；局部元件短路等原因造成过负荷，使温度上升，容器膨胀甚至发生爆炸等。因此电容器组必须设置内部故障保护装置。1、熔断器保护在电容器内部，生产时已装有熔丝，在使用时还应对一个或几个电容器再装单个的熔断器。2、无时限或带时限过电流保护保护装置的动作电流iNCwrelopKIKKI3、横联差动保护当电容器组按星形连接时，横差保护装置，装在连接两组中性点的连线上。0CBAIII九、发电机的保护1、概述为了保证供电系统的正常运行必须设置继电保护装置使发电机在故障时能有选择性地从系统中切除或在发电机不正常运行状态时发出信号。2、发电机纵差动保护发电机的纵差动保护主要用于保护发电机定子绕组相间短路。(1)躲过发电机外部短路时的最大不平衡电流。(2)为避免保护在电流互感器二次回路断线时的误动作，保护装置启动电流iKnptxwopKIfKKKI/maxmaxiNGwopKIKI/3、发电机过电流保护和过负荷保护过电流保护是发电机内部故障和外部故障的后备保护。电流继电器动作电流发电机的过负荷保护：保护装置的动作电流NGirewopIKKKINGirewrelopIKKKKI第五节电力变压器的继电保护（1）绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；一、概述（2）绕组的匝间短路；（3）外部短路引起的过电流；（4）中性点直接接地系统中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5）过负荷；（6）油面降低；（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。带时限的过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护、过负荷保护过负荷保护及瓦斯保护在变压器内部轻微故障时，动作于信号其他保护包括瓦斯保