中、低压供配电系统保护.ppt

2019/6/29,1,第六章 中、低压供配电系统保护,了解：继电保护概念、要求，常规继电器及其动作特性，保护接线形式。 掌握：过电流保护、电流速断保护、单相接地保护、瓦斯保护与温度保护、电力电容器与异步电动机的保护。 重点：过电流保护、电流速断保护的构成、单相接地保护、差动保护。,2019/6/29,2,第一节 保护的作用、原理及要求,一、作用 1当供电系统发生故障时，必须迅速地切除故障，缩小事故范围，保证系统无故障部分继续运行； 2而当系统出现不正常工作状态时，要给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。,2019/6/29,3,二、原理 1电流增大。从电源到短路点间电气设备上电流增大。 2电压降低。故障相相电压或线电压下降，离短路点越近，电压下降越多，甚至为零。 3电流、电压间的相位角会发生变化。由于短路发生后，系统阻抗发生变化导致了相位角改变。 4故障电流流经的设备温度上升较快。,2019/6/29,4,5组成 测量部分、逻辑部分、执行部分。,2019/6/29,5,三、基本要求 1选择性 2快速性 3灵敏性 4可靠性,k点故障,QF2动作,2019/6/29,6,5保护种类： 主保护应能最快速并有选择性地切除被保护区域内的故障。 后备保护应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。 近后备当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器的失灵保护实现后备。 远后备当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。 辅助保护当需要加速切除线路故障或消除方向元件的死区时，可采用由电流速断构成的辅助保护。,2019/6/29,7,第二节 中压系统常用保护元件及接线,一、常用继电器 继电器是一种能自动动作的电器，只要加入一个物理量（如通电）或当加入的物理量达到一定的数值时，它就能够动作，这种动作特性称为继电特性。 继电器主要由动作元件及触点两部分组成。动作元件主要反映不正常的电流、电压频率等，并使继电器的触点动作，由触点驱动断路器脱跳，断开故障点。,2019/6/29,8,1线圈 2电磁铁 3钢舌片 4轴 5反作用弹簧 6轴承 7静触点 8动触点 9起动电流调节转杆 10标度盘（铭牌）,1. 过电流继电器 电磁式继电器（DL）,2019/6/29,9,1线圈 2铁心 3短路环 4铝盘 5钢片 6框架 7调节弹簧 8制动永久磁铁 9扇形齿轮 10涡杆 11扁杆 12继电器触头 13时间调节螺杆 14速断电流调节螺杆 15衔铁 16动作电流调节插销,感应式过电流继电器（GL）,2019/6/29,10,GL-10感应型过电流继电器的TC特性曲线,2019/6/29,11,2019/6/29,12,2019/6/29,13,2. 电压继电器（DJ） 电磁型电压继电器有过电压继电器和欠电压继电器两种。其结构与电磁型电流继电器相同，但电压继电器一般是经过电压互感器接在电力网上，其动作行为取决于电网电压。,2019/6/29,14,2019/6/29,15,3. 时间继电器（DS） 时间继电器应用钟表机构和电磁铁作用，获得一定的动作时限。在继电保护中完成保护装置的计时功能。,2019/6/29,16,2019/6/29,17,4. 中间继电器（DZ） 中间继电器的触头容量较大，触头数量较多，在继电保护接线中，当需要同时闭合或断开几条独立回路，或者要求比较大的触点容量去断开或闭合大电流回路时，可以采用中间继电器。中间继电器可以用来直接接通断路器的跳闸回路。,2019/6/29,18,2019/6/29,19,5. 信号继电器（DX） 信号继电器用来标志保护装置的动作，并同时接通灯光和声响信号回路。其机构与中间继电器相同，但多了信号牌和手动复归旋钮。,2019/6/29,20,2019/6/29,21,6. 差动继电器 差动继电器常用差动电流式。它是利用系统正常时流过被保护设备的电流方向是相同的，流入差动继电器的电流基本为零，设备故障时流入被保护设备的电流的大小和方向发生了变化，流入继电器的电流不再为零，继电器动作。此类继电器主要用于保护发电机线圈、变压器、一段线路及母线设备。,2019/6/29,22,2019/6/29,23,7. 温度继电器 主要测量电气设备的温度。,2019/6/29,24,各种继电器的表示符号和图形符号,2019/6/29,25,三相三继电器式接线,所用保护元件最多 所有短路电流都会通过继电器反映出来，产生相应的保护动作。,电路 特点,二、接线方式 保护装置的接线方式指的是电流互感器与电流继电器之间的连接方式。,2019/6/29,26,两相式接线,电路 特点,所用元件较少 未接互感器的单相短路故障不能保护 采用两相三继电器接线提高灵敏度,2019/6/29,27,两相一继电器式接线,电路 特点,流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差 不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度。 不能反应出第三相（B相）的单相接地短路故障,2019/6/29,28,式中 KTA 电流互感器的变流比； Iop.1、Iop.k电流互感器一次侧、二次侧电流； Ik流入电流继电器的电流。,接线系数Kkx的值,引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为：,2019/6/29,29,零序电流滤过器的接线方式,零序电流互感器的接线方式,2019/6/29,30,三、运行方式 系统最大运行方式指供电系统中的发电机、变压器、线路等都投入运行，并且作并联连接。此时供电系统的容量达到最大值，系统电压稳定，系统的等值阻抗最小，而短路电流最大。 系统最小运行方式供电系统中的发电机、变压器、线路等投入运行的数量最少。此时供电系统的容量达到最小值，系统电压较不稳定，系统的等值阻抗最大，而短路电流最小。,2019/6/29,31,（a）系统最大运行方式 （b）系统最小运行方式,2019/6/29,32,四、灵敏度 保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏度系数。,2019/6/29,33,第三节 中压单端供电网络线路保护,一、过电流保护装置 1定时限过电流保护 定时限过电流保护装置是指电流继电器的动作时限是固定的，与通过它的电流的大小无关。,2019/6/29,34,原理接线图,2019/6/29,整定原则 1）起动电流 电流继电器的起动电流即整定值，在系统正常运行和出现最大负荷电流时，保护装置不应该动作，因此起动电流应大于线路的最大负荷电流。 可靠系数，电磁型电流继电器（DL）取1.2，感应型电流继电器（GL）取1.3； 继电器返回系数，0.85。,2019/6/29,36,过电流保护装置的阶梯时限曲线,2）动作时限 过电流保护装置的动作时限，应从距离电源最远的保护装置开始，按阶梯原则整定。,2019/6/29,37,考虑断路器的动作时间和灭弧时间，取0.50.7秒。,2019/6/29,38,3）灵敏度 过电流保护装置的灵敏度按系统在最小运行方式时，保护区末端的两相短路来校验。,2019/6/29,39,2反时限过电流保护装置 反时限过电流保护装置是指电流继电器的动作时限与通过它的电流的大小成反比。,2019/6/29,40,整定原则 整定原则与定时限过电流保护装置相同。但反时限的动作电流与动作时间的整定应按照感应型继电器的动作时间特性曲线来确定。,2019/6/29,41,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，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。,2019/6/29,42,例1 如图所示，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57A，TA1的变比为150/5，TA2的变比为100/5，继电器均为DL-11/10型电流继电器。已知KA1已整定，其动作电流为10A，动作时间为1s。k-1点的三相短路电流为500A，k-2点的三相短路电流为200A。试整定保护装置KA2的动作电流和动作时间，并检验其灵敏度。,2019/6/29,43,解：（1）整定KA2的动作电流。,取整数，动作电流整定为4A。,2019/6/29,44,（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KA2的动作时限大一个时间阶段 ，取 ，因为KA1的动作时间是1s，所以KA2的动作时间为 。 （3）KA2的灵敏度校验。 KA2保护的线路WL2末端k-2点的两相短路电流为其最小短路电流，即,2019/6/29,45,三、电流速断保护 为了克服过电流保护的缺点，在线路中应增加电流速断保护。电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护，其动作时限仅仅为继电器本身固有的动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。,2019/6/29,46,1组成 电流速断保护装置同定时限过电流保护装置相比，少一组时间继电器。 2保护原理 与定时限过电流保护装置相比，没有时间上的控制。,2019/6/29,47,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。,式中 Iop.1速断保护动作电流； Krel可靠系数，对DL系列电流继电器可取1.2 1.3，对GL系列电流继电器可取1.41.5； 被保护线路末端短路时的最大短路电流。,2019/6/29,48,（2）动作时限 动作时限为继电器本身固有的动作时间。 （3）灵敏度 电流速断保护装置的灵敏度按系统在最小运行方式时，保护装置安装处的两相短路来校验。 式中 系统在最小运行方式时，保护装 置安装处的两相短路电流值（A）。 电流互感器一次侧的起动电流 （A）。,2019/6/29,49,1最大运行方式下三相短路电流分布曲线 2最小运行方式下两相短路电流分布曲线,4保护死区,2019/6/29,50,由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。 速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。 为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，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，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。,2019/6/29,51,（a）原理接线图 （b）展开图 图8-12 具有电流速断保护和定时限过电流保护的原理接线图,2019/6/29,52,例2 试整定例1中KA2继电器的速断电流，并校验其灵敏度。 解：（1）速断电流的整定。电流速断保护装置继电器的动作电流为,（2）校验保护灵敏度。KA2保护的线路WL2首端k-1点的两相短路电流为,2019/6/29,53,四、单相接地保护 1无选择绝缘监视装置,常用三相五芯柱式电压互感器或三只三绕组单相电压互感器作中性点不接地系统的绝缘监测装置。,2019/6/29,54,2有选择性的零序电流保护 有选择性的零序电流保护是一种利用零序电流使继电器动作来指示接地故障线路的保护装置。,2019/6/29,55,变压器故障 及不正常工作状态,变压器故障,不正常工作状态,内部故障 线圈的相间短 路、匝间或层 间短路、单相 接地短路以及 烧坏铁心等。,外部故障 套管及引出线 上的短路和接 地。,过负荷、温升过 高以及油面下降 超过了允许程度 等。,第三节 变压器保护,一、变压器故障,（1）带时限的过电流保护装置。 （2）电流速断保护装置。 （3）瓦斯保护装置。 （4）过负荷保护装置。 （5）温度保护装置。,2019/6/29,56,二、瓦斯保护 当变压器内部故障时，短路电流所产生的电弧将使绝缘物和变压器油分解而产生大量的气体，利用这种气体来实现的保护装置叫瓦斯保护。配电变压器容量在800kVA，车间变压器在400kVA以上的变压器应设置瓦斯保护。 为让变压器的油箱内产生的气体顺利通过与瓦斯继电器连接的管道流入油枕，应保证连通管对变压器油箱顶盖有2%4%的倾斜度，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度。,2019/6/29,57,1盖；2容器；3上油杯；4永久磁铁；5上动触点；6上静触点；7下油杯；8永久磁铁；9下动触点；10下静触点；11支架；12下油杯平衡锤；13下油杯转轴；14挡板；15上油杯平衡锤；16上油杯转轴；17放气阀；18接线盒,轻瓦斯动作过负荷 重瓦斯动作短路,2019/6/29,58,保护原理,2019/6/29,59,三、变压器的差动保护,在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。,当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，流入继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。,2019/6/29,60,将变压器两侧的电流互感器串联起来，接成环路，电流继电器并联在环路上，流入继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差，即 。适当选择变压器两侧电流互感器的变比和接线，使系统正常运行和外部短路时， ，保护装置不动。当保护区内部发生短路时，对于单电源供电的变压器， ， 继电器动作，瞬时将变压器两侧的断路器跳开。,2019/6/29,61,差动保护的范围是变压器两侧的电流互感器安装地点之间的区域。 差动保护可以防御变压器油箱内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时作用于跳闸。,Y d11变压器差动保护原理接线图,2019/6/29,62,一般可用变压器低压侧装设带过电流脱扣器的自动空气开关或低压侧三相装设熔断器来解决，也可以在变压器低压侧中性点引出线上装设专门的零序电流保护，以及改两相两继电器式接线为两相三继电器式接线、三相三继电器式接线等。,四、变压器的单相接地保护,2019/6/29,63,五、其他保护 1电流速断保护 防御变压器油箱内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时作用于跳闸。,变压器低压侧母线的三相短路电流换算到高压侧的穿越电流值。,灵敏度按保护装置安装处（高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流值来校验。,2019/6/29,64,2过电流保护 防御外部短路而引起的过电流，并作为上述保护的后备保护，带时限作用于跳闸。,变压器一次侧的额定电流。,变压器二次侧有自起动电机,变压器二次侧无自起动电机,2019/6/29,65,动作时间也按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。对车间变电所来说，其动作时间可整定为最小值（0.5s）。 灵敏度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换算到高压侧来校验。,2019/6/29,66,3过负荷保护 防御因过载而引起的过电流，只在变压器确实有可能过载时才装设，一般作用于信号。,动作时间取1015s。,4温度信号 监视变压器温度升高和油冷却系统的故障，作用于信号。,2019/6/29,67,Y d11，6300kVA，35/10.5kV双绕组降压变压器的保护原理图,例1： 变压器保护综合,2019/6/29,68,（1）差动保护：由电流互感器组（TA1、TA2）、差动继电器（KD1、KD2、KD3）、信号继电器（KS1）和出口跳闸中间继电器（KM）组成。SH是差动保护装置的接线端子排。 差动保护是变压器的主保护，主要承担变压器内部和变压器外部故障的保护。,2019/6/29,69,（2）瓦斯保护：由瓦斯继电器（KG）、轻瓦斯信号继电器（KS4）、重瓦斯信号继电器（KS2）和出口跳闸中间继电器（KM）组成。 瓦斯保护是变压器的主保护，主要承担变压器内部故障的保护。 （3）定时限过电流保护：由电流互感器（TA3）、过电流继电器（KA1、KA2、KA3）、时间继电器（KT1）、信号继电器（KS3）和出口跳闸中间继电器（KM）组成。,2019/6/29,70,定时限过电流保护主要承担变压器的后备保护的任务，当变压器的主保护（差动保护、瓦斯保护）拒动或外部电路故障及变压器过负荷时，此套保护装置动作，将变压器的断路器跳开。 以上几套保护装置共用一个出口跳闸中间继电器KM。,2019/6/29,71,例2：保护故障分析实例,某中型工厂新建35kV变电所在运行中发生多次越级跳闸事故。10kV线路WL1故障，其断路器跳闸，但同时变压器过电流保护跳闸，造成10kV母线停电，中断其他线路的供电。,2019/6/29,72,估计有以下几种原因： （1）变压器过电流保护整定值与下级整定值配合不当； （2）变压器过电流保护整定值校验不准，取值过小； （3）WL1线路过电流整定值校验不准，取值过大； （4）变压器过电流继电器线圈并联接成串联，以致整定值减小一半； （5）WL1线路过电流继电器线圈串联接成并联，以致整定值增大一半； （6）变压器过电流时间与WL1线路过电流时间配合不当。,2019/6/29,73,继电保护人员做了如下的实验： 在变压器和WL1线路保护柜的电流互感器二次侧的试验端子排处，把两过电流保护的交流回路串联起来，再串接WL1的断路器的主接点。冲击性地加入可使两过电流保护动作的电流值。正常的话，WL1的断路器主接点先动作，断开试验交流电源（模拟短路电流），而变压器的继电保护装置达不到动作时间而复位，不会跳闸。但事实上变压器和WL1的断路器都动作跳闸。因此判断问题出在变压器保护回路的接线上。,2019/6/29,74,经查变压器保护装置的二次接线，发现过电流保护装置的时间继电器接点接错，动作时间缩短，与线路的过电流保护动作时间一样。因而在线路故障时，变压器过电流保护和线路过电流保护同时动作，造成越级跳闸母线停电。,2019/6/29,75,第五节 高压电动机保护,一、保护设置 高压电动机最常见的故障是定子线圈发生三相或两相短路、单相接地（碰壳）以及层间短路等。 一般电动机的相间短路和过负荷短路保护使用感应型（GL）过电流继电器。电动机还应设置低电压保护。,2019/6/29,76,二、熔断器保护 1. 其额定电压应符合线路或设备的额定电压。 2. 熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流 IN.FE的确定： IN.FE(1.42.5) IC IN.FE=(0.31.0) IN.FU 3.熔体电流 IN.FE 还应躲过变压器空载励磁电流、电容器组投入时的合闸涌流、外部短路或电动机频繁自起动引起的冲击电流，其熔断时间不小于0.5s来加以校验。,2019/6/29,77,（1）对于保护电力变压器的熔断器，熔体电流不仅要通过与变压器额定电流 IN.T 的经验公式，考虑变压器空载合闸励磁电流、二次侧穿越性尖峰电流和允许正常过负荷电流，而且考 虑与低压侧配出线的配合，不越级熔断。即： IN.FE=(1.42.0) IN.T,2019/6/29,78,（2）保护并联电容器的熔断器 IN.FE=K IN.C IN.C 电容器额定电流 K 高压跌落式熔断器：1.21.3 限流式熔断器，一台电容器时1.52.0 一组电容器时1.31.8 4. 保护电压互感器的RN2 型熔断器的熔体额定电流为0.5A。,2019/6/29,79,5.灵敏度校验 熔断器保护线路末端在系统最 小运行方式下两相短路电流。 如保护变压器为低压侧母线的两 相短路电流折算到高压侧之值。,2019/6/29,80,6. 前后选择性的配合要求 （1）后级或上级的 ，要比前级或下级的 相差23个额定电流级。 （2）变压器高压侧熔断器的熔断时间不能小于0.4s，才能与低压配出线保护相配合，不致发生越级熔断。,2019/6/29,81,7.断流能力的校验 限流型，如RN4 非限流型 对具有断流能上下限的熔断器，如RW4,2019/6/29,82,熔断器最大分断电流。 断器最小分断电流。 熔断器安装点的三相短路电流。 熔断器安装点的三相短路冲击 电流。 熔断器所保护线路末端的两相短 路电流。,2019/6/29,83,第七节 低压配电线路保护,一、 低压断路器 1. 开关主触头额定电流IN、过流脱扣器额定电流IN.OR和热脱扣器额定电流IN.TR之间的关系： ININ.ORIN.TR IC 2. 分断能力应满足： (开关动作时间小于0.02s) (开关动作时间大于0.02s),2019/6/29,84,3. 脱扣器电流整定 （1）电动机用自动空气开关 电动机额定电流 可靠系数: 动作时间大于0.02s的开关取1.351.4, 动作时间小于0.02s的开关取1.72, 对多台设备的干线取1.3。,2019/6/29,85,（2）配电线路用自动空气开关 1）热（或长延时）脱扣器整定值 热脱扣器取1.01.1， 长延时脱扣器取1.1。,2019/6/29,86,2）瞬时脱扣器整定值： 取1.72, 线路中，起动电流最大的电 动机的起动电流。 除起动电流最大一台电动机 外的线路计算电流。,2019/6/29,87,3）短延时脱扣器整定值： （3）照明线路用自动空气开关,2019/6/29,88,4.灵敏度校验 TN，TT系统 DZ型空气开关 DW型空气开关 配电保护线路末端或电气距离最 远一台用电设备处单相短路电流。,2019/6/29,89,5.空气断路器之间、空气断路器与熔断器之间保护选择性的配合 （1）空气断路器之间的配合 上一级 1.2下一级 （2）熔断器在前，空气断路器在后 当熔断器为限流型： 熔断器的限流电流 当熔断器不是限流型： 比 小一级,2019/6/29,90,（3）空气断路器在前，熔断器在后 当熔断器为限流型，则可不作校验。 当熔断器不是限流型，则应作校验。一般60A以下，至少差二级；60A以上，至少差12级。 6. 与配电线路截面的配合,2019/6/29,91,2019/6/29,92,二、熔断器 1.保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 IN.FEIC （线路计算电流） IN.FEKoL IaL（导线或电缆允许的载流量） IN.FEKC IPK（尖峰电流，即起动电流） KoL过负荷系数 （1）当保护线路过负荷时 ， KoL0.8， （2）只作短路保护时， 对电缆或穿管绝缘导线，KoL2.5, 明敷绝缘导线， KoL 1.5， （3）同时作短路和过负荷保护KoL 1。,2019/6/29,93,KC 计算系数 轻载起动电动机 KC 0.250.3 重载起动电动机 KC 0.350.5 频繁起动和反接制动电动机 KC = 0.50.6 供多台电动机 KC0.51,2019/6/29,94,2. 对保护照明线路的熔断器 同时满足： KoL IaL IN.FEIC IN.FE K C IC,K C计算系数,2019/6/29,95,3. 对于保护电力变压器的熔断器 IN.FE=(1.42.0) IN.T IN.T变压器低压侧的额定电流,2019/6/29,96,4. 灵敏度检验及分断能力 熔断器保护线路末端在系统最小 运行方式下的单相短路电流（中 性点直接接地系统）或两相短路 电流（中性点不接地系统）。 （限流型） （非限流型）,2019/6/29,97,5.上下级熔断器的相互配合 设在后一级熔断器出口发生三相短路时，由前一级熔断器的保护特性曲线上查得的熔断时间为 t1 ；在后一级熔断器出口发生三相短路时，由后一级熔断器的保护特性曲线上查得的熔断时间为 t2。 考虑熔体安秒特性曲线误差为50 t13t2 如不能满足要求，则应将前一级熔断器的熔体电流提高12级。,2019/6/29,98,2019/6/29,99,例：某变电站，变压器为1000kVA，10/0.4kV，D yn11接线，10kV侧系统容量300MVA，从低压屏引出的裸母干线长165m，变压器至主断路器母线长10m，干线计算电流IB=1050A，接地方式为TN-S，干线分支连接10个配电箱，其中最大熔断器Ir=300A，最大的断路器Izd1=300A，Izd3=300A。要求选择主保护电器类型，整定各项参数，并决定母干线截面。,