第六章工业企业供电系统的继电保护装置.ppt

1,10KV少有断路器,2,10KV真空开关,3,真空断路器,VS1-12真空断路器,4,续上页,VSm12真空断路器（配永磁操动机构）,5,高压熔断器,户内高压限流熔断器结构,6,10KV高压电容,7,0.4KV低压电容器,8,续上页,户外跌开式熔断器结构,9,高压隔离开关,GN19-10型实物图片,GN19-10C型实物图片,10,高压真空负荷开关,11,10KV六氟化硫断路器,12,高压SF6负荷开关,上接线端子,下接线端子,操作机构,13,高压真空负荷开关熔断器组合电器,限流 熔断器,14,负荷开关柜,10kV负荷开关柜实物图片,SF6绝缘充气柜实物图片,15,中置式手车柜,10kV中置式手车柜实物图片,16,17,18,变电所高压配电系统,19,低压配电系统,20,电缆桥架的室内敷设,21,低压抽出式开关柜,出线柜MCC,GCS型抽出式开关柜实物图片,进线柜,出线柜PC,出线柜MCC,22,低压固定式开关柜,GGD型固定式开关柜实物图片,进线柜,出线柜,固定柜柜体,补偿柜,23,低压开关柜,24,25,万能式断路器,26,塑壳式断路器,手动操作手柄,上接线端子,分励脱扣按钮,下接线端子,27,微型断路器,微型断路器,漏电保护附件,28,低压熔断器,螺旋式熔断器,29,低压隔离开关,HD13型刀开关,HS13型刀开关,QA型隔离开关,30,低压熔断器组合电器,31,终端组合电器,32,自动转换开关电器,断路器转换型ATS图片,电动操作机构,低压断路器,控制单元,33,续上页,负荷开关转换型ATS,全密封转换型负荷开关,电动控制单元,手动操作手柄,34,低压电流互感器,BH-0.66系列电流互感器,LMZJ-0.4系列电流互感器,35,高压电流互感器,LQJ-10高压电流互感器,36,高压电压互感器,JDZ(J)-10电压互感器实物图片,37,电力电缆的结构,38,电缆桥架,39,母线槽,40,绝缘导线的结构,41,继电器分类,时间继电器电流继电器固态继电器小型继电器中间继电器电磁继电器,42,生产厂家,ABB西门子欧姆龙施耐德GEAB,43,电流继电器GL-10/20系列-1,GL10、20系列反时限过流继电器 GL-10、20系列反时限过流继电器(以下简称继电器)，应用于电机、变压器等主要设备以及输配电系统的继电器保护回路中，当主设备或输配电系统出现过负荷及短路故障时，该继电器能按预定的时限可靠动作发出信号，切除故障部分，保证主设备及输配电系统安全运行。,44,电流继电器GL-10/20系列-2,45,电流继电器JL-1A/1B/1C系列,JL1A/1B/1C系列集成电路电流继电器该装置用于发电机、变压器和输电线的继电保护装置中，作为负荷和短路的起动元件。,主要技术参数 功耗；交流：1VA直流：3W 触点容量：5A 动作时间：25ms电寿命：10万次 返回时间：27ms直流辅助电压允许变化范围：0.8-0.1倍额定值 返回系统：0.92-0.97 直流辅助电压：220V 110V 整定误差：2% 环境温度：-10+50时序,46,电流继电器,电流继电器的图片,三、常用保护装置(继电器)的分类,用于电机、变压器和输电线的过负荷和短路保护装置中，作为瞬时起动元件。,47,电压继电器JD系列,JD系列集成电路电压继电器该装置用于发电机、变压器和输电线的继电保护装置中，作为过电压保护低电压闭锁元件,主要技术参数 整定范围：1-99V 1-199V级差：1V 辅助电压：DC220V 110V 功耗：,I ,TAa,TAc,KA1,KA2,KT,KS,KM,+,+,QS,QF,+,-,+,+,（a）定时限过电流保护的原理电路图,第二节工企高压电网过电流保护装置,信号,QF,YR,-,-,106,I ,I ,KA1,KA2,TAc,TAa,-,KA1,KA2,KT,KS,KM,KS,KT,KM,YR,信号,（b）定时限过电流保护的原理展开图,一、定时限过电流保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,+,107,2、保护装置动作电流的整定,过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：,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应大于线 路的最大负荷电流，公式为,当保护装置被其主保护区外的短路故障启动作为后备保护时，应保证在外 部短路被其主保护切除后，保护装置应可靠返回，不应误动作，公式为,一、定时限过电流保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,108,2、保护装置动作电流的整定,引入可靠系数 ，上式可改写为等式形式：,继续推导可得：,一、定时限过电流保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,主回路动作电流：,继电器动作电流：,109,3、保护装置动作时限的整定,I ,t,I ,t,KA1,KA2,WL1,WL2,k,QF1,QF2,（a）电路,t1,KA1动作时限,KA2动作时限,t,L,（b）时限整定,一般t=0.5s,一、定时限过电流保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,t2,主保护,后备保护,110,4、保护装置的灵敏度,（1）过电流保护的灵敏度为被保护区末端最小短路电流与保护装置一次动作电流之比，公式为：,（2）对于中性点不接地系统，最小短路电流出现在最小运行方式下线路末端两相短路时短路电流，故得公式：,一、定时限过电流保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,111,二、反时限过电流保护,保护装置的整定,I ,t,I ,t,KA1,KA2,WL1,WL2,k,QF1,QF2,（a）电路,KA1 动作时限,KA2 动作时限,（b）时限整定,一般t=0.7s,第二节工企高压电网过电流保护装置,保护装置的动作时间与故障电流大小成反比关系,t1,t2,t,L,112,三、提高电流保护灵敏度,提高电流保护灵敏度的措施低压闭锁保护,采用低压继电器闭锁的过电流保护原理图,第二节工企高压电网过电流保护装置,低电压继电器,113,供电系统正常运行时，母线电压接近于额定电压，低电压继电器KV的触点是断开的，因而即使此时电流继电器KA动作使其触点闭合，断路器也不会跳闸。所以设有低电压闭锁的过电流保护装置的动作电流只需躲过线路的计算电流I30，即,三、提高电流保护灵敏度,第二节工企高压电网过电流保护装置,低压闭锁保护装置原理及动作值整定,114,采用低电压继电器闭锁后，过电流保护装置的动作电流减小，从而使保护的灵敏度提高。低电压继电器的动作电压按躲过正常工作时最低电压Umin来整定，即,三、提高电流保护灵敏度,第二节工企高压电网过电流保护装置,低压闭锁保护装置原理及动作值整定,115,四、定时限与反时限比较,第二节工企高压电网过电流保护装置,定时限过电流保护优点：动作时间比较精确，整定简单，而且不论短路电流大小，动作时间都是一定的，不会出现因短路电流小动作时间长而延长了故障时间的问题。缺点：所需继电器多，结线复杂，且需直流操作电源，投资较大。此外，靠近电源处的保护装置，其动作时间较长，这是带时限过电流保护共有的缺点。反时限过电流保护优点：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，加之可采用交流操作，因此简单经济，投资大为减少，因此它在中小企业供电系统中得到广泛应用。缺点：动作时间的整定比较麻烦，而且误差较大，当短路电流较小时，其动作时间可能相当长，从而延长了故障持续时间。,116,已知：线路有关参数如下,求：l2 段定时限过电流保护的整定值及保护装置的灵敏度。,第二节工企高压电网过电流保护装置,例题,117,解：一次侧动作电流计算值：,选DL-10型号继电器。 整定其动作电流为,即当大于3000A的时候，继电保护动作,动作时限整定,灵敏度,经校验灵敏度满足要求,第二节工企高压电网过电流保护装置,继电器动作电流计算值：,所对应一次侧动作电流实际值：,118,五、电流速断保护,过电流保护为保证选择性，越靠近电源端，其动作时限越长；然而短路电流则是越靠近电源端，其值越大，危害也更严重。因此，当过电流保护动作时限大于0.50.7s时，应装设电流速断保护装置，以弥补过电流保护的缺陷。,电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护，它按照预先选定短路计算点的短路电流来整定动作电流，从而获得动作的选择性。,第二节工企高压电网过电流保护装置,I ,I ,KA1,KA2,本段WL1,下段WL2,QF1,QF2,电流速断保护选择性实现示意图,理论上的选择,实际上的选择,119,I ,I ,I ,I ,-,-,-,+,+,+,TAa,TAC,KA1,KA2,KA3,KA4,信号,KM,KT,KS,YR,QF,定时限过电流保护,线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图,五、电流速断保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,+,+,电流速断保护,定时限过电流保护,1、电流速断保护装置的组成,对于采用DL系列电流继电器的速断保护装置来说，相当于定时限电流保护中抽去时间继电器，且一般与定时限过电流保护共用一套电流互感器。,120,2、电流速断保护装置动作电流的整定,电流速断保护装置的一次侧动作电流应按躲过（即大于）其保护线路末端的最大短路电流（即最大方式运行时的三相短路电流）来整定，即,相应的继电器动作电流为：,速断保护的死区： 速断保护的保护范围不能小于应被保护线路全长的15%20%,五、电流速断保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,121,线路电流速断保护的保护区,五、电流速断保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,选择的短路计算点,考虑到可靠系数后的实际计算点,122,3、电流速断保护的灵敏度,速断保护的灵敏度是系统在最小运行方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流之比，即：,五、电流速断保护,第二节工企高压电网过电流保护装置,123,电流速断保护与定时限过电流保护相配合保护线路全长示意图,第二节工企高压电网过电流保护装置,六、电流速断保护与过电流保护的配合,124,变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护综合电路图,第二节工企高压电网过电流保护装置,125,六、工企电网单相接地分析,工业企业6-10KV电网的中性点不接地，属小接地电流系统，在其发生单相接地故障时，不会引起相间电压降低和电网电流的急剧增大。,正常时相电压,正常时线电压,正常时对地电压,第二节工企高压电网过电流保护装置,故障前,126,六、工企电网单相接地分析,故障时相电压,故障时线电压,故障时对地电压,由上述分析可知：不但相电压和线电压幅值保持不变，而且仍有120的相位差，故障相对地电压变为0，完好相对地电压升高为原来的线电压水平。必须安装绝缘监视装置。,第二节工企高压电网过电流保护装置,工业企业6-10KV电网（属中性点不接地的小接地系统）发生单相接地故障的特点：,故障后,127,第二节工企高压电网过电流保护装置,故障相接地电容电流,对于多回线路电网，线路的回数越多，接地故障电流越大，因而越容易实现有选择性的接地电流保护。,128,绝缘监视装置(图6-19三相五柱电压互感器) 缺点：不能指出是哪一回线路发生故障，这种监视装置只适用于出线不多且允许短时停电的中小型变电站 。单相接地保护装置(图6-20利用零序电流) 满足动作电流灵敏度要求 可靠系数 系统最小运行方式下，单相接地总电容电流； 单相接地保护灵敏度，对电缆线路，要求1.25；对架空线路，要求1.5,第二节工企高压电网过电流保护装置,129,第三节 变压器的继电保护,一、故障分类及保护装置装设原则,1、变压器的故障可分为内部故障和外部故障,内部故障：是指变压器油箱内所发生的故障，主要有: 绕组的相间短路 匝间短路 单相接地短路这类故障是最危险的故障，故障产生的电弧有可能使变压器油箱产生爆炸。,外部故障：是指油箱外引出线套管的 相间短路 单相短路等。,2、变压器的不正常工作状态由外部短路引起的过电流过负荷引起的过电流不允许的温度升高油面降低等,130,3、保护装置的设置原则,（1）企业总降压变电站的36-110/6 -10kV主变压器 常规装设：过电流保护 电流速断保护 瓦斯保护 过负荷保护（如有可能过负荷情况） 差动保护（单台运行10000KVA以上或两台并列运行的6300KVA以上变压器，以取代电流速断保护） 以上保护除过负荷保护作用于信号外，均作用于跳闸,（2）对车间变电站6 -10/0.4 -0.23kV主变压器 常规装设：过电流保护 电流速断保护(过电流保护的动作时限小于0.5s时,可不装) 瓦斯保护（容量800KVA以上或车间内安装的400KVA以上的变压器） 过负荷保护(并列运行400KVA以上或单台运行且作为备用电源的变压器) 熔断器或熔断器与负荷开关配合作变压器短路及过负荷保护 (简化用法 ),第三节 变压器的继电保护,一、故障分类及保护装置装设原则,131,二、变压器的电流保护装置,1、保护装置的接线方式,Y,yn0变压器电流保护电路图,第三节 变压器的继电保护,两相两继电器式接线（不完全星型）两相单继电器式接线,未装电压互感器那一相低压侧发生单项短路时灵敏度降低,132,2、变压器低压侧单相接地短路保护,（1）在变压器低压侧装设单相都带过流脱扣器的低压断路器。经济实用，普遍。,（2）在变压器低压侧装设三相熔断器。只适用不重要负荷供电的变压器。,（3）在变压器低压侧中性点引出线上装设零序过电流保护。,零序过电流保护保护装置的动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定：,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,133,3、变压器的过电流保护,（1）接线和工作原理,两相单继电器和两相两继电器式接线。与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,与线路过电流保护的整定类似,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,134,3、变压器的过电流保护,（3）动作时限,仍按“时间阶梯”原则进行，保证动作的选择性,（4）灵敏度校验,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（电流值换算到高压侧）来校验,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,135,4、变压器的电流速断保护,（1）接线和工作原理,与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,与线路速断电流保护的整定类似,为系统最大运行方式下低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的电流值，以保证动作的选择性。,为避免速断保护误动作，可将其一次侧动作电流取为变压器一次侧额定电流I1NT的35倍。,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,136,4、变压器的电流速断保护,（3）灵敏度校验,按保护安装处（即变压器高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来校验,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,137,5、变压器的过负荷保护,（1）接线和工作原理,与线路的过负荷保护的接线、工作原理完全相同。,（2）变压器过负荷保护整定,保护装置的动作电流按躲过变压器一次侧额定电流整定，即,（3）动作时限,为防止在短路时发出不必要的信号，还应加装一个时间继电器，使其动作延时大于过电流保护装置的动作延时，一般可取1015s。,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,138,变压器的电流速断保护、过电流保护和过负荷保护的综合电路图,二、变压器的电流保护装置,第三节 变压器的继电保护,139,三、变压器的气体保护,瓦斯保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的继电保护装置。按GB500621992规定，800kVA及以上的一般场所油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。,瓦斯保护的基本元件是瓦斯继电器（又称“气体继电器”）。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，如图6-25所示。,第三节 变压器的继电保护,140,三、变压器的气体保护,（1）瓦斯继电器的结构和工作原理,第三节 变压器的继电保护,141,三、变压器的气体保护,（1）瓦斯继电器的结构和工作原理,第三节 变压器的继电保护,图6-26 FJ3-80型气体继电器结构示意图,1-容器；2-盖；3-上油杯；4-永久磁铁；6-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；16-上油杯平衡锤；16-下上杯转轴；17-放气阀,142,（2）变压器气体保护的接线,气体保护接线图,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,143,（3）变压器气体保护动作后的故障原因分析,变压器气体保护动作后，可由蓄积于瓦斯继电器内的气体性质，再结合声音、温度、油位、外观及其他现象，来分析和判断故障的原因及处理要求。,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,144,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,异常响声 (1)音响较大而嘈杂时，可能是变压器铁芯的问题。例如，夹件或压紧铁芯的螺钉松动时，仪表的指示一般正常，绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这时应停止变压器的运行，进行检查。 (2)音响中夹有水的沸腾声，发出咕噜咕噜的气泡逸出声，可能是绕组有较严重的故障，使其附近的零件严重发热使油气化。分接开关的接触不良而局部点有严重过热或变压器匝间短路，都会发出这种声音。此时，应立即停止变压器运行，进行检修。 (3)音响中夹有爆炸声，既大又不均匀时，可能是变压器的器身绝缘有击穿现象。这时，应将变压器停止运行，进行检修。,145,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,异常响声 (4)音响中夹有放电的吱吱声时，可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花，此时，应清理套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。此时，要停下变压器，检查铁芯接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。 (5)音响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器某些部件因铁芯振动而造成机械接触，或者是因为静电放电引起的异常响声，而各种测量表计指示和温度均无反应，这类响声虽然异常，但对运行无大危害，不必立即停止运行，可在计划检修时予以排除。,146,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,温度异常 变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，较原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。 引起温度异常升高的原因有： 变压器匝间、层间、股间短路； 变压器铁芯局部短路； 因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热； 长期过负荷运行，事故过负荷； 散热条件恶化等。 运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来，如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。,147,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,喷油爆炸 喷油爆炸的原因是变压器内部的故障短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能及时切断电源，使故障较长时间持续存在，使箱体内部压力持续增长，高压的油气从防爆管或箱体其它强度薄弱之处喷出形成事故。 (1)绝缘损坏：匝间短路等局部过热使绝缘损坏；变压器进水使绝缘受潮损坏；雷击等过电压使绝缘损坏等导致内部短路的基本因素。 (2)断线产生电弧：线组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。 (3)调压分接开关故障：配电变压器高压绕组的调压段线圈是经分接开关连接在一起的，分接开关触头串接在高压绕组回路中，和绕组一起通过负荷电流和短路电流，如分接开关动静触头发热，跳火起弧，使调压段线圈短路。,148,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,严重漏油 变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。但是变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，以致于油位计已见不到油位，此时应立即将变压器停止运行，补漏和加油。 变压器油的油面过低，使套管引线和分接开关暴露于空气中，绝缘水平将大大降低，因此易引起击穿放电。 引起变压器漏油的原因有：焊缝开裂或密封件失效；运行中受到震动；外力冲撞；油箱锈蚀严重而破损等。,149,（3）配电变压器常见故障分析,三、变压器的气体保护,第三节 变压器的继电保护,套管闪络 变压器套管积垢，在大雾或小雨时造成污闪，使变压器高压侧单相接地或相间短路。变压器套管因外力冲撞或机械应力、热应力而破损也是引起闪络的因素。变压器箱盖上落异物，如大风将树枝吹落在箱盖时引起套管放电或相间短路。 以上对变压器的声音、温度、油位、外观及其他现象对配电变压器故障的判断，只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。必要时必须进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因，判明事故性质，提出较完备的合理的处理方法。,150,四、变压器的差动保护,GB50062-92规定 1000