配電線路設計施工、運行與維護李光輝課件9第9章保護

第九章配電線路保護

配電系統保護的類型有：繼電保護、熔斷器保護和低壓斷路器保護。第一節(jié)繼電保護的基本知識第二節(jié)配電線路保護裝置第三節(jié)配電變壓器的保護第四節(jié)低壓配電系統的保護第九章配電線路保護第一節(jié)繼電保護的基本知識一、繼電保護裝置繼電保護裝置是由不同類型的繼電器和其他輔助元件根據保護的對象按不同的原理構成的自動裝置。它的主要作用是：當被保護的電力元件發(fā)生故障時，能自動迅速有選擇地將故障元件從運行的系統中切除分離出來，避免故障元件繼續(xù)遭受損害，保證無故障部分能迅速恢復正常。當被保護元件出現異常運行狀態(tài)時，繼電保護裝置能發(fā)生報警信號，以便值班運行人員采取措施恢復正常運行。二、繼電保護的任務三、對繼電保護的要求第一節(jié)繼電保護的基本知識

第一節(jié)繼電保護的基本知識二、繼電保護的任務（1）自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備從供配電系統中切除，使其它非故障部分迅速恢復正常工作。（2）正確反應電器設備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出預告信號，以便運行人員采取措施，恢復電器設備的正常運行。（3）與供配電系統的自動裝置（如自動重合閘裝置，備用電源自動投入裝置等）配合，提高供配電系統的供電可靠性。

第九章配電線路保護第一節(jié)繼電保護的基本知識三、對繼電保護的要求1．選擇性2．可靠性繼電保護在其所規(guī)定的保護范圍內，發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，要準確動作，不應該拒動作；發(fā)生任何保護不應該動作的故障或不正常運行狀態(tài)，不應誤動作。電源供電系統示意圖電源供電系統示意圖第九章配電線路保護第一節(jié)繼電保護的基本知識三、對繼電保護的要求3．速動性發(fā)生故障時，繼電保護應該盡快地動作切除故障，減小故障引起的損失，提高電力系統的穩(wěn)定性。第一節(jié)繼電保護的基本知識

三、對繼電保護的要求3．速動性發(fā)生故障時，繼電保護應該盡快地動作切除故障，減小故障引起的損失，提高電力系統的穩(wěn)定性。第一節(jié)繼電保護的基本知識

三、對繼電保護的要求4．靈敏性

指繼電保護在其保護范圍內，對發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。第二節(jié)配電線路保護裝置

繼電保護裝置基本上，由三個部分構成：測量部分邏輯部分執(zhí)行部分

測量部分用來反應和轉換被保護對象的各種電氣參數，經過綜合變換后，送給邏輯部分，與給定值進行比較，作出邏輯判斷。當區(qū)別出被保護對象有故障時，起動執(zhí)行部分，發(fā)出操作指令，使斷路器跳閘。

第二節(jié)配電線路保護裝置

利用配電系統故障時運行參數與正常運行時參數的差別，可以構成各種不同原理的繼電保護裝置。例如：（1）利用電網電流改變，可構成電流速斷、定時限過電流和零序電流等保護裝置。（2）利用電網電壓改變的，可構成低電壓或過電壓保護裝置。（3）利用電網電流與電壓間相位關系改變的，可構成功率方向保護裝置。（4）利用電網電壓與電流的比值，即利用短路點到保護安裝處阻抗的，可構成距離保護等保護裝置。（5）利用電網輸入電流與輸出電流之差的，可構成變壓器差動保護等保護裝置。第二節(jié)配電線路保護裝置

一、繼電器繼電器是實現配電系統繼電保護的重要器件，它是一種在其輸入的物理量（電量或非電量）達到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通（導通）或分斷（阻斷、關斷）的自動電器?？衫斫鉃椋豪^電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動開關。第二節(jié)配電線路保護裝置

一、繼電器一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。

第二節(jié)配電線路保護裝置

三、對繼電保護的要求根據繼電保護的任務，繼電保護應滿足選擇性可靠性速動性靈敏性第二節(jié)配電線路保護裝置

1、選擇性當供配電系統發(fā)生短路故障時，繼電保護裝置動作，只切除故障設備，使停電范圍最小，保證系統中無故障部分仍正常工作。第二節(jié)配電線路保護裝置

2、可靠性

繼電保護在其所規(guī)定的保護范圍內，發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，要準確動作，不應該拒動作；發(fā)生任何保護不應該動作的故障或不正常運行狀態(tài)，不應誤動作。

第二節(jié)配電線路保護裝置

3、速動性

發(fā)生故障時，繼電保護應該盡快地動作切除故障，減小故障引起的損失，提高電力系統的穩(wěn)定性。第九章配電線路保護4．靈敏性

靈敏性是指繼電保護在其保護范圍內，對發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。對于故障狀態(tài)下保護輸入量增大時動作的繼電保護靈敏度KS，計算方法為保護范圍內故障時檢測量的最小值與保護動作的整定值之比，如對過電流保護：

第九章配電線路保護二、配電線路繼電保護裝置（1）利用電網電流改變，可構成電流速斷、定時限過電流和零序電流等保護裝置。（2）利用電網電壓改變的，可構成低電壓或過電壓保護裝置。（3）利用電網電流與電壓間相位關系改變的，可構成功率方向保護裝置。（4）利用電網電壓與電流的比值，即利用短路點到保護安裝處阻抗的，可構成距離保護等保護裝置。（5）利用電網輸入電流與輸出電流之差的，可構成變壓器差動保護等保護裝置。第九章配電線路保護（一）電磁式電流繼電器和電壓繼電器DL－10系列電磁式電流繼電器的內部結構1-線圈；2-電磁鐵；3-鋼舌片；4-靜觸點；5-動觸點；6-起動電流調節(jié)螺桿；7-標度盤（銘牌）；8-軸承片；9-反作用彈簧；10-軸第九章配電線路保護（二）電磁式時間繼電器電磁式時間繼電器的內部結構1-線圈；2-電磁鐵；3-可動鐵心；4-返回彈簧；5、6-瞬時靜觸點；7-絕緣件；8-瞬時動觸點；9-壓桿；10-平衡錘；11-擺動卡板；12-扇形齒輪；13-傳動齒輪；14-主動觸點；15-主靜觸點；16-標度盤；17-拉引彈簧；18-彈簧拉力調節(jié)器；19-摩擦離合器；20-主齒輪；21-小齒輪；22-掣輪；23-鐘表機構傳動齒輪第九章配電線路保護（三）電磁式信號繼電器電磁式信號繼電器在繼電保護裝置中用來發(fā)出指示信號，因此又稱指示繼電器。信號繼電器的文字符號為KS。信號繼電器觸點為自保持，即一旦動作，必須由值班人員手動復位。電磁式信號繼電器的內部結構

1-線圈；2-電磁鐵；3-彈簧；4-銜鐵；5-信號牌；6-玻璃窗孔；7-復位旋鈕；8-動觸點；9-靜觸點；10-接線端子第九章配電線路保護（四）電磁式中間繼電器電磁式中間繼電器在繼電保護裝置中用作輔助繼電器，以彌補主繼電器觸點數量或觸點容量的不足。中間繼電器文字符號為KM。1-線圈2-電磁鐵3-彈簧4-銜鐵5-動觸點6、7-靜觸點8-連接線9-接線端子10-底座第九章配電線路保護（五）感應式中間繼電器配電系統中，廣泛采用感應式電流繼電器來做過電流保護兼電流速斷保護，因為感應式電流繼電器兼有上述電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能，從而可大大簡化繼電保護裝置。感應式電流繼電器的內部結構

1-線圈；2-電磁鐵；3-短路環(huán)；4-鋁盤；5-鋼片；6-鋁框架；7-調節(jié)彈簧；8-制動永久磁鐵；9-扇形齒輪；10-蝸桿；11-扁桿；12-繼電器觸點；13-時限調節(jié)螺桿；14-速斷電流調節(jié)螺釘；15-銜鐵；16-動作電流調節(jié)插第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置一、繼電器二、配電線路繼電保護裝置根據《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：對3～66kV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。

（一）相間短路的過電流保護（二）相間短路的電流速斷保護

第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置一、繼電器二、配電線路繼電保護裝置根據《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：對3～66kV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。

（一）相間短路的過電流保護1．定時限過電流保護的組成和原理定時限過電流保護就是保護裝置的動作時間是按整定的動作時間固定不變的，與故障電流大小無關。

第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置一、繼電器二、配電線路繼電保護裝置根據《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：對3～66kV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。

（一）相間短路的過電流保護（二）相間短路的電流速斷保護

第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護1．定時限過電流保護的組成和原理2．反時限過電流保護的組成和原理3．過電流保護的整定計算4．定時限過電流保護與反時限過電流保護的比較

第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護1．定時限過電流保護的組成和原理第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護1．電流速斷保護的組成及速斷電流的整定２．電流速斷保護的整定第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護1．定時限過電流保護的組成和原理第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護2．反時限過電流保護的組成和原理反時限就是保護裝置的動作時間與故障電流大小有反比關系，故障電流越大，動作時間越短。反時限過電流保護裝置的原理電路如圖9-13所示。第二節(jié)

二、配電線路繼電保護裝置3．過電流保護的整定計算第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護3．過電流保護的整定計算

過電流保護的整定計算有動作電流整定，動作時限整定和靈敏度校驗三項內容。帶時限的過電流保護的動作電流的整定必須滿足以下兩個條件：二、配電線路繼電保護裝置（一）相間短路的過電流保護3．過電流保護的整定計算帶時限的過電流保護的動作電流的整定必須滿足以下兩個條件：第九章配電線路保護第二節(jié)配電線路保護裝置二、配電線路繼電保護裝置對于動作時限整定，定時限過電流和反時限過電流有所區(qū)別。由上所述，定時限過電流保護裝置的起動由電流繼電器完成，動作時限的實現由時間繼電器完成。保護裝置的動作時限與短路電流的大小無關，僅取決于由選擇性確定的時間繼電器的整定時間。為保證動作的選擇性，自負載側向電源側，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應比前一級線路保護的動作時限大一個時限級差Δt，如圖9-14b所示，即按階梯原則進行整定。式中，Δt為時限級差，定時限過電流保護取0.5s。第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

3．過電流保護的整定計算第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

3．過電流保護的整定計算第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置4．定時限過電流保護與反時限過電流保護的比較第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

（二）相間短路的電流速斷保護

由于其時限整定按階梯原則，從負荷端開始向電源側逐級增加一個級差△t，所以短路點越靠近電源處，短路電流越大，而保護的動作時間反而越長，這必然使短路電流的危害加重。為此，規(guī)定當過電流保護動作時間超過0.5～0.7s時，應加裝電流速斷保護配合。1．電流速斷保護的組成及速斷電流的整定

線路的定時限過電流保護和電流速斷保護電路圖第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第九章配電線路保護二、配電線路繼電保護裝置（三）單相接地保護我國3～63kV系統，特別是3～10kV系統，一般采用中性點不接地的運行方式或稱小電流接地系統。1．多線路系統單相接地分析

2．單相接地保護3．絕緣監(jiān)視裝置中性點不接地系統單相接地第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第九章配電線路保護2．單相接地保護單相接地保護又稱為零序電流保護，利用單相接地故障線路的零序電流較非故障線路大的特點，實現有選擇性地跳側或發(fā)出信號。單相接地保護的接線和工作原理如圖9-18所示。圖9-18單相接地保護的工作原理圖第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

（三）單相接地保護我國3～63kV系統，特別是3～10kV系統，一般采用中性點不接地的運行方式或稱小電流接地系統，如圖9-17所示。1．多線路系統單相接地分析

中性點不接地系統單相接地第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

3．絕緣監(jiān)視裝置絕緣監(jiān)視裝置是利用系統出現單相接地后會出現零序電壓，從而給出信號，其原理圖如圖9-19所示。系統正常運行時，三相電壓對稱，三只相電壓表讀數近似相等，開口三角形繞組兩端電壓近似為零，電壓繼電器不動作。圖9-18單相接地保護的工作原理圖第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

4．小電流接地選線技術配電網絡一般均屬于小電流接地系統，即中性點不接地或經消弧線圈接地系統。該系統最大的優(yōu)點是發(fā)生單相接地故障時，并不破壞系統線電壓的對稱性，系統可繼續(xù)運行1~2h。運行人員應該在規(guī)定時間內判定出故障線路，使之與系統隔離，以防止故障的進一步擴大?；谛‰娏鹘拥叵到y發(fā)生單相接地故障時出現零序電流及零序電壓的特點，通過檢測不同的量，就構成了技術特點不同的小電流接地選線裝置。在小電流接地系統中，正常情況下，系統三相電壓對稱平衡，三相對地電容相等。第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

當發(fā)生單相接地時，電壓互感器開口三角繞組的電壓升高3倍，在系統中用它作為啟動信號。接地線路的零序電流最大，等于所有非故障零序電流之和，相位滯后零序電壓近90°，大小與線路長度有關；而非接地線路零序電流為本身電容電流值，相位超前零序電壓近90°。在系統發(fā)生單相接地故障時通過對接地電流分析測試發(fā)現，接地線路的接地電流與容性電容分量成正比，并且5次諧波與基波特性一致。在中性點經消弧線圈接地系統中，由于消弧線圈的補償作用，使得接地線路零序電流與非接地線路零序電流相位相同，其數值大小不定，無法采用以基波幅值的方法判斷，所以應采用5次諧波作為選線的判據。在消弧線圈補償的系統中，采用電壓互感器開口電壓作為啟動信號，根據各條線路中5次諧波的幅值、相位和諧波含量等多重判據作為接地選線依據。第二節(jié)配電線路保護裝置

二、配電線路繼電保護裝置

（四）過負荷保護過負荷保護相對而言較簡單，通過檢測線路的電流來判斷線路是否出現過負荷的情況，其原理圖見圖9-20。圖9-20過負荷保護原理圖第九章配電線路保護第三節(jié)配電變壓器的保護變壓器的故障可分為內部故障和外部故障兩類。變壓器一般應裝設下列保護裝置：

(1)瓦斯保護。用來保護變壓器的內部故障，當變壓器內部發(fā)生故障，油分解產生氣體或當變壓器油面降低時，瓦斯保護動作。容量在800kVA及以上的油浸式變壓器一般都應裝設瓦斯保護；

(2)縱聯差動保護。用來保護變壓器內部及引出線套管的故障，容量在10000kVA及以上單臺運行的變壓器和容量在6300kVA及以上并列運行的變壓器，都應裝設縱聯差動保護。

(3)電流速斷保護。容量在l0000kVA以下單臺運行的變壓器和容量在6300kVA以下并列運行的變壓器，一般裝設電流速斷保護來代替縱聯差動保護。

(4)過電流保護。用來保護變壓器內部和外部的故障，作為縱聯差動保護或電流速斷保護的后備保護。

(5)過負荷保護。用來防止變壓器的對稱過負荷，因此，保護裝置只接在某一相的電路中并且動作于信號。

(6)溫度信號裝置。為了監(jiān)視變壓器的上層油溫不超過規(guī)定值(一般為85℃)而裝設。當超過油溫規(guī)定值時，溫度信號裝置動作發(fā)出信號或自動開啟變壓器冷卻風扇。第三節(jié)配電變壓器的保護一、瓦斯保護油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質的，當變壓器內部發(fā)生故障，由于短路電流所產生的電弧使變壓器的絕緣物和變壓器油分解而產生大量氣體。利用這種氣體來動作的保護裝置，稱為瓦斯保護

FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結構示意圖1—蓋；2—容器；3—上油杯；4—永久磁鐵；5—上動觸點；6—上靜觸點；7—下油杯；8—永久磁鐵；9—下動觸點；10—下靜觸點；11—支架；12—下油杯平衡錘；13—下油杯轉軸；14—擋板；15—上油杯平衡錘；16—上油杯轉軸；17—放氣閥；18—接線盒第九章配電線路保護二、差動保護

第三節(jié)配電變壓器的保護三、電流速斷保護對于容量在6300kVA及以下的變壓器，若靈敏度滿足要求時，可以采用電流速斷保護來切除變壓器部分繞組、高壓側套管及其引出線的故障。用電流速斷保護與瓦斯保護配合，即可切除變壓器高壓側及其內部的各種故障。圖9-23變壓器電流速斷保護原理接線示意圖第三節(jié)配電變壓器的保護三、電流速斷保護第四節(jié)低壓配電系統的保護

低壓配電系統常用的保護設備有熔斷器和低壓斷路器。一、熔斷器保護熔斷器是最簡單和最早采用的一種保護裝置，它可使電氣設備免遭過負荷電流和短路電流的損害。當流過電氣設備的電流大于熔斷器熔體額定電流時，熔體將被熔斷，切除故障。

二、低壓斷路器保護低壓斷路器（又稱自動開關）是一種可以接通和分斷短路電流的開關電器。對低壓斷路器的選型，一般應滿足以下要求：（1）低壓斷路器的額定電壓應不小于保護線路的額定電壓；（2）低壓斷路器的額定電流應不小于它所裝設的脫扣器額定電流；（3）低壓斷路器的類型應符合安裝處條件、保護性能及操作方式的要求；（4）低壓斷路器的斷流能力應進行校驗。第五節(jié)配電線路防雷保護與接地

一、過電壓及其分類1、雷擊過電壓，又稱為大氣過電壓

2、內部過電壓二、雷電的形成及其危害三、防雷設備四、配電設備的接地第五節(jié)配電線路防雷保護與接地

二、雷電的形成及其危害1．直擊雷過電壓2．感應雷過電壓3．雷電侵入波

雷云對建筑物放電

架空線路上的感應過電壓(a)雷云在線路上方，線路上感應束縛電荷；(b)雷云消失后，電荷在線路上形成電壓波1-雷云；2-架空線路第五節(jié)配電線路防雷保護與接地

二、雷電的形成及其危害3．雷電侵入波由于直擊雷或感應雷而產生的高電壓雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變