工厂供配电系统的继电保护.ppt

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1、第7章工厂供配电系统的继电保护,第7章 工厂供配电系统的继电保护,7.1 继电保护的基本知识7.2 供电线路的继电保护7.3 电力变压器的保护7.4 其他电力设备的继电保护7.5 自动重合闸及备用电源自动投入装置7.6 配电系统的微机保护,电力系统的运行分析正常故障：短路不正常：过负荷（过流）、过温、小电流接地系统的单相接地；欠压相应的保护措施技术实现：继电保护,一、继电保护的任务1自动、迅速、有选择性地切除故障设备2对不正常运行状态发出预告信号3与供配电系统的自动装置配合，提高供配电系统的供电可靠性。,7.1 继电保护的基本知识,二、基本要求,选择性快速性灵敏性可靠性,统筹兼顾，简单经济,（

2、一）选择性 当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。,（二）快速性 发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。故障切除时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。一般的快速保护动作时间：断路器的动作时间：,（三）灵敏性 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。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量,（四）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，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，不应误动作。,二

3、、继电保护的基本工作原理 供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变等。工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如图7-2所示。,过电流保护原理图,三、常用继电器 按工作原理：电磁式、感应式、电动式、电子式按输入量：电压、电流、时间、速度、压力等按用途：控制、保护 电流继电器 电压继电器 功率继电器 时间继电器 信号继电器 等,电流继电器,电压继电器,功率型继电器,时间继电器,信号继电器,直流电磁式继电器,7.2 供电线路的继电保护,相间短路电流保护（过电流、速断）过负荷 过载（负荷）保护单相接地绝缘监视装置、单相接地保护,一、电力线路的常见故障,二、

4、电流保护的接线方式和接线系数,电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。,接线系数Kw,1、三相三继电器接线方式,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，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1,即KW=1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。,2、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。此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。,规

5、程规定：不完全星形接线必须装设在A,C相,3、两相一继电器接线方式,流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差，因此又称两相电流差接线。A、C两相短路时，KW=2，；A、B或B、C两相短路时，KW=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、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。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。,1、接线和工作原理,定时限过电流保护装置的接线图,（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理,（2）反时限过电流保护装置的接线

6、和工作原理,2、保护整定动作电流整定、动作时限整定和灵敏度校验,（1）动作电流整定a.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Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max（正常过负荷电流和尖峰电流），即 Iop1IL.max b.保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置,即保护装置一次侧的返回电流Ire1大于线路的最大负荷电流IL.max（应包含电动机的自起动电流），即 Ire1IL.max,继电器的动作电流Iop.KA为,式中，Krel为可靠系数，DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.3；Kw为接线系数，由保护的接线方式决定；Kre为继电器的返回系数，DL型继电器取0.8

7、5，GL型继电器取0.8；Ki为电流互感器变比。,IL.max=（1.53.0）Ic,保护装置一次侧的动作电流为,按阶梯原则进行整定：t1=t2+t式中,t为时限级差，定时限过电流保护取0.5s，反时限过电流取0.7s。,（2）动作时限整定 a.定时限过电流动作时限整定,b.反时限过电流保护动作时限整定 10倍动作电流时的动作时限。“阶梯原则”来确定，即上下级线路的反时限过电流保护在保护配合点K点发生短路时的时限级差为t=0.7s。,动作时限整定步骤：a、计算线路2WL首端K点三相短路时保护2的动作电流倍数n2,b、由n2从特性曲线2求K点三相短路时保护2的动作时限t2。,c、计算K点三相短路

8、时保护1的实际动作时限t1,d、计算K点三相短路时，保护1的实际动作电流倍数n1。,e、由t1和n1确定继电器的特性曲线。,（3）保护灵敏度校验 过电流保护的灵敏度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。,式中，Iop1为保护装置一次侧动作电流。,主保护,后备保护,例1、试整定图所示线路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0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。,解：1

9、、整定动作电流,选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A,过电流保护一次侧动作电流为,2、整定动作时限 线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差t。,3、校验保护灵敏度 保护线路1WL灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验,由此可见，保护整定满足灵敏度要求。,四、电流速断保护,当过电流保护动作时限超过0.50.7s时，应装设电流速断保护。,1.电流速断保护的接线和工作原理,2.电流速断保护的整定（1）动作电流整定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，即速断保护动作电流Iop1IK

10、.max，速断保护动作电流整定值为,式中，IK.max为线路末端最大三相短路电流；Kre1为可靠系数，DL型继电器取1.3，GL型继电器取1.5；Kw为接线系数；Ki为电流互感器变比。,（2）灵敏度校验,用线路首端最小两相短路电流 校验，即,对GL型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数，即,注：在电流速断保护区内，电流速断保护为主保护，过电流保护为辅助保护在电流速断保护的死区内，过电流保护为主保护,3、保护区和保护死区 电流速断保护的动作电流大于线路末端的最大三相短路电流，电流速断保护存在保护死区。只能保护线路的一部分，线路不能被保护的部分称为保护死区，线路能被保护的部分称为保护区。,例2 试

11、整定例7-1中线路1WL的电流速断保护。已知线路1WL首端最小三相短路电流为9.2kA。,解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。,（1）动作电流整定,选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流35A。,速断保护一次侧动作电流为,（2）灵敏度校验:以线路1WL首端最小两相短路电流校验,电流速断保护整定满足要求。,例3 图所示的10kV线路1WL和2WL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。已知1TA的变比为100/5A，2TA的变比为75/5A，1WL的过电流保护动作电流整定9A，10倍动作电流的

12、动作时间为1s，2WL的计算电流为36A，2WL首端三相短路电流为900A，末端三相短路电流320A。试整定线路2WL的保护。,解：线路由GL-15/10感应式电流继电器构成两相式过电流保护和电流速断保护,（1）过电流保护 动作电流,整定继电器动作电流8A，过电流保护一次侧动作电流为,动作时限整定,由线路1WL和2WL保护配合点K1，整定2WL的电流继电器动作时限曲线。,a、计算K1点短路1WL保护的动作电流倍数n1和动作时限t1：,由n1查GL-15电流继电器t|n=10=1s特性曲线，得t1=1.4s,b、计算K1点短路2WL保护的动作电流倍数n2和动作时限t2。,c、由n2和t2从GL-

13、15电流继电器动作特性曲线查得10倍动作电流动作时限0.6s,灵敏度校验,1.5,2WL过电流保护整定满足要求,（2）电流速断保护,动作电流整定,整定速断保护动作倍数4倍，一次侧动作电流为,灵敏度校验,1.5,2WL电流速断保护整定满足要求。,五、过负荷保护,1、接线和工作原理,2、保护整定(1)过负荷保护的动作电流按线路的计算电流Ic整定，即,式中，Krel为可靠系数，取1.21.3；Ki为电流互感器之比。,(2)动作时间 一般整定10s15s。,六、单相接地保护,1.多线路系统单相接地分析,（1）流过接地线路的总接地电流IE等于所有在电气上有直接联系的接地电容电流之和IC减去接地线路的接地

14、电容电流Ic。,（2）流过非接地线路的接地电容电流就是该非接地故障线路的接地电容电流Ici。,2单相接地保护（1）接线和工作原理,零序电流保护,（2）动作电流整定 系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流IC时，单相接地保护不应动作，即,式中，Kre1为可靠系数，保护装置不带时限时，取Kre1=45，保护装置带时限时，取Kre1=1.52；Ki为零序电流互感器的变比。,（3）灵敏度校验,保护装置一次侧动作电流为,架空线路,电缆线路,被保护线路发生单相接地，流过接地电容电流单相接地保护应可靠动作。,绝缘监视装置是无选择性的,3.绝缘监视装置,7.3 电力变压器的继电保护,一、电力变

15、压器的常见故障和保护配置,7.3 电力变压器的继电保护,1、常见故障(1)变压器的短路故障内部故障匝间短路、相间短路和单相碰壳故障 外部故障相间短路、单相接地故障(2)变压器的不正常运行状态 过负荷、油面降低和变压器温度升高等。,2、保护配置(1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路(2)气体保护：保护变压器的内部故障和油面降低(3)差动保护：保护内部故障和引出线相间短路(4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高,(1)两相两继电器式接线（适用于相间短路保护）(2)两相一继电器式接线（保护灵敏度随短路种类而异）,二、变压器电流保护的接线方式,三、变压器的

16、保护,1、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。a.动作电流整定,b.动作时限整定,c.灵敏度校验,2、变压器电流速断保护(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 和线路过电流保护的整定类似。a.动作电流,b.灵敏度校验,3.变压器的零序电流保护,(1)接线和工作原理,(2)整定 a.动作电流 b.动作时间 c.灵敏度校验,4.变压器的过负荷保护运行中可能出现过负荷的变压器应装设过负荷保护。接线和工作原理同线路的过负荷保护；动作电流整定按变压器一次侧

17、额定电流整定；动作时间一般整定10s15s。,例4 某总降变电所有一台35/10.5kV、2500kVA、Yd11联结组变压器一台。已知变压器10kV母线的最大三相短路电流1.4kA，最小三相短路电流1.3kA，35kV母线的最小三相短路电流1.25kA，保护采用两相两继电器接线，电流互感器变比为100/5A，变电所10 kV出线过电流保护动作时间1s，试整定变压器的电流保护。,解：因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电流速断保护，保护采用两相两继电器接线。1定时限过电流保护（1）动作电流整定,选DL-11/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(oc)=6A 保护一次侧动

18、作电流,（2）动作时间整定,（3）灵敏度校验,1.5,2电流速断保护（1）动作电流整定,选DL-11/50电流继电器，线圈串联，动作电流整定Iop.KA(qb)=25A,保护一次侧动作电流,（2）灵敏度校验,2.0,变压器电流保护灵敏度满足要求.,四、变压器的气体保护,气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保护装置。按GB50062-92规定，800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器均应装气体保护。,1气体继电器的结构和工作原理 FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器的结构示意图。,1盖 2容器 3上油杯 4、8永久磁铁 5、6上触头 7下油杯 9、10

19、下触头11支架 12、15平衡锤 13、16转轴 14挡板 17放气阀 18接线盒,2 气体保护的接线,3气体保护的安装和运行,五、变压器的差动保护,GB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,2变压器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 将变压器星形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形接线，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相

20、同，消除了由变压器联结组引起的不平衡电流。,（2）电流互感器变比引起的不平衡电流利用差动继电器中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。（3）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。,3变压器的差动保护方式 主要问题是采取各种有效措施消除不平衡电流的影响,（1）带短路线圈的BCH-2型差动继电器；（2）带磁制动特性的BCH-1型差动继电器；（3）多侧磁制动特性的BCH-4型差动继电器；（4）鉴别涌流间断角的差动继电器；（5）二次谐波制动的差动继电器。,几种构成差动保护的继电器,4.BCH-2型变压器差动保护

21、（1）BCH-2型差动继电器 BCH-2型差动继电器，由一个带短路线圈的速饱和变压器和一个执行元件DL-11/0.2电流继电器组成，如图所示。,（2）BCH-2型变压器差动保护接线,(3)BCH-2型变压器差动保护的整定 按平均电压及变压器最大容量计算变压器各侧额定电流INT，按KW、INT选择各侧电流互感器一次额定电流。按下式计算出电流互感器二次回路额定电流IN2：,式中，KW为三相对称情况下电流互感器的接线系数，星型接线时为1，三角形接线时为；Ki为电流互感器的变比。,差动保护基本侧的一次侧动作电流整定 a）躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流,b）躲过变压器外部短路时的

22、最大不平衡电流,c）电流互感器二次回路断线时不应误动作，即躲过变压器正常运行时的最大负荷电流,继电器差动线圈匝数的确定 a三绕组变压器：基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡线圈。基本侧继电器的动作电流为,基本侧继电器差动线圈计算匝数d.c为,式中，AW0为继电器动作安匝，无实测值时可采用额定值AW0=60安匝。按继电器线圈实有抽头选择较小而相近的匝数作为差动线圈的整定匝数WOP。,根据WOP再计算基本侧实际的继电器动作电流,b双绕组变压器：两侧电流互感器分别接于继电器的两个平衡线圈上。确定基本侧的继电器动作电流及线圈匝数的计算与三绕组变压器方法相同。依继电器线圈实有抽头，选用差动线圈的匝

23、数Wd和一组平衡线圈匝数Weq1 之和，较差动线圈计算匝数Wdc小而近似的数值。基本侧的整定匝数Wd.op 为,非基本侧平衡线圈匝数的确定,a双绕组变压器平衡线圈的计算匝数,式中，为接有平衡线圈、的电流互感器二次侧额定电流。,三绕组变压器平衡线圈计算匝数分别为,式中，IN2为基本侧电流互感器二次额定电流。,计算,式中，为平衡线圈计算匝数；为平衡线圈整定匝数；为差动线圈整定匝数。,若 时，则需将其代入上式重新计算动作电流。,短路线圈抽头的确定 短路线圈有4组抽头可供选择，短路线圈的匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但继电器的动作时间越长。因此所选抽头匝数是否合适，应在保护装置投入运行时，通过变压

24、器空载试验确定。,灵敏系数校验,式中，IIK、IIIK、IIIIK 为变压器出口处最小短路时、侧流进继电器线圈的电流；WIW、WIIW、WIIIW 为、侧电流在继电器的实际工作匝数（工作匝数为各侧平衡线圈匝数与差动匝数之和）。简化公式：,式中，IKD为最小故障时流入继电器的总电流；IOP.KD为继电器的整定电流。双绕组变压器灵敏度计算与上述相同，只是第三侧数字为零。,例5 试整定双绕组变压器的BCH-2型差动保护。已知变压器技术参数：15MVA,3522.5%/10.5kV,yd11,Uk%=7.5；变压器35 kV母线三相短路电流 母线三相短路 归算到35KV的短路电流，10kV侧最大负荷电

25、流为780A。,解：1.计算变压器额定电流、选出电流互感器变比、求出电流互感器二次回路额定电流，计算结果如表所示。,表:变压器额定电流、电流互感器变比、电流互感器二次回路额定电流,由表可见，10kV侧电流互感器二次回路额定电流较35kV侧大，因此，以10kV侧为基本侧。,2.计算差动保护10kV侧的一次侧动作电流（1）按躲过励磁涌流,（2）按躲过外部最大不平衡电流,（3）按躲过电流互感器二次回路断线,因此，应躲过外部最大不平衡电流选择10KV侧一次侧动作电流为1466A。,3.确定线圈接法和匝数 35kV和10KV侧电流互感器分别接平衡线圈WeqI，WeqII 基本侧（10KV侧）继电器动作电

26、流为,基本侧差动线圈计算匝数为,其中取差动线圈匝数Wd6匝,平衡绕组线圈匝数WeqI 2匝。,选择平衡绕组线圈匝数WeqII为3匝。,5.计算由实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差,所以，不需要重新计算动作电流。,6.初步确定短路线圈的抽头：选用C1-C2抽头。,4.确定35KV侧平衡线圈的匝数,7.灵敏度校验 按10kV侧最小两相短路电流校验，35kV侧继电器通过的电流为,校验结果，灵敏度满足要求。,7.4 其它电力设备的继电保护,回顾变电所的一次主回路母线电容器高压电动机,一、母线的继电保护,变电所中610kV单母线一般不装设专用的母线保护对于出线较多、负荷性质又较重要的单母线分段母线，装

27、设电流速断保护及过电流保护，整定计算见表7-6,二、电容器的继电保护,对于低压电容器和容量小于400KVA的高压电容器，可装设熔断器作为电容器的相间短路保护对于容量较大的高压电容器，需配置专用的保护装置，见表7-7，其整定计算见表7-8,三、高压电动机的继电保护,常见短路故障和不正常工作状态主要有：定子绕组相间短路、单相接地、电动机过负荷、低电压，同步电动机失磁、失步等。,对2000kW以下的高压电动机相间短路，装设电流速断保护；对2000kW及以上的高压电动机或电流速断保护灵敏度不满足要求的高压电动机，装设差动保护。对易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护。对不重要的高压电动机或不允许自起动

28、的电动机，应装设低电压保护。高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护。,一、自动重合闸装置（ARD）,（一）对自动重合闸的要求1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。,7.5 自动重合闸及备用电源自动投入装置,4.应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。5

29、.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。,（二）电气一次自动重合闸装置,1.故障跳闸后的自动重合闸过程（1）正常（2）故障2.手动跳闸时，重合闸不应重合3.防跳功能4.ARD与继电保护的配合方式,二、备用电源自动投入装置（APD）,（一）对备用电源自动投入装置的要求 1.工作电源不论何种原因消失(故障或误操作)时，APD应动作。2.应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源。3.备用电源自动投入装置只允许动作一次。4.电压互感器二次回路断线

30、时，APD不应误动作。5.采用APD的情况下，应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自起动，应在APD动作前自动减负荷。,（二）备用电源自动投入装置 1.主电源与备用电源方式的APD接线,2.互为备用电源的APD接线,7.6 配电系统微机保护,一、配电系统微机保护的现状和发展常规的模拟式继电保护缺点：（1）没有自诊断功能，元件损坏不能及时发现，易造成 严重后果。（2）动作速度慢，一般超过0.02s。（3）定值整定和修改不便，准确度不高。（4）难以实现新的保护原理或算法。（5）体积大、元件多、维护工作量大。,微机保护的优点 充分利用和发挥微型控制器的存储记忆、逻

31、辑判断和数值运算等信息处理功能，克服模拟式继电保护的不足，获得更好的保护特性和更高的技术指标。,二、配电系统微机保护的功能,1.保护功能2.测量功能3.自动重合闸功能4.人机对话功能5.自检功能,6.事件记录功能7.报警功能8.断路器控制功能9.通信功能10.实时时钟功能,三、微机保护装置的硬件结构 微机保护装置的结构由数据采集系统、微型控制器、存储器、显示器、键盘、时钟、通信、控制和信号等部分组成。,四、微机保护装置的软件系统,包括设定程序、运行程序和中断微机保护功能程序三部分。,1、继电保护的基本知识2、供电线路的继电保护3、电力变压器的保护4、其他电力设备的继电保护5、自动重合闸及备用电源自动投入装置6、配电系统的微机保护,小结,