工业企业供电系统的继电保护装置.ppt

第五章工业企业供电系统的继电保护装置,第一节 保护装置概述,第二节 工业企业高压电网的过电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,第一节 保护装置概述,继电保护装置的定义：由互感器和一个或几个继电器所组成，用以及时发现和切除故障及不正常工作状态的一种装置。,继电保护装置组成框图,作用：采样。常用设备：电流互感器,作用：判断。机电判断：有形的实体判断（电磁铁）,微机判断：无形实体,作用：变换、闭锁、延时、放大、隔离。常用设备：复合刀闸、隔离开关、熔断器。,作用：发出脉冲电平。,作用：断路器中断和恢复信号。,一、继电保护装置的任务,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、对继电保护装置的要求,1、选择性：动供配电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障 设备，使停电范围最小，保证系统中无故障部分仍正常工作,2、快速性：发生故障时，继电保护应该尽快的动作切除故障，减少故障引起 的损失，提高电力系统的稳定性。,3、可靠性：继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态 时，要准确动作，不应该拒动作；发生任何保护不应该动作的故障或不正 常运行状态时，不应误动作。,4、灵敏性：灵敏性是指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行 状态的反应能力。在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路 的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。,三、常用保护装置的分类,1、按其反应的物理量分，继电器主要有以下几种,（1）、电流继电器,（2）、电压继电器,（3）、功率继电器,（4）、时间继电器,三、常用保护装置的分类,（1）、电流继电器,、文字符号和图形符号,文字符号：KA,、动作电流的调节,改变调整杆的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节,改变继电器线圈的连接。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。,三、常用保护装置的分类,（1）、电流继电器,、电流继电器的图片,三、常用保护装置的分类,（2）、电压继电器,、文字符号：KV,、结构,与DL型电磁式的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。,、电压继电器的图片,三、常用保护装置的分类,（3）、功率继电器,、功率型继电器的图片,OKS1功率型继电器,ZRF功率型继电器,三、常用保护装置的分类,（4）、时间继电器,、文字符号和图形符号,文字符号：KT,、结构和工作原理,由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统、和时间调整系统组成。,三、常用保护装置的分类,（4）、时间继电器,、动作时限调整,通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的形成获得。,、时间继电器的图片,三、常用保护装置的分类,2、按其反应的参量变化情况分，继电器主要有以下几种,过量继电器（大于动作）如：过电流继电器,欠量继电器（小于动作）如：欠电压继电器,3、按其在保护装置中的功能分：继电器主要有以下几种,启动继电器,时间继电器,信号继电器,中间继电器,出口继电器,三、常用保护装置的分类,4、按其组成元件分，继电器主要有以下几种,机电型继电器：简单可靠而且使用经验成熟。,晶体管型继电器：随着电子技术的发展，得到了广泛的应用。,微机继电器：在继电保护装置中开始应用。,5、按其作用于断路器的方式分，继电器主要有以下几种,一次式继电器：与一次侧线路直接相连。,二次式继电器：接在电流或电压互感器的二次侧，通过互感器与一次侧相 连。,四、电磁式电流继电器原理,按其反应的物理量分：电流继电器,按其反应的参量变化情况分，过量继电器,按其在保护装置中的功能分：启动继电器,按其组成元件分：机电型继电器,按其作用于断路器的方式分：二次继电器,四、电磁式电流继电器原理,1-线圈；2-电磁铁；3-钢舌片；4-轴；,5-反作用力弹簧；6-轴承；7-静触点；,8-动触点；9-启动电流调节转杆；10-标度盘；,DL-10系列电磁式电流继电器的内部结构,四、电磁式电流继电器原理,产生的电磁力公式为：,对于机电或DL-10系列，返回系数一般为0.85,设定动作电流的方法：,（1）、电流调节杆。,（2）、改变线圈的串并联关系。,五、电流互感器的极性与接线方式,1、电流互感器的极性,电流互感器的极性与原副路电流向量图见书P1115-4,五、电流互感器的极性与接线方式,2、电流继电器与互感器的接线方式,（1）、三相三继电器式接线（完全星型）,注意：中性线不能省，易烧坏继电器，可以保护所有形式的短路。,接线系数：电流继电器中流过的电流与电流互感器中流过电流之比:,五、电流互感器的极性与接线方式,2、电流继电器与互感器的接线方式,（2）、两相两继电器式接线（不完全星型）,除B相对地（零线）短路外，均可实现保持,投资省，常用于总降到车间降的保护装置,五、电流互感器的极性与接线方式,2、电流继电器与互感器的接线方式,（3）、两相单继电器式接线（两相差流接线）,AB、BC短路：,AC短路：,B对地短路：不动作,第二节工企高压电网过电流保护装置,工业企业610KV高压配电网一般属于中性点不接地系统，即小电流接地的单端供电网络，厂区内线路距离不长，所以线路保护也不复杂。,常用的保护装置有：定时限的过电流保护；电流速断保护；低电压保护；中性点不接地系统的单相接地保护以及由双电源供电时的功率方向保护。,一、定时限过电流保护,被保护线路电流大于设定值，持续到设定的时间才使保护装置动作,1、保护装置的接线和原理,I,I,TAa,TAC,KA1,KA2,KT,KS,KM,+,+,QS,QF,+,-,+,+,（a）定时限过电流保护的原理电路图,I,I,KA1,KA2,TAC,TAa,-,KA1,KA2,KT,KS,KM,KS,KT,KM,YR,信号,（b）定时限过电流保护的原理展开图,一、定时限过电流保护,2、保护装置的整定,过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：,（1）、正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流应大于线 路的最大负荷电流，公式为,（2）、当保护装置被其主保护区外的短路故障启动作为后备保护时，应保证在外 部短路被其主保护切除后，保护装置应可靠返回，不应误动作，公式为,一、定时限过电流保护,2、保护装置的整定,同时引入可靠系数，可得等式为：,继续推导可得：,一、定时限过电流保护,3、保护装置动作的整定,（a）电路,（b）时限整定,一般t=0.5s,一、定时限过电流保护,4、保护装置的灵敏度,（1）、过电流保护的灵敏度为被保护区末端最小短路电流与保护装置一次动作电 流之比，公式为：,（2）、对于中性点不接地系统，最小短路电流出现在最小运行方式下线路末端两 相短路时短路电流，故得公式：,二、反时限过电流保护,1、保护装置的整定,I,t,I,t,KA1,KA2,WL1,WL2,k,QF1,QF2,（a）电路,t1,KA1 动作时限,KA2 动作时限,t2,（b）时限整定,一般t=0.7s,三、提高电流保护灵敏度,提高电流保护灵敏度的措施低压闭锁保护,采用低压继电器闭锁的过电流保护原理图,三、提高电流保护灵敏度,供电系统正常运行时，母线电压接近于额定电压，低电压继电器KV的触点是断开 的，因而即使此时电流继电器KA动作使其触点闭合，断路器也不会跳闸。所以设有低电压比索的过电流保护装置的动作电流只需躲过线路的计算电流I30，即,采用低电压继电器闭锁后，过电流保护装置的动作电流减小，从而使保护的灵敏度提高。低电压继电器的动作电压按躲过正常工作时最低电压Umin来整定，即,四、定时限与反时限比较,定时限保护电流的优点是：动作时间比较精确，整定简单，而且不论短路电流大小，动作时间都是一定的，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。,但缺点是：所需继电器多，结线复杂，且需直流操作电源，投资较大。此外，靠近电源处的保护装置，其动作时间较长，这是带时限过电流保护共有的缺点。,反时限保护电流的优点是：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，投资大为减少，因此它在中小企业供电系统中得到广泛应用。,但缺点是：动作时间的整定比较麻烦，而且误差较大，当短路电流较小时，其动作时间可能相当长，从而延长了故障持续时间。,已知：线路有关参数如下,求：t2段定时限过电流保护的整定值,一次侧动作电流计算值,选DL-10型号。选DL-10型号继电器整定的动作电流,当大于3000A的时候，继电保护动作,动作时限,灵敏度,灵敏度满足要求,五、电流速断保护,过电流保护为保证选择性，越靠近电源端，其动作时限越长；然而短路电流则是越靠近电源端，其值越大，危害也更严重。因此，当过电流保护动作时限大于0.50.7s时，应装设电流速断保护装置，以弥补过电流保护的缺陷。,1、电流速断保护装置的组成,电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护，它按照预先选定短路计算点的 短路电流来整定动作电流，从而获得动作的选择性,对于采用DL系列电流继电器的速断保护装置来说，相当于定时限电流保护中抽去时间继电器，且一般与定时限过电流保护共用一套电流互感器。,五、电流速断保护,线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图,五、电流速断保护,2、电流速断保护装置动作电流的整定,电流速断保护装置的动作电流应按躲过（即大于）其保护线路末端的最大短路电流（即三相短路电流）来整定，即,相应的继电器动作电流为：,速断保护的死区：速断保护的保护范围不能小于被保护线路全长的15%20%,五、电流速断保护,线路电流速断保护的保护区,五、电流速断保护,3、电流速断保护的灵敏度,速断保护的灵敏度是系统在最小运行方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流之比，即：,六、工企电网单相接地分析,工业企业610KV电网的中性点不接地，属小接地电流系统，在其发生单相接地故障时，不会引起相间电压降低和电网电流的急剧增大。,正常时相电压,正常时线电压,正常时对地电压,六、工企电网单相接地分析,故障时相电压,故障时线电压,故障时对地电压,由此可得：不但相电压和线电压幅值保持不变，而且仅有120的相位差，故障相对地电压变为0，完好相对地电压升高为原来的线电压，所以必须安装绝缘监视装置。,第三节 变压器的继电保护,一、故障分类及保护装置装设原则,1、变压器的故障可分为内部故障和外部故障,内部故障是指变压器油箱内所发生的故障，主要有绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路等，这种故障是最危险的，因为故障时产生的的电弧有可能使变压器油箱产生爆炸。,外部故障是指油箱外引出线套管的相间短路和单相短路等。,2、变压器的不正常工作状态主要有：由外部短路或过负荷引起的过电流，不 允许温度的升高或油面降低等。,一、故障分类及保护装置装设原则,3、保护装置的设置原则,（1）、企业总降压变电站的35110/6 10KV主变压器一般均装设过电流保护，电流速断保护和瓦斯保护。如有可能过负荷，也装设过负荷保护。但对单台 运行10000KVA以上或两台并列运行的6300KVA以上变压器，则应该设差 动保护取代电流速断保护。以上保护除过负荷保护作用于信号外，均作用于 跳闸。,（2）、对车间变电站6 10/0.4 0.23KV主变压器通常应装设过电流保护、电 流速断保护（过电流保护的动作时限小于0.5s时，可不装），容量800KVA 以上（车间内安装的400KVA以上）的变压器应装设瓦斯保护对于并列运行 400KVA以上或单台运行且作为备用电源的变压器，还应装设过负荷保护。为 求简化，也可用熔断器或熔断器与负荷开关配合作变压器短路及过负荷保护。,二、变压器的电流保护装置,1、保护装置的接线方式,Y，ynO变压器电流保护电路图,二、变压器的电流保护装置,2、变压器低压侧单相接地保护,（1）、在变压器低压侧装设三相都带过流脱扣器的低压短路器。经济使用，普遍。,（2）、在变压器低压侧装设三相熔断器。只适用不重要负荷供电的变压器。,（3）、在变压器抵压侧中性点引出线上装设零序过电流保护,保护装置的动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定。,二、变压器的电流保护装置,3、变压器的过电流保护,（1）、接线和工作原理,和线路过电流保护的接线、工作原理完全相同。,（2）、变压器过电流保护整定,和线路过电流保护的整定类似。,二、变压器的电流保护装置,3、变压器的过电流保护,（3）、动作时限,保护装置的动作时限整定仍按“时间阶梯”原则进行，以保证动作的选择性。,（4）、灵敏度校验,其灵敏度是按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路（电流值换算到高压侧）来校验。,二、变压器的电流保护装置,4、变压器的电流速断保护,（1）、接线和工作原理,和线路速断保护的接线、工作原理完全相同。,（2）、变压器电流速断保护整定,和线路速断电流保护的整定类似。,为系统最大运行方式下低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值，以保证动作的选择性。,另外，为避免速断保护误动作，可将其一次侧动作电流取为变压器一次侧额定电流I1NT的35倍。,二、变压器的电流保护装置,4、变压器的电流速断保护,（3）、灵敏度校验,保护装置的灵敏度按保护安装处（即变压器高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来校验,二、变压器的电流保护装置,5、变压器的过负荷保护,（1）、接线和工作原理,和线路的过负荷保护的接线、工作原理完全相同。,（2）、变压器过负荷保护整定,保护装置的动作电流按躲过变压器一次侧额定电流整定，即,（3）、动作时限,为防止在短路时发出不必要的信号，还应加装一个时间继电器，使其动作延时大于过电流保护装置的动作延时，一般可取1015s。,二、变压器的电流保护装置,变压器的电流速断保护、过电流保护和过负荷保护的综合电路图,三、变压器的气体保护,瓦斯保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的继电保护装置。按GB500621992规定，800kVA及以上的一般场所油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。,瓦斯保护的基本元件是瓦斯继电器（又称“气体继电器”）。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，如实物所示。,（一）、瓦斯继电器的结构和工作原理,三、变压器的气体保护,2、变压器气体保护的接线,气体保护接线图,三、变压器的气体保护,3、变压器气体保护动作后的故障分析,变压器气体保护动作后，可由蓄积于瓦斯继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求。,四、变压器的差动保护,GB50062-92规定10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300KVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜装设差动保护。,1、差动保护的工作原理,在变压器正常运行时，通过适当选取两侧电流互感器的变比和接线方式，可使其二次侧电流 和 大小相近相位一致，则流入继电器电流。继电器KA不动作。,四、变压器的差动保护,K1,K2,（1）、短路点在外部（K-2短路）,（2）、短路点在内部（K-1短路）,四、变压器的差动保护,2、差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施,（1）、变压器联结组引起的不平衡电流,将变压器星型接线侧的电流互感器接成三角形接线，变压器三角形接线侧的电流互感器接成星型接线，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压器联结组引起的不平衡电流。,四、变压器的差动保护,2、差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施,（3）、电流互感器变比引起的不平衡电流,利用差动继电器的平衡线圈或自耦电流互感器消除由电流互感器变比引起的不平衡电流。,（4）、变压器励磁涌流引起的不平衡电流,利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁心减小励磁涌流引起的不平衡电流。,