二次接線(課堂用)

1、第6章 工廠供電系統(tǒng)的過電流保護過電流保護的任務和要求低壓斷路器保護工廠高壓線路的繼電保護本章內容一、過電流保護裝置的類型和任務 供配電系統(tǒng)中，由于各種原因會發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。 故障：各種形式的短路，產生很大的短路電流，使電氣設備產生電動效應和熱效應，同時使供電電壓下降； 不正常運行狀態(tài)：線路或設備過負荷、中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地等，如果不及時處理，可能導致相間短路故障。 所以，必須設置不同類型的保護裝置將故障及時地從系統(tǒng)中切除。（1）熔斷器保護：供電可靠性要求高的場合不宜采用。（2）低壓斷路器保護：短路、過負荷、低壓和失壓保護。過電流保護的任務和要求（3）繼電保護：反映電力系

2、統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)，并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。 電力系統(tǒng)故障時，會引起電流的增加和電壓的降低，以及電流與電壓之間相位變化等。因此，繼電保護裝置就是利用故障時物理量與正常運行時物理量的差別來制成的。如，反映電流增大的過電流保護、反映電壓降低(升高)的低電壓(過電壓)保護等。二、對保護裝置的基本要求 滿足4個基本要求：即選擇性、速動性、可靠性和靈敏性。過電流保護的任務和要求（1）選擇性 指供電系統(tǒng)故障時，只使電源一側距離故障點最近的保護裝置動作，通過開關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 圖中，當k-

3、1點發(fā)生短路，則繼電保護裝置動作，只應使斷路器QF1跳閘，切除電動機M，而其它斷路器都不跳閘；當k-3點發(fā)生短路，則繼電保護裝置動作只應使斷路器QF3跳閘，切除故障線路。滿足這一要求的動作稱為“選擇性動作”。如果QF1或QF3不動作，其它斷路器跳閘，則稱為“無選擇性動作”。 但是，在k-1點發(fā)生短路時，如果繼電保護裝置由于某種原因拒動，或斷路器QF1本身拒動時，則上一級保護應該盡快動作使斷路器QF3跳閘。雖然擴大了停電范圍，但限制了故障擴大，起著后備保護作用。保護裝置在這種情況下，仍稱為保護的“選擇性動作”。（2）速動性 為減輕短路故障電流對用電設備損害，要求繼電保護快速動作，切除故障。不僅防

4、止故障擴大，使電壓降低時間縮短，還有利于電動機自起動。繼電保護裝置動作 選擇性示意圖 應當指出，為滿足選擇性，繼電保護需要帶一定時限，允許延時0.5s2s左右。即速動性和選擇性往往是矛盾的，當二者發(fā)生矛盾時，一般應先滿足選擇性而犧牲一點速動性。如果在無法兼顧二者的情況下，為快速切除故障以保護關鍵設備，有時甚至也只好犧牲選擇性來保證速動性。（3）可靠性 繼電保護在所規(guī)定的保護范圍內發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時，一定要準確動作。在該動作時，就應動作(不能拒動)；在不該動作時，不能誤動。保護裝置的可靠程度，與保護裝置元器件質量、接線方式、安裝、整定等多種因素有關。（4）靈敏性 指保護裝置在其保護范圍內

5、，對故障和不正常運行狀態(tài)的反應能力。此反應能力用繼電保護裝置的靈敏系數來衡量。如果保護裝置對其保護區(qū)內極輕微的故障都能及時地反應動作，則說明保護裝置的靈敏度高。 靈敏度是當被保護設備故障時，通過保護裝置的故障參數與保護裝置整定的動作參數的比值大小來判斷，該比值稱為靈敏系數，亦稱靈敏度，用Sp表示。Sp = （6-1） Ik.min被保護區(qū)內最小運行方式下的最小短路電流； Iop.1保護裝置的一次動作電流。 對不同作用的保護，所要求的靈敏度不同，主保護的靈敏度一般要求不小于1.52。 以上四點要求，對一個保護裝置來說，不一定都是同等重要，應根據保護對象而有所側重。例如，對變壓器，一般要求靈敏性和

6、速動性較好；對一般電力線路，靈敏度可略低一些，但對選擇性要求較高。一、低壓斷路器在低壓配電系統(tǒng)中的配置方式 Q低壓斷路器 QK刀開關 KM接觸器KR熱繼電器 FU熔斷器低壓斷路器在低壓系統(tǒng)中常用的配置方式 低壓斷路器保護 6#：低壓斷路器與接觸器KM配合，低壓斷路器作短路保護，接觸器作電路控制，供電動機頻繁起動用。熱繼電器KR作過負荷保護； 4#：該接法適用于低壓配電出線； 2#：該接法適用于變壓器供電； 5#：低壓斷路器與熔斷器配合，適用于開關斷流能力不足的情況?？咳蹟嗥鬟M行短路保護，低壓斷路器作過負荷和失壓保護。二、低壓斷路器的脫扣器及其整定 配電用低壓斷路器分為選擇型和非選擇型兩種，所配

7、的過電流脫扣器有三種： 具有反時限特性的長延時電磁脫扣器，動作時間可不小于10s； 延時時限分別為0.2s、0.4s、0.6s的短延時脫扣器； 動作時限小于0.1s的瞬時脫扣器。 選擇型必須裝有第(2)種短延時脫扣器； 非選擇型只有第(1)和(3)兩種脫扣器，其中長延時電磁脫扣器用作過負荷保護，短延時或瞬時脫扣器均用于短路保護。低壓斷路器保護 各種脫扣器電流整定如下：(1) 長延時過電流脫扣器(即熱脫扣器)的整定。這種脫扣器主要用于線路過負荷保護，故其整定值比線路計算電流稍大即可，即 （6-2） 式中 為長延時脫扣器的整定動作電流。但是，熱元件的額定電流 應比 大10%25%為好。即 （6-3

8、）低壓斷路器保護(2) 瞬時(或短延時)過電流脫扣器的整定 整定電流應躲過線路的尖峰電流 ，即 （6-4） 瞬時或短延時過電流脫扣器的整定值； 短延時過電流脫扣器整定值：容量在2500A及以上斷路器為36倍脫扣器的額定值，2500A以下為3倍10倍； 瞬時脫扣器整定值：對2500A及以上的選擇型開關為710倍，2500A以下為1020倍?？煽肯禂怠?3) 靈敏系數 = 1.5 （6-5） 式中 線路末端最小短路電流； 瞬時或短延時脫扣器的動作電流。(4) 過流脫扣器整定值與導線的允許電流Ial的配合要求。 要使低壓斷路器在線路過負荷或短路時，能夠可靠地保護導線不致過熱而損壞。因此要滿足 （6-

9、6） 或 （6-7） 三、低壓斷路器與熔斷器在低壓電網保護中的配合如圖所示，若能正確選定額定參數，使上一級保護元件的特性曲線在任何電流下都位于下一級保護元件安秒特性曲線的上方，便能滿足保護選擇性的動作要求。低壓斷路器與熔斷器的設置圖 (a)所示設置方案能滿足上述要求，因此這種方案應用得較普遍。 圖 (b)中，如果電網被保護范圍內的故障電流大于臨界短路電流(圖中兩條曲線交點處對應的短路電流)，則無法滿足有選擇地動作； 圖 (c)中，如果要使兩級低壓斷路器的動作滿足選擇性要求，必須使1處的安秒特性曲線位于2處的特性曲線之上。 由于安秒特性曲線是非線性的，為滿足選擇性要求，設計計算時宜用圖解法（查手

10、冊）。低壓斷路器與熔斷器的設置一、 概述 按規(guī)范定，對366kV電力線路，應裝設相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護。 相間短路保護：主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護(過電流保護的時限不大于0.5s0.7s時，按GB規(guī)定，可不裝電流速斷保護)。相間短路保護應動作于斷路器的跳閘機構，使斷路器跳閘，切除短路故障部分。 單相接地保護，一般有兩種方式：高壓線路的繼電保護 絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變配電所的高壓母線上，動作于信號； 有選擇性的單相接地保護(零序電流保護)，亦動作于信號，但當危及人身和設備安全時，則應動作于跳閘機構。 過負荷保護：對可能經常過負荷的電纜線路。二、 保護裝置的

11、接線 指起動繼電器與電流互感器之間的連接方式。 35kV及以下高壓線路過電流保護裝置，通常采用以下三種接線方式：高壓線路的繼電保護1）三相三繼電器接線方式：能反映各種短路故障，流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組的電流相等，其接線系數在任何短路情況下均等于1。該接線方式主要用于高壓大接地電流系統(tǒng)。2) 兩相兩繼電器式接線 ： 當一次電路發(fā)生三相短路或任意兩相短路，至少有一個繼電器動作，從而使一次電路的斷路器跳閘。 為表征這種接線方式的繼電器電流IKA與電流互感器二次電流間的關系，特引入一個接線系數Kw：兩相兩繼電器式接線圖（6-28） 該接線屬相電流接線，在一次電路發(fā)生任何形式的相間短路時Kw

12、=1。三相短路 (b) A、C兩相短路 (c) A、B兩相短路 兩相電流差接線在不同短路形式時電流相量圖兩相一繼電器式接線圖 圖(a)：當正常工作和三相短路時，流入繼電器的電流IKA為A、C兩相電流互感器二次電流的相量差，即 ， ； 圖(b)：當A、C兩相短路時，流進繼電器的電流為電流互感器二次側電流的2倍，Kw=2； 圖(c) ：當A、B兩相短路時，流進電流繼電器的電流等于電流互感器二次側的電流，Kw=1 。3) 兩相一繼電器式接線（兩相電流差接線） 可見，該接線系數與一次電路的短路形式有關，不同的短路形式，其接線系數不同。故在不同形式故障下，保護裝置靈敏度不同。有的甚至相差一倍，這不夠理想

13、。但這種接線所用設備少，在高壓電動機和車間變壓器保護中仍有采用。三、 繼電保護裝置的操作方式 交流操作電源供電的繼電保護裝置，根據跳閘線圈供電方式的不同，分為直接動作式和“去分流跳閘”式兩種。高壓線路的繼電保護 利用高壓斷路器手動操作機構內的過流脫扣器(跳閘線圈)YR作為直動式過電流繼電器KA，接成兩相一繼電器式（或兩相兩繼電器式）接線。 正常時，YR通過正常二次電流，遠小于YR的動作電流，不動作；而當一次電路發(fā)生相間短路時，短路電流反應到互感器二次側，流過YR，達到或超過YR動作電流，使斷路器跳閘。 該方式簡單，但受脫扣器型號限制，沒有時限，準確性差，靈敏度低，在實際工程中很少應用。YR跳閘

14、線圈(即直動式繼電器KA) 直接動作式過電流保護電路 1）直接動作式2)“去分流跳閘”方式 KAGL型電流繼電器 YR跳閘線圈 “去分流跳閘”式過電流保護電路 正常時，繼電器KA的常閉觸點將跳閘線圈YR短接(分流)，YR不通電，斷路器QF不會跳閘。 當一次電路發(fā)生短路，繼電器KA動作，其常閉觸點斷開，使YR的短接分流支路去掉(即“去分流”)，使電流互感器二次電流完全流入跳閘線圈YR，斷路器跳閘。 該方式靈敏度高，但繼電器觸點容量要足夠大，因為要用它來斷開反應到電流互感器二次側的短路電流。 現在的GL型過流繼電器，觸點短時分斷電流可達150A，完全滿足要求。這種“去分流跳閘”的交流操作應用廣泛。

15、 二次接線原理圖和安裝圖介紹1. 二次接線原理圖 可按歸總式和展開式兩種方式繪制。1) 歸總式原理接線圖 圖(a)中，每個元器件以整體形式繪出，可對整個裝置構成有一個明確概念，便于掌握其相互關系和工作原理。 優(yōu)點：直觀； 缺點：當元器件較多時，電路交叉多，交、直流回路、控制與信號回路混在一起，清晰度差。 用來分析工作原理，但對復雜線路，看圖較困難，因此，廣泛用展開式原理圖。10kV線路保護原理接線圖10kV線路保護原理接線圖2) 展開式原理接線圖 圖(b)中，分成交流電流回路、直流控制回路、信號回路等幾個組成部分。每一部分分行排列，交流回路按A、B、C的相序排列，控制回路按繼電器的動作順序排列

16、，各回路右側通常有文字說明。 屬于同一個元件的電流線圈、電壓線圈、控制觸點分別畫在不同的回路里。為避免混淆，同一個元件的線圈和觸點采用相同的文字符號，但各支路需標上不同的數字回路標號。10kV線路保護原理接線圖 二次接線圖中，所有的繼電器觸點都是按照繼電器線圈中無電流的狀態(tài)繪制。 優(yōu)點：接線清晰，回路次序明顯，便于了解整個裝置的動作程序和工作原理。 目前工程中主要采用這種圖形，是運行和安裝中一種常用的圖紙，又是繪制安裝接線圖的依據。2. 二次接線的安裝圖 根據電氣施工安裝要求，用來表示二次設備的具體位置和布線方式的圖形，稱為二次回路的安裝接線圖。 安裝圖是二次回路設計的最后階段，用來作為設備制

17、造、安裝的實用二次接線圖，也是運行、調試、檢修的主要圖紙。圖上的設備按實際位置布置，設備的端子、導線、電纜走向用符號、標號加以標志。 二次接線安裝圖包括屏面元件布置圖、屏后接線圖和端子板接線圖等幾部分。四、 定時限過電流保護 保護裝置的動作時間按整定的動作時間固定不變，與短路電流的大小無關。KA電流繼電器 KT時間繼電器 KS信號繼電器 KM中間繼電器 YR跳闡線圈 定時限過電流保護原理接線圖1) 定時限過電流保護動作原理 圖(b)：一次電路相間短路，電流繼電器KAl、KA2至少一個動作，時間繼電器KT起動，經整定時限后，其延時觸點閉合信號繼電器KS和中間繼電器KM動作斷路器跳閘線圈YR接通斷

18、路器QF跳閘；與此同時，KS動作，信號指示牌掉下，接通燈光和音響信號。 在斷路器跳閘時，QF的輔助觸點隨之斷開跳閘回路，切斷其回路中的電流。2) 定時限過電流保護動作電流的整定 動作電流的整定必須滿足下面兩個條件。(1) 線路通過最大負荷電流(包括正常過負荷電流和尖峰電流)時保護裝置不應起動，動作電流必須躲過(大于)線路的最大負荷電流IL.max。 (2) 保護裝置的返回電流Ire也應該躲過線路的最大負荷電流IL.max，以保證保護裝置在外部故障部分切除后，能可靠地返回到原始位置，避免發(fā)生誤動作。為說明這一點，現以下圖為例來說明。 當線路WL2首端k點發(fā)生短路，因短路電流遠大于正常最大負荷電流

19、，沿線路的KAl、KA2都要起動； 正確情況下，應是KA2先動，斷開QF2，切除故障線路WL2。線路WL1恢復正常運行，其保護裝置KA1應返回起始位置； 若KAl在整定時，（比如，二次最大負荷電流9A，整定值為10A，返回電流為8A），其返回電流未躲過線路WLl上最大負荷電流(WLl在WL2切除后，還有其它出線)，則KA2切除WL2后，KAl繼續(xù)保持起動狀態(tài)，達到整定的時限后，將錯誤地斷開QFl，造成WLl停電，擴大停電范圍。 整定公式的推導： 設電流互感器的變比為Ki，保護裝置的接線系數為Kw，保護裝置的返回系數為Kre，線路最大負荷電流換算到繼電器中的電流為 。 由于繼電器的返回電流Ire

20、也要躲過 ，即 。而 （見P210) ，因此 也就是 ，將此式寫成等式，計入一個可靠系數Krel，由此得到過電流保護動作整定公式： （6-29） Krel保護裝置的可靠系數，對DL型繼電器可取1.2，對GL型繼電器可取1.3； Kw保護裝置的接線系數，按三相短路來考慮，對兩相兩繼電器接線 (相電流接線)為1，對兩相一繼電器接線(兩相電流差接線)為 ； IL.max線路的最大負荷電流(含尖峰電流)，可取為(1.53) ， 為線路的計算電流。 如果用斷路器手動操作機構中的過電流脫扣器作過電流保護，則脫扣器動作電流應按（6-30）式整定。3) 定時限過電流保護動作時限整定 為保證前后兩級保護裝置動作

21、的選擇性，過電流保護裝置的動作時間(也稱動作時限)，應按“階梯原則”進行整定，也就是在后一級保護裝置所保護的線路首端發(fā)生三相短路時，前一級保護裝置的動作時間應比后一級保護裝置中最長的動作時間都要大一個時間級差t，如下圖所示。 當k點發(fā)生短路時，設置在定時限過電流裝置中的電流繼電器KA1、KA2都將同時起動，根據保護動作選擇性要求，應該由距離k點最近的保護裝置KA2動作，使斷路器QF2跳閘，故保護裝置中時間繼電器KT1的整定值應比KT2的整定值大一個時間級差t。即：t1 t2+ t 。 確定t應考慮因素：下級動作時限可能提前動作（負偏差），上級保護可能滯后動作（正偏差），還要考慮到保護裝置動作有

22、一定的慣性誤差，再加上一個保險時間。于是，t大約在0.5s0.7s之間。 對于定時限過電流保護，可取t=0.5s ；對于反時限過電流保護，可取t=0.7s 。4)定時限過電流保護的靈敏度校驗 根據靈敏系數定義 。對于線路過電流保護，Ik.min應取被保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流 。而。因此按規(guī)定過電流保護的靈敏系數必須滿足的條件為 (6-37) 當過電流保護作后備保護時，如滿足上式有困難，可取Sp1.2。 當靈敏系數達不到上述要求時，可采取措施來提高靈敏度，以達到上述要求。如增設低電壓閉鎖裝置，可降低動作電流，提高其靈敏度。5) 低電壓閉鎖的過電流保護 低電壓繼電器KV通過電

23、壓互感器TV接于母線上，而KV的常閉觸點則串入電流繼電器KA的常開觸點與中間繼電器KM線圈回路中。 正常時，母線電壓為額定值，因此KV常閉觸點斷開。這時KA即使由于線路過負荷動作，也不造成斷路器誤跳閘。正是如此，凡是有低電壓閉鎖保護裝置，其動作電流就不必按躲過線路最大負荷電流IL.max整定，只需按躲過線路計算電流I30來整定。 短路時，電壓降， KV常閉觸點閉合， KA會因線路過負荷而動作。TV電壓互感器 KA電流繼電器 KM中間繼電器 KS信號繼電器KV低電壓繼電器 YR跳閘線圈低電壓閉鎖的過電流保護電路 此時過電流保護的動作電流的整定計算公式為 (6-38) 由于其Iop減小，提高了過電

24、流保護的靈敏度Sp。 低電壓繼電器的動作電壓按躲過母線正常最低工作電壓Umin來整定。五、反時限過電流保護 保護裝置動作時間與反應到繼電器中的短路電流大小成反比，短路電流越大，動作時間越短。1) 反時限過電流保護的組成及原理 圖(b)中，KA1、KA2為GL感應型帶瞬時動作元件的反時限過電流繼電器，繼電器本身動作帶有時限，并有指示信號牌，所以回路不需要時間繼電器和信號繼電器。 短路時，KAl、KA2至少有一個動作，經過一定延時后(延時長短與短路電流大小成反比)，其常開觸點閉合，緊接著其常閉觸點斷開，斷路器跳閘線圈YR通電，使斷路器跳閘；在跳閘的同時，信號牌自動掉下，指示保護裝置已經動作。 KA

25、感應型電流繼電器 YR跳閘線圈反時限過電流保護的原理圖2) 定時限與反時限過電流保護的比較 定時限過電流保護的優(yōu)點：動作時間較為準確，容易整定，誤差小。 缺點：所用繼電器的數目比較多，因此接線較為復雜，繼電器觸點容量較小，需直流操作電源，投資較大。此外，靠近電源處定時限過電流保護動作時間較長，而此時的短路電流又較大，故對設備的危害較大。 反時限過電流保護的優(yōu)點：繼電器的數量大為減少，故其接線簡單，只用一套GL系列繼電器就可實現不帶時限的電流速斷保護和帶時限的過電流保護。由于GL繼電器觸點容量大，因此可直接接通斷路器的跳閘線圈，而且適于交流操作。 缺點：動作時間的整定和配合比較麻煩，而且誤差較大

26、，尤其是瞬動部分，難以進行配合；且當短路電流較小時，其動作時間可能很長，延長了故障持續(xù)時間。 六、電流速斷保護 上述帶時限的過電流保護裝置中，為保證動作的選擇性，其保護裝置整定時間必須逐級增加一個t，這樣，越靠近電源處，動作時限越長。因此規(guī)定：當過電流保護動作時限超過0.5s0.7s時，應裝設電流速斷保護，保證本段線路的短路故障迅速切除。1) 電流速斷保護的組成及速斷電流的整定 電流速斷保護實際就是一種瞬動作的過流保護。其動作時限僅僅為繼電器本身固有動作時間，它的選擇性不是依靠時限，而是依靠選擇適當的動作電流來實現。 對于GL型電流繼電器，可直接利用繼電器本身結構，既完成反時限過流保護，又完成

27、電流速斷保護，不用額外增加設備，簡單、經濟。 對采用DL型電流繼電器的系統(tǒng)，電力線路的定時限過電流保護和電流速斷保護如圖所示。 該圖同時具有定時限電流保護功能，圖中KAl、KA2、KT、KSl與KM構成定時限過電流保護；KA3、KA4、KS2與KM構成電流速斷保護。 比較可知：電流速斷保護裝置只是比定時限過電流保護裝置少了時間繼電器。圖5.43 電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護電路圖 為保證裝置動作的選擇性，電流速斷保護的動作電流Iqb，應按躲過它所保護線路末端的最大短路電流(即三相短路電流)Ik.max來整定。 為什么？ 因為上級線路WLl末端k-1點與下級線路WL2首端k-2的三相短路電流幾乎相等（距離很近，阻抗很小)。 只有這樣整定，才能避免下級速斷保護的線路首端發(fā)生三相短路時，不致于發(fā)生誤跳閘。 Ik.max上級保護應躲過的最大短路電流Iqb1上級保護整定的一次動作電流線路電流速斷保護的保護區(qū)和死區(qū) 因此可得電流速斷保護動作電流(速斷電流)的整定計算公式