7第七章继电保护基础22

1第七章继电保护基础继电保护的基本知识单侧电源电网相间短路的电流保护电网的接地保护电力系统的主设备保护10kV配电系统的保护工厂供电系统的保护民用建筑配电系统的保护2第一节继电保护的基本知识电力系统运行过程中一旦发生故障，必须迅速而有选择性地切除故障元件，以免造成人身伤亡和电气设备损坏。完成这一功能的保护装置称为继电保护装置1、继电保护装置2、保护的构成测量回路被测电气量跳闸信号逻辑回路执行回路整定值（边界）33、对继电保护装置的基本要求（1）选择性要求仅将故障设备切除，使得故障停电范围尽可能的小，保证无故障部分继续运行。4当本元件的主保护拒绝动作时，可由本元件的另一套保护作为后备保护，后备保护又可以分为远后备、近后备。在远处（不是本线路上的保护）实现的，称为远后备保护；在保护安装处实现的，称为近后备保护。如：QF1和QF3的保护可以作为QF5和QF7的后备保护。5（2）速动性快速地切除故障。（3）灵敏性（4）可靠性在保护范围内发生的故障，不应该拒动，在保护范围外发生的故障，则不应该误动作。对发生故障的反应能力要强，和正确反应。64、常用的保护继电器及操作电源1、电流继电器：反应电流增大而动作；2、电压继电器：电压下降到一定的值时，触点闭合；3、中间继电器：在继电保护装置和自动装置中用以增加触点数量以及容量；4、时间继电器：建立必要的延时，以保证保护动作的选择性和某种逻辑关系；5、信号继电器：作为继电保护装置和自动装置动作的信号指示。7常开触点：在没有带电时是开的；常闭触点：在没有带电时是闭合的。线圈通电后，产生磁通，产生磁力Fe。当磁力大于弹力时，触点闭合，称为继电器动作。电磁式电流继电器：恰使继电器动作的最小电流称为动作电流，当电流减小时，恰使继电器的触点打开，称为继电器返回；使继电器返回的最大电流称为返回电流，oprI,,rreI铁芯磁滞)85.0(1..oprrererIIK8操作电源：高压断路器的合闸跳闸回路以及继电保护装置中的操作回路、控制回路、信号回路等所需要的电源。分类：直流电源、整流电源、交流电源要求非常可靠；否则系统故障时，无法可靠动作。5、互感器的接线方式电流互感器电压互感器一次图、二次图9电流互感器的接线方式：完全星形接线两相电流差接线不完全星形接线10第二节单侧电源电网相间短路的电流保护最大短路电流：在最大运行方式下，发生三相短路时，短路电流最大。)3(maxkI最小短路电流：在最小运行方式下，发生二相短路时，短路电流最小。(2)(3)minmin32kkII11（一）无时限电流速断保护简称：“电流速断保护”或“I段电流保护”1、基本原理反应于电流增大而瞬时动作的电流保护保护的动作电流按躲过下一线路出口处（本线路的末端、下一线路的始端）的最大短路电流来整定，以满足选择性。K1与K2的短路电流近似相同，该处短路时，保护1不应动作。12（3）保护灵敏度：（1）动作电流：)3(max.11kkelopIKI可靠系数，取1.2—1.3（2）动作时间：st01流过电流互感器的一次电流无时限电流速断保护的灵敏度是用保护区长度占被保护线路全长的百分数m来表示，即：llmp2、整定计算(3)23.maxopkelkIKI13最大和最小保护范围：.max.min.11()1phpsIopElXXI.min.max.131()12phpsIopElXXI单位长度的线路正序阻抗系统的次暂态电势最大、小运方下的系统电抗14说明：无时限电流速断保护最大保护范围无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，不能保护线路的全长。max.pl小于线路L1的全长。满足灵敏度要求的保护范围为：最大运行方式下，三相短路时，m≥50％；最小运行方式下，两相短路时，m≥15～20％。153、无时限电流速断保护的接线16（二）带时限电流速断保护简称：“Ⅱ段电流保护”1、基本原理由于无时限电流速断保护不能保护线路全长，增设第二套保护。它的保护范围：一般延伸至下一线路，但不应超过一下线路I段或II段电流保护的范围。即它的动作电流值要躲过下一线路（相邻元件）I段或II段电流保护的动作值。带时限比无时限电流速断保护大一个或两个时限级差Δt，才有选择性动作。1718（1）动作电流2、整定计算1）考虑与相邻线路的电流I段配合：IopIIkelIIopIKI21保护1电流II段的动作值保护2（相邻元件）的电流I段的动作值可靠系数，取为1.1～1.152）考虑与相邻变压器的电流I段（差动保护、电流速断保户）配合：)3(max.11kIIkelIIopIKI可靠系数，取为1.1～1.1519如果相邻线路有多条，则IopI2应取其中最大值。实质上变压器支路可视同线路处理！（2）动作时间tttIII21（3）灵敏度应该能够保护线路的全长，当被保护线路末端发生两相短路时，保护仍能灵敏动作，此时的灵敏度系数称为最小灵敏度系数。IIopkIIopkIIsIIIIK1)3(min.1)2(min.min.23要求：.min1.3~1.5IIsK～1.5t一般取0.5s203、带限电流速断保护的接线与电流速断保护相比，时间继电器KT取代了中间继电器KM。1）带时限电流速断保护可作为本线路无时限电流速断保户的后备保护，即近后备保护。2）但由于它在相邻线路上的动作范围只是线路的一部分，不能作为相邻线路的后备保护（远后备）。3）因此还需要装设一套过电流保护（电流III段）作为本线路的近后备保护以及相邻线路的远后备保护。注意：21三、定时限过流保护（过电流或电流III段）它不仅能保护本线路全长，而且其保护范围延伸到相邻线路末端。不仅可作本级线路的近后备保护，还可以作相邻线路的远后备保护。动作电流按躲过最大负荷电流（正常运行）来整定，并以时限来保证动作选择性。1、基本原理22图7-10定时限过电流保护的配置和时限特性23（1）动作电流2、整定计算为保证被保护元件通过最大负荷电流时，过电流保护不误动，并且在外部故障切除后能够可靠返回。√1.maxIIIIIIrelopastLreKIKIK可靠系数，一般取1.15～1.25电动机自起动系数，取1.5～3继电器的返回系数，电磁型过电流继电器取为0.85最大负荷电流24（2）动作时间t一般取0.5sIIIt1IIIt2=2IIIt3IIIt=（3）灵敏度近后备：远后备：(2)(3)1.min1.min.min1131.3~1.52IIIkksIIIIIopopIIKII2.1231)3(min.21)2(min.2min.IIopkIIIopkIIIsIIIIK本线路末端发生两相短路时的短路电流稳态值相邻线路末端两相短路时的短路电流稳态值254、定时限过电流保护的接线与电流Ⅱ段相比，时间继电器的整定时间不同而已。四、三段式电流保护的构成26（b）展开接线图（a）原理接线图27五、反时限过电流保护动作时限与被保护线路中的短路电流大小有关。短路电流越大，t就越小。主要靠反时限过电流继电器实现28例7-1自已看！一定要看懂！作业：29第三节电网的接地保护**30第四节电力系统主设备的保护一、变压器的故障与保护1、故障油箱外部故障主要有：油箱外部绝缘套管、引出线上发生相间短路或一相碰接变压器的箱壳（或称直接接地短路）。油箱内部故障有：绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，不仅会烧坏绕组绝缘和铁芯，出现油箱爆炸。31变压器的异常工作状态有：过负荷、由外部短路引起的过电流、油箱漏油引起的油位下降、外部接地短路引起中性点过电压、绕组过电压频率降低引起的过励磁、变压器油温升高和冷却系统故障等。2、不正常运行（异常运行）对于变压器故障应该动作于跳闸，不正常工况时应该发出信号。323、保护配置（1）变压器的电流速断保护它与瓦斯保护互相配合，可以保护变压器内部故障和电源侧套管及引出线上全部故障。1）按躲过变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流两者取大者！动作电流的整定：max.1klkeopIKI(3~5)oplTNkeIKIk133（2）瓦斯保护对于油箱内部故障及油面的降低而设置的。原理：油箱内故障产生气体或油流，使气体继电器动作。重瓦斯保护动作于跳闸（变压器两侧的断路器）；轻瓦斯保护动作于信号。油枕气体断电器连接通道34（3）差动保护主要用于保护变压器的内部故障（但不能保护全部，如油面降低和绕组匝间短路）。变压器纵联差动保护（差动保护）的动作原理是基于比较变压器各侧的电流大小和相位的原理构成的。原理：外部故障时:0''21IIIJ内部故障时:12''()JopIIII动作35存在问题：1）变压器两侧的绕组接线方式不同；2）变压器两侧的互感器型式和变比也难完全相同；3）变压器存在励磁涌流。注：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流。整定原则：1）应躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流：2）应躲开变压器的最大负荷电流：max.unbkelOPIKIKkel取1.3Kkel取1.3.maxOPkelLIKI两者取大者！36（4）其它保护过电流保护、零序电流保护、过励磁保护等。二、同步发电机的保护**37第五节10kV配电系统的保护一、10kV配电线路的保护（1）电流速断保护（2）过电流保护（Ⅲ段）当电流速断保护不能满足选择性要求，增设带时限电流速断保护。即：Ⅰ+Ⅱ段配电线路上装设的主要保护。（3）单相接地保护（选择安装）一般6～10kV电网都是小接地电流系统，单相接地故障时，只需发信号，运行人员可以有1～2小时的时间查找接地点。（4）三相一次重合闸对付瞬时故障38二、10kV配电变压器的保护1、干式变压器采用负荷开关加熔断器的保护方案。不需瓦斯保护。开断正常的负荷电流实现短路保护2、油浸式变压器容量不同，要求不一样，见表7-3三、10kV电力电容器的保护并联电容器组的主要故障及其保护方式见表7-4。39第六节工厂供电系统的保护一、工厂供电线路的保护(1kV以上）由架空线或电缆构成的单端供电网络。常设如下保护：1、过电流保护（Ⅲ段）2、电流速断+反时限过电流保护3、电流速断+过电流保护（Ⅰ+Ⅲ）常用一般是1、2、3中选一种4、单相接地保护5、低电压保护6、方向电流保护（采用双电源供电时，才考虑）40二、工厂变压器和母线的保护1、总降压变对于7500kVA及以下的单台变压器设以下保护：（1）过电流保护（2）当过电流保护时限大于（0.5s）时，可采用电流速断保护（3）瓦斯保护（4）温度监视对于10000kVA及以上的单台变压器，或并列运行的每台容量在6300kVA及以上的变压器。常设：上述的（1）、（3）、（4）及纵差保护。412、车间变方案一：采用熔断器保护，或熔断器+负荷开关保护。方案二：采用定时限或反时限的过电流保护；当过电流保护时限大于（0.7s）时，可加设电流速断保护。320kVA以上的户内变和800kVA以上的户外变，都应设瓦斯保护。此外，423、母线母线的主要故障：单相接地故障主要的保护方式：（1）利用接于母线上的供电元件（如变压器的各种电流保护）的保护装置来保护母线；（2）装设专门的母线保护，1）大接地电流系统中采用母线电流差动保护；2）工厂中小接地电流系统采用过电流保护或不完全母差保护。43三、工厂中的电动机保护1、电压为3kV以上的感应电动机和同步电动机442、电压在500V以下的电动机，特别是75kW及其以下的电动机其相间短路故障和单相接地故障，采用熔断器来保护。3、较大容量的高压电动机应设相间短路保护45四、备用电源和综合重合闸装置1、备用电源自投装置（AAT）2、综合重合闸装置（ARC）当工作电源或工作设备故障断开后，能自动将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致停电。它设在线路出线的断路器上。当线路故障时，继保装置动作，断路器跳开，同时启动ARC，经一定时限后，ARC使断路器重新合上。若是瞬时故障