供配电技术 第4章 供电系统保护(1、2)

第4章供电系统保护第一节基本概念一、继电保护1、基本概念与组成继电保护：继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统。具体包括：继电保护的设计、配置、整定、调试等技术获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸线圈的一整套设备测量部分逻辑部分执行部分跳闸发信号故障量整定值继电保护装置的组成：广东工业大学电力工程系(1)可靠性继电保护该动作时应动作，不该动作时不动作保护装置在其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不应拒绝动作，在不该动作的情况下就不应该误动作。为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线，所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工，都应当十分可靠。2．继电保护装置的基本要求广东工业大学电力工程系(2)灵敏性在设备的被保护范围内发生金属性短路时，继电保护应具有必要的反映能力。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks）来衡量。以过电流保护为例，灵敏系数表示为：opmink.sIIk——系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流；——保护装置一次侧动作电流。min.kIopI广东工业大学电力工程系(3)选择性首先由故障设备的继电保护切除故障，当故障设备的继电保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备的机电保护切除故障。k点故障QF2动作广东工业大学电力工程系(4)速动性保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设备的影响，如果故障能在0.2s内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。广东工业大学电力工程系二、继电器与继电特性1．继电器继电器是组成继电保护装置的基本元件。它是一种能自动执行断、续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器……按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式……按继电器在保护回路中所起的作用分为：量度继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器、出口继电器……广东工业大学电力工程系例如——过电流继电器广东工业大学电力工程系2．继电特性为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。opII输出低电平E1，闭合继电器触点正常电流时输出高电平E0，继电器触点开reII输出高电平E0，继电器触点开无论起动和返回，继电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为“继电特性”。广东工业大学电力工程系其中，返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre：为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器的返回系数恒小于1。在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，如0.85~0.95。rereopIkI广东工业大学电力工程系三、继电保护用的电流互感器1．电流互感器的10%误差曲线供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对电流互感器的两个重要方面进行介绍电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际电流I1的相对误差百分值，即100%112TAIIIkI广东工业大学电力工程系TA11II2Z所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器的电流误差为10%时一次电流对其额定电流的倍数k=与二次侧负荷阻抗的关系曲线广东工业大学电力工程系2．电流互感器与电流继电器的接线方式为了表述继电器电流Ik与电流互感器二次侧电流的关系，特引入一个接线系数kkxKTA2IIKXkTA2I电流互感器与电流继电器之间的接线方式有：三相三继电器式完全星形接线两相两继电器式不完全星形接线两相一继电器电流差式接线广东工业大学电力工程系(1)三相三继电器式接线（全星形接线方式）1kxk所用保护元件最多所有短路电流都会通过继电器反映出来，产生相应的保护动作。主要用于高压大电流接地系统、大型变压器、电动机差动保护、相间保护和单相接地保护接线系数：广东工业大学电力工程系(2)两相两继电器式接线（非全星形连接法）1kxk接线系数：应用于中性点不接地系统广东工业大学电力工程系(3)两相一继电器式接线（两相差式接线）流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度。不能反应出第三相（B相）的单相接地短路故障广东工业大学电力工程系接线系数kkx的值项目三相三继电器两相两继电器两相一继电器三相短路11A、C相短路112A、B或B、C相短路1113引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为：kxkTA2TA1kIKIKI式中KTA——电流互感器的变流比；I1、I2——电流互感器一次侧、二次侧电流；Ik——流入电流继电器的电流。广东工业大学电力工程系第二节单端供电网络的保护广东工业大学电力工程系所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的大小无关。一、过电流保护当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。1.定时限过电流保护广东工业大学电力工程系由电流继电器1KA与2KA、时间继电器KT和信号继电器KS组成。其中，1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号(1)定时限过电流保护的原理接线广东工业大学电力工程系为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。(2)工作原理与动作电流广东工业大学电力工程系)(.cMstkreIkkI电流互感器一次侧的继电器的返回电流：电流互感器二次侧的继电器的返回电流：)(.cMstkTAkxreIkkkkI广东工业大学电力工程系定时限过电流保护的动作电流（一次侧）式中Iop——继电器的动作电流（一次侧）；——保护装置的可靠系数，一般取1.15~1.25；——自起动系数，由负荷性质及线路接线决定，一般取1.5~3；Kre——保护装置的返回系数，工程上一般采用0.85~0.95；——计算负荷电流。reMstkkkkCIopIKkst.MkCI电流互感器二次侧的继电器的动作电流：cTAkxMstkopIkkkkkIre.k.广东工业大学电力工程系(3)按选择性要求整定过电流保护的动作时限各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的广东工业大学电力工程系定时限过电流保护的动作时限整定和配合为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置的线路首端k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间应比后一级保护的动作时间要大一个时间差，对于定时限保护装置，一般取0.5s（对于微机型过电流保护，常取0.35s）。t广东工业大学电力工程系(4)过电流保护灵敏系数的校验minkI定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks≥1.3~1.5。对于中性点不接地的供电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流opkIIk)2(min.s广东工业大学电力工程系(1)反时限过电流保护的原理接线2.反时限过电流保护动作时间与流过继电器电流大小有关的动作时限特性，当电流大时保护动作时限短，当电流小时保护动作时限长。广东工业大学电力工程系(2)反时限过电流保护的整定配合a)短路点距离与动作时间的关系b)反时限动作特性曲线广东工业大学电力工程系定时限过电流保护的优点是：动作时间准确，容易整定。而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不会因短路电流小而动作时间长。定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多，接线比较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太长。反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接线简单，所用保护设备数量少，因此这种方式简单经济，在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。反时限过电流保护的缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。3、定时限与反时限过电流保护的比较广东工业大学电力工程系二、电流速断保护当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。广东工业大学电力工程系具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图广东工业大学电力工程系电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。max.k)3(TAkxkop.kIkkkI式中Iop.k——速断保护动作电流；kk——可靠系数，一般可取1.2～1.3；——被保护线路末端短路时的最大短路电流。(3)kmaxIopkIIk/)2(min.s速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流广东工业大学电力工程系线路电流速断保护的保护区广东工业大学电力工程系电流速断保护的“死区”及其弥补由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。广东工业大学电力工程系定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图广东工业大学电力工程系解：1)过电流保护整定如下：AIkc2701805.1Mst选用300/5A电流互感器，605/300TAk保护动作一次侧电流继电器1KA动作电流时间继电器的整定时限(0.5+0.5)s=1sotttAIkkkIcreMstk38118085.05.12.1.opAIkkIopTAkx35.6381601op.k取6.5A广东工业大学电力工程系保护灵敏度2)因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，其整定计算如下：一次动作电流继电器2KA的动作电流：速断保护的灵敏度5.15381220023)2(min.1sopkIIkAIkIkk2875230025.1)3(max.1opAIkkIopTAkx9.472875601op.k取48A325.12875440023)2(min.2sopkIIk广东工业大学电力工程系三、低电压保护1.低电压闭锁的过电流保护定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。广东工业大学电力工程系过电流继电器的动作电流不按躲过线路的最大负荷电流来整定，而按计算负荷电流来整定：creIkkkkITAkxkop.kTVNTVrekkopkUkkkUU)7.0~6.0(min.低压继电器的动作电压按躲过正常最低工作电压来整定：25.1kUmax(3).TAOP.KskUk灵敏度：广东工业大学电力工程系2.用于电动机的低电压保护1)在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，当故障切除后