工厂供配电技术实验指导-项目九供配电系统的保护.ppt
项目九 供配电系统的保护,任务一 电力线路继电保护整定计算任务二 电力系统主设备继电保护整定计算,相关知识 1.继电保护装置的概述 1)继电保护装置的概念 所谓继电保护装置是指能反映电力系统中电气设备或线路发生的故障和不正常运行状态，并能作用于断路器跳闸和发出信号的一种自动装置。2)继电保护装置的作用(1)故障时跳闸当被保护线路或设备发生故障时，继电保护装置能借助断路器，自动地、迅速地、有选择地将故障部分断开，保证非故障部分继续运行。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,(2)异常状态发出报警信号当被保护设备或线路出现不正常运行状态时，继电保护装置能够发出信号，提醒工作人员及时采取措施。3)对继电保护装置的基本要求 为了使继电保护装置能较好地发挥其作用，在选择和设计继电保护装置时，应满足以下几点要求。(1)选择性供电系统发生故障时，要求保护装置只将故障部分切除，保证无故障部分继续运行。保护装置的这种性能称为选择性。如图9-1所示，当走K-1点短路时，短路电流经断路器QF1,QF3,QF5。按选择性要求，保护装置1应动作，使断路器Q F,断开，如果保护装置3或5动作，则扩大了停电范围。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,但由于某种原因，保护装置1拒绝动作，而由其上一级线路的保护装置3动作，使断路QF3跳闸切除故障，这种动作虽然停电范围有所扩大，仍认为是有选择性的动作。保护装置3除了保护本线路外，还作为相邻元件1或2的后备保护。若不装设后备保护，当保护装置拒动时，故障将无法切除，后果极其严重。(2)速动性系统中发生短路故障时，必须快速切除故障，以减轻故障的危害程度，加速系统电压的恢复，减少对用电设备的影响，缩小故障影响的范围，提高电力系统运行的稳定性。切除故障的时间是指从发生短路起至断路器跳闸、电弧熄灭为止所需要的时间，它等于保护装置的动作时间与断路器跳闸时间(包括,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,灭弧时间)之和。因此，为了保证速动性，应采用快速动作的继电保护装置和快速动作的断路器。(3)灵敏性继电保护的灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。在保护范围内不论发生任何故障，不论故障位置如何，均应反应敏锐并保证动作。反应的灵敏性用灵敏系数Sp衡量。对过电流保护装置，灵敏系数Sp为(9-1)式中:IK.min为保护区内最小运行方式下的最小短路电流;IOP1为保护装置的一次侧动作电流。,下一页,上一页,对低电压保护装置，灵敏系数SP为(9-2)式中:Uk.max为被保护区发生短路时，连接该保护装置的母线上最大残余电压;UOP1为保护装置的一次动作电压，单位为V。在继电保护和自动装置设计技术规程中，对各种保护装置的最小灵敏系数规定为1.2,1.25,1.5,2四级。通常主要保护的灵敏系数要求不小于1.52。在设计、选择继电保护装置时，必须严格遵守此规定。(4)可靠性可靠性是指当保护范围内发生故障和不正常运行,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,状态时，保护装置能可靠动作，不应拒动或误动。前者为信赖性，后者为安全性。继电保护装置的拒动和误动都会造成很大的损害。为保证保护装置动作的可靠性，应注意以下几点:选用质量好、结构简单、工作可靠的继电器组成保护装置。保护装置的接线应力求简单，使用最少的继电器和触点。正确调整保护装置的整定值。注意安装工作的质量，加强对继电保护装置的维护工作。以上对保护装置的四项要求，在一个具体的保护装置中，不一定都是同等重要的。在各要求之间发生矛盾时，应进行综合分析，选取最佳方案。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,例如，为了满足保护装置的选择性，往往要牺牲一些速动性;而有时却要牺牲选择性，保证速动性。继电保护装置除满足上面的基本要求外，还要求投资省，便于调试和维护。4)继电保护装置的组成 继电保护装置由若干继电器组成，如图9-2所示。当线路发生短路故障时，启动用的电流继电器KA瞬时动作，使时间继电器KT启动，KT经整定的一定时限后，接通信号继电器KS和中间继电器KM,KM触头接通故障线路断路器QF的跳闸回路，使故障线路断路器QF跳闸，把故障从系统中切除。5)电流保护装置的接线方式和接线系数,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,电流保护装置的接线方式是指电流继电器与电流互感器的连接方式。常用的连接方式有三种。为了表述继电器电流IKA与电流互感器二次侧电流I2的关系，特引人一个接线KW:(9-2)式中:IKA为流入电流互感器的电流;I2为电流互感器二次侧电流。(1)三相三继电器式接线图9-3是三相三继电器的完全星形接线方式。当供电系统发生三相短路、任意两相短路、中性点直接接地系统中任一单相接地短路时，至少有一个继电器中流过电流互感器的,二次电流。采用完全星形接线方式，流过继电器的电流就是互感器的二次电流，所以其接线系数KW=1。该接线方式不仅能反应各种类型的短路故障，而且灵敏度相同，因此它的适用范围较广。但这种接线方式所用设备较多，主要用在中性点直接接地系统中作相间短路保护和单相接地短路保护。(2)两相两继电器(两相三继电器)式接线图9-4是两相两继电器和两相三继电器的不完全星形接线方式，电流互感器统一装在A,C两相上。在发生三相短路和任意两相短路时，至少有一个继电器流过互感器的二次电流，且各种相间短路时，接线系数KW=1。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,但是当未接电流互感器的一相发生单相接地短路故障时，继电器不会动作。所以此接线方式不能用来保护单相接地短路。由于此种接线所用设备少，因此广泛用于63kV及以下的中性点不直接接地的系统中。(3)两相一继电器式接线(两相差式接线)图9-5是两相一继电器式的接线方式。由于流入电流继电器的电流为两相互感器二次电流之差，所以叫两相电流差接线。该接线方式在正常工作时和发生三相短路时，流入继电器的电流IKA为电流互感器二次电流的厅倍，所以其接线系数KW=。当A,B两相或玖C两相短路时，流入继电器的电流等于互感器的二次电流，其接线系数KW=1。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,当A,C两相短路时，流入继电器的电流为互感器二次电流的2倍，其接线系数KW=2。当B相发生单相接地短路时，继电器中无电流，继电器不动作。由以上分析可知，两相电流差接线能够反映各种相间短路故障，只是在不同相间短路时，灵敏度不同。由于它对于B相的单短路不能反映，因此只能用作相间保护。两相电流差接线灵敏度较低，一般用作电动机和不太重要的10kV及以下线路的过电流保护。2.常用保护继电器 继电器是继电保护装置的基本元件，是一种传递信号的电器，用来接通或断开控制或保护电路。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,继电器的分类方式很多，按其应用分，有控制继电器和保护继电器两大类。控制继电器用于控制回路，保护继电器用于保护回路。保护继电器按其组成元件分，有机电型和晶体管型两大类，机电型又分为电磁型继电器和感应型继电器;按其反映的数量变化分，有过量继电器和欠量继电器;按其反映的物理量分，有电流继电器、电压继电器、气体继电器等;按其在保护装置中的功能分，有启动继电器、时间继电器、信号继电器等;按其与一次电路的联系分，有一次式继电器和二次式继电器。在供电系统中常用的保护继电器，有电磁型继电器、感应型继电器以及晶体管继电器。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,前两种是机电式继电器，它们工作可靠，而且有成熟的运行经验，所以目前仍普遍使用。晶体管继电器具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性、寿命长等一系列优点，但由于晶体管器件的特性受环境温度变化影响大，器件的质量及运行维护的水平都影响到保护装置的可靠性，目前国内较少采用。但随着电力系统向集成电路和微机保护方向发展，晶体管继电器的应用水平也不断提高。1)电磁式继电器 电磁式继电器包括以下四种(1)电磁式电流继电器电流继电器在过电流保护装置中作为测量和启动元件，当电流超过某一整定值时继电器动作。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,供配电系统中常用DL-10系列电磁式电流继电器作为过电流保护装置的启动元件，其结构如图9-6所示，内部接线和图形符号如图9-7所示，电流继电器的文字符号为KA。继电器动作后，当流入继电器线圈的电流减小到一定值时，钢舌片在弹簧作用下返回，使动、静触点分离，此时称继电器返回。能够使继电器返回的最大电流，称为继电器的“返回电流”，用Ire表示。(注:对于欠量继电器，例如欠电压继电器，其返回电压Ure则为继电器线圈中的使继电器返回的最小电压。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,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,(9-2)由于此时摩擦力矩起阻碍继电器返回的作用，因此电流继电器的返回系数恒小于1(欠量继电器则大于1)。在保证接触良好的条件下，返回系数越大，说明继电器越灵敏。DL系列电磁式电流继电器的返回系数较高，一般不小于0.8。电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法:一种是平滑调节，即通过调节转杆来实现。当逆时针转动调节转杆时，弹簧被扭紧，反力矩增大，继电器动作所需电流也增大;反之，当顺时针转动转杆时，继电器动作电流减小。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,另一种是级进调节，即改变线圈的连接方式实现。当两线圈并联时，线圈串联匝数减少1倍，因继电器所需动作匝数是一定的，因此动作电流将增大1倍;反之，当线圈串联时，动作减少1倍。电磁式电流继电器动作较快，其动作时间约为0.010.05s。电磁式电流继电器的接点容量较小，不能直接作用于断路器跳闸，必须通过其他继电器转换。DL-10系列电磁式电流继电器只要通入继电器的电流超过某一预先整定的数值时，它就能动作，动作时限是固定的，与外电压无关，这种特性称做定时限特性，如图9-8所示。DL型电磁式继电器的技术参数见表9-1。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,(2)电磁式中间继电器中间继电器在继电保护中作为辅助继电器，以弥补主继电器触点数量和触点容量的不足。它通常用在保护装置的出口电路中，用来接通断路器的跳闸回路。工厂供配电系统中常用的DZ-10系列中间继电器的内部结构如图9-9所示，其内部接线和图形符号如图9-10所示，中间继电器的图形符号为KM。当线圈1通电时，衔铁4被吸引向铁芯2，使其常闭触点5,6断开，常开触点5-7闭合;当线圈断电时，衔铁4在弹簧3作用下返回。中间继电器种类较多，有电压式，电流式，有瞬时动作的，也有延时动作的。瞬时动作中间继电器，其动作时间约0.050.06s。中间继电器的特点是触点多，容量大，可直接接通断路器的跳闸,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,回路，且其线圈允许时间通电运行。(3)电磁式时间继电器时间继电器在继电器保护中作为时限(延时)元件，用来建立必要的动作时限。其特点是线圈通电后，触点延时动作，按照一定的次序和时间间隔接通或断开被控制的回路。常用的DS-110(120)系列电磁式时间继电器的结构如图9-11所示，内部接线和图形号如图9-12所示。在图9-11中，当线圈1通电时，可动铁芯3被吸入，带动瞬时动触点8分离，与静瞬时触点5,6闭合。压杆9由于衔铁的吸入被放松，使扇形齿轮12在拉引弹簧17的作用下顺时针转动，启动钟表机构。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,钟表机构带动延时主动触点14，逆时针转向主静延时触点15经一段延时后，延时触点14与15闭合，继电器动作。调整主静延时触点15的位置来调整延时主动触点14到15之间的行程，从而调整继电器的延时时间。调整的时间在刻度盘上标出。线圈断电后，在返回弹簧4的作用下，可动铁芯3将压杆9顶起，使继电器返回。由于返回时钟表机构不起作用，所以继电器的返回是瞬时的。(4)电磁式信号继电器在继电保护和自动装置中，信号继电器用作动作指示，以便判别故障性质或提醒工作人员注意。工厂配电系统常用的DX-11型信号继电器的结构如图9-13所示，内部接线和图形符号如图9-14所示，信号继电器的文字符号为KS。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,任务一 电力线路继电保护整定计算,正常时，继电器的信号牌5支持在衔铁4上面。当线圈1通电时，衔铁被吸向铁芯2使信号牌落下，同时带动转轴旋转90，使固定在转轴上的动触点8与静触点9触通，从而接通了灯光和音响信号回路。要使信号复归，可旋转复位旋钮7，断开信号回路。2)感应式继电器(1)结构组成与工作原理在6(10)KV供电系统中，广泛使用感应式电流继电器作电流保护。因为它兼有电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器的作用，从而能大大简化继电器保护装置。常用的GL-10系列感应式电流继电器结构如图9-15所示。它由两大系统构成，一个是感应系统，其动作是反时限的;另一个是,上一页,下一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,电磁系统，其动作是瞬时的。感应式电流继电器的内部接线和图形符号如图9-16所示。在图9-15中，当线圈1中有电流IKa通过时，铁芯2在短路环3的作用下，产生在时间和空间位置上不相同的两个磁通1和2，1在相位上超前2一个角度。这样在铁芯端部的空气隙中产生了两个空间位置和相位均不同的磁通，而且都穿过铝盘，由电工基础知识可知，如果两个磁通空间位置不重合，在时间上又有相位差时，那么其中一个磁通在铝盘内产生的感应涡流与另一个磁通相互作用，便产生了作用于铝盘的电磁力矩M1。该电磁力矩的方向是使铝盘由空间位置上相位超前的磁通转向相位滞后的磁通，即由磁极未套短路,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,环部分向套有短路环的部分旋转，电磁力矩的大小则可由下式决定，即(9-3)由式(9-3)可见，电磁力矩M1的大小不但与磁通12的大小有关，还与它们的相位差甲有关。当继电器结构一定时，K1与相位差甲为常数，当磁路未饱和时，磁通12与继电器线圈中的电流IKA成正比。故式(9-3)可写成(9-4)式(9-4)说明，通入继电器线圈的电流IKA越大，电磁力矩M1越大，铝盘转动越快。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,铝盘4转动时，切割永久磁铁8的磁力线，因而在铝盘上产生涡流。该涡流与永久磁铁的磁场相互作用产生与转矩M1方向相反的制动力矩M2，其大小与铝盘的转速n成正比，即(9-5)当转速n增大到某一值时，M1与M2平衡，铝盘匀速运转。铝盘转动时，M1与M2二者作用于铝盘，使铝盘带动框架6有克服弹簧7的拉力绕轴顺时针偏转的趋势。线圈中的电流越大，则框架受力也越大。当电流足够大时，框架克服弹簧阻力而顺时针偏转，使铝盘前移。当框架转到蜗杆10与扇形齿轮9啮合，扇形齿轮便随着铝盘的旋转而上升，从而启动继电器的感应系统。,下一页,上一页,下一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,当铝盘继续旋转使扇形齿轮上升抵达扁杆11时，将扁杆顶起，使衔铁巧的右端因与铁芯2的空气隙减小而被吸向铁芯，触点12闭合。从继电器启动(螺杆与扇形齿轮啮合瞬间)到触点闭合的这段时间，称为继电器的动作时限。图9-17为GL-10系列感应式电流继电器的时限特性曲线。当通过线圈的电流越大，铝盘转动也越快，动作时限就越短，这种时限特性称为反时限特性。如图9-17曲线的ab段所示。随着继电器线圈电流的继续增大，铁芯逐渐到达饱和状态。这时，M1不再随IKA增大而增大，继电器动作时限也不再减小，即进人定时限部分，如曲线中的bc段所示。这种有一定限度的反时限特性，称为有限反时限特性。,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,这种继电器还装有瞬动元件，当继电器线圈中电流再继续增大到某一预先设定的倍数时，衔铁的右端被吸向铁芯。扁杆11向上运动使触点瞬时闭合，电磁系统瞬时动作，进人曲线的“速断”部分，如曲线中的bc段所示。电磁系统的动作时间约为0.050.1s。动作n曲线对应于开始速断时间的动作电流倍数，称为速断电流倍数nab。即(9-6)式中:Iab为感应式电流继电器的速断电流，即继电器线圈中使速断元件动作的最小电流;IOP为感应式电流继电器的动作电流。速断电流倍数可以通过电流速断调节螺杆14改变衔铁15与铁芯2之间,下一页,上一页,的气隙大小来调节。气隙越大，速度电流倍数nab越大。当线圈中的电流减小到一定程度时，弹簧7时将框架6拉回，使扇形齿轮9与螺杆脱离，继电器则返回。(2)动作电流与动作时限的调节 使蜗杆与扇形齿轮9啮合的最小电流，称为继电器感应系统的动作电流。继电器感应系统的动作电流是利用插销16改变继电器线圈的匝数来调整的。GL型感应式电流继电器的技术参数见表9-2。感应系统的动作时限，可以通过转动螺杆13使挡板上下移动，改变扇动齿轮的起始位置来调节。扇形齿轮与摇柄的距离越大，则在一定电流作用下，继电器动作时限越长。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,由于GL-10系列感应式继电器的动作时限与通过继电器线圈的电流大小有关，所以继电器铭牌上标注的时间，均指继电器线圈通过的电流为其整定的动作电流10倍时动作电流的动作时间。其他电流的动作时限可从对应的时限特性曲线上查得。电磁系统的动作电流，可通过调节螺钉14改变衔铁右端与铁芯之间的空气隙来调节。气隙越大，速断动作电流也越大。GL-10系列继电器的优点是接点容量大，能直接作用于断路器跳闸，本身还具有机械掉牌装置，不需附加其他继电器就能实现有时限的过电流保护功能和信号指示功能。其缺点是结构复杂，精确度较低，感应系统惯性较大，动作后不能及时返回，为了保证其动作的,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,选择性必须加大时限阶段。3.高压配电电网的继电保护 输电线路或电气设备发生短路故障时，其重要的特征是电流突然增大和电压下降。过电流保护就是利用电流增大的特点构成的保护装置。这种过电流保护一般分为定时限过电流保护、反时限过电流保护、无时限电流速断保护和有时限电流速断保护等。1)带时限的过电流保护 带时限的过电流保护，按其动作时间特性分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。定时限，就是指保护装置的动作时间是固定的，与短路电流的大小无关;反时限，就是指保护装置的动作,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,时间与反映到继电器中的短路电流的大小成反比关系，短路电流越大，动作时间越短，所以反时限特性也称为反比延时特性或反延时特性。(1)定时限过电流保护电网的过电流保护装置均设在每一段线路的供电端，其接线如图9-18所示。图中TA1、TA2为电流互感器;KA1、KA2为电磁式过电流继电器，作为过电流保护的启动元件;KT为时间继电器，作为过电流保护的时限元件;KS为信号继电器，作为过电流保护的信号元件;KM为中间继电器，作为保护的执行元件;YR为断路器的跳闸线圈;触点QF为断路器操作机构控制的辅助常开触点。保护采用两相两继电器式接线方式。正常情况下，线路中流过的工作电流小于继电器的动作电流，,下一页,上一页,继电器不能动作。当线路保护范围内发生短路故障时，流过线路的电流增加，当电流达到电流继电器的整定值时，电流继电器动作，闭合其常开触点，使时间继电器KT线圈有电;经过一定延时，KT触点闭合，接通信号继电器KS线圈回路，KS触点闭合，接通灯光、声响信号回路;信号继电器本身也具有掉牌显示，指示该保护装置动作。在KT触点闭合接通信号继电器的同时，中间继电器KM线圈也同时有电，其触点闭合使断路器跳闸线圈YR有电，动作于断路器跳闸，切除故障线路。断路器跳闸后，QF随即打开，切断断路器跳闸线圈回路，以避免直接用KM触点断开跳闸线圈时，其触点被电弧烧坏。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,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,状态，而KS需手动复位，完成保护装置的全部动作过程。动作电流的整定 动作电流的整定必须满足下面两个条件:应该躲过线路的最大负荷电流ILmax，以免在最大负荷通过时保护装置误动作。保护装置的返回电流Ire也应该躲过线路最大负荷电流ILmax，以保证保护装置在外部故障切除后，能可靠地返回原始位置，以免发生误动作。为说明这点，现以图9-19为例来介绍。当线路WL2的首端k点发生短路时，由于短路电流远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KA1,KA2,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,均应启动。按照保护选择性的要求，应是靠近故障点的保护装置KA2首先断开QF2，切除故障线路WL2，而KA1应立即返回，不至于断开Q F1。如果KA1在整定其返回电流时没有躲过线路WL1的最大负荷电流，尽管KA2切除WL2后，WL1恢复正常运行，但KA1继续保持启动状态，从而达到它所整定的时限后，必将错误地断开QF，造成WL1停电，扩大了事故停电的范围，这是不允许的。所以保护装置的返回电流也必须躲过线路的最大负荷电流ILmax。线路的最大负荷电流应根据线路实际的过负荷情况，特别是尖峰电流(包括电动机的自启动电流)情况而定。过电流保护动作电流的整定公式为,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,(9-7)式中:IOP为继电器的动作电流;Kre1为保护装置的可靠系数，对DL型继电器取1.2，对GL型继电器取1.3;KW为保护装置的接线系数，三相式、两相式接线取1，两相差式接线取厅;保护装置的返回系数，对DL型继电器取0.85，对GL型继电器取0.8;Ki为电流互感器变比;ILmax为线路的最大负荷电流，可取为(1.53)I30。如果用断路器手动操作机构的过电流脱扣器YR作过电流保护，则脱扣器动作电流按下式进行整定，即(9-8),下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,式中:Kre1为保护装置YR的可靠系数，取22.5。由式(9-9)求得继电器动作电流计算值，确定其动作电流整定值。保护装置一次侧的动作电流为(9-9)动作时间的整定 定时限过流保护装置的时限整定应遵守时限的“阶梯原则”。为了使保护装置以可能的最小时限切除故障线路，位于电网末端的过电流保护不设延时元件，其动作时间等于电流继电器和中间继电器本身固有的动作时间之和，约为0.070.09s。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置的线路首端即k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间t2，应比后一级保护的动作时间t1要大一个时间差t，即(9-10)靠近电源侧的各级保护装置的动作时间，取决于时限级差t的大小t越小，各级保护装置的动作时限越小。但t不可过小，否则不能保证选择性。在确定出时，应考虑到断路器的动作时间，前一级保护装置工作时限可能发生提前动作的负误差，后一级保护装置可能发生滞后动作的正误差，为了保证前后级保护的动作选择性，还应该考虑加上一个保险时间，t大约在0.50.7s之间。,下一页,上一页,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，可取位t=0.7。例9-1如图9-20所示，某厂10kV供电线路，保护装置接线方式为两相式接线。已知WL2的最大负荷电流为60A,TA1的变比为150/5,TA2的变比为100/5，继电器均为DL型电流继电器。已知TA1已整定，其动作电流为10A,动作时间为1s。试求整定保护装置TA2的动作电流、一次侧动作电流和动作时间。解整定KA2的动作电流。取，已知，故,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,查表9-2,KA2选择DL-10/10型电流继电器，线圈串联，动作电流整定为4A。KA2的一次侧动作电流为(2)整定KA2的动作时间。保护装置KA1的动作时限应比保护装置KAz的动作时限大一个时间阶段t,取t=0.5 s，因为KA1的动作时间是t1=1s，所以KAz的动作时间为(2)反时限过电流保护反时限就是指保护装置的动作时间与反映到继电器中的短路电流的大小成反比关系，短路电流越大，动作时间越短。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,反时限过电流保护的基本元件是GL型感应式电流继电器。晶体管继电器也可组成反过流保护装置。这种保护的特点是在同一线路的不同地点时，由于短路电流大小不同，因此保护具有不同的动作时限。短路点越靠近电源端，短路电流越大，动作时限越短。图9-21是由GL型感应式电流继电器构成的反时限过电流保护装置(不完全星形接线)接线图。图中，KA1,KA2为GL型感应式带有瞬时触电的反时限过电流继电器，继电器本身带有时限，并有动作及指示信号牌，所以回路不需要时间继电器和信号继电器。当一次电路发生相间短路时，电流继电器KA1,KA2至少有一个动作，经过一定的延时后(延时时间与短路电流大小成反比关系)，,下一页,上一页,其常开触点闭合，紧接着其常闭触点断开，断路器跳闸线圈YR因“去分流”而通电，使断路器跳闸，切除故障部分。在继电器去分流跳闸的同时，其信号牌自动掉下，指示保护装置已经动作。在故障切除后，继电器自动复位，信号牌则需要手动复位。注意:GL型感应式电流继电器的常开、常闭触点的动作先后顺序是:常开触点先闭合，常闭触点后断开(与一般的继电器触点状态变化正好相反)。这样不仅保证了继电器的可靠动作，而且还保证了在继电器触点转换过程中，电流互感器二次侧不会带负荷开路。动作电流的整定 反时限过电流保护装置的动作电流整定计算与定时限过电流保护,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,装置相同，只是kre1取1.3，此处不再赘述。例9-2某高压线路的计算电流为100A，线路末端的三相短路电流为1300A，采用GL-15型电流继电器组成两相电流差接线的相间短路保护，电流互感器的变比315/5。试整定此继电器的动作电流。解取，根据公式有 查表9-2，根据GL-15/10型感应式继电器的规格，动作电流可整定为8A。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,动作时限的整定 为了保证动作的选择性，反时限过电流保护也应满足时限的“阶梯原则”。但由于感应电流继电器的动作时限与短路电流的大小有关，继电器的时限调节机构是按10倍动作电流来标度的，而实际通过继电器的电流一般不会正好就是动作电流的10倍，所以，必须据继电器的动作特性曲线来确定。假定图9-22所示线路中的KA2的10倍动作电流时间已整定为t2，现在要求整定前一级保护KA1的10倍动作电流时间t1，整定计算步骤如下:(1)计算KL2首端三相短路电流Ik反映到KA2中的电流值，即,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,(9-11)式中:KW(2)为KA2与TA2的接线系数;Ki(2)为TA2的变比。(2)计算Ki(2)对KA2的动作电流倍数，即(9-12)(3)确实KA2的实际动作时间。在图9-23所示的KA2的动作特性曲线的横轴上，找出n2，然后往上找到该曲线上的b点，该点所对应的动作时间t 2就是KA2通过Ik(2)时的实际动作时间。(4)计算KA1的实际动作时间，即,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,(9-13)(5)计算WL2首端三相短路电流Ik反映到KA1中的电流值，即(9-14)式中:KW(1)为KA1与TA1的接线系数;Ki(1)为TA1的变比。(6)计算Kk(1)对KA1的动作电流倍数，即(9-15)式中:IOP(1)为KA1已整定的动作电流。(7)确定KA1的10倍电流动作时间。,下一页,上一页,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,从图9-23所示的KA，的动作特性曲线的横坐标找出n1，在根据n1与KA1的实际动作时间t1，从KA1的动作特性曲线的坐标图上找出其坐标点a点，则此点所在曲线的10倍动作电流的动作时间t1即为所求。定时限和反时限过电流保护的比较 定时限过电流保护的优点是:动作时间准确，容易整定。而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不会因短路电流小而动作时间长。定时限过电流保护的缺点是:继电器数目较多，接线比较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太长。反时限过电流保护的优点是:可采用交流操作，接线简单，,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,所用保护设备数量少，因此这种方式简单经济，在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。反时限过电流保护的缺点是:整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。由以上比较可知，反时限过电流保护装置具有继电器数目少，接线简单以及可直接采用交流操作电源等优点，所以在610kV供配电系统中得到了广泛的使用。过电流保护装置的灵敏度 过电流保护的灵敏系数为,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,(9-16)式中:为被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流。按规定，灵敏系数Sp1.5，当过电流保护作后备保护时，满足不了要求，可以取Sp1.2。例9-3校验例题9-1中保护装置KAZ的灵敏度。解KA2保护的线路WL2末端是k-2点的两相短路电流为其最小短路电流，即KA2灵敏度为,任务一 电力线路继电保护整定计算,由此可见，灵敏度满足要求。越级跳闸的处理 如果是WL2的保护装置动作，断路器QF2拒绝跳闸造成越级，则应在拉开拒跳段路器QF2两侧的隔离开关后，将其他非故障线路送电。如果是因为WL2的保护装置未动作造成越级跳闸，则应将各线路断路器断开，合上越级跳闸的断路器QF1，再逐条线路试送电，发现故障线路后，将该线路停电，拉开断路器两侧的隔离开关，再将其他非故障线路送电。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,如果是保护装置动作，断路器QF2跳闸，则应拉开断路器QF2两侧的隔离开关，然后再查找保护装置动作的原因。2)电流速断保护 从上节带时限的过流保护可看出，为了保证动作的选择性，前一级保护的动作时限要比后一级保护的动作时限延长一个时限t。这样，越靠近电源处，其保护装置的动作时限越长，而越接近电源发生短路时的短路电流越大，因此短路的危害就更加严重。所以，一般过电流保护装置的动作时限如果超过0.50.7s,还需装设电流速断保护。(1)电流速断保护的组成和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护，实际中电流速断保护常与过电流保护配合使用。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,电流速断保护的原理图如图9-24所示。图中，TA1、TA2为电流互感器，KA1,KA2为电磁式过电流继电器，作为过电流保护的启动元件;KS为信号继电器，KM为中间继电器，作为保护的执行元件;YR为断路器的跳闸线圈，作为执行元件;QF为断路器操作机构控制的辅助常开触点。保护采用两相两继电器式接线方式。当线路发生短路，流经继电器的电流大于电流速断的动作电流时，电流继电器动作，其常开触点闭合，接通信号继电器KS和中间继电器KM回路，KM动作，其常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈YR回路，断路器QF跳闸，将故障部分切除;同时，KS常开触点闭合，接通信号回路发出灯光和音响信号。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,(2)电流速断保护的整定 由于电流速断保护不带时限，为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时，电流速断保护不应动作。所以，电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。如图9-25所示的电路中，WL1末端k-1点的三相短路电流，实际上与其后一段WL2首端k-2点的三相短路电流几乎是相等的。因此，电流速断保护动作电流(速断电流)的整定计算公式为(9-17),下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,式中:Iab为速断保护动作电流;凡l为可靠系数，对DL系列电流继电器可取1.21.3，对系列电流继电器可取1.41.5;IK.max为被保护线路末端短路时的最大短路电流。(3)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是按躲过线路末端的最大短路电流来整定的，因此，在靠近线路末端的一段线路上发生的不一定是最大短路电流时，速断保护就不会动作。也就是说，电流速断保护实际不能保护线路的全长，这种保护装置不能保护的区域，就称为“死区”。如图9-25所示。为了弥补“死区”得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的,下一页,上一页,线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，时限不超过0.1 s，过电流保护为后备保护;而在电流速断保护的“死区”内，过电流保护为基本保护。(4)电流速断保护的灵敏度 电流速断保护的灵敏度必须满足的条件是:(9-18)式中:为线路首端在系统最小运行方式下的两相短路电流。例9-4图9-26所示的10kV线路中，WL1和WL2都采用GL-15/10电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护和速断保护。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,已知TA，的变比为100/5A,TA2的变比为75/SA,WL1的过电流保护动作电流整定9A,10倍动作电流倍数为1s,WL2的计算电流为36A,WLZ首端三相短路电流为900A，末端三相短路电流为320A，试整定线路WL2的保护。解线路由GL-15/10感应式电流继电器构成两相式的过电流保护和电流速断保护。(1)过电流保护。动作电流的整定步骤如下:查表9-2，整定继电器动作电流8A，过电流保护一次侧动作电流为,下一页,上一页,动作时限的整定。由线路WL1和WL2保护短路点k1，整定WL2的电流继电器的动作时限。计算k1点短路，WL1保护的动作电流倍数n1和动作时限t1。由n1=5查GL-15电流继电器t|n=10=1s的特性曲线得t1=1.4s。计算k1点短路，WL2保护的动作电流倍数t2。,任务一 电力线路继电保护整定计算,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,由n2=7.5、t2=0.7S，从GL-15电流继电器动作特性曲线查得，10倍动作电流时限为0.6。灵敏度校验。WL2过电流保护整定满足要求。(2)电流速断保护的整定。动作电流的整定。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,灵敏度校验。WL2电流速断保护整定满足要求。4.中性点不接地的单相接地保护 工厂企业363 kV供电系统，电源中性点的运行方式采用小接地电流系统。当这种电网发生单相接地故障时，故障电流往往比负荷电流要小得多，并且系统的相间电压仍保持对称，所以不影响电网,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,的继续运行。但是单相接地后，非故障相对地电压升高，长期运行，将危害系统绝缘，甚至击穿对地绝缘，引发两相接地短路，造成停电事故。因此，线路必需装设有选择性的单相接地保护装置或无选择性的绝缘监视装置，动作于信号或跳闸。1)多线路系统单相接地分析 供电系统中有若干条线路，现分析如图9-27所示的具有三回出线的供配电系统在线路WL2的C相发生接地时的电容电流和接地电流的分布。全系统该相对地电压为零，所有流经该相的对地电容电流也为零。各线路上的非故障相(A,B)的电容电流和IC1、IC2、IC3都通过故障线路流过接地点构成回路，如图9-27中的箭头所示。,下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,单相接地时每回线路的电容电流为(9-19)(9-20)(9-21)式中:下标1,2,3为线路的编号;IC0为正常情况下的每相的电容电流;IC1、IC2为流经非故障相线路WL1,WL2的电流互感器TA1,TA2的电容电流。流经故障线路WL3的电流互感器TA3的是接地故障电流片,即(9-22),下一页,上一页,任务一 电力线路继电保护整定计算,它是非故障线路正常电容电流IC0之和的3倍，电流的流向由线路指向母线。2)绝缘监视装置
