企业供电技术第五章

1、1东北大学罗艳红第五章 工业企业供电系统的继电保护装置5-1 保护装置概述5-2 工业企业高压电网的过电流保护装置5-3 变压器的继电保护2东北大学罗艳红第一节 保护装置概述 继电保护装置的定义：由互感器和一个或几个继电器所组成，用以及时发现和切除故障及不正常工作状态的一种装置。 继电保护装置组成框图作用：采样。常用设备：电流互感器作用：判断。机电判断：有形的实体判断（电磁铁） 微机判断：无形实体作用：变换、闭锁、延时、放大、隔离。常用设备：复合刀闸、隔离开关、熔断器。作用：发出脉冲电平。作用：断路器中断和恢复信号。3东北大学罗艳红一、继电保护装置的任务1、自动地、迅速地、有选择性地将故障设备

2、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。4东北大学罗艳红二、对继电保护装置的要求1、选择性：动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、快速性：发生故障时，继电保护应该尽快的动作切除故障，减少故障引起 的损失，提高电力系统的稳定性。3、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 时，要

3、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 常运行状态时，不应误动作。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。5东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类1、按其反应的物理量分，继电器主要有以下几种（1）、电流继电器（2）、电压继电器（3）、功率继电器（4）、时间继电器6东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（1）、电流继电器、文字符号和图形符号文字符号：KA、动作电流的调节 改变调整杆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。

4、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。7东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（1）、电流继电器、电流继电器的图片8东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（2）、电压继电器、文字符号：KV、结构 与DL型电磁式的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。、电压继电器的图片9东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（3）、功率继电器、功率型继电器的图片 OKS1功率型继电器 ZRF功率型继电器10东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（4）、时间继电器、文字符号和图形符号文字符号：KT、结构和工作原理 由电磁系统、传动

5、系统、钟表机构、触头系统、和时间调整系统组成。11东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类（4）、时间继电器、动作时限调整 通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的形成获得。、时间继电器的图片12东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类2、按其反应的参量变化情况分，继电器主要有以下几种过量继电器（大于动作）如：过电流继电器欠量继电器（小于动作）如：欠电压继电器3、按其在保护装置中的功能分：继电器主要有以下几种启动继电器时间继电器信号继电器中间继电器出口继电器13东北大学罗艳红三、常用保护装置的分类4、按其组成元件分，继电器主要有以下几种机电型继电器：简单可靠而且使用经验成熟。晶体管型继电器：随着电子技

6、术的发展，得到了广泛的应用。微机继电器：在继电保护装置中开始应用。5、按其作用于断路器的方式分，继电器主要有以下几种一次式继电器：与一次侧线路直接相连。二次式继电器：接在电流或电压互感器的二次侧，通过互感器与一次侧相 连。14东北大学罗艳红四、电磁式电流继电器原理按其反应的物理量分：电流继电器按其反应的参量变化情况分，过量继电器按其在保护装置中的功能分：启动继电器按其组成元件分：机电型继电器按其作用于断路器的方式分：二次继电器15东北大学罗艳红四、电磁式电流继电器原理1-线圈；2-电磁铁；3-钢舌片；4-轴；5-反作用力弹簧；6-轴承；7-静触点；8-动触点；9-启动电流调节转杆；10-标度盘

7、；DL-10系列电磁式电流继电器的内部结构16东北大学罗艳红四、电磁式电流继电器原理产生的电磁力公式为：221RFKK If=o pr eRRo pIIIII-继 电 器 的 动 作 电 流继 电 器 的 返 回 电 流线 圈 中 的 返 回 电 流一 旦继 电 器 闭 合rereo pIKI=继 电 器 的 返 回 系 数对于机电或DL-10系列，返回系数一般为0.85设定动作电流的方法：（1）、电流调节杆。（2）、改变线圈的串并联关系。17东北大学罗艳红五、电流互感器的极性与接线方式1、电流互感器的极性电流互感器的极性与原副路电流向量图见教材.1122,LWLW为 同 名 端 ， 称 做

8、减 极 性1112211220T AWII WI WIIWK-=ggggg由12T AT AWKKW-=电 流 互 感 器 的 变 比 ，18东北大学罗艳红五、电流互感器的极性与接线方式2、电流继电器与互感器的接线方式（1）、三相三继电器式接线（完全星型）00()abcIIII=+=gggg均衡注意：中性线不能省，易烧坏继电器，可以保护所有形式的短路。接线系数：电流继电器中流过的电流与电流互感器中流过电流之比:2RwIKI=19东北大学罗艳红五、电流互感器的极性与接线方式2、电流继电器与互感器的接线方式（2）、两相两继电器式接线（不完全星型）除B相对地（零线）短路外，均可实现保持投资省，常用于

9、总降到车间降的保护装置1wK=20东北大学罗艳红五、电流互感器的极性与接线方式2、电流继电器与互感器的接线方式（3）、两相单继电器式接线（两相差流接线）AB、BC短路：AC短路：B对地短路： 不动作 21RwIKI= =22RwIKI= =21东北大学罗艳红第二节工企高压电网过电流保护装置 工业企业610KV高压配电网一般属于中性点不接地系统，即小电流接地的单端供电网络，厂区内线路距离不长，所以线路保护也不复杂。 常用的保护装置有：定时限的过电流保护；电流速断保护；低电压保护；中性点不接地系统的单相接地保护以及由双电源供电时的功率方向保护。22东北大学罗艳红一、定时限过电流保护被保护线路电流大

10、于设定值，持续到设定的时间才使保护装置动作1、保护装置的接线和原理IITAaTACKA1KA2KTKSKM+QSQF+-+（a）定时限过电流保护的原理电路图-23东北大学罗艳红IIKA1KA2TACTAa-KA1KA2KTKSKMKSKTKMYR信号（b）定时限过电流保护的原理展开图24东北大学罗艳红一、定时限过电流保护2、保护装置的整定继 电 器一 次 侧 回 路1 opoprereIIII1opopwT AwT AIIKIKK=g过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：（1）、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1m axopw L

11、IIg（2）、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 m a xw LrewT AIIKKgg25东北大学罗艳红一、定时限过电流保护2、保护装置的整定同时引入可靠系数 ，可得等式为：Km axw LrewT AIIKKK=g继续推导可得：11m axm axreopw Lrerewopw LreT AIKIIKKKKIIKK= gggggg26东北大学罗艳红一、定时限过电流保护3、保护装置动作的整定ItItKA1KA2WL1WL2kQF1QF2 （a）电路t2t1tKA1动作时限KA2动作时限tL （b）

12、时限整定一般t=0.5s27东北大学罗艳红一、定时限过电流保护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：min1Kso pIKI=g（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：(2)(2)(2)(2)m inm in(2)11.251.5KwKsopT AopIKIKIKI=gggg28东北大学罗艳红二、反时限过电流保护1、保护装置的整定ItItKA1KA2WL1WL2kQF1QF2 （a）电路t1KA1 动作时限KA2 动作时限t2 （b）时限整定一般t=0.7s29

13、东北大学罗艳红三、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30东北大学罗艳红三、提高电流保护灵敏度 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co13 0o preKIIK= 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m in(0.60.7)NopcoreuuUUUKKKK=

14、正 常 工 作 时 最 低 电 压 取线 路 额 定 电 压可 靠 系 数 可 取低 电 压 继 电 器 返 回 系 数 可 取电 压 互 感 器 的 变 压 比m inco,(0.850.95) ,(1.11.2) ,1.151.25 NNreuUUUKKK-31东北大学罗艳红四、定时限与反时限比较 定时限保护电流的优点是：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。 但缺点是：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

15、保护电流的优点是：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。 但缺点是：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。32东北大学罗艳红已知：线路有关参数如下3minmax848 ,1.2,2,10,0.8,2.294,1000 5cawkrewLcaTAIAKKIKAKIIK短路求：t2段定时限过电流保护的整定值。33东北大学罗艳红comax11.22.2948482.92()0.8wLopreKIIKAK一次侧动作电流计算值12 .9 211

16、 4 .6 ()1 0 0 0 5o po pwT AIIKAK选DL-10型号。选DL-10型号继电器整定的动作电流1 5O PIATA1w1000K153000(A)3(KA)K15OPOPII当大于3000A的时候，继电保护动作动作时限2111213ttmax t ,t ,t0.51.01.5(s) 灵敏度(3)(2)k mink minsop1op13II3 102K2.91.5II23灵敏度满足要求。34东北大学罗艳红五、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0.50.7

17、s时，应装设电流速断保护装置，以弥补过电流保护的缺陷。1、电流速断保护装置的组成 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 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。35东北大学罗艳红五、电流速断保护线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图36东北大学罗艳红五、电流速断保护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（即三相短路电流）来整定，即( 3 )1m a xo pq

18、 bc oKIKI 相应的继电器动作电流为：( 3 )m axKo pq bcowT AIIKKK 速断保护的死区：速断保护的保护范围不能小于被保护线路全长的15%20%37东北大学罗艳红五、电流速断保护线路电流速断保护的保护区38东北大学罗艳红五、电流速断保护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：(2)(2)(2)minmin(2)(2)111.251.5wKKsopqbTAopqbKIIKIKI39东北大学罗艳红六、工企电网单相接地分析 工业企业610KV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

19、引起相间电压降低和电网电流的急剧增大。正常时相电压AAOBBOCCOUEUEUE正常时线电压ABABBCBCCACAUEEUEEUEE正常时对地电压AABBCCUEUEUE40东北大学罗艳红六、工企电网单相接地分析故障时相电压AAOBBOCCOUEUEUE故障时线电压ABABBCBCCACAUEEUEEUEE故障时对地电压0ACACABCBBCCUEEUUEEUU 由此可得：不但相电压和线电压幅值保持不变，而且仅有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，所以必须安装绝缘监视装置。41东北大学罗艳红第三节 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

20、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、匝间短路和单相接地短路等，这种故障是最危险的，因为故障时产生的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和单相短路等。 2、变压器的不正常工作状态主要有：由外部短路或过负荷引起的过电流，不 允许温度的升高或油面降低等。42东北大学罗艳红一、故障分类及保护装置装设原则3、保护装置的设置原则（1）、企业总降压变电站的35110/6 10KV主变压器一般均装设过电流保护， 电流速断保护和瓦斯保护。如有可能过负荷，也装设过负荷保护。但对单台 运行10000KVA以上或两台并列运行的

21、6300KVA以上变压器，则应该设差 动保护取代电流速断保护。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主变压器通常应装设过电流保护、电 流速断保护（过电流保护的动作时限小于0.5s时，可不装），容量800KVA 以上（车间内安装的400KVA以上）的变压器应装设瓦斯保护对于并列运行 400KVA以上或单台运行且作为备用电源的变压器，还应装设过负荷保护。为 求简化，也可用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。43东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置1、保护装置的接线方式Y，ynO变压器电流保护电路图44东北大学罗艳红二

22、、变压器的电流保护装置2、变压器低压侧单相接地保护（1）、在变压器低压侧装设三相都带过流脱扣器的低压断路器。经济使用，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）、在变压器抵压侧中性点引出线上装设零序过电流保护 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。2c od s qO PN TT AKKIIK2,1.21.3;,0.25;codsqNTKKI可靠系数 一般取不平衡系数 一般取变压器二次侧额定电流45东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置3、变压器的过电流保护（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

23、过电流保护整定 和线路过电流保护的整定类似。1111(1.53)(1.53)reopN TrerewopN TreT AIKIIKKKKIIKK= gggg1NTI变压器一次侧的额定电流46东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置3、变压器的过电流保护（3）、动作时限 保护装置的动作时限整定仍按“时间阶梯”原则进行，以保证动作的选择性。(2)(2)(2)(2)m inm in(2)11.251.5KwKsopT AopIKIKIKI=gggg（4）、灵敏度校验 其灵敏度是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。47东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置4、

24、变压器的电流速断保护（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 和线路速断电流保护的整定类似。( 3 )1m a xo pq bc oKIKI( 3 )m axKo pq bcowT AIIKKK(3)maxKI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。 另外，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。48东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置4、变压器的电流速断保护（3）、灵敏度校验 保护装置的灵敏度按保护安装处（即变压器高压侧）在系统最小运行

25、方式下发生两相短路的短路电流来校验(2)(2)(2)minmin(2)(2)112wKKsopqbTAopqbKIIKIKI49东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置5、变压器的过负荷保护（1）、接线和工作原理 和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1(1.21.5)opoLNTII 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。50东北大学罗艳红二、变压器的电流保护装置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51东北大学罗艳红三、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，8