供电工程—供电系统的继电保护.ppt

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 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 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 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 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 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 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 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 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 三相三继电器式 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 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 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 一 单端电源配电线路的保护设置 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 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 续上页 2 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 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 1 IL 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 1 IL 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 Iop 1 IL max Kre 引入可靠系数Krel 将上式写成等式 则 则有Iop IL 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 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 定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较 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 续上页 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 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 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 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 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 续上页 解 1 整定KC2的保护动作电流 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 因此 KC2的保护灵敏度为 满足要求 续上页 4 整定KC2的速断电流Iqb 5 KA2电流速断保护灵敏度的检验 故KC2的电流速断保护灵敏度为 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 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 a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 对电缆线路采用图b的零序电流互感器 b零序电流互感器 续上页 流经故障线路的零序电流与流经非故障线路的零序电流在大小和方向上均不同 续上页 2 零序电流保护的整定 动作电流Iop E 应该躲过在其它线路上发生单相接地时在本线路上引起的电容电流IC 即 单相接地的零序电流保护的灵敏度 应按被保护线路末端发生单相接地故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故障电流来检验 即 第三节电力变压器的继电保护 一 电力变压器常见故障与保护设置 变压器内部故障和引出线的相间短路 设置电流速断保护或差动保护 变压器外部短路而引起的过电流 设置带时限过电流保护 变压器中性点直接接地侧的单相接地短路 设置单相接地保护 过负荷而引起的过电流 设置过负荷保护 变压器温度升高和油冷却系统的故障 设置温度信号 油浸式变压器油箱内部故障和油面降低 设置瓦斯保护 一 电力变压器故障分析与保护设置原则 续上页 二 电力变压器二次侧故障在一次侧引起的故障电流分布 Yyn0联结K 变压器变比 相电压比 K 续上页 Yyn0联结的变压器低压侧b相短路时的电流相量分析 续上页 Dyn11联结K 变压器变比 相电压比 二 过电流保护与电流速断保护 一 过电流保护 变压器过电流保护的组成原理与线路过电流保护相同 其动作时间亦按 阶梯原则 整定 与线路过电流保护完全相同 变压器过电流保护的灵敏度 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的高压侧穿越电流值来检验 要求Sp 1 5 续上页 二 电流速断保护 组成原理与线路的电流速断保护完全相同 变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路在高压侧的穿越电流值来整定 变压器电流速断保护的灵敏度 按保护装置装设处 高压侧 在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验 要求Sp 1 5 对Dyn11联结的变压器 由于低压侧的单相接地故障电流比较大 可利用高压侧的过电流保护装置兼作低压侧的单相接地保护 三 变压器低压侧的单相接地保护 要求保护灵敏度 变压器低压母线单相短路电流反映到高压侧的电流值为 而对Yyn0变压器 由于低压侧的单相接地故障电流比较小 高压侧过电流保护的灵敏度不够 动作电流Iop 0 按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定 保护动作时间一般取0 5 0 7s 续上页 需在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护 例7 2一台10 0 4kV Dyn11联结的S9 1000型配电变压器配置有由GL 15型电流继电器组成的反时限过电流保护 电流速断保护 采用三相三继电器式接线和交流去分流跳闸操作 保护所连接的电流互感器变流比为150 5A 变压器高压侧的三相短路电流 低压母线的三相短路电流 单相短路电流 试整定反时限过电流保护和电流速断保护的动作电流 并检验其灵敏度 并问能否兼作低压侧的单相接地保护 变压器的IL max可取为2INT1 例7 2 解 1 反时限过电流保护 1 整定动作电流 变压器的最大负荷电流 续上页 取Krel 1 3 Kre 0 8 Ki 150 5 30 故动作电流 选用GL 15 10型继电器 动作电流整定为7A 2 检验灵敏度 反时限过电流保护的灵敏度为 满足要求 变压器低压母线两相短路电流反映到高压侧的电流值为 续上页 3 校验能否兼作低压侧的单相接地保护 保护灵敏度为 由此可见 Dyn11联结变压器反时限过电流保护能满足低压侧单相接地保护灵敏度的要求 变压器低压母线单相短路电流反映到高压侧的电流值为 2 电流速断保护 1 整定速断电流 变压器低压母线三相短路电流反映到高压侧的电流值为 续上页 电流速断保护的动作电流 速断电流 为 2 检验灵敏度 满足要求 速断电流倍数 变压器高压侧的两相短路电流 保护灵敏度为 续上页 3 反时限过电流保护及电流速断保护构成原理图 变压器一次侧三相短路 电流速断保护动作 KC1 2 3电磁元件动作 其触点立即转换 去分流跳闸 二次侧三相短路 反时限过电流保护动作 KC1 2 3反时限元件动作 其触点经一定延时后转换 去分流跳闸 四 变压器的过负荷保护 一 油浸式变压器的瓦斯保护与温度保护 瓦斯保护又称气体继电保护 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置 按规定 800kVA及以上的一般油浸式变压器 均应装设瓦斯保护 五 瓦斯保护与温度保护 可以反应变压器油箱内部是否发生轻微故障 严重故障 油箱漏油等情况 规范还规定容量在1000kVA及以上的油浸式变压器应装设温度保护 瓦斯保护的主要元件是气体继电器 它有两个触点 一个是 轻瓦斯触点 另一个是 重瓦斯触点 续上页 变压器瓦斯保护与温度保护的接线图 续上页 二 干式变压器的温度保护 温显系统通过预埋在低压绕组中的热敏电阻测取温度信号 直观显示各相绕组温度 温控系统通过预埋在低压绕组中的测温元件测取温度信号 并根据绕组温度 控制冷却风机的运行 发出超温报警信号 直至发出超高温跳闸信号 续上页 干式变压器温度保护的接线图 六 差动保护 一 差动保护的基本原理 变压器的差动保护区在变压器一 二次侧所装电流互感器之间 变压器差动保护是利用保护区内发生短路故障时变压器两侧电流在差动回路 即差动保护中连接继电器的回路 中引起的不平衡电流Idsq I1 I2 动作的一种保护 续上页 二 变压器差动保护中的不平衡电流及其减小措施 1 由变压器接线 Y d11 而引起的不平衡电流 续上页 2 由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流 3 由变压器励磁涌流引起的不平衡电流 正常运行时 变压器的励磁电流很小 一般不超过额定电流的2 10 但当变压器空载投人时 其电源侧将流过数值很大的励磁电流 即励磁涌流 变压器两侧电流互感器计算变比选择条件 由于电流互感器实际变比与计算变比不一致 在差动回路中引起的不平衡电流 续上页 励磁涌流特点 含有的非周期分量幅值很大 常使励磁涌流偏于时间轴的一侧 含有大量的高次谐波 尤其是二次谐波可达到15 以上 波形间有明显的间断 第四节电力电容器与高压电动机的保护 电力电容器的主要故障形式是短路故障 对于低压并联电容器和容量不超过450kvar的高压并联电容器 可装设熔断器作为相间短路保护 对于容量较大的高压并联电容器 则需采用高压断路器控制 装设瞬时或短延时过电流保护作为相间短路保护 一 电力电容器的保护 如果电容器组安装在含有大型整流设备或电弧炉等谐波源的电网上时 电容器组宜装设过负荷保护 带时限动作于信号或跳闸 电容器安装处的电网电压可能超过其额定电压10 时 应装设过电压保护 过电压保护装置可发出报警信号 或带时限动作于跳闸 二 高压电动机的保护 按规定 对电压为3kV及以上的异步电动机和同步电动机的下列故障及异常运行方式 应装设相应的保护装置 定子绕组相间短路 采用电流速断保护或纵联差动保护 定子绕组单相接地 采用过负荷保护 定子绕组过负荷 采用过负荷保护 定子绕组低电压 采用低电压保护 同步电动机失步 采用失步保护 同步电动机失磁 采用失磁保护 同步电动机出现非同步冲击电流 第五节微机型继电保护简介 利用计算机系统 微处理器 采集和处理来自电力系统运行过程中的数据 并通过数值计算迅速而准确判断系统中发生故障的范围 经过严密逻辑过程后有选择性地执行跳闸等命令 这种基于计算机系统的继电保护装置 就是微机保护 具有极强的综合分析与判断能力 可靠性高 具有较大的灵活性 保护性能的选择和调试方便 具有较完善的通信功能 便于构成综合自动化系统 与机电式或晶体管元件构成的模拟式继电保护相比较 微机保护具有下列特点 一 概述 续上页 二 微机保护的硬件 数据采集系统 微