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1、第三节 工厂电力线路的继电保护,工厂电力线路的常见故障和保护配置 过电流保护 电流速断保护 单相接地保护 过负荷保护,课堂练习1,电力线路的常见故障和保护配置（P93-94）,1. 常见的故障主要有: 相间短路 单相接地 过负荷,保护配置: 工厂电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。 工厂电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。,过 电 流 保 护,1过电流保护的接线和工作原理 （1）定时限过电流保护装置的接线和工作原
2、理（P94-96） 优点：接线简单,既可作本级近后备，又可作下级远后备。 缺点：越靠近电源端，动作时限反而越长。因此不能作为主保护。当处于负荷终端时，时限短，可作为主保护，如电动机的保护。,（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理（P96-97） 优点：接线简单，设备少。 缺点：动作时限整定复杂，需经实验调试。,2保护整定计算,过电流保护的整定计算有三项内容 ： 动作电流整定 动作时限整定 灵敏度校验,动作电流整定 （P95）,过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件： a）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Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max（正常过负荷电流
3、和尖峰电流），即 Iop1IL.max,b）保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。如图所示线路WL2在K-1点发生短路时，由于短路电流远大于线路的负荷电流，线路WL1和WL2的过电流保护同时起动，为保证保护的选择性，保护2首先动作，断路器QF2跳闸，切除故障线路WL2。故障切除后，WL1的保护1应可靠返回。,要求保护1的返回电流Ire1大于线路最大负荷电流IC.max（应包含电动机的自起动电流），即 Ire1IC.max。 由于过电流保护1的动作电流Iop1大于Ire1，所以，以Ire1IL.max作为动作电流整定依据，同时引入可靠系数Kk，将不等式改写成等式。将保护装置的返回电流换算
4、到动作电流，进而换算到继电器的动作电流Iop.KA，即,式中，Kk为可靠系数（DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.3）； Kw 为接线系数，由保护装置接线方式决定； Kre为继电器的返回系数（DL型继电器取0.85，GL型继电器取0.8）； Ki 为电流互感器变比。,在整定计算时线路的最大负荷电流具体数据不详时，可取线路计算电流IC的1.53.0倍，即 IC.max =（1.53）IC 由上式求得继电器动作电流计算值，确定其动作电流整定值。,动作时限整定,定时限过电流保护动作时限整定（P95） 由上所述，定时限过电流保护装置的起动由电流继电器完成，动作时限的实现由时间继电器完成。保护装置的
5、动作时限与短路电流的大小无关，仅取决于由选择性确定的时间继电器的整定时间。,为保证动作的选择性，自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一个时限级差t，如图所示，即按阶梯原则进行整定。 式中，t为时限级差，定时限过电流保护取0.5s，反时限过电流保护取0.7s。,反时限过电流保护动作时限整定（P96-97） GL型感应式电流继电器具有反时限动作特性，在整定反时限过电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数（通常为10倍）时的动作时限。 为保证动作的选择性，反时限过电流保护时限整定也应按照“阶梯原则”来确定，即上下级线路的反时限过电流保护在保护配合点K
6、点发生短路时的时限级差为t=0.7s。,反时限过电流保护动作时限的整定 图a中线路2WL保护2的继电器特性曲线为图b中的2；保护2的动作电流为Iop.KA2，线路1WL保护1的动作电流为Iop.KA1。动作时限整定具体步骤如下：,a、计算线路2WL首端K点三相短路时保护2的动作电流倍数n2。 式中，Ik.KA2(3) 为K点三相短路时流经继电器KA2的电流。 b、由n2从特性曲线2求K点三相短路时保护2的动作时限t2。,c、计算K点三相短路时保护1的实际动作时限t1，t1应较t2大一个时限级差t，以保证动作的选择性，即 d、计算K点三相短路时，保护1的实际动作电流倍数n1。 式中，Ik.kA1
7、(3)为K点三相短路时，流经保护继电器KA1的电流。,e、由t1和n1可以确定保护1继电器的特性曲线上的一个点P，由P点找出保护1的特性曲线1，并确定10倍动作电流倍数下的动作时限。 由图可见，K点是线路2WL的首端和线路1WL的末端,也是上下级保护的时限配合点，若在该点K的时限配合满足要求，在其它各点短路时，都能保证动作的选择性。,保护灵敏度校验（P95-96）,过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流 进行校验。 式中，Iop.1为保护装置一次侧动作电流。,例题：,试整定图所示线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流（含自启动电流）
8、670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。,解：1、整定动作电流 选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A 过电流保护一次侧动作电流为 2、整定动作时限 线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差t。,3、校验保护灵敏度 保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验： 1.5 线路2WL后备保护灵敏度，用线路2WL末端最小两相短路电流校验： 1.2
9、 由此可见，保护整定满足灵敏度要求。,电流速断保护（P97）,带时限的过电流保护有一个明显的缺点，就是越靠近电源的线路过电流保护，其动作时间越长；而短路电流则是越靠近电源，其值越大，危害也越严重。 因此，GB50062-1992规定，在过电流保护动作时间超过0.50.7s时，应装设瞬动的电流速断保护装置（current quick-break protector）。,电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。,(1) 动作电流整定 保护装置动作电流应躲过它所保护线路末端的最大三相短路电流，因为只有这样整定，才能避免在后一级速断保护所保护的线路首端发生三相短路时，前一级速断保护误动作，确保选择性
10、。故,继电器的动作电流为：,- 可靠系数 ，DL型继电器取1.21.3；GL型继电器取1.41.5。,（2）电流速断保护的“死区”及弥补,由于速断保护的动作电流要躲过线路末端的最大短路电流，因此靠近末端的一段线路上发生的不一定是最大短路电流（如两相短路电流）时，速断保护不会动作。这说明，电流速断保护不可能保护线路的全长。 这种保护装置不能保护的区域称为“死区”。如图所示。,为了弥补死区得不到保护的缺陷，凡是设有电流速断保护的线路，必须配备带时限保护的过电流保护。 过电流保护的动作时间比电流速断保护至少长一个时间级差 。 在电流速断保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备；而在死区内，则过电
11、流保护为基本保护。,(3) 灵敏度校验 在校验灵敏度时，应按最小运行方式下保护装置安装处发生两相短路来进行。 灵敏系数校验的简化方法为： 式中： 保护装置安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流值。,电流速断保护的优点： 简单、可靠、动作迅速 电流速断保护的缺点： 1.不能保护线路全长； 2. 当运行方式变化大时，灵敏度不能满足要求。,例题：,试整定图所示线路1WL的电流速断电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流（含自启动电流）670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短
12、路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2kA。已知线路1WL首端最小三相短路电流为9.2kA。,解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。 （1）动作电流整定 选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流35A。速断保护一次侧动作电流为,（2）灵敏度校验 以线路1WL首端最小两相短路电流校验； 1.5 电流速断保护整定满足要求。,单 相 接 地 保 护（P101）,1系统单相接地分析： 在小接地电流的电力系统中，若发生单相接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压任然是对称的，因此可暂时继
13、续运行。但这毕竟是一种故障，而且由于非故障相的对地电压要升高为原对地电压的 倍，因此对线路的绝缘是一种威胁。如果长此下去，可能引起非故障相对地绝缘击穿而导致两相接地短路。这将引起开关跳闸，线路停电。,综上所述，在系统出现单相接地故障时，必须通过无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，发出报警信号，以便值班人员及时发现和处理。,2单相接地保护（single-phase earthing protection）,（1）单相接地保护的接线和工作原理 又称零序电流保护。它利用单相接地信号所产生的零序电流使保护装置动作，给予信号。当单相接地危及人身和设备安全时，则动作于跳闸。,电缆头的接地线
14、必须穿过零序电流互感器的铁心，否则接地保护装置不动作！,（2）动作电流整定,系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流IC时，单相接地保护不应动作，即 式中，Kre1为可靠系数，保护装置不带时限时，取Kre1=45，保护装置带时限时，取Kre1=1.52；Ki为零序电流互感器的变比。 保护装置一次侧动作电流为,（3）灵敏度校验,被保护线路发生单相接地时，流过接地线的不平衡电流应作为最小故障电流来校验。而这一电流 ，因此，单相接地保护装置的灵敏度必须满足： Ic-被保护线路本身的电容电流； -与被保护线路有电联系的总电网电容电流。,3绝缘监视装置,系统正常运行时，三相电压对称，三只相
15、电压表读数近似相等，开口三角形绕组两端电压近似为零，电压继电器不动作。 系统发生单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，该相电压表读数近似为零，非故障相对地电压近似为线电压。同时，开口三角形绕组两端电压也升高，近似为100V，电压继电器动作，发出单相接地信号，以便运行人员及时处理。因此，绝缘监视装置又称为零序电压保护。,运行人员可根据接地信号和电压表读数，判断哪一段母线、哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相接地，因此绝缘监视装置是无选择性的。 只能采用依次拉合的方法，判断接地故障线路。即依次先断开再合上各条线路，若断开某线路时，三只相电压表读数恢复近似相等，该线路便是接地故障线路，
16、再消除接地故障，恢复线路正常运行。 电压继电器的动作电压整定应躲过系统正常运行时，开口三角形绕组两端出现的最大不平衡电压。,过 负 荷 保 护 (over-load protection),线路的过负荷保护只对可能经常出现过负荷的电缆线路才予以装设，一般延时动作于信号。其接线入图所示。 过负荷保护的动作电流按线路的计算电流IC整定，即,式中，Kre1为可靠系数，取1.21.3； Ki为电流互感器变比。 动作时间一般整定为1015s。,课堂练习1：,如图所示的10kV线路1WL和2WL都采用GL-15/10电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护。已知1TA的变比为100/5A，2TA的变比为75/5A，1WL的过电流保护动作电流整定9A，10倍
