电气注册工程师必考之供配电7--供配电系统的过电流保护

1、2022-3-71第第7章章 供配电系统的过电流保护供配电系统的过电流保护n主要内容主要内容n过电流保护装置的任务和要求过电流保护装置的任务和要求n三段式电流保护原理及整定计算三段式电流保护原理及整定计算 n变压器保护原则变压器保护原则n低压断路器保护低压断路器保护n重点、难点重点、难点n过电流保护装置的任务和要求过电流保护装置的任务和要求n三段式电流保护原理及整定计算三段式电流保护原理及整定计算2022-3-72 7.1 过电流保护装置任务和要求过电流保护装置任务和要求n任务：任务：n系统出现不正常状态时，发出报警信号。（过负系统出现不正常状态时，发出报警信号。（过负荷、单相接地、一相断线等

2、）荷、单相接地、一相断线等）n系统出现短路故障时，作用开关跳闸并报警。系统出现短路故障时，作用开关跳闸并报警。n 1KV以上高压系统，采用继电保护装置和高以上高压系统，采用继电保护装置和高压熔断器保护。压熔断器保护。 n1KV以下低压系统，采用低压断路器和低压熔以下低压系统，采用低压断路器和低压熔断器保护。断器保护。2022-3-73要求：n选择性选择性n切除故障部分，防止越级跳闸。切除故障部分，防止越级跳闸。 n速动性速动性n尽快速切断故障，减少故障存在的时间。尽快速切断故障，减少故障存在的时间。n灵敏性灵敏性n指对故障或不正常运行状态的反映能力。指对故障或不正常运行状态的反映能力。 n用灵

3、敏度或灵敏系数来衡量用灵敏度或灵敏系数来衡量n可靠性可靠性n不拒动不拒动n不误动不误动2022-3-74灵敏度n对反映故障时参数量增加的保护装置对反映故障时参数量增加的保护装置 其灵敏系数为：其灵敏系数为：Ks= （过电流）（过电流）n对反映故障时参数量降低的保护装置，对反映故障时参数量降低的保护装置，其灵敏系数为：其灵敏系数为：Ks= （欠电压）（欠电压）灵敏系数整定：灵敏系数整定：1.2、1.25、1.5、2。 2022-3-757.2常用的保护继电器n1、作用：用来接通或断开控制或保护回路。、作用：用来接通或断开控制或保护回路。 n2、区别：接触器主回路（、区别：接触器主回路（I5A）、

4、继电）、继电器多用于控制电路（器多用于控制电路（I5A）。）。 n3、种类：、种类：n电磁式继电器电磁式继电器 D 电流继电器电流继电器 Ln感应式继电器感应式继电器 G 电压继电器电压继电器 Yn整流式继电器整流式继电器 L 功率继电器功率继电器 Gn晶体管继电器晶体管继电器 B 中间继电器中间继电器 Zn 信号继电器信号继电器 X2022-3-76 1）电磁式电流继电器（图6-6）n作用：当电流超过某一整定值时继电器动作。作用：当电流超过某一整定值时继电器动作。n工作原理：工作原理：2022-3-77n动作电流（动作电流（Iopk）：）：n能使继电器动作的最小电流。能使继电器动作的最小电流

5、。n返回电流（返回电流（IreK）：）：n能使继电器返回的最大电流。能使继电器返回的最大电流。n返回参数（返回参数（Kre）：）：n整定方法：整定方法：nA、平滑调节（调弹簧）。、平滑调节（调弹簧）。nB、级进调节（线圈抽头或串、并联）。、级进调节（线圈抽头或串、并联）。n动作时间：动作时间：0.010.05s。n特点：接点容量较小，不能直接作用于特点：接点容量较小，不能直接作用于断路器跳闸，必须通过其它继电器转换。断路器跳闸，必须通过其它继电器转换。KOPKrereIIKIopkIrekI2022-3-782）电磁式中间继电器）电磁式中间继电器（1）作用：）作用：nA、提供足够数量的触点以便

6、同时控制不同的、提供足够数量的触点以便同时控制不同的电路。电路。nB、增加触点容量，以便接通断开较大的电流、增加触点容量，以便接通断开较大的电流回路（如跳闸回路）。回路（如跳闸回路）。nC、提供必要的延时特性，以满足保护及自动、提供必要的延时特性，以满足保护及自动装置的要求。装置的要求。（2）种类：电压式、电流式。）种类：电压式、电流式。n瞬动、延时动作。瞬动、延时动作。n瞬动时间：瞬动时间：0.050.06s 2022-3-79n结构2022-3-7103)电磁式时间继电器 n（1）特点：延时动作n（2）原理：钟表机构 2022-3-7114）电磁式信号继电器 （1）种类：）种类：n电流型、

7、电压型。电流型、电压型。 （2）作用：）作用：n动作指示（灯光、音响信号），以便判别故障动作指示（灯光、音响信号），以便判别故障性质。性质。（3）原理）原理 图图7102022-3-7125）感应式继电器（1）结构组成与工作原理 图6-142022-3-713n、两部分组成：一是感应系统（动作反时限），、两部分组成：一是感应系统（动作反时限），二是电磁系统（动作瞬时）。二是电磁系统（动作瞬时）。n、继电器的动作时限：从继电器动作到触点闭合、继电器的动作时限：从继电器动作到触点闭合这段时间。这段时间。n动作特性动作特性n反时限特性：反时限特性： 动作时间与电流成反比动作时间与电流成反比n有限反时

8、限特性：有限反时限特性： 电流变大，动作时间基本不变电流变大，动作时间基本不变n电磁系统的动作时间：电磁系统的动作时间：0.050.1s。n（2）动作电流与动作时限的调节）动作电流与动作时限的调节n动作电流：使蜗杆与扇形齿轮齿合的最小电流。动作电流：使蜗杆与扇形齿轮齿合的最小电流。n感应系统动作电流调整：利用插销感应系统动作电流调整：利用插销20改变继电器改变继电器线圈的匝数来调整。线圈的匝数来调整。n感应系统动作时限调整：改变扇形齿轮的起始位置。感应系统动作时限调整：改变扇形齿轮的起始位置。n优点：接点容量大；直接作用于断路器跳闸。优点：接点容量大；直接作用于断路器跳闸。n缺点：结构复杂，精

9、确度较低。缺点：结构复杂，精确度较低。2022-3-7146）晶体管继电器n（1）电路组成：（五部分）：电压形成回）电路组成：（五部分）：电压形成回路、启动回路、时限回路、出口信号回路路、启动回路、时限回路、出口信号回路以及工作电源。以及工作电源。n优缺点：优缺点：质量轻，质量轻，体积小，体积小，耗电少，耗电少，寿命长，寿命长，工作可靠。工作可靠。 +-2022-3-7152022-3-7167) 微机保护装置 n微机保护的硬件组成微机保护的硬件组成 2022-3-717接线系数接线系数流入继电器的电流与电流互感器二次测电流的比值流入继电器的电流与电流互感器二次测电流的比值 完全星型接线（三相

10、三继电器接法）完全星型接线（三相三继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法） （U、V、W三相短路）三相短路） （U、V 或或V、W相间短路）相间短路） （U、W相间短路）相间短路） 1kxK2kxK1kxK3kxK1kxK2IIKKAkx2022-3-7187.3中压线路的电流保护n继电保护的接线方式继电保护的接线方式 n完全星型接线（三相三继电器接法）完全星型接线（三相三继电器接法）n不完全星形接线（两相继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）n两相电流差接线（两相一继电器接法）两相电

11、流差接线（两相一继电器接法）6-6接线系数接线系数2IIKKAkx2022-3-719n对继电保护装置的要求：n选择性选择性n速动性速动性n灵敏性灵敏性n可靠性可靠性2022-3-7207.3中压线路的电流保护n电流保护：是利用过流时电流增大的特点电流保护：是利用过流时电流增大的特点构成的保护。构成的保护。n分类：分类： 按时间特性分为：按时间特性分为：n定时限过电流保护定时限过电流保护n无时限电流速断保护无时限电流速断保护n有时限电流速断保护有时限电流速断保护n反时限过电流保护反时限过电流保护2022-3-7217.3.1定时限过电流保护 n过电流保护：反映电流过量动作。过电流保护：反映电流

12、过量动作。n组成：组成：电流互感器电流互感器电流继电器电流继电器时间继电器时间继电器信号继电器信号继电器中间继电器中间继电器原理原理: 过流过流电流继电器动作电流继电器动作KT延时闭合延时闭合KS发发报警信号报警信号KM动作动作YR跳闸。跳闸。2022-3-722保护装置的时限特性保护装置的时限特性 在供电线路上，每级设有保护，为实现选在供电线路上，每级设有保护，为实现选择性，各级保护的动作时限应相互配合择性，各级保护的动作时限应相互配合n时限配合：采用阶梯原则。时限配合：采用阶梯原则。n时限级差：定时限时限级差：定时限t =0.50.7sn 反时限反时限t=0.70.9sn可见可见:选择性选

13、择性的实现，通过的实现，通过不同的时间构不同的时间构成。成。2022-3-723max.1wrerelopIKKI保护装置的整定计算整定包括：动作电流、动作时限。动作电流、动作时限。n1）动作电流的整定原则）动作电流的整定原则 躲过最大工作电流躲过最大工作电流 返回电流返回电流Ire应大于最大工作电流应大于最大工作电流 max.11max.wopreoprerewreIIKIKIII可靠系数可靠系数1.151.25max.1wopIIIopIreIIwmaxIk2022-3-724n换算到电流互感器二次侧继电器的整定电流换算到电流互感器二次侧继电器的整定电流n2）灵敏度校验）灵敏度校验n最小的

14、短路电流大于动作电流最小的短路电流大于动作电流n要求：保护装置灵敏度系数的最小允许值，对要求：保护装置灵敏度系数的最小允许值，对于主保护还要求于主保护还要求Ks1.5，对于后备保护区，对于后备保护区Ks1.2。kAopikkxsopksIKIKKIIK.)2(min.)2(min.opkII )2(min.max.12.wirekxreliopkxkxkAopIKKKKKIKIKImax.wirekxrelkAopIKKKKI2022-3-725n当保护装置灵敏度度不满足时，采用：当保护装置灵敏度度不满足时，采用：n降低继电器的动作电流降低继电器的动作电流n提高继电器的返回系数提高继电器的返回

15、系数等方法来提高保护装置的灵敏度。等方法来提高保护装置的灵敏度。 n3）保护装置的时限整定）保护装置的时限整定n 原则：阶梯原则。原则：阶梯原则。n 位于电网末端的过电流保护装置不设延位于电网末端的过电流保护装置不设延时元件。时元件。n t不可过小，否则可能造成误动。不可过小，否则可能造成误动。 2022-3-726P190 例6-1n某某10KV供电系统为中性点不接系统，如图所供电系统为中性点不接系统，如图所示。示。WL1上负荷电流上负荷电流300A， WL2时间整定时间整定0.5S。试设置。试设置WL1线路保护和整定。线路保护和整定。WL1WL2I(3)kmax1=15kAI(3)kmin

16、1=12kAI(3)kmax2=5.3kAI(3)kmin2=4.9kAIwmax=300A2022-3-727解：（1）设置过电流保护，采用不完全星形接线设置过电流保护，采用不完全星形接线Kkx=1（2）确定电流互感器的变比）确定电流互感器的变比I1=(1.52)Iwmax，I1 =500A Ki=500/5=100（3）采用定时限过电流保护）采用定时限过电流保护一次动作电流一次动作电流继电器动作电流继电器动作电流 取取4.5A P308 见附录见附录41电流继电器技术数据电流继电器技术数据 选用选用10AAIKKIwrerelop40630085. 015. 1max.AIKKKKIwir

17、ekxrelkAop06. 4max.2022-3-728n总结定时限过电流保护的特点：总结定时限过电流保护的特点：n按最大负荷电流整定按最大负荷电流整定n时间是阶梯原则，时间是定值，便于设定时间是阶梯原则，时间是定值，便于设定n保护范围：线路全长保护范围：线路全长n靠近电源侧动作时间长靠近电源侧动作时间长-快速性差快速性差2022-3-7297.3.2 电流速断保护 n一般要求，当过电流保护装置的动作时限如果超一般要求，当过电流保护装置的动作时限如果超时时1s。还应装设电流速断保护。还应装设电流速断保护。n种类种类:n瞬时（无时限）电流速断保护瞬时（无时限）电流速断保护n限时（有时限）电流速

18、断保护。限时（有时限）电流速断保护。n1、无时限电流速断保护（瞬动保护）、无时限电流速断保护（瞬动保护）n组成：组成： 电流互感器电流互感器 电流继电器电流继电器 信号继电器信号继电器 中间继电器中间继电器原理：短路时，由电流继电器动作，作用信原理：短路时，由电流继电器动作，作用信号并跳闸。号并跳闸。2022-3-730n 不能用时间实现选择性，只能用电流。不能用时间实现选择性，只能用电流。n1）动作电流的整定）动作电流的整定 速断保护的动作电流应大于被保护线路末端的最速断保护的动作电流应大于被保护线路末端的最大短路电流。大短路电流。流入继电器的电流流入继电器的电流max. 231 .srel

19、opIKI）（)3(max. 2.sikxrelkAopIKKKI2022-3-731n2）电流速断的）电流速断的“死区死区”n由图，电流速断保护只能保护线路的一部分。由图，电流速断保护只能保护线路的一部分。n没有得到保护的一段线路就称为电流速断保没有得到保护的一段线路就称为电流速断保护的护的“死区死区”。n保护范围：保护范围： 与短路故障的种类有关，还与电力系统与短路故障的种类有关，还与电力系统的运行方式有关。的运行方式有关。在正常运行方式下，其最小保护范围应不小于在正常运行方式下，其最小保护范围应不小于被保护线路全长的被保护线路全长的15%20%。 n3）灵敏度效验公式 )LXX(2UIm

20、in0min1av2min1s )XI2U(x1Lmin12min1sav0min2022-3-7322、限时电流速断保护装置n 限时电流速断保护装置比无时限速断保限时电流速断保护装置比无时限速断保护大一时限差护大一时限差t（0.5s）即可。）即可。n与定时限过电流保护相比：与定时限过电流保护相比：n接线与定时限过电流保护的接线完全一样；接线与定时限过电流保护的接线完全一样；n时间整的定上下级不需要配合，都是时间整的定上下级不需要配合，都是0.5s；n电流整定不按最大工作电流考虑。电流整定不按最大工作电流考虑。2022-3-733n2）两阶段速断保护装置：）两阶段速断保护装置：n无时限速断、限

21、时电流速断保护装置。无时限速断、限时电流速断保护装置。n第一级速断装置第一级速断装置I；瞬时电流速断保护装置；瞬时电流速断保护装置n第二级速断装置第二级速断装置II：限时电流速断保护装置：限时电流速断保护装置n第一段线路的限时电流速断保护的动作电流要比第一段线路的限时电流速断保护的动作电流要比下一段线路的瞬时速断装置的动作电流大。下一段线路的瞬时速断装置的动作电流大。 IoprelIIopIKI. 2. 12022-3-7347.4.4 三段式电流保护装置 n第一段保护第一段保护-瞬时电流速断瞬时电流速断 （作为主保护）（作为主保护）n第二段保护第二段保护-限时电流速断（近后备保护）限时电流速

22、断（近后备保护）n第三段保护第三段保护-定时限过电流保护（后备保护）定时限过电流保护（后备保护）n应用应用n310kV：一般用两段式电流保护装置。：一般用两段式电流保护装置。n35300kV ：三段式电流保护装置。：三段式电流保护装置。 死区死区保护范围保护范围2022-3-7357.4.2 反时限过电流保护 n基本元件：基本元件：GL型感应式电流继电器或晶体型感应式电流继电器或晶体管继电器，可组成反时限过电流保护装置。管继电器，可组成反时限过电流保护装置。 n整定计算整定计算n电流同前电流同前n时限配合时限配合n配合点满足时限配合点满足时限级差要求级差要求2022-3-7367.4.5 单相

23、接地保护 n绝缘监视装置绝缘监视装置 n作用：监视电网的对地绝缘。作用：监视电网的对地绝缘。n原理接线图原理接线图n组成：组成：一个三相五柱式电一个三相五柱式电压互感器、三个电压互感器、三个电压表和一个电压继压表和一个电压继电器。电器。n信号显示：信号显示：音响、灯光和掉牌。音响、灯光和掉牌。n缺点：动作无选择性缺点：动作无选择性 2022-3-737零序电流保护n利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点，实现有选择性的保护。非故障线路非故障线路:IE1 方向母线到线路方向母线到线路故障线路：故障线路：(N-1) IE1方向线路到方向线路到母线母线单相接地特点：单相接地特点：2022-

24、3-738n动作电流：动作电流： n灵敏度：灵敏度：n单相接地故障，按流过保护装置最小零序电单相接地故障，按流过保护装置最小零序电流来校验。流来校验。n1）计算公式：）计算公式： n n2）要求：）要求：n电缆线路：电缆线路：Kr1.25n架空线路：架空线路：Kr1.5。n当零序电流保护不能满足选择性要求或灵敏当零序电流保护不能满足选择性要求或灵敏度不够时可装设零序功率方向保护装置。度不够时可装设零序功率方向保护装置。 opIrICCUK)(3000003CUKIkop 2022-3-7397.4.6 零序功率方向保护 n是根据故障线路的零序功率与非故障线路是根据故障线路的零序功率与非故障线路

25、的零序功率输送方向相反的原理设计的。的零序功率输送方向相反的原理设计的。n接线原理：接线原理： 动作条件 A.1A2 0IK0UK1A210IK0UK2A212022-3-7407.5 电力变压器的保护 n变压器内部故障：相间短路、匝间短路、变压器内部故障：相间短路、匝间短路、单相接地短路。单相接地短路。 n变压器外部故障：引出线、绝缘套筒相间变压器外部故障：引出线、绝缘套筒相间短路或接地。短路或接地。n变压器不正常运行状态：过负荷、油面过变压器不正常运行状态：过负荷、油面过低、温度升高和外部短路引起的过流等。低、温度升高和外部短路引起的过流等。 n变压器保护变压器保护n瓦斯保护瓦斯保护n电流速断保护电流速断保护n过电流过负荷保护过电流过负荷保护n单相短路保护单相短路保护2022-3-7417.5.1 变压器的瓦斯保护 n适用：室外变压器适用：室外变压器S800kVA和室内和室内S400kVA的油浸变压器。的油浸变压器。n瓦斯保护装置保护范围，油箱内部故障和瓦斯保护装置保护范围，油箱内部故障和油面降低等不正常运行状态。油面降低等不正常运行状态。 2022-3-7427.5.2 变压器的速断保护 n保护范围：变压器内部、外部套管和引出线保护范围：变压器内部、外部套管和引出线上的全部故障。上的全部故障。n电源侧为大接地电电