第7章-供配电系统的继电保护

第7章供配电系统的继电保护第一节继电保护的基本知识第二节常用的保护继电器第三节电力线路的继电保护第四节电力变压器的继电保护第五节高压电动机的继电保护第六节6~10kV电容器的继电保护第七节配电系统微机保护第一节继电保护的基本知识继电保护防止因短路故障或不正常运行状态造成电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，因此继电保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容．继电保护装置：就是能反应供配电系统中电器设备发生的故障或不正常运行状态,并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置。一、继电保护的任务1．自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除，使其它非故障部分迅速恢复正常供电。2．正确反应电器设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便运行人员采取措施，恢复电器设备的正常运行。3．与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置，备用电源自动投入装置等）配合，提高供配电系统的供电可靠性。二、对继电保护的要求1.选择性：当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。k点故障QF2动作2、快速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。3、可靠性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。4、灵敏性保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性，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，灵敏系数为：1op.mink.KsII——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.kIop.1I被保护的电气设备继电保护装置类型最低灵敏度Sp变压器、线路等所有电气设备过电流保护5（如满足此要求将使保护复杂时，灵敏度可降为1.25）电流速断保护2.0后备保护1.2（如满足此要求将使保护过分复杂或在技术上难以实现时，可仅按常见的运行方式和故障类型校验灵敏度）变压器纵联差动保护2.03～10kV电缆线路中性点不直接接地电力网中的零序电流保护1.253～10kV架空线路1.50表1继电保护装置灵敏度工厂常用保护装置的类型（1）继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合，构成继电保护装置。当系统出现事故或故障时，检测出并使相应的高压断路器跳闸，将故障部分切除，或给出报警信号。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。（2）熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。（3）低压断路器保护。这种保护又称低压自动开关保护。由于低压断路器带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。三、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。因此，利用上述物理量故障时与正常时的差别，可构成各种不同工作原理的继电保护装置。继电保护的种类很多，但是其工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如图7-2所示。图7-2继电保护装置的原理框图定值调整输入信号测量部分逻辑部分执行部分输出信号1、测量部分测量被保护设备的某物理量，和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。2、逻辑部分逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序，使保护装置按一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。3、执行部分执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。四、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。为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数Kw，它是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值，即2KAwIIK1、三相三继电器接线方式三相三继电器接线方式又称完全星形接线。它能反应各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1,即Kw=1。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两相两继电器接线方式又称不完全星形接线。由于B相没有装设电流互感器和电流继电器，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为1。此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。3、两相一继电器接线方式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接线系数Kw的值项目三相三继电器两相两继电器两相一继电器两相三继电器三相短路111A、C相短路1121A、B或B、C相短路11113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：wKA21KIKIKIii式中Ki——电流互感器的变流比；I1、I2——电流互感器一次侧、二次侧电流；IKA——流入电流继电器的电流。继电保护装置的操作电源继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和交流操作电源两大类。由于交流操作电源具有投资小、运行维护方便及二次回路简单、可靠等优点，因此它在中、小型工厂应用最为广泛。交流操作继电保护装置直接动作式去分流跳闸式（1）直接动作式利用断路器操作机构内的过电流脱扣器（跳闸线圈）YR作为电流继电器直接动作于跳闸，可接成两相两继电器式或两相差式接线。正常运行时，YR流过的电流小于YR的动作电流，不动作。当一次电路发生相间短路时，短路电流反映到电流互感器的二次侧，流过YR的电流达到动作值，使断路器QF跳闸。这种接线保护灵敏度低.图直接动作式过电流保护电路（2）去分流跳闸式正常运行时，电流继电器KA的常闭接点将跳闸线圈YR短路，YR无电流流过，断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生相间短路时，KA动作，其常闭接点断开，使YR的短路分流支路被去掉（即“去分流”），电流互感器的二次侧的电流全部流过YR，断路器跳闸。这种接线简单，灵敏度较高，但要求继电器的触点容量较大。图去分流跳闸式过电流保护电路第二节常用的保护继电器保护继电器的种类：（1）按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器；（2）按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等；（3）按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器；（4）按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器。一、电磁式继电器1、电磁式电流继电器（1）文字符号和图形符号文字符号：KA（2）结构和工作原理使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.kA表示。使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire.KA表示。继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85。KAopKAeIIK..rre2、电磁式电压继电器（1）文字符号和图形符号（KV）（2）结构和工作原理与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种。过电压继电器的返回系数通常为0.8；欠电压继电器的返回系数通常为1.25。3、电磁式时间继电器时间继电器在继电保护装置中的作用是使保护装置获得所需要的延时。常用的是DS110（用于直流）、120（用于交流）系列4、电磁式信号继电器信号继电器在继电保护装置中的作用是用来发出指示信号的。分为电流型和电压型两种，电流型信号继电器的线圈为电流线圈，串联在回路中，电压型信号继电器的线圈为电压线圈，并联在回路中。常用的是DX-11型电磁式信号继电器5、电磁式中间继电器中间继电器触头数量多（一般有8对），容量也大（5~10A）。当电压继电器、电流继电器的触点容量不够时，可以利用中间继电器作为功率放大，当继电器的触点数量不够时，利用中间继电器增加触点数量以控制多条回路。所以说中间继电器的作用是增加触点的数目或增大触点的容量。GL型电流继电器实际上由感应部分和电磁部分构成，感应部分带有反时限动作特性，而电磁部分是瞬时动作的。它的动作特性曲线如左图所示。GL型电流继电器利用感应部分做过电流保护，利用电磁部分做速断保护。能实现断路器的直接跳闸，另外还有动作信号牌显示动作信号。感应部分具有反时限动作特性，可以省略时间继电器。这种继电器构成的保护线路所用继电器个数少，但结构复杂，准确性不高。6、感应式电流继电器图GL型电流继电器的动作特性曲线各种继电器的表示符号和图形符号第三节电力线路的继电保护一、电力线路的常见故障1、常见故障：相间短路、单相接地、过负荷。2、保护配置：配置相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。二、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。由于采用的继电器不同，其时限特性有两种：由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。1、过电流保护的接线和工作原理（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。这种保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为定时限。定时限过电流保护在工厂供电系统中多采用两相式接线.图定时限过电流保护装置原理电路图（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理图定时限过电流保护装置原理电路图工作原理：正常情况下，断路器QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障时，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器KA瞬时动作，启动时间继电器KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作，KS触点闭合接通报警线路，KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位。（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理反时限过电流保护就是通过保护装置的故障电流越大，动作时间越短，而故障电流越小，动作时间就越长。这种保护装置由GL型电流继电器组成。工作原理：在正常情况下，电流继电器通过正常工作电流，其动断触点闭合，动合触点断开，断路器的跳闸线圈不会得电。发生短路时，电流继电器KA中流过的电流增大，到达其动作值，动合触点闭合，接通YR，动断触点断开，去掉分流使YR得电带动断路器跳闸。图反时限过电流保护装置原理图2