第七章 建筑供配电系统的继电保护

第七章建筑供配电系统的继电保护•刘红宇第七章建筑供配电系统的继电保护•第一节概述•一、继电保护的任务•过电流保护装置有：熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。•(1)熔断器保护适用于高低压供电系统。由于其装置简单经济，所以在用户供电系统中应用非常广泛；但是其断流能力较小，选择性较差，且其熔体熔断后要更换熔体才能恢复供电，因此在要求供电可靠性高的场所不宜采用熔断器保护（过负荷、短路保护）。•(2)低压断路器保护又称低压自动开关保护，适用于要求供电可靠性较高和操作灵活方便的低压供配电系统中。（过负荷、短路保护、低电压或失压保护）。•(3)继电保护适用于要求供电可靠性较高、操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供配电系统中。•（事故、不正常）第七章建筑供配电系统的继电保护•二、对继电保护装置的基本要求•供电系统对保护装置有下列基本要求：•(1)选择性当供电系统发生故障时，只离故障点最近的电源侧保护装置动作，切除故障，而供电系统的其他部分仍然正常运行。保护装置满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。如果供电系统发生故障时，靠近故障点的保护装置不动作(拒动)，而离故障点远的前一级保护装置动作(越级动作)，就称为“失去选择性”。•(2)速动性为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。•(3)可靠性保护装置在该动作时，不应拒动；而不该动作时，不应误动。保护装置的可靠程度，与保护装置的元件质量、接线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关。•(4)灵敏性在保护范围内发生故障，无论位置和类型都要动作。•灵敏系数是表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数。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，就说明保护装置的灵敏度高。•过电流保护的灵敏度或灵敏系数，用其保护区内在电力系统为最小运行方式时的最小短路电流IKmin与保护装置一次动作电流Iop1。的比值来表示，即：第七章建筑供配电系统的继电保护•四、继电器的分类•（一）、概述•继电器是一种在其输入的物理量(电气量或非电气量)达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。继电器按其输入量性质分为电气继电器和非电气继电器两大类。按其用途分为控制继电器和保护继电器两大类，前者用于自动控制电路中，后者用于继电保护电路中。这里只讲保护继电器。•保护继电器包括电流继电器、电压继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等，保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型等。•由于机电型继电器具有简单可靠、便于维修等优点，因此用户供电系统中现在仍普遍应用机电型继电器。•机电型继电器按其结构原理分，有电磁式、感应式等继电器。第七章建筑供配电系统的继电保护•（二）、电磁式电流继电器和电压继电器•电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为起动元件，属测量继电器类。•电流继电器的文字符号为KA，电压继电器的文字符号为KV。•工厂供电系统中常用的DL-10系列。电磁式电流继电器的基本结构如图6－6所示，其内部接线和图形符号如图6-7所示。•过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流，称为继电器的动作电流用Iop表示。•过电流继电器动作后，减小其线圈电流到一定值时，钢舌片在弹簧作用下返回起始位置。使过电流继电器由动作状态返回到起始位•置的最大电流，称为继电器的返回电流用Ire表示。•继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电器的返回系数•用Kre表示，即:第七章建筑供配电系统的继电保护•供电系统中常用的电磁式电压继电器的结构和动作原理，与上述电磁式电流继电器基本相同，只是电压继电器的线圈为电压线圈，多作成低电压(欠电压)继电器。•（三）、感应式电流继电器•在用户供电系统中，广泛采用感应式电流继电器来作过电流保护兼电流速断保护，因为感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，从而可大大简化继电保护装置。而且采用感应式电流继电器组成的保护装置采用交流操作，可进一步简化二次系统，减少投资，因此它在中小变配电所中应用非常普遍。第七章建筑供配电系统的继电保护•第二节过流保护与速断保护•四、带时限的过电流保护•带时限的过电流保护，按其动作时限特性分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。•定时限就是保护装置的动作时限是按预先整定的动作时间固定不变的，与短路电流大小无关；（DL）•而反时限就是保护装置的动作时限与短路电流呈反比关系变化，短路电流越大，动作时间越短。（GL）按10倍动作电流来整定的。•(一)定时限过电流保护装置的组成和原理•定时限过电流保护装置的原理电路如图6-24所示，其中图a为集中表示的原理电路图，通常称为接线图(结线图)，这种图的所有电器的组成部件是各自归总在一起的，因此过去也称为归总式电路图。图b为分开表示的原理电路图，通常称为展开图，这种图的所有电器的组成部件按各部件所属回路来分开绘制。从原理分析的角度来说，展开图简明清晰，在二次回路(包括继电保护、自动装置、控制、测量等回路)中应用最为普遍。•下面分析图6-24所示定时限过电流保护的工作原理。•（二)反时限过电流保护装置的组成和原理•反时限过电流保护装置由GL型感应式电流继电器组成，其原理电路图如图6－25所示。第七章建筑供配电系统的继电保护•(三)过电流保护动作电流的整定•带时限过电流保护(含定时限和反时限)的动作电流Iop应躲过线路的最大负荷电流(包括正常过负荷电流和尖峰电流)ILmax以免在ILmax通过时保护装置误动作；而且其返回电流Ire也应躲过线路的最大负荷电流ILmax，否则保护装置还可能发生误动作。•如图6—26a所示电路，假设线路wL2的首端k点发生相间短路，由于短路电流远大于线路上的所有负荷电流，所以沿线路的过电流保护装置包括KAl、KA2均要动作。按照保护选择性的要求，应是靠近故障点k的保护装置KA2首先动作，断开QF2，切除故障线路wL2。这时由于故障线路wL2已被切除，保护装置KAl应立即返回起始状态，不致再断开QFl。但是如果KAl的返回电流未躲过线路wLl的最大负荷电流时，则在KA2•动作并断开线路wL2后，KAl可能不返回而继续保持动作状态，经过KAl所整定的动作时限后，错误地断开断路器QFl，造成线路wLl停电，扩大了故障停电范围，这是不允许的。所以过电流保护装置不仅动作电流应躲过线路的最大负荷电流，而且其返回电流也应躲过线路的最大负荷电流。•设保护装置所连接的电流互感器变流比为Ki，保护装置的接线系数为Kw，保护装置的返回系数为Kre，则线路的最大负荷电流ILmax换算到继电器中的二次电流为KwILmax／Ki。由于要求返回电流也躲过最大负荷电流，即IreKwILmax／Ki。而Ire=KreIop，因此KreIopKwILmax／Ki。将此式写成等式，计入一个可靠系数Krel即得到过电流保护装置动作电流的整定计算公式为：•(四)过电流保护动作时限的整定•过电流保护的动作时限，应按“阶梯原则”进行整定，以保证前后两级保护装置动作的选择性，也就是在后一级保护装置所保护的线路首端(如图6—26a所示线路中的k点)发生三相短路时，前一级保护的动作时间t1应比后一级保护中最长的动作时间t2大一个时间级差△t，如图6—26b和c所示，即•对于定时限过电流保护，可取△t=0．5s；对于反时限过电流保护，可取△t=0．7s。•定时限过电流保护的动作时限，利用时间继电器(DS型)来整定。•反时限过电流保护的动作时限，由于GL型电流继电器的时限调节机构是按“10倍动作电流的动作时限”来标度的，因此要根据前后两级保护的GL型继电器的动作特性曲线来整定。第七章建筑供配电系统的继电保护•(五)过电流保护的灵敏度•六、电流速断保护•上述带时限的过电流保护，有一个明显的缺点，就是越靠近电源的线路过电流保护，•其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源越大，其危害也更加严重。因此在过电流保护动作时间超过0.5～0.7s时，应装设瞬动的电流速断保护装置。•(一)电流速断保护的组成及速断电流的整定•电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。对于采用DL系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触点接通断路器的跳闸回路。•如果采用GL系列电流继电器，则利用该继电器的电磁元件来实现电流速断保护，而其感应元件则用来作反时限过电流保护，因此非常简单经济。第七章建筑供配电系统的继电保护•为了保证前后两级瞬动的电流速断保护的选择性，电流速断保护的动作电流即速断电流Iqb应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流(三相短路电流)IKmax来整定。因为只有如此整定，才能避免在后一级速断保护所保护线路首端发生三相短路时前一级速断保护误动作的可能性，以保证保护的选择性。图•故电流速断保护的动作电流(速断电流)的整定计算公式为•式中，Krel为可靠系数，对DL型电流继电器，取1.2～1.3，对GL型电流继电器，取1.4～1.5；对过流脱扣器，取1．8～2。•(二)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躲过了线路末端的最大短路电流，因此靠近末端的相当长一段线路上发生的短路时，电流速断保护不会动作。这说明，电流速断保护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域，叫做“死区”，如图6—31所示。•为了弥补死区得不到保护的缺陷，所以凡是装设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的电流保护，电流保护的动作时间比电流速断保护至少长一个时间级差△t=0.5～0.7s，而且前后的电流保护的动作时间又要符合“阶梯原则”，以保证选择性。•在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，电流保护作为后备；而在电流速断保护的死区内，则电流保护为基本保护。第七章建筑供配电系统的继电保护•（三)电流速断保护的灵敏度•电流速断保护的灵敏度按其安装处(即线路首端)在系统最小运行方式下的两相短路电流Ik（2）作为最小短路电流来检验。（看有没有保护范围）因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为：第七章建筑供配电系统的继电保护