工厂供电课件第13讲

第4章供电系统的保护,第一节继电保护的基本概念第二节单端供电网络的保护第三节电力变压器的保护第四节低压配电系统的保护第五节供电系统的微机保护,第二节单端供电网络的保护,过电流保护：定时限、反时限电流速断保护低电压保护中性点非有效接地系统的单相接地保护过负荷保护,保护范围：本段线路（一般线路全长的8085，至少线路全长的15%）。动作定值：按躲过最大运行方式下（三相短路）本线路末端发生故障整定；灵敏度按最小运行方式下（两相短路）来进行校验。动作时限：速断保护，无时限。,补充：三段式过电流保护,：过流I段：无时限电流速断保护,过流I段、II段、III段保护统称三段式过电流保护。,保护范围：本段线路全长并延伸至下一段线路。动作定值：大于下一段线路I段保护动作定值,小于本段线路I段保护定值。动作时限：大于下一段线路I段保护动作时限。大于本段线路I段保护时限。,：过流II段：带时限电流速断保护（或限时电流速断保护),过流II段与过流I段共同构成被保护线路的主保护，过流II段兼作过流I段的近后备保护。,保护范围：做本线路主保护的后备保护，即近后备保护，并做相邻下一线路(或元件)的后备保护，即远后备保护。保护范围是本条线路和下一条线路的全长（要求超越相邻线路末端）。动作定值：保证在正常并伴有电动机启动时的负荷电流下不动作；保证外部故障切除，下一母线有电动机启动下的负荷电流不动作。比I段和II段定值小很多。按照躲过本线路和下一条线路正常条件下的最大启动电流整定。动作时限：一般情况下，大于本段线路II段和下一线路III段的时限，各线路III段保护的延时必须相互配合。但在某些场合下，根据需要，过流III段可启动反时限。,3：过流III段：定时限过流保护,所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的大小无关。,一、过电流保护,当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。,：定时限过电流保护,根据其时限特性可分为定时限和反时限两种。（对应于过流II段、III段）,当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。这种保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为定时限。,由电流继电器1KA与2KA、时间继电器KT和信号继电器KS组成。其中，1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号,(1)定时限过电流保护的原理接线,正常运行时，1KA、2KA、KT、KS的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，1KA或2KA动作，通过其触点起动时间继电器KT，经过预定的延时后，KT的触点闭合，将断路器QF的跳闸线圈YR接通，QF跳闸，同时起动了信号继电器KS，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。这样，不正常状态或故障被切除。,定时限过电流保护的展开图,为保证在正常负荷（包括电动机启动）情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。,(2)工作原理与动作电流,能使电流继电器返回到原先状态的最大电流称为继电器的返回电流：,返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre：,能使电流继电器起动的最小电流称为继电器的动作电流：,(3)按选择性要求整定过电流保护的动作时限,各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的,图4-9按照阶梯原则整定的定时限过电流保护原理图,定时限过电流保护的动作时限整定和配合为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置的线路首端k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间应比后一级保护的动作时间要大一个时间差，对于定时限保护装置，一般取0.5s（对于微机型过电流保护，常取0.35s，工程现场根据不同情况整定）。,(4)过电流保护灵敏系数的校验,定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks1.31.5。对于中性点不接地的供电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流,(1)反时限过电流保护的原理接线,2.反时限过电流保护,a)原理图b)展开图,动作时间与流过继电器电流大小有关的动作时限特性，当电流大时保护动作时限短，当电流小时保护动作时限长。,(2)反时限过电流保护的整定配合,a)短路点距离与动作时间的关系b)反时限动作特性曲线,反时限保护装置动作时限整定步骤：,反时限保护装置动作时限整定步骤：,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。,3、定时限与反时限过电流保护的比较,二、电流速断保护,定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下图所示，当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时间必须经过才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。,二、电流速断保护,具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图,电流速断保护的动作电流必须按躲过本段末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。,式中Iop.k速断保护动作电流；kk可靠系数，一般可取1.21.3；被保护线路末端短路时的最大短路电流。,速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流Iop之比，即：,=,线路电流速断保护的保护区,电流速断保护的“死区”及其弥补,由于电流速断保护的动作电流大于被保护线路末端的最大短路电流，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。,定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图,例：某工厂10kV供电线路，已知计算负荷电流=180A，=1.5，在最大运行方式下末端和始端的短路电流分别为2300A，4600A；在最小运行方式时，2200A，4400A，线路末端出线保护动作时间为0.5s，线路首端保护的继电器为非全星形联结，试整定该保护各个参数。,解：1)过电流保护整定如下：,=1.5180A=270A，选用300/5A电流互感器，,=300/5=60。,保护动作一次侧电流：,继电器1KA动作电流：,时间继电器的整定时限,保护灵敏度：,2)：因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，其整定计算如下：一次动作电流：,继电器2KA的动作电流：,速断保护的灵敏度：,三、低电压保护,低电压闭锁的过电流保护（注意：准确的表述应该是：低压启动的过流保护或电压闭锁的过流保护）,定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。,为什么需要电压闭锁？,电力系统出现故障时常伴随的现象是电流的增大和电压的降低，过流保护就是通过系统故障时电流的急剧增大来实现的。但是由于大型设备、机械的起动也会造成电流的瞬间增大，有可能造成开关的误动，为了防止其误动，在保护中增加低电压元件，构成低电压启动的过流保护，只有在“电流的增大和电压的降低”这两个条件同时满足时才出口跳闸。在将过流保护用于变压器的后备保护用时，再增加一个负序电压元件，作为一个闭锁条件，这样就构成了复合电压闭锁过流保护。,考虑低压启动条件后，过电流继电器的动作电流不必按躲过线路的最大负荷电流来整定，而只需按计算负荷电流来整定：,低压继电器的动作电压按躲过正常最低工作电压来整定：,灵敏度：,2.用于电动机的低电压保护,1)在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压为(60%-70%)UN、时限为0.5-1.5s的低电压保护，即,2)对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许“长期”失电后再自起动的电动机，可装设动作电压为(50%-55%)UN、时限为(5-10)s的低电压保护。即,四、中性点非有效接地系统的单相接地保护,由第一章第一节可知，用户供电系统采取中性点非有效接地后，当发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高到倍，如果流过故障点的接地电流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约3.5倍的过电压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短路。此时，应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应动作于跳闸。因此，中性点非有效接地系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。,1.绝缘监视装置,其利用供电系统单相接地后出现的零序电压给出信号。在中性点非有效接地的供电系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有母线上都将出现数值较高的零序电压。利用这一特点，在变电所的母线上一般装设网络单相接地的绝缘监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。,四、中性点非有效接地系统的单相接地保护,绝缘监视装置的保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即表明故障是在该线路上。（现在有小电流接地选线装置，但不准确）。这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为15V。,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，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护。当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都会出现不平衡的电容电流（零序电流），而这些非故障线路属于正常线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流应至少大于本线路的电容电流。,2.