供电工程—供电系统的继电保护

第七章供电系统的继电保护第一节概述第二节供电系统单端电源供电网络的保护（重点）第三节电力变压器的继电保护（重点/难点）第四节电力电容器与高压电动机的保护第五节微机型继电保护简介（难点）第一节概述（一）基本任务（1）在电气元件发生故障时，作用于断路器跳闸，切除故障元件。（2）在电气元件异常运行时，及时发出报警信号。一、继电保护装置的任务及要求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电流或电压报警或跳闸续上页1.选择性2.速动性3.可靠性4.灵敏度离故障元件最近的保护装置动作，而供电系统的其它部分仍然正常运行。应尽快地动作，切除故障元件。不应拒动；也不应误动。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。在GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中，对继电保护装置的灵敏度都有一个最小值的规定。k.minpop.1ISI保护装置一次动作电流保护区的最小短路电流（二）基本要求二、保护继电器（一）保护继电器分类机电型(有电磁式、感应式）电子型（又称静态继电器）微机型（又称数字式保护继电器）组成元件继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（关断）的自动电器。测量继电器：（主）有或无继电器：（辅助）功能作为起动元件，如电流继电器、电压继电器、气体继电器、温度继电器等。实现特定逻辑功能，如时间继电器、信号继电器、中间继电器等。续上页1．电磁式电流继电器动作电流Iop——线圈中的使继电器动作的最小电流。rereopIKI返回电流Ire——线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。（二）常用电流继电器动作特性返回系数IreYIIop01续上页用电磁式电流继电器KC构成保护装置时，还要用到电磁式时间继电器KT、信号继电器KS以及中间继电器KA作为辅助继电器。电磁式电流继电器的电流时间特性曲线具有“定时限特性”。由时间继电器KT预先整定动作电流由电流继电器KC预先整定ItIoptop0续上页2．感应式电流继电器(KC)电磁元件的作用使感应式继电器兼有“电流速断特性”，如图所示bb/d曲线。速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流Iqb与感应元件的动作电流Iop之比称速断电流倍数nqb。感应式电流继电器的电流时间特性曲线具有“反时限特性”，如下图所示曲线abc，这一特性是其感应元件所产生的。0acbdbIop10IopIqbtI反时限特性反时限特性三、继电保护装置的接线形式指互感器与电流继电器之间的连接方式如图所示。KC1ATA3TA2TA1QFTA1aKC2cbKC3TA32S2TA22S22S22S1B2S1C2S1III三相三继电器式acTA1TA2AQF2S22S2C2S12S1TA1TA2KC2KC1II两相两继电器式继电器线圈电流Ik与电流互感器二次电流I2的比值称为接线系数KW：kW21IKI四、继电保护装置的操作方式大中型变配电所的继电保护装置一般采用直流操作电源，此时，高压断路器通常采用电压脱扣器跳闸的操作方式，跳闸能量来自电压源。KCTA2QFYCTI去分流跳闸方式交流操作电源的电压受一次系统的影响很大，过电流保护一般采用去分流跳闸操作方式。作用于断路器跳闸的能量通常来自于电流源。要求继电器触头的分断能力足够大，而且先合后断。第二节供电系统单端电源配电线路的保护按国标规定，对3~66kV电力线路应装设：相间短路保护：采用带时限的过电流保护和电流速断保护。单相接地保护：采用绝缘监视装置或零序电流保护。过负荷保护：可能经常过负荷的电缆线路采用，动作于信号。二、带时限过电流保护保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关；保护装置的动作时间与故障电流大小的平方成反比关系。定时限过电流保护反时限过电流保护一、单端电源配电线路的保护设置TA1TA2TA3QF2S22S12S22S22S1TA3TA2TA1KC3KC2KC12S1过电流保护电流回路续上页1.定时限过电流保护一般由电磁式继电器KC、KT、KS等构成，要求操作电源电压在整个动作过程中稳定可靠。（一）带时限过电流保护装置的构成与动作原理ItIoptop0续上页电流型信号继电器图中忽略断路器的合闸回路及信号回路。FU2-WCYTKTXBQFKTKSSA8121FU17433KC1KC2KC3WBKSWA信号回路掉牌未复归定时限过电流保护保护回路控制回路熔断器控制小母线回路跳闸跳闸保护TA2TA1TA3KC1KC1KC2YCT1YCT2KC2KC3KC3YCT3QF2S12S2TA2TA12S2KC1KC22S1TA32S2KC32S1反时限过电流保护及电流脱扣电流回路续上页0acbdbIop10IopIqbtI2．反时限过电流保护一般仅由感应式电流继电器组成，利用其感应元件来实现反时限过电流保护。反时限过电流（或）定时限过电流ITA1QF1KC11ItKC1kIWL1TA2QF2KC21ItWL2KC2续上页（二）动作电流的整定带时限的过电流保护的动作电流Iop的整定原则是：（1）保护装置在线路正常运行时，不应误动作。条件是Iop.1IL.max（2）下级故障切除后，已经动作的本级保护装置还应可靠返回。条件是Ire.1IL.max续上页因Kre=Ire/Iop=Ire.1/Iop.1，所以设电流继电器所接的电流互感器的变流比为Ki，保护装置的接线系数为KW，则有Iop=（Iop.1／Ki）KW。relwopLmaxreiKKIIKKIop.1IL.max／Kre引入可靠系数Krel，将上式写成等式，则则有IopIL.maxKW/（KiKre）式中IL.max为线路上的最大负荷电流，可取为计算电流IC的（1.5～3）倍。t0t1Lt2KC1△tKC20KC1KC2Ltt1△tt2KC2KC1定时限过电流反时限过电流（或）TA1QF1KC1WL1TA2QF2KC2kWL21ItI1ItI续上页（三）动作时间的整定△t=0.5s△t=0.7s按“阶梯原则”t1≥t2+△t续上页（四）过电流保护的灵敏度校验对于线路过电流保护，取被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流检验，条件为(2)Wk.minpiOP1.5KISKI定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较保护类型优点缺点定时限过电流动作时间比较精确，整定简便，不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故障时间的问题。所需继电器多，接线复杂，对操作电源的可靠性要求高。反时限过电流保护继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流操作，因此简单经济。动作时间的整定比较麻烦，而且误差较大。三、电流速断保护国标规定，在过电流保护动作时间超过0.5～0.7s时，还应装设瞬动的电流速断保护装置。（一）电流速断保护的构成过电流保护为定时限时，可采用电磁式KC、KS、KA构成电流速断保护。t0IopItopIqbKC5KC2TA2KC4TA12S2TA3TA2KC1QFTA12S1KC62S22S2KC3TA32S12S1电流回路电流速断与过电流保护WB-WCFU23KTKC4QFYTKAR1KS1XB1KT34121SA8KA7KS2XB2KC2KC1KC3KC6KC5KS1KS2FU1+WCWA控制小母线熔断器控制回路跳闸回路过电流保护跳闸速断电流速断保护保护回路定时限过电流保护掉牌未复归信号回路续上页TA2TA1TA3KC1KC1KC2YCT1YCT2KC2KC3KC3YCT3QF2S12S2TA2TA12S2KC1KC22S1TA32S2KC32S1反时限过电流保护及电流脱扣电流回路续上页对于过电流保护采用反时限感应电流继电器时，则可利用该继电器的电磁元件（速断）来实现电流速断保护。0acbdbIop10IopIqbtI续上页(二)速断电流的整定依靠动作电流（速断电流）的特殊整定来实现前后两级保护的选择性配合。速断电流Iqb应躲过它所保护的线路末端的三相短路电流，其整定计算公式是：(3)relwqbkiKKIIKQF1反时限电流速断（或）KC1TA1IWL1QF210kV定时限电流速断KC1Ik-1IKC2TA2WL2k-2IKC2续上页电流速断保护不可能保护线路的全长，存在保护“死区”。（三）电流速断保护的“死区”问题在“死区”内，一般由带时限的过电流保护实现主保护。IIk-1k-2Ik.maxIk.maxIqb.1QF20IkQF1IWL1TA1反时限电流速断（或）KC1LTA2KC2WL210kV定时限电流速断IKC1KC2保护区死区续上页（四）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作为最小短路电流Ik.min来检验。对于较短的10kV配电线路，则上级线路速断保护的灵敏度往往不够，此时应采用带有一定时限（0.5s）的延时电流速断保护来代替瞬时电流速断保护。延时电流速断保护通过0.5s的延时来保证选择性，因而其动作电流只要按大于下级瞬时电流速断保护动作电流的1.1倍整定即可（其值不大），因而能保护本级线路全长。(2)Wkpiqb1.5~2KISKI例7－1例7－1某10kV配电所的进出线如图所示，进线WL1和馈线WL2均配有定时限过电流保护和电流速断保护(其中WL1所配为延时电流速断保护)，均采用三相三继电器式接线，其电流继电器均为DL-31／10型，直流操作。已知TA1的变流比为100／5A，TA2的变流比为50／5A。KC1已经整定，其动作电流为7A，动作时间为1.0s。WL2的计算电流为28A，WL2首端k-1点的三相短路电流为500A，其末端k-2点的三相短路电流为200A。试整定馈线WL2的定时限过电流保护和电流速断保护，并检验其灵敏度。KC2QF2Ik-2TA2k-1IWL2WL1IttItTA1KC1QF1WL3续上页解：1．整定KC2的保护动作电流relwopL.maxreiKKIIKK选用DL-31/10型继电器，动作电流整定为8A。取IL.max=2×28A=56A，Krel=1.2，Kre=0.85，Ki=50／5=10，故2．整定KC2的保护动作时间3．检验KC2的保护灵敏度KC1、KC2均为定时限过电流保护，而KC1的动作时间已整定为1.0s，故KC2的动作时间可整定为0.5s。WL2末端k-2点的两相短路电流为其最小短路电流，即(3)k.mink20.8660.866200A173AII因此,KC2的保护灵敏度为(2)wk.minPiop(2)KISKI满足要求。1.2156A7.9A0.851011732.161.5108AA续上页4．整定KC2的速断电流Iqb5．KA2电流速断保护灵敏度的检验(3)relwqbkiKKIIK(2)(3)k.mink1k10.8660.866500A433AIII故KC2的电流速断保护灵敏度为(2)wk1PiqbKISKI满足要求。Ik.min取WL2首端k-1点的两相短路电流，即电流速断保护的动作电流（速断电流）Iqb应躲过它所保护的线路末端的三相短路电流，即1.2120024A1014331.801.51024AA四、单相接地保护（一）小电流接地系统的特点简述在小接地电流的电力系统中，若发生单相接地故障时，产生零序电流以及零序电压。单相接地保护有零序电压保护和零序电流保护两种。（二）零序电压保护这种保护装置是利用系统接地后出现的零序电压而动作的。它是在变配电所的母线上安装绝缘监视装置来监视电力线路的对地绝缘。零序电压保护简单经济，但没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，就要依次断开各条线路来寻找。续上页利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点，实现有选择性地跳闸或发出信号。QFQSTA123+KEa零序电流过滤器（三）零序电流保护1．零序电流保护的基本原理对架空线路采用图a的零序电流过滤器，