天津大学《工厂供电》第6章 继电保护

第7章工厂供配电系统的继电保护第7章工厂供配电系统的继电保护•7.1继电保护的基本知识•7.2供电线路的继电保护•7.3电力变压器的保护•7.4其他电力设备的继电保护•7.5自动重合闸及备用电源自动投入装置•7.6配电系统的微机保护一、继电保护的任务1．自动、迅速、有选择性地切除故障设备2．对不正常运行状态发出预告信号3．与供配电系统的自动装置配合，提高供配电系统的供电可靠性。7.1继电保护的基本知识•二、基本要求选择性快速性灵敏性可靠性统筹兼顾，简单经济（一）选择性（二）快速性：发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。故障切除时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。一般的快速保护动作时间：0.06-0.12s断路器的动作时间：0.06-0.15s（三）灵敏性：继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量IsKk,minop1保护范围内的最小短路电流保护装置一次侧动作电流I（四）可靠性：继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态，要准确动作，不应该拒动作；发生任何保护不应该动作的故障或不正常运行状态，不应误动作。•二、继电保护的基本工作原理供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变等。工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如图7-2所示。•过电流保护原理图三、常用继电器按工作原理：电磁式、感应式、电动式、电子式按输入量：电压、电流、时间、速度、压力等按用途：控制、保护电流继电器电压继电器功率继电器时间继电器信号继电器等常开接点常闭接点反力弹簧调节螺母调节螺丝线圈衔铁铁轭非磁性垫片X1X2XY输入量输出量10(a)直流电磁式继电器结构示意图(b)继电器输入–输出特性直流电磁式继电器电流继电器JL-10、20、30系列静态电流继电器用于发电机、变压器及输电线路的过负荷和短路的继电保护线路中，并且本继电器在电力系统CT饱和后仍能正确动作。DL-30系列电流继电器（以下简称电流继电器）用于电机、变压器和输电线的过负荷和短路保护线路中作为起动元件。JL14主要用于交流电压380伏及以下,直流电压440伏及以下的控制电路中作过电流或欠电流继电器之用.JL3主要在交流电压380伏及以下,直流电压440伏及以下的控制电路中作过电流之用.电压继电器功率型继电器时间继电器7.2供电线路的继电保护一、电力线路的常见故障二、电流保护的接线方式和接线系数电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。接线系数Kjx2jjxIKI1、三相三继电器接线方式这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。2、两相两继电器接线方式此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。《规程》规定：不完全星形接线必须装设在A,C相3、两相一继电器接线方式流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差，，因此又称两相电流差接线。A、C两相短路时，KW=2，；A、B或B、C两相短路时，KW=1；可反应各种相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同，主要用于高压电动机的保护。AKacIII三、过电流保护当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。1、接线和工作原理定时限过电流保护装置的接线图（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理2、保护整定动作电流整定、动作时限整定和灵敏度校验（1）动作电流整定a.正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max（正常过负荷电流和尖峰电流），即Iop1IL.maxb.保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置,即保护装置一次侧的返回电流Ire1大于线路的最大负荷电流IL.max（应包含电动机的自起动电流），即Ire1IL.max继电器的动作电流Iop.KA为保护装置一次侧的动作电流为,maxrelwopKALreiKKIIKK1,iopopKAwKIIK按阶梯原则进行整定：t1=t2+⊿t式中,⊿t为时限级差，定时限过电流保护取0.5s，反时限过电流取0.7s。（2）动作时限整定a.定时限过电流动作时限整定b.反时限过电流保护动作时限整定10倍动作电流时的动作时限。“阶梯原则”（3）保护灵敏度校验过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流进行校验。式中，Iop1为保护装置一次侧动作电流。(2),min1KsopIKI主保护后备保护1.5sK1.2sK(2),minKI•低电压闭锁的过电流保护低电压继电器的动作电压Udzj一般取为(0.6一0.7)Un，电流继电器的起动电流Idzj可不躲过最大负荷电流，而按正常的持续负荷电流Ifh整定例1、试整定图所示线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。解：1、整定动作电流选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A过电流保护一次侧动作电流为2、整定动作时限线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差Δt。,max1.21.06706.80.85150relwopKALreiKKIIAKK1,150710501.0iopopKAwKIIAK3、校验保护灵敏度保护线路1WL灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验由此可见，保护整定满足灵敏度要求。120.70.51.2ttts四、电流速断保护当过电流保护动作时限超过0.5~0.7s时，应装设电流速断保护。1.电流速断保护的接线和工作原理2.电流速断保护的整定（1）动作电流整定为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流Iop1＞IK.max，速断保护动作电流整定值为（2）灵敏度校验用线路首端最小两相短路电流校验，即对GL型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数，即注：在电流速断保护区内，电流速断保护为主保护，过电流保护为辅助保护在电流速断保护的死区内，过电流保护为主保护3、保护区和保护死区保护死区保护区例2试整定例7-1中线路1WL的电流速断保护。已知线路1WL首端最小三相短路电流为9.2kA。解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。（1）动作电流整定选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流35A。速断保护一次侧动作电流为（2）灵敏度校验:以线路1WL首端最小两相短路电流校验电流速断保护整定满足要求。,max1.31.0400034.7150relwopKALiKKIIAK1,1503552501.0iopopKAwKIIAK例3图所示的10kV线路1WL和2WL都采用GL-15/10电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护。已知1TA的变比为100/5A，2TA的变比为75/5A，1WL的过电流保护动作电流整定9A，10倍动作电流的动作时间为1s，2WL的计算电流为36A，2WL首端三相短路电流为900A，末端三相短路电流320A。试整定线路2WL的保护。解：线路由GL-15/10感应式电流继电器构成两相式过电流保护和电流速断保护（1）过电流保护①动作电流,max1.31.02367.80.85150relwopKALreiKKIIAKK整定继电器动作电流8A，过电流保护一次侧动作电流为②动作时限整定由线路1WL和2WL保护配合点K1，整定2WL的电流继电器动作时限曲线。a、计算K1点短路1WL保护的动作电流倍数n1和动作时限t1：由n1查GL-15电流继电器t|n=10=1s特性曲线，得t1=1.4sb、计算K1点短路2WL保护的动作电流倍数n2和动作时限t2。1,15081201.0iopopKAwKIIAKc、由n2和t2从GL-15电流继电器动作特性曲线查得10倍动作电流动作时限0.6s③灵敏度校验＞1.52WL过电流保护整定满足要求（2）电流速断保护①动作电流整定整定速断保护动作倍数4倍，一次侧动作电流为②灵敏度校验＞1.52WL电流速断保护整定满足要求。五、过负荷保护1、接线和工作原理2、保护整定(1)过负荷保护的动作电流按线路的计算电流Ic整定，即(2)动作时间一般整定10s~15s。relopKAciIIIK六、单相接地保护1.多线路系统单相接地分析2．单相接地保护（1）接线和工作原理零序电流保护（2）动作电流整定系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流IC时，单相接地保护不应动作，即（3）灵敏度校验保护装置一次侧动作电流为relopKAciIIIKopIIopKAIKIEczcIII1czcsopIIKI1.5sK1.25sK架空线路电缆线路被保护线路发生单相接地，流过接地电容电流单相接地保护应可靠动作。3.绝缘监视装置7.3电力变压器的继电保护一、电力变压器的常见故障和保护配置1、常见故障2、保护配置(1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路(2)气体保护：保护变压器的内部故障和油面降低(3)差动保护：保护内部故障和引出线相间短路(4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高(1)两相两继电器式接线（适用于相间短路保护）(2)两相一继电器式接线（保护灵敏度随短路种类而异）二、变压器电流保护的接线方式三、变压器的保护1、变压器的过电流保护(1)接线和工作原理和线路过电流保护的接线、工作原理完全相同。(2)变压器过电流保护整定和线路过电流保护的整定类似。a.动作电流整定b.动作时限整定c.灵敏度校验2、变压器电流速断保护(1)接线和工作原理和线路速断保护的接线、工作原理完全相同。(2)变压器电流速断保护整定和线路过电流保护的整定类似。a.动作电流b.灵敏度校验3.变压器的零序电流保护(1)接线和工作原理(2)整定a.动作电流b.动作时间c.灵敏度校验4.变压器的过负荷保护例4某总降变电所有一台35/10.5kV、2500kVA、Yd11联结组变压器一台。已知变压器10kV母线的最大三相短路电流1.4kA，最小三相短路电流1.3kA，35kV母线的最小三相短路电流1.25kA，保护采用两相两继电器接线，电流互感器变比为100/5A，变电所10kV出线过电流保护动作时间1s，试整定变压器的电流保护。解：因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电流速断保护，保护采用两相两继电器接线。1．定时限过电流保护（1）动作电流整定选DL-11/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(oc)=6A保护一次侧动作电流（2）动作时间整定（3）灵敏度校验＞1.52．电流速断保护（1）动作电流整定选DL-11/50电流继电器，线圈串联，动作电流整定Iop.KA(qb)=25A保护一次侧动作电流（2）灵敏度校验＞2.0变压器电流保护灵敏度满足要求.四、变压器的气体保护气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保护装置。按GB50062-92规定，800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器均应装气体保护。1．气体继电器的结构和工作原理FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器的结构示意图。2．气体保护的接线1—盖2—容器3—上油杯4、8—永久磁铁5、6—上触头7—下油杯9、10—下触头11—支架12、15—平衡锤13、16—转轴14—挡板17—放气阀18—接线盒正常运行；轻瓦斯动作；重瓦斯动作；变压器油箱严重漏油3