供配電技術(shù) 第7章 供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)

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

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

2023/2/53線路過(guò)電流保護(hù)原理示意圖

2023/2/547.1.2

繼電保護(hù)裝置的任務(wù)和基本要求

繼電保護(hù)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(yùn)行狀態(tài)能動(dòng)作于斷路器跳閘或起動(dòng)信號(hào)裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)的一種自動(dòng)裝置2023/2/551.繼電保護(hù)裝置的任務(wù)（1）故障時(shí)跳閘

在供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能自動(dòng)地、迅速地、有選擇性地動(dòng)作，是對(duì)應(yīng)的斷路器跳閘，切除故障部分，恢復(fù)其他無(wú)故障部分的正常運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便提醒值班人員檢查，及時(shí)消除故障。（2）異常狀態(tài)發(fā)出報(bào)警信號(hào)

在供電系統(tǒng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)，如過(guò)負(fù)荷或有故障苗頭時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒值班人員注意并及時(shí)處理，以免發(fā)展為故障。

2023/2/562．繼電保護(hù)裝置的基本要求根據(jù)繼電保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，它必須滿足以下4個(gè)基本要求：即選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性。（1）選擇性繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性是指在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只使電源一側(cè)距離故障點(diǎn)最近的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，通過(guò)開(kāi)關(guān)電器將故障部分切除，而非故障部分仍然正常運(yùn)行。

繼電保護(hù)裝置動(dòng)作選擇性示意圖

2023/2/57

（2）速動(dòng)性

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

可以防止故障范圍擴(kuò)大加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)過(guò)程使電壓降低的時(shí)間縮短有利于電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。速動(dòng)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(hù)裝置在其所規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時(shí)，一定要準(zhǔn)確動(dòng)作，即在應(yīng)該動(dòng)作時(shí)，就應(yīng)該動(dòng)作（不能拒動(dòng)）；其他非故障設(shè)備的保護(hù)裝置（即故障或不正常工作狀態(tài)發(fā)生地點(diǎn)不屬于其保護(hù)范圍）則一定不應(yīng)動(dòng)作，即在不應(yīng)該動(dòng)作時(shí)，不能誤動(dòng)。供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)。2023/2/59（4）靈敏性靈敏性是指保護(hù)裝置在其保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。所謂反應(yīng)能力是用繼電保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)（靈敏度）來(lái)衡量。如果保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時(shí)地反應(yīng)動(dòng)作，則說(shuō)明保護(hù)裝置的靈敏度高。繼電保護(hù)裝置的靈敏度是用被保護(hù)電氣設(shè)備故障時(shí)，通過(guò)保護(hù)裝置的故障參數(shù)與保護(hù)裝置整定的動(dòng)作參數(shù)來(lái)判斷，該比值稱(chēng)為靈敏系數(shù)，稱(chēng)靈敏度，用SP表示。對(duì)于過(guò)電流保護(hù)裝置，其靈敏系數(shù)SP為一次側(cè)動(dòng)作電流2023/2/5107.2電流保護(hù)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(jī)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(guò)量繼電器和欠量繼電器，如過(guò)電流繼電器、欠電壓繼電器；

按繼電器在保護(hù)裝置中的功能劃分有：起動(dòng)繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)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(hào)如圖6.4所示，電流繼電器的文字符號(hào)為KA。

返回系數(shù)

返回電流

動(dòng)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(xì)，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號(hào)用KV表示。有過(guò)電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種。過(guò)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(dòng)作電壓

最大殘余電壓

2023/2/513

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

延時(shí)范圍均為0.1～9s。2023/2/5144．電磁式信號(hào)繼電器信號(hào)繼電器在繼電保護(hù)裝置中用于發(fā)出指示信號(hào)，表示保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)接通信號(hào)回路，發(fā)出燈光或者音響信號(hào)。圖6.6所示是其內(nèi)部接線和圖形符號(hào)。信號(hào)繼電器的文字符號(hào)為KS。電流型和電壓型電流型信號(hào)繼電器串聯(lián)接入二次電路，電壓型信號(hào)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(hù)裝置中用于彌補(bǔ)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(hào)如圖6.7所示。文字符號(hào)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(hào)如圖6.8所示。感應(yīng)式電流繼電器有兩個(gè)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(hù)在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時(shí)，線路上的電流劇增。為了具有選擇性，過(guò)電流保護(hù)通常應(yīng)有一定的時(shí)限。按動(dòng)作的時(shí)限特性，過(guò)電流保護(hù)裝置分為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。1.定時(shí)限過(guò)電流電流保護(hù)所謂定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)就是保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限一定，且不隨流過(guò)保護(hù)裝置電流大小的變化而變化。

2023/2/518兩相式定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)裝置的原理接線圖2023/2/5192.反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)：是保護(hù)裝置動(dòng)作的時(shí)限是變化的，且隨流過(guò)保護(hù)裝置電流大小的變化而成反時(shí)限的變化。即通過(guò)保護(hù)裝置的故障電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短；故障電流越小，動(dòng)作時(shí)間就長(zhǎng)。

2023/2/5203.

過(guò)電流保護(hù)的整定

（1）過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定

帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)裝置（包括定時(shí)限和反時(shí)限）的動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)線路正常運(yùn)行時(shí)流經(jīng)本線路的最大負(fù)荷電流，其保護(hù)裝置的返回電流也必須躲過(guò)線路的最大負(fù)荷電流。動(dòng)作電流的整定計(jì)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(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限的整定和配合

①定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定和配合前一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t1應(yīng)比后一級(jí)保護(hù)中的動(dòng)作時(shí)間t2要大一個(gè)時(shí)間△t。。即式中t1=t2+△t，△t一般取0.5秒。

2023/2/522②反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定和配合由于GL型電流繼電器的時(shí)限調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是按10倍動(dòng)作電流的時(shí)間來(lái)標(biāo)度的；反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，要根據(jù)前后兩級(jí)保護(hù)的GL型繼電器的動(dòng)作曲線來(lái)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(hù)線路越靠近電源，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限超長(zhǎng)，而短路電流越大，危害也越大，這是過(guò)電流保護(hù)的不足。GB50062-92規(guī)定，當(dāng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限超過(guò)0.5～0.7s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。電流速斷保護(hù)裝置的原理接線圖

速斷電流

2023/2/5247.3.2.

單相接地保護(hù)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，將產(chǎn)生很大的短路電流，一般能使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切除故障部分。單相接地保護(hù)原理圖

2023/2/525（2）絕緣監(jiān)視裝置當(dāng)變電所出線回路較少或線路允許短時(shí)停電時(shí)，可采用無(wú)選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護(hù)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(diǎn)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(guò)負(fù)荷保護(hù)一般只有經(jīng)常發(fā)生過(guò)負(fù)荷的電纜線路，才裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，原理如圖所示。由于過(guò)負(fù)荷電流對(duì)稱(chēng)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)采用單相式接線，并和相間保護(hù)共用電流互感器。線路過(guò)負(fù)載保護(hù)原理接線圖

過(guò)負(fù)荷保護(hù)

2023/2/5277.4

電力變壓器保護(hù)

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

2023/2/5282.

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

變壓器電流速斷保護(hù)原理接線圖

2023/2/5293.

變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)的組成、工作原理與線路過(guò)負(fù)荷保護(hù)的組成、工作原理完全相同，動(dòng)作電流整定計(jì)算公式與線路過(guò)負(fù)荷保護(hù)基本相同；變壓器一次側(cè)的額定電流ITN1動(dòng)作時(shí)間取10～15s。2023/2/5304.變壓器差動(dòng)保護(hù)(重點(diǎn))

變壓器的差動(dòng)保護(hù)：主要用來(lái)保護(hù)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(lái)保護(hù)變壓器內(nèi)的匝間短路，其保護(hù)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(dòng)保護(hù)的單相原理電路

2023/2/531變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器兩側(cè)電流互感器安裝地點(diǎn)之間的區(qū)域。保護(hù)反應(yīng)靈敏，動(dòng)作無(wú)限時(shí)。變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)滿足以下三個(gè)條件：應(yīng)躲過(guò)變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流，即應(yīng)躲過(guò)變壓器勵(lì)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(fù)荷時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)

2023/2/5322.

變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)變壓器的過(guò)負(fù)荷一般都是三相對(duì)稱(chēng)的，過(guò)負(fù)荷保護(hù)只需要在一相上裝一個(gè)電流繼電器。過(guò)負(fù)荷時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，經(jīng)時(shí)間繼電器一定延時(shí)，接通信號(hào)繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器額定一次電流來(lái)整定，其計(jì)算公式為：2023/2/5337.5電力電容器的保護(hù)

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(hù)方式

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

2.

電容器組的不正常運(yùn)行及其保護(hù)方式

（1）電容器組的過(guò)負(fù)荷電容器過(guò)負(fù)荷是由系統(tǒng)過(guò)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(zhǎng)期運(yùn)行

（3）電容器組失壓電容器端子上殘余電壓又沒(méi)有放電到0.1倍的額定電壓

2023/2/5352.

電容器組的不正常運(yùn)行及其保護(hù)方式常用的保護(hù)方式有零序電壓保護(hù)電壓差動(dòng)保護(hù)中性點(diǎn)不平衡電流不平衡電壓保護(hù)橫差保護(hù)等。

2023/2/5367.7高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型定子繞組的相間短路是電動(dòng)機(jī)最嚴(yán)重的故障，它會(huì)引起時(shí)機(jī)本身的嚴(yán)重?fù)p壞；單相接地對(duì)電機(jī)的危害程度取決于供電網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)的接地方式；電動(dòng)機(jī)的不正常狀態(tài)，主要是過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；

2023/2/5377.7.2電動(dòng)機(jī)的相間短路保護(hù)1.電流速斷保護(hù)電動(dòng)機(jī)的電流速斷保護(hù)通常用兩相式接線

電流速斷的動(dòng)作電流可按下式計(jì)算：

可靠系數(shù)

電動(dòng)機(jī)的電流速斷保護(hù)原理圖

接線系數(shù)

2023/2/5382.

縱差保護(hù)

在小接地電流系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的縱差保護(hù)可采用由兩個(gè)電流互感器和兩個(gè)差動(dòng)繼電器的兩相式接線保護(hù)裝置瞬時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘電動(dòng)機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)原理接線圖

2023/2/539

7.7.3電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)作為過(guò)負(fù)荷保護(hù)，一般可采用一相一繼電器式的接線。過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲開(kāi)電動(dòng)機(jī)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(shí)間繼電器、信號(hào)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(dòng)性、可靠性和靈敏性是繼電保護(hù)裝置的四個(gè)基本要求。3.過(guò)電流保護(hù)裝置分為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，當(dāng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限超過(guò)0.5～0.7s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。2023/2/5414.單相接地保護(hù)利用線路單相接地時(shí)的零序電流較系統(tǒng)其他線路單相接地時(shí)的零序電流大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有選擇性的單相接地保護(hù)，因此又稱(chēng)零序電流保護(hù)。當(dāng)變電所出線回路較少或線路允許短時(shí)停電時(shí)，可采用無(wú)選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護(hù)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(hù)主要包括：過(guò)電流保護(hù)、速斷保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。2023/2/5