第7章-供配電系統(tǒng)的繼電保護

1、第7章 供配電系統(tǒng)的繼電保護,第一節(jié) 繼電保護的基本知識 第二節(jié) 常用的保護繼電器 第三節(jié) 電力線路的繼電保護 第四節(jié) 電力變壓器的繼電保護 第五節(jié) 高壓電動機的繼電保護 第六節(jié) 610kV電容器的繼電保護 第七節(jié) 配電系統(tǒng)微機保護,四、變壓器的氣體保護,氣體保護是保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種主要保護裝置。按GB50062-92規(guī)定，800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝氣體保護。,1氣體繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理 FJ3-80型開口杯擋板式氣體繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部故障時，電弧的高溫使變壓器油分解為大量的油氣體，氣體保護就是利用這種氣

2、體來實現(xiàn)保護的裝置。 變壓器正常運行：氣體繼電器容器內(nèi)充滿油，上、下兩對干簧觸點處于斷開位置。,輕瓦斯動作：變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，產(chǎn)生的氣體較少，氣體緩慢上升，上干簧觸點閉合，發(fā)出報警信號。 重瓦斯動作：變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，產(chǎn)生大量的氣體，油汽混合物迅猛地從油箱通過聯(lián)通管沖向油枕，下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘。 變壓器油箱嚴重漏油：隨著氣體繼電器內(nèi)的油面逐漸下降，首先上觸點閉合，發(fā)出報警信號，接著下觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘。,2氣體保護的接線 （如圖）,3氣體保護的安裝和運行 氣體繼電器安裝在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上，要求變壓器安裝時應(yīng)有11

3、.5%的傾斜度； 變壓器在制造時，聯(lián)通管對油箱上蓋也應(yīng)有24%傾斜度。,五、變壓器的差動保護,GB50062-92規(guī)定10000kVA及以上的單獨運行變壓器和6300kVA及以上的并列運行變壓器，應(yīng)裝設(shè)差動保護；6300kVA及以下單獨運行的重要變壓器，也可裝設(shè)差動保護。當(dāng)電流速斷保護靈敏度不符合要求時，宜裝設(shè)差動保護。,1差動保護的工作原理 變壓器的差動保護原理接線如圖所示。在變壓器兩側(cè)安裝電流互感器，其二次繞組串聯(lián)成環(huán)路，繼電器KA（或差動繼電器KD）并接在環(huán)路上，流入繼電器的電流等于變壓器兩側(cè)電流互感器的二次繞組電流之差，即,Iub為變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流。,變壓器正常運行或差動保

4、護的保護區(qū)外短路時，流入差動繼電器的不平衡電流小于繼電器的動作電流，保護不動作。在保護區(qū)內(nèi)短路時，對單端電源供電的變壓器 ， ，遠大于繼電器的動作電流，繼電器KA瞬時動作，通過中間繼電器KM，使變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，切除故障。,2變壓器差動保護中不平衡電流產(chǎn)生的原因和減小措施 （1）變壓器聯(lián)結(jié)組引起的不平衡電流 將變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，變壓器三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接線，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相位相同，消除了由變壓器聯(lián)結(jié)組引起的不平衡電流。,（2）電流互感器變比引起的不平衡電流 利用差動繼電器中的平衡線圈或自耦電流互感器消除由電流互感器變比引起的不平

5、衡電流。 （3）變壓器勵磁涌流引起的不平衡電流 利用速飽和電流互感器或差動繼電器的速飽和鐵心減小勵磁涌流引起的不平衡電流。,3變壓器的差動保護方式 變壓器差動保護需要解決的主要問題是采取各種有效措施消除不平衡電流的影響。 目前我國廣泛應(yīng)用下列幾種類型繼電器構(gòu)成差動保護： （1）帶短路線圈的BCH-2型差動繼電器；,（2）帶磁制動特性的BCH-1型差動繼電器； （3）多側(cè)磁制動特性的BCH-4型差動繼電器； （4）鑒別涌流間斷角的差動繼電器； （5）二次諧波制動的差動繼電器。 有關(guān)上述各種差動繼電器的接線和整定計算，因篇幅有限這里僅介紹BCH-2型差動保護。,4. BCH-2型變壓器差動保護 （

6、1）BCH-2型差動繼電器 BCH-2型差動繼電器，由一個帶短路線圈的速飽和變壓器和一個執(zhí)行元件DL-11/0.2電流 繼電器組成，如圖所示。,在速飽和變流器鐵芯的中間芯柱上繞有一個差動線圈Wd 、兩個平衡線圈Weq1和Weq2和一個短路線圈WK。左側(cè)芯柱上繞有一個短路線圈WK, WK和WK接成閉合回路，它們產(chǎn)生的磁通在左側(cè)芯柱上是同相的。右側(cè)芯柱上繞有一個二次線圈W2，與執(zhí)行元件相接。平衡線圈的作用是用于平衡由于變壓器差動保護二側(cè)電流互感器二次電流不等所引起的不平衡電流。短路線圈的作用是消除勵磁涌流的影響。當(dāng)變壓器外部短路或空載投入，在差動回路出現(xiàn)不平衡電流或勵磁涌流存在較大的非周期分量時，

7、速飽和變流器迅速飽和，使周期分量的傳變工作變壞，從而繼電器不動作。,（2）BCH-2型變壓器差動保護接線 BCH-2型變壓器差動保護接線圖見圖，（a）為雙繞組變壓器BCH-2型 差動保護單相原理接線圖，若保護三繞組變壓器，變壓器第三側(cè)的電流互感器的二次線圈接BCH-2型差動繼電器的端子，（b）為變壓器差動保護展開圖，采用兩相兩繼電器式接線。,(3) BCH-2型變壓器差動保護的整定 按平均電壓及變壓器最大容量計算變壓器各側(cè)額定電流INT，按KW、INT選擇各側(cè)電流互感器一次額定電流。按下式計算出電流互感器二次回路額定電流IN2：,式中，KW為三相對稱情況下電流互感器的接線系數(shù)，星型接線時為1，

8、三角形接線時為 ；Ki為電流互感器的變比。,差動保護基本側(cè)的一次側(cè)動作電流整定 差動保護基本側(cè)的一次側(cè)動作電流應(yīng)滿足下面三個條件： a）躲過變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流，即,式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3；I1N為變壓器一次側(cè)的額定電流。,b）躲過變壓器外部短路時的最大不平衡電流Idsq.max,式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3；Idsq.max可按下式計算：,式中，0.1為電流互感器允許的最大相對誤差；Keq為電流互感器的同型系數(shù)，型號相同時取0.5，型號不同時取1；U%為由變壓器調(diào)壓所引起的誤差，一般取調(diào)壓范圍的一半； 為采用的互感器變比或平衡線圈匝數(shù)與計算值不

9、同時，所引起的相對誤差,在計算之初不能確定時可取5%； 為保護范圍外部短路時的最大短路電流。,c）電流互感器二次回路斷線時不應(yīng)誤動作，即躲過變壓器正常運行時的最大負荷電流IL.max。負荷電流不能確定時，可采用變壓器的額定電流INT。,式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3。,繼電器差動線圈匝數(shù)的確定 a三繞組變壓器：基本側(cè)直接接差動線圈，其余兩側(cè)接相應(yīng)的平衡線圈?；緜?cè)繼電器的動作電流為,基本側(cè)繼電器差動線圈計算匝數(shù)d.c為,式中，AW0為繼電器動作安匝，無實測值時可采用額定值A(chǔ)W0=60安匝。 按繼電器線圈實有抽頭選擇較小而相近的匝數(shù)作為差動線圈的整定匝數(shù)WOP。,根據(jù)WOP再計算基本側(cè)實際的

10、繼電器動作電流,b雙繞組變壓器：兩側(cè)電流互感器分別接于繼電器的兩個平衡線圈上。確定基本側(cè)的繼電器動作電流及線圈匝數(shù)的計算與三繞組變壓器方法相同。 依繼電器線圈實有抽頭，選用差動線圈的匝數(shù)Wd和一組平衡線圈匝數(shù)Weq1 之和，較差動線圈計算匝數(shù)Wdc小而近似的數(shù)值。基本側(cè)的整定匝數(shù)Wd.op 為,非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)的確定,a雙繞組變壓器平衡線圈的計算匝數(shù),式中， 為接有平衡線圈、的電流互感器二次側(cè)額定電流。,三繞組變壓器平衡線圈計算匝數(shù)分別為,式中，IN2為基本側(cè)電流互感器二次額定電流。,計算,式中， 為平衡線圈計算匝數(shù)； 為平衡線圈整定匝數(shù)； 為差動線圈整定匝數(shù)。,若 時，則需將其代入上式重

11、新計算動作電流。,短路線圈抽頭的確定 短路線圈有4組抽頭可供選擇，短路線圈的匝數(shù)越多，躲過勵磁涌流的性能越好，但繼電器的動作時間越長。因此所選抽頭匝數(shù)是否合適，應(yīng)在保護裝置投入運行時，通過變壓器空載試驗確定。,靈敏系數(shù)校驗,式中，IIK 、IIIK 、IIIIK 為變壓器出口處最小短路時、側(cè)流進繼電器線圈的電流；WIW、 WIIW 、 WIIIW 為、側(cè)電流在繼電器的實際工作匝數(shù)（工作匝數(shù)為各側(cè)平衡線圈匝數(shù)與差動匝數(shù)之和）。 有時也用如下簡化公式：,式中，IKD為最小故障時流入繼電器的總電流；IOP.KD為繼電器的整定電流。 雙繞組變壓器靈敏度計算與上述相同，只是第三側(cè)數(shù)字為零。,例7-5 試

12、整定雙繞組變壓器的BCH-2型差動保護。已知變壓器技術(shù)參數(shù)：15MVA,3522.5%/10.5kV, yd11,Uk%=7.5；變壓器35 kV母線三相短路電流 母線三相短路 歸算到35KV的短路電流 ，10kV側(cè)最大負荷電流為780A。,解：1.計算變壓器額定電流、選出電流互感器變比、求出電流互感器二次回路額定電流，計算結(jié)果如表所示。,表:變壓器額定電流、電流互感器變比、電流互感器二次回路額定電流,由表可見，10kV側(cè)電流互感器二次回路額定電流較35kV側(cè)大，因此，以10kV側(cè)為基本側(cè)。,2.計算差動保護10kV側(cè)的一次側(cè)動作電流 （1）按躲過勵磁涌流,（2）按躲過外部最大不平衡電流,（3

13、）按躲過電流互感器二次回路斷線,因此，應(yīng)躲過外部最大不平衡電流選擇10KV側(cè)一次側(cè)動作電流為1466A。,3.確定線圈接法和匝數(shù) 35kV和10KV側(cè)電流互感器分別接平衡線圈WeqI，WeqII 基本側(cè)（10KV側(cè)）繼電器動作電流為,基本側(cè)差動線圈計算匝數(shù)為,其中取差動線圈匝數(shù)Wd6匝,平衡繞組線圈匝數(shù)WeqI 2匝。,4.確定35KV側(cè)平衡線圈的匝數(shù),選擇平衡繞組線圈匝數(shù)WeqII為3匝。,5.計算由實際匝數(shù)與計算匝數(shù)不等產(chǎn)生的相對誤差,所以，不需要重新計算動作電流。,6.初步確定短路線圈的抽頭：選用C1-C2抽頭。,7.靈敏度校驗 按10kV側(cè)最小兩相短路電流校驗，35kV側(cè)繼電器通過的電

14、流為,校驗結(jié)果，靈敏度滿足要求。,第五節(jié) 高壓電動機的繼電保護一、高壓電動機的常見故障和保護配置,1.常見故障 定子繞組相間短路；單相接地；電動機過負荷；低電壓；同步電動機失磁、失步等。 2.保護配置 對2000kW以下的高壓電動機相間短路，裝設(shè)電流速斷保護； 對2000kW及以上的高壓電動機或電流速斷保護靈敏度不滿足要求的高壓電動機，裝設(shè)差動保護。 對易發(fā)生過負荷的電動機，應(yīng)裝設(shè)過負荷保護。 對不重要的高壓電動機或不允許自起動的電動機，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護。 高壓電動機單相接地電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護。,二、高壓電動機的過負荷保護和電流速斷保護,1.保護用繼電器 一般采用GL

15、型感應(yīng)式電流繼電器。不易過負荷的電動機，如風(fēng)機、水泵的電動機，也可采用DL型電磁式繼電器構(gòu)成電流速斷保護。,接線方式（如圖） 采用兩相一繼電器式接線，當(dāng)靈敏度不符合要求或2000kW及以上電動機采用兩相兩繼電器式接線。,3.電動機過負荷保護的動作電流整定 過負荷保護的動作電流為,式中，Krel為可靠系數(shù)，取1.3；Kre為繼電器的返回系數(shù)；IN.M電動機的額定電流。,4. 電動機的電流速斷保護動作電流整定 動作電流按躲過電動機的最大啟動電流Ist.max整定，即,式中，Krel為可靠系數(shù)，對DL型繼電器取1.41.6，GL型取1.82.0。,5.電流速斷保護靈敏度校驗：,2,式中，I（2）K.

16、min為電動機端子處最小兩相短路電流；Iopl為電流速斷保護一次側(cè)動作電流。,三、高壓電動機的單相接地保護,1.接線和工作原理,2.單相接地保護動作電流整定 單相接地保護動作電流按躲過其接地電容電流IC.M整定：,式中，Ic.M指躲過其接地電容電流；Krel為可靠系數(shù)，保護瞬時動作取45。,3.靈敏度校驗 單相接地保護靈敏度按電動機發(fā)生單相接地時的接地電容電流校驗，即,第六節(jié) 610kV電容器的繼電保護一、 610kV電容器的常見故障和保護設(shè)置,、常見故障和不正常運行狀態(tài)： 電容器組和斷路器連接線上的相間短路、電容器引出線上的相間短路、電容器內(nèi)部故障、單相接地等。 、保護配置： 容量在400k

17、Var以上的電容器組一般采用斷路器控制，裝設(shè)電流速斷保護，作為電容器的相間短路保護。 容量在400kVar及以下的電容器一般采用帶熔斷器的負荷開關(guān)進行控制和保護。 對電容器內(nèi)部故障和引出線短路，一般將電容器分組，每組35只電容器，在每組電容器裝設(shè)熔斷器保護。,二、電容器的電流速斷保護,1.接線和工作原理,2.電流速斷保護的動作電流整定 電流速斷保護的動作電流按躲過電容器投入時的沖擊電流整定，即,式中，Krel為可靠系數(shù)，取22.5；IN.c為電容器組的額定電流。,3.靈敏度校驗 靈敏度按電容器組端子上最小兩相短路電流進行校驗：,2,第七節(jié) 配電系統(tǒng)微機保護一、配電系統(tǒng)微機保護的現(xiàn)狀和發(fā)展,常規(guī)

18、的模擬式繼電保護缺點： （1）沒有自診斷功能，元件損壞不能及時發(fā)現(xiàn)，易造成 嚴重后果。 （2）動作速度慢，一般超過0.02s。 （3）定值整定和修改不便，準確度不高。 （4）難以實現(xiàn)新的保護原理或算法。 （5）體積大、元件多、維護工作量大。,微機保護的優(yōu)點： 充分利用和發(fā)揮微型控制器的存儲記憶、邏輯判斷和數(shù)值運算等信息處理功能，克服模擬式繼電保護的不足，獲得更好的保護特性和更高的技術(shù)指標。,二、配電系統(tǒng)微機保護的功能,1.保護功能 2.測量功能 3.自動重合閘功能 4.人機對話功能 5.自檢功能,6.事件記錄功能 7.報警功能 8.斷路器控制功能 9.通信功能 10.實時時鐘功能,三、微機保護裝置的硬件結(jié)構(gòu) 微機保護裝置的結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微型控制器、存儲器、顯示器、鍵盤、