第7章 供配电系统的继电保护(自动化)

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，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：只切除故障设备，使停电范围最小，不影响其它部分。2.可靠性：不误动、不拒动。4.灵敏性：表示继电保护装置对发生故障或不正常运行状态时的反应能力，用KS表示。例如，对于电流保护，KS=发生故障的最小电流/动作电流（要求大于1）三、继电保护的基本工作原理四、电流保护的接线方式和接线系数接线系数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w2KAIKI1.三相三继电器接线方式流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2相等。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。12IIIKAKW2.两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。12IIIKAKW3.两相一继电器（两相电流差）接线方式wK=3KW=2KW=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。三相对称短路时，流入继电器的电流是互感器二次侧电流的倍，因此A、C两相短路时，KW=2；A、B或B、C两相短路时，KW=1；wK=3wK=3。32KW1KW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）结构和工作原理：当在继电器线圈中通入电流时，电磁铁产生的电磁力，当电磁力大于弹簧的反作用力和摩擦力时，继电器触点切换，继电器动作。DL-10型电磁式电流继电器结构图1－线圈2－电磁铁3－钢舌片4－静触点5－动触点6－起动电流调节转杆7－标度盘（铭牌）8－轴承9－反作用弹簧10－转轴•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。..reKAreopKAIKI调节动作电流的方法：①改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力，进行连续调节。②改变继电器线圈的连接方式。当线圈由串联改为并联时，继电器的动作电流增大一倍，进行级进调节。电磁型电流继电器的动作迅速，是一种瞬时继电器。DL-10型电磁式电流继电器结构图1－线圈2－电磁铁3－钢舌片4－静触点5－动触点6－起动电流调节转杆7－标度盘（铭牌）8－轴承9－反作用弹簧10－转轴2.电磁式电压继电器（1）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。（2）文字符号和图形符号（KV）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用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。文字符号：KT4.电磁式信号继电器文字符号：KS信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。5.电磁式中间继电器文字符号：KM中间继电器在继电保护装置中用于触头容量和数量的扩展。二、感应式电流继电器1.结构和工作原理感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。2.图形文字符号：KA转动原理示意图工作特性•当继电器线圈电流增大到Iqb时，继电器开始动作。“反时限特性”。•当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb迅速动作，具有“电流速断特性”。•开始速断时的动作电流与反时限动作电流之比为速断电流倍数，即opqpqbIIn动作电流与动作时限调节方法动作电流调节：改变线圈的匝数（级进调节）；改变弹簧的拉力（平滑调节）。速断电流调节：改变衔铁与电磁铁之间的气隙。其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的2～8倍。动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（2，2.5，3…4.5，5，6…9，10A）。感应系统的动作时限：改变扇形齿轮顶杆行程的起点，使动作特性上下移动。注意：继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以10倍动作电流的动作时限来标度的。例如，若将继电器10倍动作电流时间调整为2.0秒，那么当实际动作电流倍数为4倍时，实际动作时间等于2.7秒。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.保护配置的设置：相间短路保护，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。单相接地保护，装设绝缘监视装置，作为小电流单相接地故障保护，保护动作于信号。过负荷保护，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：A.由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护B.由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。1.定时限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•当发生短路故障，继电器KA电流大于其动作电流IOP.KA时：KA动作，常开触点闭合，使时间继电器KT线圈通电，KT延时触点闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS线圈通电，KM常开触点闭合，跳闸线圈YR通电，断路器QF跳闸，切断短路故障；KS常开触点闭合，发出故障信号，指示牌掉下，表示发生短路故障。•跳闸完成后，继电保护装置中除了信号继电器KS需要手动复位之外，其它的继电器均能自动返回到初始状态。定时限过流保护的接线图（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理由GL型感应式电流继电器组成，具有反时限特性、采用交流操作，采用“去分流跳闸”起动跳闸线圈。线路发生短路时，继电器动作，其常闭触点打开，常开触点闭合，电流互感器二次侧电流流经跳闸线圈，断路器QF跳闸，切除故障线路。动作过程中，感应式电流继电器的常开常闭触点的动作顺序“先合后断”，即常开触点先闭合，然后常闭触点再断开，避免都断开造成电流互感器二次侧带开路，同时也可能会使得继电器失电返回，保护失败。GL型反时限过流继电器保护的特点接线比较简单，设备少，省去了中间继电器，提高了保护灵敏度；但要求感应式电流继电器的触点具有足够的分断能力。目前的电流继电器触点容量相当大，短路时分断能力可达到150A，完全能够满足去分流跳闸的要求，因此这种去分流跳闸的操作方式现在在工厂供配电系统线路保护中应用相当广泛。2．保护整定第一步：为保证正常运行时保护装置不动作，动作电流必须躲过线路中的最大负荷电流，即max.1LopII;)(1动作电流互感器一次侧：保护装置一次opI（包括正常过负：线路的最大负荷电流max.LI,荷电流和尖峰电流）;)3~5.1(30I可取第二步：故障切消失后，线路上仍然维持最大负荷电流下，继电器还要可靠返回到原始位置，才能不误动(体现可靠性)。因此，继电器返回电流对应的一次侧电流也应躲过线路的最大负荷电流（即最大负荷电流小于返回电流）：max.1LreII由此可见，要求继电器的动作电流满足两个条件：不仅一次侧动作电流大于最大负荷电流，Iop.1IL.max而且返回电流也大于最大负荷电流，Ire.1IL.max由于返回电流与动作电流有固定比例关系（返回系数Kre），要想增大继电器的返回值Ire.1，只能增加继电器的动作值Iop.1。reLopKIImax.1计入可靠系数Krel（reliabilitycoefficient）考虑互感器变比，保护装置互感器二次侧动作电流为考虑接线系数，最终得出WL1保护装置继电器KA1动作电流reLrelopKIKImax.1ireLrelopKKIKImax.2ireLwrelKAopKKIKKImax.变比；；型取型取返回系数，K线方式决定；接线线系数；由具体的；型取型取可靠系数；其中：erCTK0.8GL0.85,DL1.3GL1.2,DLKirel————wK（2）过电流保护动作时限整定A、定时限过电流动作时限的整定即确定时间继电器的动作时间。遵循“阶梯保护”的原则。•若只考虑单个继电器保护本级线路，不考虑上下级之间的保护配合时，动作时间比较自由，取一个合适的时间就可以了，如0.7s。不宜过长，过长可能造成设备损害；不宜过短，应该给暂时性故障一定的时间自行消除，否则“捕风捉影”，容易造成误跳。•对于多级保护同时存在的时候，故障一旦发生，多级保护可能都会起动，为保证选择性，必须下一级先动作，上一级保护后动作，上一级时限t1比下一级时限t2多一个级差Δt（一般0.5s），即t1=t1+Δt这就是“阶梯保护”的原则。定时限阶梯保护图。．电流保护取为时限级差，定时限过5s0t21ttt下级保护上级保护（3）保护灵敏度校验过电流保护的灵敏度采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：主保护后备保护过电流保护的范围包括本级线路和下级线路，本级线路为过电流保护的主保护，下级线路为其后备保护。1.51.25(2).min1KSopIKI若过电流保护的灵敏度达不到要求，可采用低电压闭锁的过电流保护。此时，降低电流继电器动作值Iop.1，使得KS升高，为防止误动作，引入低电压闭锁，只有同时发生低电压，保护才动作。例题：试整定如图所示线路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（含自起动电流）为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为0.7s，最大运行方式时K1、K2点三相短路电流为4kA、2.5kA，最小运行方式时K1、K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。2.5kA2kA4kA3.2kA解：（1）整定过电流保护动作电流值选择整定动作电流为过电流保护互感器一次侧动作电流AIKKKKILireWrelKAop3.667015085.00.12.1max..kAAIKKIKKIKAopWiKAopWiop05.1105070.1150.12.5kA2kA4kA3.2kA.7opKAIA（2）过电流保护动作时限整定。线路2WL定时限过电流保护动作时限为t2=0.7s；线路1WL定时限过电流保护的动作时限t1应较线路2WL定时限过电流保护动作时限t2大一个时限差Sttt2.15.07.0212.5kA2kA4kA3.2kAt（3）校验过电流保护灵敏度。先校验线路WL1的主保护过电流保护灵敏度线路1WL主