第六章 工廠供電系統(tǒng)的過電流保護

1、第六章 工廠供電系統(tǒng)的過電流保護,劉紅宇,第六章 工廠供電系統(tǒng)的過電流保護,第一節(jié) 概述一、 繼電保護的任務(wù)過電流保護裝置有：熔斷器保護、低壓斷路器保護和繼電保護。 (1)熔斷器保護適用于高低壓供電系統(tǒng)。由于其裝置簡單經(jīng)濟，所以在用戶供電系統(tǒng)中應用非常廣泛；但是其斷流能力較小，選擇性較差，且其熔體熔斷后要更換熔體才能恢復供電，因此在要求供電可靠性高的場所不宜采用熔斷器保護（過負荷、短路保護）。 (2)低壓斷路器保護又稱

2、低壓自動開關(guān)保護，適用于要求供電可靠性較高和操作靈活方便的低壓供配電系統(tǒng)中。（過負荷、短路保護、低電壓或失壓保護）。 (3)繼電保護適用于要求供電可靠性較高、操作靈活方便特別是自動化程度較高的高壓供配電系統(tǒng)中。（事故、不正常）,第六章 工廠供電系統(tǒng)的過電流保護,二、對繼電保護裝置的基本要求 供電系統(tǒng)對保護裝置有下列基本要求： (1)選擇性 當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只離故障點最近的電源側(cè)保護裝置動作，切除故障，而供電系統(tǒng)的

3、其他部分仍然正常運行。保護裝置滿足這一要求的動作，稱為“選擇性動作”。如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，靠近故障點的保護裝置不動作(拒動)，而離故障點遠的前一級保護裝置動作(越級動作)，就稱為“失去選擇性”。 (2)速動性 為了防止故障擴大，減輕其危害程度，并提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因此在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應盡快地動作，切除故障。,(3)可靠性 保護裝置在該動作時，不應拒動；而不該動作時，不應誤動。保護裝置的可靠程度，與保護裝置的

4、元件質(zhì)量、接線方案以及安裝、整定和運行維護等多種因素有關(guān)。 (4)靈敏性 在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，無論位置和類型都要動作。 靈敏系數(shù)是表征保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)故障和不正常工作狀態(tài)反應能力的一個參數(shù)。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應動作，就說明保護裝置的靈敏度高。 過電流保護的靈敏度或靈敏系數(shù)，用其保護區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)為最小運行方式時的最小短路電流IKmin與保護裝置一次動作電流Iop1。的比值來

5、表示，即：,,電流互感器的接線方式,保護裝置的接線方式是指作為相間短路的過電流保護用的電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。分為三種：三相完全星形接線方式兩相不完全星形接線 兩相電流差接線 接線系數(shù)KW ：指通過繼電器的電流 IK與電流互感器二次電流 I2的比值， 即：KW＝IK／I2。,三相完全星形接線方式,三相完全星形接線方式是用三臺電流互感器與三只繼電器對應連接的。可以反映任何形式短路故障。

6、 可見：KW＝ 1,,兩相不完全星形接線,兩相不完全星形接線方式是在 A、C兩相裝有電流互感器，分別與兩只電流繼電器相連接?？梢苑从吵鼴相單相接地短路以外的所有故障。 可見：KW＝ 1,,,兩相不完全星形接線方式還可以接成兩相三繼電器形式，以提高可靠性。 可見：KW＝ 1,有何作用？,兩相電流差接線,兩相電流差接線方式由兩臺電流互感器和一只電流繼電器組成。正常工作時，通過繼電器的

7、電流 為：,,,,兩相電流差接線的接線系數(shù),不同的相間短路時，接線系數(shù)是不一樣的。正常和三相短路時接線系數(shù)為 ；AC相短路時接線系數(shù)為2；AB相或BC相短路時接線系數(shù)為1。 因而靈敏系數(shù)也不一樣。一般情況下： 保護整定時取KW ＝ 靈敏度校驗時取KW ＝1,Why?!,三種接線方式性能比較,,電流互感器的誤差曲線,電流互感器的誤差主要與一次電流和二次負載值Z2有關(guān)

8、系。,電流互感器二次電流和一次電流的關(guān)系曲線圖,電流互感器的10%誤差曲線,指電流互感器一次電流倍數(shù)m（又稱10%倍數(shù)）與電流誤差等于10%所允許的二次負載值Z2al的關(guān)系曲線。,利用10%誤差曲線校驗電流互感器,1。計算一次電流倍數(shù)m2。計算允許負載值——查10%誤差曲線3。計算實際負載值——4。比較負荷大小——如果Z2≤Z2al，則說明電流互感器的誤差不超過10%。如果Z2＞Z2al，不滿足要求，則采取以下措施：（1）增

9、大連接導線截面，或縮短導線長度，以減小二次負載。（2）改變變比較大的電流互感器，降低一次電流倍數(shù)，增大二次負載值。（3）將兩個電流互感器二次線圈串聯(lián)，使二次允許負載增大一倍。,第七章 建筑供配電系統(tǒng)的繼電保護,四、繼電器的分類（一）、概述 繼電器是一種在其輸入的物理量(電氣量或非電氣量)達到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通或分斷的自動電器。繼電器按其輸入量性質(zhì)分為電氣繼電器和非電氣繼電器兩大類。按其用途分為控制繼電器和

10、保護繼電器兩大類，前者用于自動控制電路中，后者用于繼電保護電路中。這里只講保護繼電器。 保護繼電器包括電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器等，保護繼電器按其組成元件分，有機電型、晶體管型和微機型等。 由于機電型繼電器具有簡單可靠、便于維修等優(yōu)點，因此用戶供電系統(tǒng)中現(xiàn)在仍普遍應用機電型繼電器。機電型繼電器按其結(jié)構(gòu)原理分，有電磁式、感應式等繼電器。,第七章 建筑供配電系統(tǒng)的繼電保護,（二）、電磁

11、式電流繼電器和電壓繼電器 電磁式電流繼電器和電壓繼電器在繼電保護裝置中均為起動元件，屬測量繼電器類。 電流繼電器的文字符號為KA，電壓繼電器的文字符號為KV。 工廠供電系統(tǒng)中常用的DL-10系列。電磁式電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6－6所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-7所示。,過電流繼電器線圈中的使繼電器動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流用Iop表示。 過電流繼電器動作后，減小其線圈電流到一定值時，鋼舌片在彈

12、簧作用下返回起始位置。使過電流繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流用Ire表示。繼電器的返回電流與動作電流的比值，稱為繼電器的返回系數(shù)用Kre表示，即:,供電系統(tǒng)中常用的電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和動作原理，與上述電磁式電流繼電器基本相同，只是電壓繼電器的線圈為電壓線圈，多作成低電壓(欠電壓)繼電器。,DY-10C,第七章 建筑供配電系統(tǒng)的繼電保護,（三）、感應式電流繼電器 在用戶供電系統(tǒng)中，

13、廣泛采用感應式電流繼電器來作過電流保護兼電流速斷保護，因為感應式電流繼電器兼有上述電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能，從而可大大簡化繼電保護裝置。而且采用感應式電流繼電器組成的保護裝置采用交流操作，可進一步簡化二次系統(tǒng)，減少投資，因此它在中小變配電所中應用非常普遍。,一、接線,瞬時電流速斷保護（Ⅰ段）,二、動作電流整定 保護裝置動作電流：躲過本線路末端最大三相 短路電流,,繼電器的動作電流為：,,——可靠

14、系數(shù) ，一般取1．2～1．3。 保護范圍：線路的 前一段，末端有死區(qū)。,,保護范圍,三、靈敏度校驗 在校驗靈敏度時，應按最小運行方式下發(fā)生兩相短路來進行。 要求：它的最小保護范圍一般不小于線路全長的15％～20％。 靈敏系數(shù)校驗的簡化方法為：KS＝ ／ ≥1.5 式中： ——保護安裝處最小兩相短路電流的次暫態(tài)值。,,,四、評價

15、 優(yōu)點：簡單、可靠、動作迅速； 缺點：1.不能保護線路全長； 2. 當運行方式變化大時，靈敏度不能滿足要求。,限時電流速斷保護裝置，以切除瞬時電流速斷保護范圍以外的故障，既保護全長，又可作無時限電流速斷保護的后備保護。,,繼電器的動作電流為：,,——可靠系數(shù) ，一般取1.1～1.2。 保護范圍：線路的 全長及下級線路一部分。,限時電流速斷保護（Ⅱ段）,,,一、動作電流整定：躲過下級Ⅰ段保護動

16、作電流,保護范圍,二、動作時間整定 動作時間比下級Ⅰ段多一個時間階梯，即：三、靈敏度校驗 要求：本線路任何短路都能反應。 式中： ——線路末端最小兩相短路電流的次暫態(tài)值。 注意：如靈敏度不合格，可采用與下級Ⅱ段配合，同時時限也要與下級Ⅱ段配合。,四、評價 優(yōu)點：與瞬時速斷保護配合可保護線路全長，作為線路的主保護。

17、 缺點：兩套裝置，設(shè)備多，投資大。,定時限過電流保護（Ⅲ段）,一、接線,,,二、動作電流整定動作電流整定原則：躲過本線路最大負荷電流。要求 ：動作電流和返回電流均大于最大負荷電流。,,繼電器的動作電流為：,——可靠系數(shù) ，一般取1．2～1．3。保護范圍：本線路和下級線路的全長。,,,三、動作時間整定 動作時間比下級Ⅲ段最大值多一個時間階梯，即：,四、靈敏度校驗靈敏系數(shù)校驗方法為： 要求：（

18、1）作為本段線路的近后備保護時，靈敏度校驗點設(shè)在被保護線路末端。 KS＝ ≥1.5 （2）作為相鄰元件的遠后備保護時，其校驗點設(shè)在相鄰線路末端 。 KS＝ ≥1.2式中： ——保護范圍末端最小兩相短路電流的次暫態(tài)值。,五、評價 優(yōu)點：接線簡單、既可作本級近后備，又可 作下級遠后備。 缺點

19、：越靠近電源端，動作時限反而越長。因此不能作為主保護。當處于負荷終端時時限短，可作為主保護。如電動機的保護。,反時限過電流保護,一、接線 （GL型感應式電流繼電器）,,,,二、動作電流整定動作電流整定原則：躲過本線路最大負荷電流。,,——可靠系數(shù) ，一般取1.15～1.25，取1.2。 ——返回系數(shù)，GL型取0.8取整：取稍大的整數(shù)（或半整數(shù)） 2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，6，7

20、，8，9， 10A。反算：保護范圍：本線路和下級線路的全長。,☆：本節(jié)難點三、動作時間整定（點配合） 要求：當下級首端出現(xiàn)最大短路電流時，本級保護動作時間比下級保護動作時間最大值多一個時間階梯，即：,,取0.6～0.7S,四、靈敏度校驗 靈敏系數(shù)校驗方法同定時限過電流保護,,五、評價 優(yōu)點：接線簡單，設(shè)備少。 缺點：動作時限整定復雜，需經(jīng)實驗調(diào)試。,階段式（三段式）保護的應用及評價,一、接線,二

21、、配合關(guān)系,三、評價,優(yōu)點：接線簡單、可靠，在一般情況下能很快地切除故障（0.6秒內(nèi)），廣泛適用于35kV及以下線路的保護。缺點：1.保護受電網(wǎng)的接線及運行方式的影響很大，許多情況下達不到靈敏度要求。 2.僅適用于單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)。,為什么裝設(shè)方向保護？,k-1點短路時要求：t5>t4 k-3點短路時要求：t4>t5,,,,兩者矛盾，因此要裝方向保護。,,保護原理,1。雙電源系統(tǒng)中過電流保護一定

22、要裝設(shè)方向保護。 規(guī)定： 短路功率由母線 線路：正方向 短路功率由線路 母線：負方向 正方向保護動作，負方向保護不動作2。單方向時限階梯原則。3。同一母線兩側(cè)的開關(guān)，時限長的可不要裝方向保護，時限相同都要裝。,,,,方向保護原理接線圖,,★：只有當功率方向元件和電流元件同時啟動時，保護才出口。,,（二）單相接地保護原理,絕緣監(jiān)察裝置——利用電壓互感測

23、 ；零序電流保護——利用故障與非故障線路零序電流數(shù)值大小的區(qū)別而設(shè)置的；方向電流保護——利用故障與非故障線路零序電流方向相反而設(shè)置的。,絕緣監(jiān)察接線圖,（三）絕緣監(jiān)察裝置,尋找故障線路方法：輪流拉閘法 實際中應與自動重合閘裝置配合，運用于不太重要的負載。,注意問題：1。一、二次側(cè)中性點和副二次側(cè)都必須接地；2。電壓互感器必須用三相五柱式或三個單相的電壓互感器。,利用非故障線路和故障線路中零序電流的大

24、小區(qū)別來設(shè)置保護，當出線數(shù)多時，可滿足靈敏度要求。動作電流：,靈敏度校驗：,（四）零序電流保護,時間整定：1。時限階梯原則； 2。有電氣直接連接的系統(tǒng)遵循； 3。經(jīng)變壓器中性點后，重新開始。,,,利用非故障線路和故障線路中零序電流的方向不同來設(shè)置保護。當出線較少時，零序電流保護不滿足靈敏度要求時采用。,（五）方向零序電流保護,二、變壓器的電流和電

25、壓保護電流速斷保護過電流保護★復合電壓起動的過電流保護★ ★變壓器的過負荷保護,,三、變壓器的瓦斯保護 瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和基本原理★瓦斯保護的運行與接線 ★ 四、 變壓器的差動保護縱聯(lián)差動保護的工作原理★變壓器差動保護中不平衡電流產(chǎn)生原因及抑制措施（5點） ★ ★BCH-2型繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理★差動保護整定計算,故障類型,內(nèi)部故障：指油箱內(nèi)的短路故障 變壓器繞組的相間短路

26、包括 變壓器繞組的匝間短路 中性點接地側(cè)的單相接地短路外部故障：指油箱外引出線的短路故障 相間短路 單相接地短路,,,,,,,不正常工作狀態(tài),外部短路引起的過電流過電壓過負荷油面降低油溫過高等,,保護方式,瓦斯保護（氣體保護）縱聯(lián)差動保護電流速斷保護定時限過電流保護過負荷保護單相接地保護：零序電流保護

27、過勵磁保護,,主 保 護,,選其一,,輕瓦斯：動作于信號重瓦斯：動作于跳閘,后備保護：,輔助保護,,車間變6～10/0.4kV，容量1000kVA左右，主保護采用電流速斷保護和瓦斯保護1。動作電流整定 保護裝置動作電流：躲過變壓器二次側(cè)母線上最大三相 短路電流歸算至一次側(cè)的值,——可靠系數(shù) ，一般DL取1.3～1.4，

28、GL取1.5～1.6 。 為躲過勵磁涌流，需,電流速斷保護,2。靈敏度校驗 ——一次側(cè)最小兩相短路電流值 如不滿足要求，則改用差動保護。3。接線 同線路Ⅰ段保護4。評價 優(yōu)點：簡單，動作迅速； 缺點：有死區(qū)，不能保護變壓器二次側(cè)出口處短路，必須與過電流保護配合使用。,過電流保護,過電流保護既可作本級變壓器的近后備保護，又可 作下級線路的遠后備保護。1。動作電流整定

29、動作電流：躲過最大負荷電流,——可靠系數(shù) ，DL取1.2～1.3， ——返回系數(shù) ，DL取0.85。,最大負荷電流的計算：（1）并列運行的m臺變壓器,,（2）降壓變壓器,——電動機自起動系數(shù)， 35kV取1.5～2， 6～10 kV取1.5～2.5。2。動作時限整定：時限階梯原則,3。靈敏度校驗要求：（1）作為本級變壓器的近后備保護時：KS＝

30、 ≥1.5 （2）作為相鄰元件的遠后備保護時： KS＝ ≥1.2式中： ————保護范圍末端最小兩相短路電流值。 如不滿足要求，則改用低電壓起動的過電流保護或復合電壓起動的過電流保護。,4。接線 同線路Ⅲ段保護,,復合電壓起動的過電流保護,1。接線,,,低電壓起動過電流保護接線

31、,（2）對稱短路時，因短路瞬間存在非周期分量，出現(xiàn)負序，繼電器4，5，6，相繼動作，同時繼電器1，2，3動作，則時間繼電器7起動，繼電器9的接點去跳變壓器兩側(cè)斷路器。（3）當YH斷線時，繼電器4，5均動作，但1，2，3不動作，不會誤動。,2。工作原理（1）不對稱短路時，負序電壓繼電器4動作，其常閉接點斷開低電壓繼電器5的線圈，5接點返回，中間繼電器6動作，如電流繼電器1，2，3中有一個動作，則時間繼電器7起動，繼電器9的接點去跳變壓

32、器兩側(cè)斷路器。,3。整定計算動作電流：低電壓繼電器動作電壓：負序電壓繼電器動作電壓：靈敏度校驗不作要求如大型變壓器仍不滿足要求，可采用負序電流保護反應不對稱短路。,變壓器的過負荷保護,,,過負荷一般情況下都是對稱的，因此只裝一相，延時動作于預告信號注意：①對雙繞組降壓變，裝于高壓側(cè)。②對一側(cè)電源的三繞組變壓器，如三側(cè)容量相同，只裝電源側(cè)；如容量不同，則裝電源側(cè)和容量較小側(cè)。③對雙繞組升壓變，裝于低壓側(cè)。,1。

33、動作電流整定,——可靠系數(shù) ，取1.05， ——返回系數(shù) ，取0.85。,2。動作時限整定： 比后備保護大Δt以上，一般取5～10 秒。,一、瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和基本原理,瓦斯保護，又稱為氣體繼電保護，是保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護裝置。國標規(guī)定，800KVA及以上的一般變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應裝設(shè)瓦斯保護。瓦斯保護只能反應變壓器油箱內(nèi)部的故

34、障，而對變壓器外部端子上的故障情況則無法反應。,,瓦斯保護（氣體保護）,輕瓦斯：動作于信號重瓦斯：動作于跳閘,安裝： 氣體繼電器裝設(shè)在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上。變壓器安裝時應取1%～1.5%的傾斜度；聯(lián)通管對油箱頂蓋也有2%～4%的傾斜度。,,二、瓦斯保護的運行與接線,輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳閘(跳開變壓器兩側(cè)斷路器)。 在充油或變壓器修理后重新灌油時，為了防止誤動作，將重瓦斯切換至動作用于

35、信號，一般約為兩、三天。在瓦斯繼電器試驗時也應切換至信號。注意：保護的出口中間繼電器必須是自保持中間繼電器KM，因為重瓦斯是靠油流的沖擊而動作的，油流的速度不恒定(即不穩(wěn)定)，且斷路器跳閘有它的固有動作時間，為了防止短時閉合造成動作不可靠。出口中間繼電器KM 采用“自保持”回路。,,接 線,縱聯(lián)差動保護的工作原理,變壓器縱聯(lián)差動保護是反應變壓器原副邊兩側(cè)電流差值的一種快速動作的保護裝置。保護區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。