供配電技術(shù) 第7章 供電系統(tǒng)的繼電保護

2023/2/51第7章供電系統(tǒng)的繼電保護本章主要內(nèi)容：繼電保護的基本工作原理常用的繼電器重點講述工廠供電系統(tǒng)中常用過電流保護電力變壓器保護電力電容器保護高壓電動機保護電氣設(shè)備保護的基本原理和整定方法。

2023/2/527.1繼電保護概述6.1.1繼電保護基本工作原理繼電保護原理結(jié)構(gòu)方框圖

2023/2/53線路過電流保護原理示意圖

2023/2/547.1.2

繼電保護裝置的任務(wù)和基本要求

繼電保護裝置能反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障和不正常運行狀態(tài)能動作于斷路器跳閘或起動信號裝置發(fā)出報警信號的一種自動裝置2023/2/551.繼電保護裝置的任務(wù)（1）故障時跳閘

在供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，繼電保護裝置能自動地、迅速地、有選擇性地動作，是對應(yīng)的斷路器跳閘，切除故障部分，恢復(fù)其他無故障部分的正常運行，同時發(fā)出信號，以便提醒值班人員檢查，及時消除故障。（2）異常狀態(tài)發(fā)出報警信號

在供電系統(tǒng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)，如過負荷或有故障苗頭時發(fā)出報警信號，提醒值班人員注意并及時處理，以免發(fā)展為故障。

2023/2/562．繼電保護裝置的基本要求根據(jù)繼電保護裝置所擔負的任務(wù)，它必須滿足以下4個基本要求：即選擇性、速動性、可靠性和靈敏性。（1）選擇性繼電保護動作的選擇性是指在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只使電源一側(cè)距離故障點最近的繼電保護裝置動作，通過開關(guān)電器將故障部分切除，而非故障部分仍然正常運行。

繼電保護裝置動作選擇性示意圖

2023/2/57

（2）速動性

當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路故障時，為了減輕短路故障電流對用電設(shè)備的損害程度，要求繼電保護裝置快速動作切除故障部分?？焖偾谐收喜糠?/p>

可以防止故障范圍擴大加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)過程使電壓降低的時間縮短有利于電動機的自起動提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。速動性就是快速切除故障部分2023/2/58（3）可靠性

可靠性指繼電保護裝置在其所規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時，一定要準確動作，即在應(yīng)該動作時，就應(yīng)該動作（不能拒動）；其他非故障設(shè)備的保護裝置（即故障或不正常工作狀態(tài)發(fā)生地點不屬于其保護范圍）則一定不應(yīng)動作，即在不應(yīng)該動作時，不能誤動。供配電系統(tǒng)正常運行時，保護裝置不應(yīng)誤動。2023/2/59（4）靈敏性靈敏性是指保護裝置在其保護范圍內(nèi)對故障和不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。所謂反應(yīng)能力是用繼電保護裝置的靈敏系數(shù)（靈敏度）來衡量。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(yīng)動作，則說明保護裝置的靈敏度高。繼電保護裝置的靈敏度是用被保護電氣設(shè)備故障時，通過保護裝置的故障參數(shù)與保護裝置整定的動作參數(shù)來判斷，該比值稱為靈敏系數(shù)，稱靈敏度，用SP表示。對于過電流保護裝置，其靈敏系數(shù)SP為一次側(cè)動作電流2023/2/5107.2電流保護常用的繼電器

繼電器的結(jié)構(gòu)原理劃分有：電磁式、感應(yīng)式、數(shù)字式、微機式等繼電器；

按繼電器反映的物理量劃分有：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等；按繼電器反映的物理量變化劃分有：過量繼電器和欠量繼電器，如過電流繼電器、欠電壓繼電器；

按繼電器在保護裝置中的功能劃分有：起動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。2023/2/5117.2.1

電磁式繼電器1.電磁式電流繼電器DL型電磁式電流繼電器的內(nèi)部接線圖和圖形符號如圖6.4所示，電流繼電器的文字符號為KA。

返回系數(shù)

返回電流

動作電流

2023/2/5122.

電磁式電壓繼電器

DJ型電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與DL型電磁式電流繼電器基本相同。線圈匝數(shù)多，導(dǎo)線細，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號用KV表示。有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種。過電壓繼電器返回系數(shù)小于1，通常為0.8，欠電壓繼電器返回系數(shù)大于1，通常為1.25。一次動作電壓

最大殘余電壓

2023/2/513

3.電磁式時間繼電器時間繼電器用于繼電保護裝置中，使繼電保護獲得需要的延時，以滿足選擇性要求。由電磁系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、鐘表機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和時間調(diào)整系統(tǒng)等組成。

延時范圍均為0.1～9s。2023/2/5144．電磁式信號繼電器信號繼電器在繼電保護裝置中用于發(fā)出指示信號，表示保護動作，同時接通信號回路，發(fā)出燈光或者音響信號。圖6.6所示是其內(nèi)部接線和圖形符號。信號繼電器的文字符號為KS。電流型和電壓型電流型信號繼電器串聯(lián)接入二次電路，電壓型信號繼電器并聯(lián)接入二次電路。2023/2/515

5．電磁式中間繼電器中間繼電器的觸頭數(shù)量較多，在繼電保護裝置中用于彌補主繼電器觸頭容量或觸頭數(shù)量的不足。其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6.7所示。文字符號為KM。2023/2/5167.2.2

感應(yīng)式電流繼電器GL—10，GL—20型感應(yīng)式電流繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號如圖6.8所示。感應(yīng)式電流繼電器有兩個系統(tǒng)：感應(yīng)系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)。

感應(yīng)式電流繼電器的內(nèi)部接線和圖形符合

2023/2/5177.2.3工廠高壓線路的繼電保護在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，線路上的電流劇增。為了具有選擇性，過電流保護通常應(yīng)有一定的時限。按動作的時限特性，過電流保護裝置分為定時限過電流保護和反時限過電流保護。1.定時限過電流電流保護所謂定時限過電流保護就是保護裝置的動作時限一定，且不隨流過保護裝置電流大小的變化而變化。

2023/2/518兩相式定時限過電流保護裝置的原理接線圖2023/2/5192.反時限過電流保護

反時限過電流保護：是保護裝置動作的時限是變化的，且隨流過保護裝置電流大小的變化而成反時限的變化。即通過保護裝置的故障電流越大，動作時間越短；故障電流越小，動作時間就長。

2023/2/5203.

過電流保護的整定

（1）過電流保護動作電流的整定

帶時限的過電流保護裝置（包括定時限和反時限）的動作電流應(yīng)躲過線路正常運行時流經(jīng)本線路的最大負荷電流，其保護裝置的返回電流也必須躲過線路的最大負荷電流。動作電流的整定計算公式如下接線系數(shù)

電流互感器變比

返回系數(shù)

可靠系數(shù)

2023/2/521（2）過電流保護的動作時限的整定和配合

①定時限過電流保護動作時限的整定和配合前一級保護的動作時間t1應(yīng)比后一級保護中的動作時間t2要大一個時間△t。。即式中t1=t2+△t，△t一般取0.5秒。

2023/2/522②反時限過電流保護動作時限的整定和配合由于GL型電流繼電器的時限調(diào)節(jié)機構(gòu)是按10倍動作電流的時間來標度的；反時限過電流保護的動作時間，要根據(jù)前后兩級保護的GL型繼電器的動作曲線來整定?？煽肯禂?shù)

接線系數(shù)

返回系數(shù)

2023/2/5234.電流速斷保護線路越靠近電源，過電流保護的動作時限超長，而短路電流越大，危害也越大，這是過電流保護的不足。GB50062-92規(guī)定，當過電流保護動作時限超過0.5～0.7s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。電流速斷保護裝置的原理接線圖

速斷電流

2023/2/5247.3.2.

單相接地保護在中性點直接接地系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，將產(chǎn)生很大的短路電流，一般能使保護裝置迅速動作，切除故障部分。單相接地保護原理圖

2023/2/525（2）絕緣監(jiān)視裝置當變電所出線回路較少或線路允許短時停電時，可采用無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護裝置。在工廠供電系統(tǒng)中常用三相五柱式電壓互感器或三只三繞組單相電壓互感器作中性點不接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視裝置絕緣監(jiān)視裝置原理接線圖

2023/2/5267.3.3過負荷保護一般只有經(jīng)常發(fā)生過負荷的電纜線路，才裝設(shè)過負荷保護，延時動作于信號，原理如圖所示。由于過負荷電流對稱，過負荷保護采用單相式接線，并和相間保護共用電流互感器。線路過負載保護原理接線圖

過負荷保護

2023/2/5277.4

電力變壓器保護

6.4.2變壓器的繼電保護1.變壓器瓦斯保護瓦斯保護，又稱為氣體繼電保護，是保護油浸式變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護裝置，是變壓器的主保護之一，是應(yīng)對變壓器內(nèi)部故障的最有效、最靈敏的保護裝置。瓦斯保護原理接線圖

2023/2/5282.

變壓器的電流速斷保護小容量電力變壓器在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護，作為電源側(cè)繞組、套管及引出線故障的主要保護；過電流保護作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護。

變壓器電流速斷保護原理接線圖

2023/2/5293.

變壓器的過負荷保護變壓器過負荷保護的組成、工作原理與線路過負荷保護的組成、工作原理完全相同，動作電流整定計算公式與線路過負荷保護基本相同；變壓器一次側(cè)的額定電流ITN1動作時間取10～15s。2023/2/5304.變壓器差動保護(重點)

變壓器的差動保護：主要用來保護變壓器內(nèi)部以及引出線和絕緣套管的相間短路，并且也可以用來保護變壓器內(nèi)的匝間短路，其保護區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。變壓器縱聯(lián)差動保護的單相原理電路

2023/2/531變壓器差動保護的保護范圍是變壓器兩側(cè)電流互感器安裝地點之間的區(qū)域。保護反應(yīng)靈敏，動作無限時。變壓器差動保護的動作電流應(yīng)滿足以下三個條件：應(yīng)躲過變壓器差動保護區(qū)外短路時出現(xiàn)的最大不平衡電流，即應(yīng)躲過變壓器勵磁涌流，即在電流互感器二次回路斷線且變壓器處于最大負荷時，差動保護不應(yīng)誤動

2023/2/5322.

變壓器的過負荷保護變壓器的過負荷一般都是三相對稱的，過負荷保護只需要在一相上裝一個電流繼電器。過負荷時，電流繼電器動作，經(jīng)時間繼電器一定延時，接通信號繼電器發(fā)出報警信號。過負荷保護的動作電流按躲過變壓器額定一次電流來整定，其計算公式為：2023/2/5337.5電力電容器的保護

電力電容器的故障主要是短路、接地和容量變化。容量的變化是指電容器內(nèi)部元件斷線造成容抗增加和元件內(nèi)部短路造成的容抗減少。6.6.1電容器保護方式

1.電容器故障類型及其保護方式電容器組與斷路器之間連線的短路單臺電容器內(nèi)部極間短路電容器組多臺電容器故障2023/2/534

2.

電容器組的不正常運行及其保護方式

（1）電容器組的過負荷電容器過負荷是由系統(tǒng)過電壓及高次諧波所引起的。

（2）母線電壓升高電容器組只能允許在不大于1.1倍額定電壓下長期運行

（3）電容器組失壓電容器端子上殘余電壓又沒有放電到0.1倍的額定電壓

2023/2/5352.

電容器組的不正常運行及其保護方式常用的保護方式有零序電壓保護電壓差動保護中性點不平衡電流不平衡電壓保護橫差保護等。

2023/2/5367.7高壓電動機的保護高壓電動機故障類型定子繞組的相間短路是電動機最嚴重的故障，它會引起時機本身的嚴重損壞；單相接地對電機的危害程度取決于供電網(wǎng)絡(luò)中性點的接地方式；電動機的不正常狀態(tài)，主要是過負荷運行；

2023/2/5377.7.2電動機的相間短路保護1.電流速斷保護電動機的電流速斷保護通常用兩相式接線

電流速斷的動作電流可按下式計算：

可靠系數(shù)

電動機的電流速斷保護原理圖

接線系數(shù)

2023/2/5382.

縱差保護

在小接地電流系統(tǒng)中電動機的縱差保護可采用由兩個電流互感器和兩個差動繼電器的兩相式接線保護裝置瞬時動作于斷路器跳閘電動機縱差動保護原理接線圖

2023/2/539

7.7.3電動機的過負荷保護作為過負荷保護，一般可采用一相一繼電器式的接線。過負荷保護的動作電流按躲開電動機的額定電流整定，即可靠系數(shù)接線系數(shù)2023/2/540小結(jié)1.供配電系統(tǒng)中常用的繼電器主要是電磁式繼電器和感應(yīng)式繼電器,其中，電磁式繼電器主要有電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器是幾種常用的電磁式繼電器。2.選擇性、速動性、可靠性和靈敏性是繼電保護裝置的四個基本要求。3.過電流保護裝置分為定時限過電流保護和反時限過電流保護，當過電流保護動作時限超過0.5～0.7s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。2023/2/5414.單相接地保護利用線路單相接地時的零序電流較系統(tǒng)其他線路單相接地時的零序電流大的特點，實現(xiàn)有選擇性的單相接地保護，因此又稱零序電流保護。當變電所出線回路較少或線路允許短時停電時，可采用無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護裝置。5.變壓器是供電系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，變壓器的繼電保護主要包括：過電流保護、速斷保護、過負荷保護、瓦斯保護、差動保護等。2023/2/5