工业企业供电系统的保护装置

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1、第五章工业企业供电系统的保护装置 5.1 概述 5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求 1工业企业供电系统运行中可能发生：故障最常见的是短路故障。它使电气设备由于受短路电流产生的电动力和热作用而损坏，甚至使整个系统运行紊乱。不正常运行过负荷，长期过负荷，绝缘破坏，引起设备损坏。2继电保护装置一种由电流互感器和继电器等元件组成的装置.5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求3继电保护装置的任务: 借助于断路器，自动地、迅速地、有选择地将故障元 件从供电系统中切除，以防事故扩大。 给出不正常运行状态信号，以便及时处理。 与其他自动化装置配合（如自动重合闸，备用电源自 动投入等），缩短事故停电时间

2、，提高供电系统运行的 可靠性。4. 对继电保护装置的要求 选择性继电保护装置只把故障部分切除，而保护无故障部分继续运行。5.1 概述5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求1QFK-1点短路，切断故障电机M.3QFK-3点短路，切断故障线路做为K-1点短路的后备保护（1QF拒动）图51K-35QFGSM2QF1QF4QF3QFK-2K-15.1 概述5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求快速性减轻短路电流对电气设备的破坏程度，加速恢复供电 系统的正常运行，减少对其它设备运行的影响。但在快速性与选择发生矛盾时，应首先满足选择性要 求，然后再考虑快速性。可靠性发生故障时不应拒动；正常运行时不应误

3、动。灵敏性对保护区内发生的故障或不正常运行状态，无论其位 置如何、程度轻重均应敏锐反应并保护动作。由于继电继电 保护护装置主要由继电继电 器和电电流互感器组组成 ，所以下面分别别介绍这绍这 两个元件。 5.1 概述5.1.2 电电磁式电电流继电继电 器工作原理 电磁式继电器结构原理图如下:1铁心2可动衔铁3接点4反作用力弹簧5线圈当电磁铁线圈通入电流时，产生磁通并使衔铁磁化， 产生电磁力F，在铁心未饱和前，有： 当线线圈中的电电流 增大到一定程序时时，产产生的吸力F超 过弹过弹 簧和摩擦的反抗力，铁铁心吸动衔铁动衔铁 ，使接点闭闭合， 这时这时 称继电继电 器动动作或启动动。 4231 55.

4、1 概述5.1.2 电电磁式电电流继电继电 器工作原理与继电器动作有关的几个概念：继电器的动作电流能使继电器动作的最小电流。继电器的返回电流使继电器由动作状态回到起始位置的最大电流。继电器的返回系数越接近于1，继电器质量越高，反应越灵敏对DL型可取0.855.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 由于电电流继电继电 器是由电电流互感器的二次线线圈供电电，所 有电电流互感器的电电流方向（极性）及接线线方式影响电电流 继电继电 器的动动作电电流。1电流互感器的极性为了正确接线和便于分析问题，电流互感器一次和二 次线圈的引出端要表示极性。通常可任选选一次线线圈的一个端子为为始端 ,另一

5、个端 子为终为终 端 。5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式一次电流 瞬时由始端 流向终端 ，二次电流 流出的二次线圈端子标注为始端 ，另一端 为 。将一、二次线线圈同名端子 用符合“*”表示。右螺旋定则：磁通方向（为安全起见，电流互感器二次线圈的一端和铁心必须直接接地）5.1 概述流出流入5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 按照同名端子定义义接线线后的电电特性：从同名端 电电流方向相反 所以称为减极性（也可说磁通相减） 。从与之相连连的继电继电 器看，流过过其线线圈的电电流方向，与取消互感器将继电继电 器直接串连连在一次电电路中电电流方向相同。即在向量图图中方向一致

6、，因此我们可以用二次电流来表示一次 电流（只须考虑变比折算）。这正是减极性标注的优点。 向量图（从继电器看）KA原理图5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式为什么要标同名端：电流互感器制作完成后线圈是绝缘封起来的，不标 同名端，无法形成上述减极性。5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式忽略励磁电流的理想电流互感器，有：(铁心中合成磁势一、二次线圈安匝数之差)故有 (一次电流换算到二次) 电流互感器的变比（安匝是磁动势的单位，等于线圈匝数与线圈通过的电流的乘积，安匝数越 大，产生的磁场越强） 。5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式2电流互感器与继

7、电器的接线方式为了表述流过继电器线圈的电流与电流互感器二次侧电流的关系。引入一个接线线系数: Rrelay为了能保护各种相间短路，电流互感器与继电器常 采用下列几种接线方式：（1） 三相三继电器接线（又称完全星形接线）5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式由三继电器，三互感器组成。三电流互感器二次线圈同名端接成星形。 三继电器亦接成星形。两个星形的中性点利用中性线连接到一起。 正常时和三相短路时（一、二次都是对称的） (由于采用减极性接线，所有一、二次电流同方向)中性线5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 二相短路时（假设AC相短路） 电流大，方向反CKBA5

8、.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 单单相短路时时（假设设A相短路，电电流大）结论：此种接线 特点： 保护装置可反应各种类型的短路故障（三相、二相、单相） 缺点：需要三互感器，三继电器，四根连接导线，费用较高。 适用于大接地电流电网（中性点接地），在工 业企业供电系统中很少用。5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式（2） 两相两继电器接线（不完全星形接线）由两继电器，两互感器组成。 正常及三相短路时5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 AB两相短路K1BA5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 BC两相短路 AC相短路5.1

9、概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 A相单相、B相单相，C相单相结论：此种接线，KW=1特点： 不如完全星形可靠，但较经济； 常用于工业企业厂区610KV中性点不接地电网 ，作为相间短路保护； 对B相单相短路则不起作用。5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式（3） 两相单继电器接线（两相差流） 正常运行或三相短路（线电流）5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 AC两相短路 AB两相短路5.1 概述5.1.3 电电流互感器的极性与接线线方式 BC两相短路，同上。 B相单相接地，保护不动作特点：节约投资，不同类型故障的接线系数不同，即灵敏度不同，适用于

10、10KV以下的小接地系统中，作为线路或高 压电动机的保护。5.1 概述5.2 工业企业高压配电网的继电保护中性点运行方式：中性点不接地、经削弧线圈接地 、中性点接地。前两种叫小电流接地系统，后一种叫大电流接地系统。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。由于厂区线路距离不长，所有线路保护也不复杂，常用的保护装置有：带时限的过电流保护；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；由双电源供电时的功率方向保护。5.2.1 线路定时限过电流保护装置过电流保护装置当被保护元件中电流超过某一预先整定的值时，就使断路器跳闸的保护装置。按其时限特性可分

11、为定时限和反时限两种定时限过电流保护装置动作时限固定，与电流大小无关；反定时限过电流保护装置根据电流大小改变动作时间，电流大，时限短。（1）保护装置的组成与工作原理对于10KV线路，工程上多采用不完全星形接线方式。（ 原理图见P114， 图58）5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置（2）保护装置动作电流的整定 一次侧动作电流与继电器动作电流的关系继电器动作由流经其内部的动作电流IOP决定（或二 次电流决定）又：线路上的最大负荷电流计算的是一次侧值。 应首先会根据一次电流求电流继电器的动作电流：IOP1一次侧动作电流，即能够使保护装置启动的流经电 流互感器一次

12、侧侧（即流经经被保护线护线 路）的最小电电流值值。 5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置IOP 电流继电器的动作电流电流互感器变比KW 接线系数，对于不完全星形，KW1 动作电流整定应考虑两方面的问题 条件1：线路上出现最大负荷电流（过负荷尖峰电流， 如电动机起动）时保护装置不应动作：* 线路最大负荷电流（一次电流）条件2：当保护装置被其主保护外的短路故障启动作为后备保护时，应保证在外部短路被它的主保护护切除后，保护护装置应应能可靠返回，不应误动应误动 作。 5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置例： 当K点短路时时I2,

13、I1，U，进而 的转速n，QF2、QF1的电流继电器都可能动作，QF1作为QF2的后备。由于动作时间 设定不同，QF2先跳，K点被切除，I1从IK恢复，U恢复， 电电机n回升，相当重启动动， 所以电流从IK降到IWLmax，这时QF1的电流继电器应返回。否则，设定时间一到QF1就 会跳闸引起误动作。这就要求：（注Ire是继电器的返回电流，即电流互感器的二次电流）K QF2MQF1 QF3M5.2 工业企业高压配电网的继电保护I2 I15.2.1 线路定时限过电流保护装置或： （引入系数 ，将不等式变为等式）KCO可靠系数，一般取1.151.25(返回系数)相应的保护装置动作一次电流为：*（对D

14、L型， 0.85） 保护装置动作时限的整定定时限过电流保护装置的动作时限是按照时间阶梯的 原则来选择的即：5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置从电电网的最末端的过电过电 流保护护装置数起，向电电源方向沿短路电电流流经经的路径，逐级增加一个时间阶段，形成一个阶梯的时限特性，并以此获得动作的选择性即t上级t下级tQF1KA2KA1WL2WL1KA1动作时限tLoKA2动作时限QF25.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置对于电磁式（DL）电流继电器，时限阶段差一般取0.5S。从上图可以看出，愈靠近电源端，故障的切除时间愈长，这是定

15、时限过电流保护装置的严重缺陷。 保护装置的灵敏度校验 过电流保护的灵敏度 1 继电器动作，如果不动作，则说明不灵敏，换句话说，如果动作整定值值大 于短路电电流，则则出现现拒动动，说说明装置不灵敏 5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.1 线路定时限过电流保护装置 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的短路电流 灵敏度校验过电流保护要求 （双母线或双变压器单列运行）5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.2 线线路电电流速断保护护 前面说到，越靠近电源端，过电流保护的动作时限越长。而靠近电源端的短路，短路电流越大，危害也更严 重，应快速切断。因此。当过电流保护动作时限大于0.50.75时，应装设电流速断保护装置，以弥补过电流保护的缺陷。（1）定义 电流速断保护一种瞬时动作（不带人为延时）的过电流 保护装置。它是按照预选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。因此它具有一 定的、较小的保护范围，但动作不需延时。 5.2 工业企业高压配电网的继电保护5.2.2 线线路电电流速断保护护