第六节工厂供电系统的保护

第六节工厂供电系统的保护一、工厂供电系统中供电网络的保护二、工厂供电系统变压器及母线的保护三、工厂供电系统中电动机的保护四、工厂供电系统的备用电源自动投入与自动重合闸装置五、工厂供电系统中低压配电网络的保护第六节工厂供电系统的保护该供电系统的电源一般是110kV或是35kV电压等级的输电线，从外部引接至厂区内的总降压变电所，降为10kV的电压等级，再经工厂高压配电线路（架空线或电缆线）引到各个车间，经车间变电所变换成380V或220V的低电压，供车间的生产设备。工厂供电系统指的是一个厂区之内的供配电系统。一、工厂供电系统中供电网络的保护1.1过电流保护定时限过电流保护（电流Ⅲ保护）动作电流整定：动作时间整定：其特点：动作电流小，灵敏度高；能保护本线路全长，作为本线路的近后备保护，也可以作为相邻线路的远后备保护；动作时限准确，整定简单，且与短路电流无关。max.1LreastrelopIKKKIttt21反时限过电流保护~QF1QF2QF3QF4t4t1=tpttt2t2Ik1.maxIk2.maxIk3.maxk1k2k2对于保护1：动作电流：max.1.LreastrelopIKKKI动作时间：sttb01对于保护2：动作电流：max.2.LreastrelopIKKKI动作时间：tttb2其特点：动作时限与短路电流大小有关，并且短路电流越大动作时间越短，故障切除快；它的动作时限误差较大。1.2电流速断保护1.3阶段式电流保护由于反时限过电流保护的动作时限误差较大，为了可靠、快速的切除故障，可以装设电流速断保护。无时限电流速断保护和定时限过电流保护1.4低电压保护系统发生故障时，往往伴随着电压的降低甚至消失，这将引起电动机的转速下降。当故障切除后，系统电压恢复时，由于电动机要恢复转速而吸收比额定大几倍的自启动电流，致使系统的电压损失增大，母线电压太低，会影响重要电动机的重新工作。因此对于某些不重要的电动机可装设低电压保护，当系统电压降低到一定程度时，首先将他们从系统中切除，从而保证重要电动机的启动。低电压保护动作电压为：rerelopKKUUmin过电流保护与低电压保护连锁的原理接线Umin为正常工作时的最低工作电压，一般取电网额定电压的90%；Krel为可靠系数，取1.1；Kre为低电压继电器的返回系数，取1.25.低电压保护动作时间一般为0.5s。1.5单相接地保护工厂供电系统中一般采用中性点不接地的接地方式，发生单相接地时，由于不影响接于线电压上电气设备的正常工作，一般不要求立即将电源切断。但是要满足接地电容电流的限制值，单回路单相接地电容电流可如下估算：350UlIC对于架空线路：对于电缆线路：10UlICU为线电压，l为该电压等级的线路长度。6--10kV的线路，要求接地电容电流小于30A；20--60kV的线路，要求接地电容电流不超过10A.针对工厂供电系统的具体情况，对于其单相接地故障可采用绝缘监察或零序电流保护。绝缘监察接线图零序电流保护接线图（结合课本227页图7-17）采用三个电流互感器获取零序电流时采用专用的零序电流互感器获取零序电流时其动作电流按躲过正常负荷电流下产生的不平衡电流以及其他线路接地时本线路的三倍零序电容电流，即)3(0.TAunbrelropKIIKI其灵敏度系数5.1/)/3(.min.0min.ropTAsIKIK其不平衡电流很小，可以忽略。因此其动作电流TArelropKIKI/30.其灵敏度系数25.1/)/3(.min.0min.ropTAsIKIK1.6方向电流保护以保护装置2和保护装置3的定时限过电流保护的动作时间为例进行分析。线路上发生相间短路时，短路功率从电源流向短路点。二、工厂供电系统变压器及母线的保护2.1变压器的过电流保护1、组成及原理：与线路的保护相同。2、整定计算（动作电流、动作时间及灵敏度校验）：动作电流：躲过变压器一次侧最大负荷电流。NTireWrelopIKKKKI1351)~.(：变压器一次侧额定电流。NTI1reKWrelKK：取值与线路的保护相同。动作时间：按阶梯原则整定，与线路保护相同。按变压器低压侧最小运行方式下两相短路电流校验。512.:)(minopiWPIKIKSK即最小运行方式下，变压器低压侧的短路电流归算到高压侧的数值。)(min2KI3、灵敏度校验当灵敏度不满足要求，应采用低电压闭锁的过电流保护方式。应注意：2.2变压器的电流速断保护1、组成及原理：与线路保护相同。2、整定计算)(max3KIKKKIiWrelqb：为变压器低压母线三相的短路电流归算到高压侧的数值。)(max3KIWrelKK—①—动作电流：①躲过变压器低压母线上的最大运行方式下的三相短路电流。：与线路的保护取值相同。②动作电流应躲过变压器的励磁涌流—②—NTiWqbIKKI153)~(Iqb应同时满足上述两式的条件，取较大的数值作为动作值。速断保护有保护死区，它只能够保护变压器的一次线圈和二次线圈的一部分，必须与瓦斯和过电流保护配合。注意：3、灵敏度校验——灵敏度的要求比线路略高，一般要求Sp≥2。2)(minqbiWPIKIKSK2)(min2KI——保护装置安装处最小运行方式下的两相短路电流。2.3变压器的差动保护1）变压器差动保护动作电流的整定计算应同时满足以下3个条件：1、应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不平衡电流Idsp.max。其中，可靠系数取1.3max.)(dsqreldopIKI()1.opdrelNTIKI2、应躲过变压器的励磁涌流。其中，可靠系数取1.3～1.5().maxopdrelLIKI3、在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应动作。其中，可靠系数取1.32.4工厂供电系统的母线保护大多数母线故障是单相接地。其原因主要是母线绝缘子及断路器套管闪络、电压互感器或装于母线与断路器之间的电流互感器故障、母线隔离开关在操作时绝缘子破坏以及运行人员的误操作。工厂中母线保护的主要方式有两种：1）利用接于母线上供电元件的保护装置来保护母线。2）装设母线的专用保护。当母线为分段母线时，其他元件的保护不能保证只切除故障母线，此时就要装设专门的母线保护。6--10kV母线分段断路器上的过电流保护接线图母线分段器过电流保护的动作电流：pkrerelopIKKI动作时间：tttKTB3不完全母线差动保护接线图第一段TA1为电流速断保护：其动作电流按躲过线路电抗器后的最大短路电流整定：max.KrelopIKI其动作时限整定：1）出线断路器容量是按电抗器后短路选择且出线有延时过电流保护时此保护不带时限2）出线断路器容量是按电抗器前短路选择、出线有延时过电流保护且还装设了快速动作的保护装置时其时限比保护装置大一个时限级。第二段TA2为过电流保护：由于正常运行时流过差动回路的电流等于未接入差动保护的所有连接元件的负荷电流之和，所以过流保护的动作电流需躲过上述可能最大的负荷电流之和来整定。其动作时限比出现保护装置的最大动作时限大一个时限极差。三、工厂供电系统中电动机的保护电动机的主要故障是定子绕组的相间短路、单相接地和匝间短路。由于运行中的电动机，大部分都是中小型的，因此不论是经济条件或者是根据运行要求，它们的保护装置都应该力求简单和可靠。3.1电动机的纵差保护电动机的纵差保护接线图其动作电流按躲过电动机的额定电流来整定：NMTArelropIKKI.3.2电动机的电流速断保护与过负荷保护两相电流差接线两相两继电器不完全星形接线stTAconrelropIKKKI.过负荷保护的接线与速断相同，其动作电流为：NMTAreconrelropIKKKKI.四、工厂供电系统的备用电源自动投入与自动重合闸装置4、1备用电源自动投入装置的作用在具有两个独立电源供电的变配电所中装上备用电源自动投入装置后若其中一个正在工作的电源不论何种原因失去电压时，备用电源自动装置能够将失去电压的电源切除，随即将另一备用电源自动投入以恢复供电，因而能保证一类负荷或重要的二类负荷不间断供电，保证供电的可靠性。备用电源自动投入装置的基本工作方式：明备用：一条线路工作，一条线路备用。暗备用:两条独立的工作线路分别供电。明备用暗备用4、2对备用电源自动投入装置的要求1.工作电源无论任何原因失压，备用电源自动投入装置均应动作。但是应保证工作电源或是工作设备断开后，它才能动作，投入备用电源。2.常用电源因负荷侧故障被切除或备用电源无电时，它不应动作。3.常用电源的正常停电操作时，它不应动作，以防备用电源的误投入。4.备用电源自动投入装置只能动作一次。5.它的动作时间应使得负荷停电的时间最短。4、3对备用电源自动投入装置的要求1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。4.应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。5.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。4、4自动重合闸装置的作用电力系统中的自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。架空线路故障大都是“瞬时性”的故障，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。对于“永久性故障”，“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电，利用继电保护装置将其再次切除。4、5自动重合闸装置的基本要求1）正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作。2）由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应起动。3）继电保护动作切除故障后，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲。自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定。4）自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便加速故障的切除。5）在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。6）当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。五、工厂供电系统中低压配电网络的保护NFECII2）熔体额定电流应躲过线路的尖峰电流Ipk，应满足的条件为：pkNFEKIIK—小于1的计算系数。5.1熔断器熔体电流的选择1）熔体额定电流INFE应不小于线路的计算电流IC，即——绝缘导线和电缆的过负荷倍数。只起短路保护，明覆导线2.5。起短路保护及过负荷保护，住宅、重要仓库、公共建筑物照明线路可能长时间过负荷的动力线路等取1，熔体电流小于25A时取0.85，有爆炸气体和粉尘区域内线路取0.8.olK若不满足条件3)时，应改选熔断器的规格、型号，或增大导线截面。3）熔断器保护应与被保护的线路相配合，避免发生熔体未熔断而线路烧坏的事故。应满足：alolNFEIKIalI——为绝缘导线和电缆的允许载流量5.2熔断器保护灵敏度的校验应满足的条件：NFEKSIIKmin：为系统在最小运行方式下，保护区末端的最小短路电流。对TN、TT系统：为线路末端单相短路电流或单相接地故障电流。对IT系统：为线路末端两相短路电流。对保护降压变压器的高压熔断器来说，为低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧的值。minKIK：为灵敏度的最小比值，见相关表格数据如下。5.3前后熔断器之间的选择性配合（即熔断时间的配合）•通常前一级熔断器的熔断时间应为后一级熔断器熔断时间的3倍。•若不能满足此要求，应将前一级熔断器的熔体电流提高1～2级，再进行校验