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CompanyLogo 第7章供配电系统的继电保护 内容 继电保护的作用是防止因短路故障或不正常运行状态造成的电气设备或供配电系统的损坏 提高供电可靠性 继点保护是变电所二次回路的重要组成部分 也是供电设计的主要内容 重点 电力变压器的继电保护 电力线路的继电保护本章讲述继电保护的基本知识和理论 及整定计算方法 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 1继电保护的基本知识 7 2常用保护继电器 7 3电力线路的继电保护 7 4电力变压器的继电保护 7 5高压电动机的继电保护 7 66kV 10kV电容器的继电保护 7 7配电系统微机保护小结思考题与习题 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 1继电保护的基本知识 继电保护装置就是能反应供配电系统中电器设备发生的故障或不正常运行状态 并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置 7 1 1继电保护的任务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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 1 2继电保护的要求 1 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 2 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 如图7 1所示系统K点发生短路 保护3不应该拒动作 保护1和保护2不应该误动作 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 速动性发生故障时 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 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 继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量 灵敏度愈高 反应故障的能力愈强 灵敏度Ks按下式计算 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 1 3继电保护的工作原理 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 因此 利用上述物理量故障时与正常时的差别 可构成各种不同工作原理的继电保护装置 继电保护的种类很多 但是其工作原理基本相同 它主要由测量 逻辑和执行三部分组成 如图7 2所示 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 测量部分测量被保护设备的某物理量 和保护装置的整定值进行比较 判断被保护设备是否发生故障 保护装置是否应该起动 2 逻辑部分逻辑部分根据测量部分输出量的大小 性质 出现的顺序 使保护装置按一定的逻辑关系工作 输出信号到执行部分 3 执行部分执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作 使断路器跳闸或发出信号 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 1 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 为了便于分析和保护的整定计算 引入接线系数Kw 它是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值 即 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 即 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 2常用保护继电器 保护继电器的种类 1 按继电器的结构原理分 有电磁式 感应式 数字式 微机式等继电器 2 按继电器反应的物理量分有电流继电器 电压继电器 功率方向继电器 气体继电器等 3 按继电器反应的物理量变化分 有过量继电器和欠量继电器 如过电流继电器 欠电压继电器 4 按继电器在保护装置中的功能分 有起动继电器 时间继电器 信号继电器和中间继电器等 常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 2 1电磁式继电器 1 电磁式电流继电器 1 文字符号和图形符号文字符号 KA 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 结构和工作原理 使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流 用Iop kA表示 使继电器返回到起始位置的最大电流 称为继电器的返回电流 用Ire KA表示 继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre 即电磁式电流继电器的返回系数通常为0 85 3 动作电流的调节调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种 改变调整杆6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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 电磁式电压继电器 1 文字符号和图形符号文字符号 KV 2 结构和工作原理与DL型电磁式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 电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种 过电压继电器的返回系数通常为0 8 欠电压继电器的返回系数通常为1 25 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 电磁式时间继电器 时间继电器用于继电保护装置中 使继电保护获得需要的延时 以满足选择性要求 1 文字符号和图形符号文字符号 KT 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 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等组成 3 动作时限调整 通过改变主静触头的位置 即改变主动触头的行程获得 4 电磁式信号继电器信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号 表示保护动作 同时接通信号回路 发出灯光或者音响信号 1 文字符号和图形符号文字符号 KS 2 结构和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 5 电磁式中间继电器中间继电器在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量的不足 1 文字符号和图形符号文字符号 KM 2 结构和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 2 2感应式电流继电器 1 文字符号和图形符号文字符号 KA 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 结构和工作原理 感应式电流继电器有两个系统 感应系统和电磁系统 反时限动作 继电器线圈中的电流越大 动作时限越短 速断动作 继电器线圈中的电流增大到继电器的速断电流整定值时 电磁铁将衔铁瞬时吸下 感应式电流继电器的这种有一定限度的反时限动作特性 称为 有限反时限特性 3 动作电流和动作时限的调节 1 继电器的动作电流的调节用插销16改变线圈抽头 匝数 进行级进调节 也可以用调节弹簧7的拉力进行平滑调节 2 继电器的动作时限的调节用螺杆13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节 继电器速断电流倍数可用螺钉14改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 3电力线路的继电保护 7 3 1电力线路的常见故障1 常见故障 相间短路 单相接地 过负荷 2 保护配置 配置相间短路保护 单相接地保护和过负荷保护 电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护 保护动作于断路器跳闸 作为相间短路的保护 电力线路装设绝缘监视装置 零序电压保护 或单相接地保护 零序电流保护 保护动作于信号 作为单相接地故障保护 可能经常过负荷的电缆线路 装设过负荷保护 动作于信号 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 3 2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 由于采用的继电器不同 其时限特性有两种 由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护 分为定时限过电流保护 反时限过电流保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 过电流保护的接线和工作原理 1 定时限过电流保护装置的接线和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 反时限过电流保护装置的接线和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 保护整定计算过电流保护的整定计算有动作电流整定 动作时限整定和灵敏度校验三项内容 1 动作电流整定过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件 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Iop1 IL max 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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Ire1 IL max 由于过电流保护Iop1大于Ire1 所以 以Ire1 IL max整定动作电流 同时引入可靠系数Krel 将不等式改写成等式 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 85 GL型继电器取0 8 Ki为电流互感器变比 IL max 1 5 3 0 Ic保护装置一次侧的动作电流为 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 动作时限整定a 定时限过电流动作时限整定 为保证动作的选择性 自负载侧向电源侧 后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一个时限级差 t 即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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 b 反时限过电流保护动作时限整定 在整定反时限过电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数 通常为10倍 时的动作时限 为保证动作的选择性 反时限过电流保护时限整定也应按照 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 动作时限整定具体步骤如下 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 式中 为K点三相短路时 流经保护2继电器的电流 Kw 2和Ki 2分别为保护2的接线系数和电流互感器变比 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 c 计算K点三相短路时保护1的实际动作时限t1 t1应较t2大一个时限级差 t 以保证动作的选择性 即 d 计算K点三相短路时 保护1的实际动作电流倍数n1 为K点三相短路时 流经保护1继电器的电流 Kw 1和Ki 1分别为保护1的接线系数和电流互感器变比 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例7 1试整定图7 24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 含自启动电流 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 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验 线路2WL后备保护灵敏度 用线路2WL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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 3 3电流速断保护 线路越靠近电源 过电流保护的动作时限越长 而短路电流越大 危害也越大 这是过电流保护的不足 因此 GB50062 92规定当过电流保护动作时限超过0 5 0 7s时 应装设瞬动的电流速断保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 电流速断保护的接线和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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Iop1 IK 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 对GL型电流继电器 还要整定速断动作电流倍数 即需要注意的是 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 灵敏度校验只能用线路首端最小两相短路电流校验 即 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例7 2试整定例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 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例7 3图7 25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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 由n1查GL 15电流继电器t n 10 1s特性曲线 得t1 1 4sb 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 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 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 52WL电流速断保护整定满足要求 7 3 4单相接地保护 1 多线路系统单相接地分析分析线路3WL的C相发生单相接地时电容电流和接地电流的分布 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 单相接地保护的接线和工作原理架空线路用三只电流互感器构成零序电流互感器 电缆线路用一只零序电流互器 实现有选择性的单相接地保护 又称零序电流保护 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 4 5 保护装置带时限时 取Kre1 1 5 2 Ki为零序电流互感器的变比 3 灵敏度校验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 3 绝缘监视装置 在变电所每段母线上装一只三相五柱电压互感器或三只单相三绕组电压互感器 在接成Y的二次绕组上接三只相电压表 在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器 系统发生单相接地故障时 接地相对地电压近似为零 非故障相对地电压升高倍 近似为线电压 同时 开口三角形绕组两端电压也升高 近似为100V 电压继电器动作 发出单相接地信号 因此 绝缘监视装置又称为零序电压保护 无选择性 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 运行人员可根据接地信号和电压表读数 判断哪一段母线 哪一相发生单相接地 但不能判断哪一条线路发生单相接地 因此绝缘监视装置是无选择性的 只能采用依次拉合的方法 判断接地故障线路 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 3 5过负荷保护 1 接线和工作原理 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 2 1 3 Ki为电流互感器之比 2 动作时间一般整定10s 15s 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 4电力变压器的继电保护 7 4 1电力变压器的常见故障1 常见故障常见故障分短路故障和不正常运行状态 1 变压器的短路故障按发生在变压器油箱的内外 分内部故障和外部故障 内部故障有匝间短路 相间短路和单相碰壳故障 外部故障有套管及其引出线的相间短路 单相接地故障 2 变压器的不正常运行状态有过负荷 油面降低和变压器温度升高等 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低 3 单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 4 2变压器二次侧短路时的穿越电流和接线方式 变压器电流保护的基本原理与电力线路保护类似 但由于变压器的接线组别和保护的接线方式 变压器二次侧短路时流经一次侧的穿越电流分布不同 将影响变压器保护的灵敏度 1 Yyno联结的变压器二次侧单相短路时一次侧的穿越电流Yyno联结的变压器 二次侧发生单相短路时 一次侧穿越短路电流分布不对称 B相为A相和C相为 K为变压器的变比 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 Yd11联结的变压器二次侧两相短路时一次侧的穿越电流 Yd11联结的变压器二次侧a b相发生两相短路 一次侧的短路穿越电流B相为A C相为 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 变压器电流保护的接线方式 1 两相两继电器式接线适用于相间短路保护 对Yyno联结的变压器 二次侧发生单相短路时 流经保护装置穿越电流仅为二次侧的三分之一 设变压器变比为1 保护灵敏度只有相间保护的三分之一 对Yd11联结的变压器二次侧ab两相短路 流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 保护灵敏度也将降低 2 两相一继电器式接线保护灵敏度随短路种类而异 但Yyno联结的变压器二次侧发生单相短路和yd11联结的变压器二次侧发生两相短路 保护装置不动作 因此 该连线方式不能用于Yyno联结的变压器的电流保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 4 3变压器的电流保护 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 继电器的动作电流整定式中 I1N为变压器一次侧额定电流 可靠系数Kre1 接线系数Kw 返回系数Kre同线路过电流保护 Ki为电流互感器的变比 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 b 动作时限 变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个 t 对车间变电所的变压器过电流保护动作时限 一般取0 5 0 7s c 灵敏度校验 式中 为变压器二次侧在系统最小运行方式下发生两相短路时一次侧的穿越电流 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 动作电流式中 为变压器二次侧母线在系统最大运行方式下三相短路时一次侧的穿越电流 Kre1为可靠系数 同线路的电流速断保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 b 灵敏度校验与线路速断保护灵敏度校验一样 以变压器一次侧最小两相短路电流进行校验 即若电流速断保护灵敏度不满足要求 应装设差动保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 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额定电流整定 动作时间一般整定10s 15s 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例7 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10kV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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 选DL 11 10电流继电器 线圈并联 动作电流整定Iop KA oc 6A保护一次侧动作电流 2 动作时间整定 3 灵敏度校验 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 4 4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 当变压器油箱内部故障时 电弧的高温使变压器油分解为大量的油气体 气体保护就是利用这种气体来实现保护的装置 变压器正常运行 气体继电器容器内充满油 上 下两对干簧触点处于断开位置 轻瓦斯动作 变压器油箱内部发生轻微故障时 产生的气体较少 气体缓慢上升 上干簧触点闭合 发出报警信号 重瓦斯动作 变压器油箱内部发生严重故障时 产生大量的气体 油汽混合物迅猛地从油箱通过联通管冲向油枕 下干簧触点闭合 发出跳闸信号 使断路器跳闸 变压器油箱严重漏油 随着气体继电器内的油面逐渐下降 首先上触点闭合 发出报警信号 接着下触点闭合 发出跳闸信号 使断路器跳闸 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 气体保护的接线 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 4 5变压器的差动保护 电流速断保护虽然动作迅速 但它有保护 死区 不能保护整个变压器 过电流保护虽然能保护整个变压器 但动作时间较长 气体保护虽然动作灵敏 但它也只能保护变压器油箱内部故障 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变压器的差动保护原理接线如图7 39所示 在变压器两侧安装电流互感器 其二次绕组串联成环路 继电器KA 或差动继电器KD 并接在环路上 流入继电器的电流等于变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差 即 Iub为变压器一 二次侧的不平衡电流 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 图7 39变压器差动保护原理接线图 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 变压器正常运行或差动保护的保护区外短路时 流入差动继电器的不平衡电流小于继电器的动作电流 保护不动作 在保护区内短路时 对单端电源供电的变压器 远大于继电器的动作电流 继电器KA瞬时动作 通过中间继电器KM 使变压器两侧断路器跳闸 切除故障 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同 消除了由变压器联结组引起的不平衡电流 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种有效措施消除不平衡电流的影响 目前我国广泛应用下列几种类型继电器构成差动保护 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 有关上述各种差动继电器的接线和整定计算 因篇幅有限这里仅介绍BCH 2型差动保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 4 BCH 2型变压器差动保护 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7 41所示 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 在速饱和变流器铁芯的中间芯柱上绕有一个差动线圈Wd 两个平衡线圈Wba1和Wba2和一个短路线圈WK 左侧芯柱上绕有一个短路线圈WK WK 和WK 接成闭合回路 它们产生的磁通在左侧芯柱上是同相的 右侧芯柱上绕有一个二次线圈W2 与执行元件相接 平衡线圈的作用是用于平衡由于变压器差动保护二侧电流互感器二次电流不等所引起的不平衡电流 短路线圈的作用是消除励磁涌流的影响 当变压器外部短路或空载投入 在差动回路出现不平衡电流或励磁涌流存在较大的非周期分量时 速饱和变流器迅速饱和 使周期分量的传变工作变坏 从而继电器不动作 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 BCH 2型变压器差动保护接线BCH 2型变压器差动保护接线图见图7 42 7 42 a 为双绕组变压器BCH 2型差动保护单相原理接线图 若保护三绕组变压器 变压器第三侧的电流互感器的二次线圈接BCH 2型差动继电器的端子 7 42 b 为变压器差动保护展开图 采用两相两继电器式接线 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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KW 1 三角形接线时KW Ki为电流互感器的变比 取二次额定电流IN2最大的一侧为基本侧 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 差动保护基本侧的一次侧动作电流整定差动保护基本侧的一次侧动作电流应满足下面三个条件 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 即式中 Kre1为可靠系数 取1 3 I1N为变压器一次侧的额定电流 b 躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流Idsq max式中 Kre1为可靠系数 取1 3 Idsq max可按下式计算 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 式中 0 1为电流互感器允许的最大相对误差 为电流互感器的同型系数 型号相同时取0 5 型号不同时取1 U 为由变压器调压所引起的误差百分数 一般取调压范围的一半 为采用的互感器变比或平衡线圈匝数与计算值不同时所引起的相对误差 在计算之初不能确定时可取0 05 为保护范围外部短路时的最大短路电流 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IL max 负荷电流不能确定时 可采用变压器的额定电流INT 式中 Kre1为可靠系数 取1 3 按以上三个条件计算的一次侧动作电流最大值进行整定 在以上的计算中 所有短路电流值都是归算到基本侧的值 所求出的动作电流也是基本侧的动作电流计算值 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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Wd OP 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 选用差动线圈的匝数Wd和一组平衡线圈匝数之和 较差动线圈计算匝数小而近似的数值 基本侧的整定匝数为 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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根据磁势平衡原理确定 式中 为接有平衡线圈的电流互感器二次回路额定电流 选用接近的匝数作为整定匝数 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 选用接近的平衡线圈计算匝数作为整定匝数 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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 对于中 小容量的变压器可试选端子或 对于大容量变压器 由于励磁涌流倍数较小 而内部故障时 电流中的非周期分量衰减较慢 又要求迅速切除故障 因此短路线圈应采用较小匝数 可取抽头端子或 所选抽头匝数是否合适 应在保护装置投入运行时 通过变压器空载试验确定 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 灵敏系数校验式中 为变压器出口处最小短路时 侧流进继电器线圈的电流 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 有时也用如下简化公式 式中 为最小故障时流入继电器的总电流 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 例7 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 35 2 2 5 10 5kV yd11 Uk 7 5 变压器35kV母线三相短路电流母线三相短路归算到35KV的短路电流侧最大负荷电流为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7 2所示 由表7 2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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 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10kV和35KV侧电流互感器分别接平衡线圈 基本侧 10KV侧 继电器动作电流为基本侧差动线圈计算匝数为选择继电器实际整定匝数为 其中取差动线圈匝数Wd为6匝 平衡绕组线圈匝数为2匝 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 4 确定35KV侧平衡线圈2的匝数选择平衡绕组2线圈匝数为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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 6 初步确定短路线圈的抽头 选用抽头 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 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 5高压电动机的继电保护 7 5 1高压电动机的常见故障1 常见故障定子绕组相间短路 单相接地 电动机过负荷 低电压 同步电动机失磁 失步等 2 保护配置电流速断保护 差动保护 过负荷保护 低电压保护 单相接地保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 5 2高压电动机过负荷保护和电流速断保护电动机的过负荷保护和电流速断保护一般采用GL型感应式电流继电器 广泛采用两相一继电器式接线 如图a所示 灵敏度不符合要求或2000kW及以上时采用两相两继电器式接线 如图b所示 电动机过负荷保护的动作电流按躲过电动机的额定电流整定 即 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 电动机过负荷保护的动作电流整定过负荷保护的动作电流为式中 Krel为可靠系数 取1 3 Kre为继电器的返回系数 IN M电动机的额定电流 3 电动机的电流速断保护动作电流整定动作电流按躲过电动机的最大启动电流Ist max整定 即 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 式中 Krel为可靠系数 对DL型继电器取1 4 1 6 GL型取1 8 2 0 4 电流速断保护灵敏度校验 式中 为电动机端子处最小两相短路电流 Iopl为电流速断保护一次侧动作电流 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 7 5 3高压电动机的单相接地保护 高压电动机单相接地电流大于5A时 应装设单相接地保护瞬时动作于跳闸 如接线图所示 单相接