第七章工廠供電系統(tǒng)保護裝置

第七章工廠供電系統(tǒng)保護裝置第一頁，共56頁。

7.1保護裝置的任務(wù)與要求一、

保護裝置的任務(wù)

（1）

自動、迅速，有選擇性地將故障元件從供電系統(tǒng)中切除，保證其它非故障部分迅速恢復(fù)正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞。（2）

反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)保護裝置的性能和運行維護條件，或動作于信號（如經(jīng)常有人值班的變壓器的過負荷保護輕瓦斯保護等），或經(jīng)過一段時間不正常狀態(tài)不能自行消除時，將電路切斷（如熔斷器、自動空氣開關(guān)保護等）。第二頁，共56頁。二.保護裝置的類別

工廠供電系統(tǒng)的保護裝置有熔斷器保護、自動空氣開關(guān)保護和繼電保護。1、熔斷器保護和自動空氣開關(guān)保護，都能在過負荷和短路時動作，斷開電路，切除故障部分。2、繼電保護裝置可保護多種形式的故障和不正常工作狀態(tài)，有較好的保護性能。

第三頁，共56頁。三.

供電系統(tǒng)對保護裝置的要求（1）

選擇性

是指在故障情況下，離故障點最近的保護裝置首先動作，切斷電路。（2）

速動性

快速切除故障可以防止故障擴大，（3）可靠性保護裝置的可靠性表現(xiàn)為該動作時不應(yīng)該拒動。（4）

靈敏性

是表示保護裝置對其保護范圍內(nèi)發(fā)生的故障和不正常工作狀態(tài)反應(yīng)能力的一個特性參數(shù)。第四頁，共56頁。7.2工廠低壓配電系統(tǒng)的保護（一）

熔斷器在供電系統(tǒng)中的位置

熔斷器在供電系統(tǒng)中配置的原則，首先要滿足選擇性保護的要求。因此，對每一條分支電路，都需要配置一組熔斷器。對于由幾條分支電路組成的一個供電單元，如供給一組負荷的配電箱母線，也應(yīng)配置一組熔斷器。只有這樣才有可能將故障停電的范圍縮小到最低限度。此外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟性和運行維護的方便，使供電系統(tǒng)中配置的熔斷器數(shù)量盡可能為最少。

一、熔斷器第五頁，共56頁。（二）

熔斷器熔體電流的選擇

熔斷器具有反時限的動作特性，即電流倍數(shù)越大、動作時限越短。根據(jù)熔體材料不同，其保護特性有所差別。一般鉛錫、鋅、鋁類熔體，通過熔體的電流為額定電流的1.3—1.4倍時約1小時后熔斷；通過電流為1.5—1.6倍時，約半小時后熔斷；通過電流為2.5—3倍時，約10秒后熔斷。對于銅質(zhì)熔體，通過熔體的電流為額定電流的1.6倍時約1小時后熔斷；通過電流為1.8倍時，約半小時后熔斷；通過電流為3.5倍時，約10秒鐘后熔斷。第六頁，共56頁。

1、

照明電路熔體額定電流的選擇（1）照明支路電路熔體額定電流應(yīng)大于或等于該支路的實際最大工作電流，但應(yīng)小于支路中最小導(dǎo)線截面的安全電流。IZX>IRE>IG（2）照明總電路

熔體的額定電流應(yīng)按電度表額定電流的0.9—1倍進行選擇IRE=(0.9-1)IDE第七頁，共56頁。

2、

電動機電路熔體額定電流的選擇

感應(yīng)電動機的起動電流一般達額定電流的4—7倍，但電動機起動后電流隨轉(zhuǎn)速上升而減少。（1）單臺電動機電路按1.5-3倍額定電流進行選擇。（2）多臺電動機電路總?cè)垠w的額定電流按容量最大的一臺電動機的額定（不考慮頻繁起動的情況），其它電動機處于額定狀態(tài)運行的條件進行選擇。

第八頁，共56頁。（三）

熔斷器之間的選擇性配合

當供電電路中有幾個容斷器串聯(lián)，應(yīng)考慮到各級熔斷器的選擇性配合，即靠近故障點的熔斷器最先熔斷，切斷故障部分，使系統(tǒng)其它部分迅速恢復(fù)正常運行。同一短路電流通過幾個熔斷器，使其按不同的時間分先后熔斷的唯一方法是選用不同額定電流的熔體。上一熔斷器根據(jù)標準特性曲線查處的熔斷器時間至少應(yīng)為后一級熔斷器根據(jù)標準特性曲線查出的熔斷時間的3倍。

t1>3t2第九頁，共56頁。（四）

熔斷器保護與導(dǎo)線或電纜之間的配合

為了使熔斷器在電力線路短路或過負荷時有效地保護導(dǎo)線與電纜，不致因過熱而損壞絕緣甚至起火燃燒，還要求熔斷器與導(dǎo)線或電纜之間有合理的配合。

1、

熔斷器只在短路情況下對導(dǎo)線或電纜進行保護而不考慮過負荷時，其配合條件應(yīng)滿足

IRE〈KGIYX

2、熔斷器不僅保護短路，對一些有可能長期過負荷的電力線路，必須保護過負荷時，其配合條件應(yīng)滿足

IRE〈0.8IYX

第十頁，共56頁。

（一）低壓斷路器在低壓系統(tǒng)中的配置

1、低壓斷路器單獨使用的方式：在低壓斷路器的電源側(cè)加裝一個隔離用的刀閘開關(guān)。2、低壓斷路器與交流接觸器配合使用的方式：適用于操作頻繁的電路。3、低壓斷路器與熔斷器配合使用的方式：熔斷器作短路保護，低壓斷路器作過負荷保護。二、低壓斷路器保護第十一頁，共56頁。

（二）低壓斷路器脫扣器的選擇與整定1、型號的選擇：A、保護短路時，采用電磁脫扣器B、保護過負荷時，采用熱脫扣器C、兩者都保護時，采用復(fù)式脫扣器2、額定電流的選擇：脫扣器的額定電流IZ必須大于線路中的計算電流IJS3、脫扣器動作電流的整定：整定的動作電流應(yīng)躲過線路中可能出現(xiàn)的尖峰電流。第十二頁，共56頁。（三）低壓斷路器之間的選擇性配合一般要求前一級的脫扣電流應(yīng)比后一級的脫扣電流大一級以上。（四）低壓斷路器保護與導(dǎo)線或電纜之間的配合滿足以下條件：IZZ<KGIYXIZZ：低壓斷路器脫扣器的整定電流（A）IYX：導(dǎo)線或電纜按發(fā)熱條件的最大允許電流（A）KG：導(dǎo)線或電纜的允許短時過負荷系數(shù)第十三頁，共56頁。7.3操作電源、保護繼電器和自動裝置（一）

操作電源的定義在工廠變配電系統(tǒng)中，高壓斷路器的合閘回路、跳閘回路、控制回路、信號回路、保護回路以及繼電保護裝置中的操作回路等所需要的電源稱為操作電源。

一、操作電源第十四頁，共56頁。（二）

操作電源的分類

分為交、直流兩大類。常用的有以下幾種：（1）蓄電池組直流操作電源。（2）硅整流電容儲能直流操作電源。（3）復(fù)式整流裝置。（4）由電流或電壓互感器及所用變壓器供電的交流操作電源。第十五頁，共56頁。

（一）電磁式電流繼電器和電壓繼電器

（二）電磁式時間繼電器

（三）電磁式中間繼電器

（四）電磁式信號繼電器

（五）感應(yīng)式電流繼電器

二、常用繼電器的結(jié)構(gòu)和作用第十六頁，共56頁。三、備用電源自動投入裝置

（一）備用電源自動投入裝置的作用及基本要求1、作用：備用電源自動投入裝置就是當正常供電電源因發(fā)生故障而終斷供電后，自動而迅速地將備用電源投入工作或?qū)⒇摵汕袚Q至備用電源，以保證不間斷供電的一種裝置，簡稱BZT。其作用是提高供電的可靠性。工廠變電所中的備用電源自動投入裝置，多用在備用線路、備用變壓器及母線分段開關(guān)上。第十七頁，共56頁。2、對備用電源的基本要求：

（1）工作母線不論什么原因失去電壓后，BZT都應(yīng)迅速動作。（2）BZT裝置應(yīng)在工作電源確已斷開，且備用電源具有足夠高的電壓時才允許動作。（3）BZT只允許動作一次。（4）當電壓互感器任何一個熔斷器熔斷時，BZT裝置不應(yīng)動作。第十八頁，共56頁。

3、為滿足要求，應(yīng)采取的措施（1）在備用電源或母聯(lián)斷路器的合閘回路中，串聯(lián)工作電源斷路器的常閉輔助接點。（2）采用兩只低電壓繼電器并將接點串聯(lián)使用，防止一相電壓互感器的熔斷器熔斷時發(fā)生誤動作。（3）對工作電源除裝設(shè)正常的保護裝置外，一般還裝設(shè)帶時限的低電壓保護作為控制BZT裝置的起動環(huán)節(jié)。（4）在備用電源斷路器或母聯(lián)斷路器上，裝設(shè)瞬時動作的過電流保護。第十九頁，共56頁。（一）自動重合閘的作用及對它的要求1、自動重合閘的作用架空線路是供用電系統(tǒng)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)生故障的機會較多。當架空線路發(fā)生故障，由保護裝置動作將斷路器跳閘后，能夠經(jīng)一定時限使斷路器自動再投入的裝置，通常稱為自動重合閘裝置。簡稱ZCH裝置。自動重合閘裝置的作用：是當架空線路故障跳閘后，自動將斷開的斷路器重新進行合閘，若故障屬暫時性的，則合閘成功，供電不會中斷，若故障屬永久性的，則由保護裝置再次將斷路器跳閘不再重合。四、自動重合閘裝置第二十頁，共56頁。（二）對自動重合閘裝置的要求

（1）在滿足故障點絕緣的恢復(fù)，斷路器滅弧能力的恢復(fù)及機械上的恢復(fù)要求時，應(yīng)盡快動作，以減少停電時間。（2）對架空線路只重合一次。對全部是電纜的線路，不采用自動重合閘裝置。（3）手控跳閘時，自動重合閘不應(yīng)動作。手控合閘時，斷路器遇故障而跳閘后不應(yīng)該進行重合。

第二十一頁，共56頁。（三）自動重合閘裝置與繼電保護的配合自動重合閘裝置與繼電保護的配合，有自動重合閘裝置動作后加速保護動作（后加速）和自動重合閘裝置動作前加速保護動作（前加速）兩種方式。1、后加速自動重合閘2、前加速自動重合閘第二十二頁，共56頁。7.4

工廠繼電保護裝置

一、繼電保護的基本原理和分類1、繼電保護的基本工作原理供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，電氣量的變化突出地表現(xiàn)為A、電流增大—過電流保護B、電壓降低—低電壓保護C、電壓和電流之間相位角發(fā)生變化—阻抗保護2、繼電保護裝置的組成：測量部分、比較部分及執(zhí)行部分第二十三頁，共56頁。A、按操作電源的性質(zhì)不同：直流操作和交流操作B、按動作時限區(qū)分：定時限保護和反時限保護C、按保護裝置所反映的物理量不同分：過電流保護、低電壓保護、差動保護、瓦斯保護、距離保護D、按組成繼電保護裝置的元件不同分：電磁式保護和晶體管保護兩類。3、繼電保護裝置的分類：第二十四頁，共56頁。二、電流保護的接線形式電流保護的接線方式：是指電流繼電器與電流互感器的連接方式。常用的接線方式有以下三種：1、三只繼電器三相完全星形接線2、兩只電流互感器不完全星形接線3、兩只單相電流互感器電流差式接線。4、接線系數(shù)KJX=IJ/I2第二十五頁，共56頁。三、常用的繼電器及型號的意義1、DL-10系列電磁式電流繼電器2、DS系列電磁式時間繼電器3、DZ系列電磁式中間繼電器4、DX系列信號繼電器5、GL系列感應(yīng)型電流繼電器第二十六頁，共56頁。四、交流操作的反時限電流保護

當前在1０kv及以下的工廠變電所中，廣泛地采用交流操作的反時限電流保護作為進線與變壓器的保護。

第二十七頁，共56頁。（一）

交流操作的反時限電流保護的接線型式

１、常開式反時限電流保護常開式反時限電流保護是利用速飽和變流器向跳閘線圈供電的保護方式。２、常閉式反時限電流保護常閉式反時限電流保護又叫分流式電流保護，是利用電流繼電器的常閉觸點分流跳閘線圈的接線方式。第二十八頁，共56頁。（二）過流保護起動電流的整定

帶時限的過電流保護的起動電流Iqd必須滿足以下兩個條件：（1）

電流繼電器的起動電流應(yīng)躲過線路的最大負荷電流IZd,以免在最大負荷電流通過時保護裝置誤動作。（2）電流繼電器的返回電流If,必須大于最大負荷電流IZd,以免發(fā)生短路時，靠近故障點的那一級保護已經(jīng)動作跳閘，切除了故障，但上一級保護裝置不能返回而誤跳閘。

第二十九頁，共56頁。（三）過流保護的配合1、反時限電流保護與定時限電流保護的配合根據(jù)繼電保護選擇性的要求，上、下兩級保護除在起動值上進行配合外，在動作時間級差Δt，在有反時限保護的配合中，一般取Δt=0.7S2、兩級反時限保護的配合當兩級都采用反時限過電流保護時，為了使上、下級相互配合，應(yīng)使兩級保護的反時限特性曲線各點上都能保持Δt〉0.7S的時限級差。第三十頁，共56頁。7.5控制和信號回路一、

高壓斷路器的控制回路1、控制回路的定義和分類（1）定義：控制回路也稱操作回路，變電所內(nèi)對斷路器的分、合閘控制，是通過控制回路實現(xiàn)的。（2）分類：按操控的地點（操作開關(guān)安裝的位置）不同，可分為就地操控和集中操控兩種；按操控的方式不同，可分為按對象分別操控和選線操控。

第三十一頁，共56頁。2、對控制回路的基本要求

（1） 斷路器的合、分閘線圈是按短時通電設(shè)計制造的，在完成操作后，應(yīng)立即自動斷開。（2） 控制回路接線不僅要滿足手控分、合閘的要求，而且當繼電保護或自動裝置動作時，應(yīng)能實現(xiàn)自動分、合閘的要求。應(yīng)具有防止斷路器跳躍的機械閉鎖或電氣閉鎖裝置。（3） 應(yīng)具有防止斷路器跳躍的機械閉鎖或電氣閉鎖裝置。（4） 應(yīng)有反應(yīng)斷路器位置（分閘或合閘）的位置信號，以及反應(yīng)由斷電保護、自動裝置而使斷路器分閘或合閘的信號裝置。（5） 應(yīng)有監(jiān)視斷路器的跳閘或合閘回路是否完好的監(jiān)視信號第三十二頁，共56頁。3、

控制回路中的切換開關(guān)

斷路器按對象分別控制的控制開關(guān)有控制按鈕和轉(zhuǎn)動切換開關(guān)兩類。第三十三頁，共56頁。4、

音響監(jiān)視控制回路

（1） 合閘過程（2） 跳閘過程（3） 控制回路監(jiān)視（4） “防跳躍”裝置（5） 閃光裝置第三十四頁，共56頁。二、

變電所的信號裝置1、變電所的信號分類及作用變電所的信號分為位置（狀態(tài)）信號、事故信號和預(yù)告信號三種。位置信號裝置一般裝在配電盤上的控制開關(guān)和摸擬母線附近。事故信號裝置：斷路器事故跳閘時，一般發(fā)出音響和閃光兩種信號。音響信號（電笛或蜂鳴器）為全所公用，閃光信號一般分散與斷路器的位置信號供用。第三十五頁，共56頁。預(yù)告信號裝置：當電氣設(shè)備運行不正常時，一方面發(fā)出電鈴音響（全所供用），一方面點亮相應(yīng)的光字牌。預(yù)告信號分為瞬時預(yù)告信號和延時預(yù)告信號兩種。中央信號裝置：中央信號裝置由集中事故信號裝置和集中預(yù)告信號裝置兩部分組成。第三十六頁，共56頁。

2、事故信號裝置當前普遍應(yīng)用的事故音響信號有兩種：集中撤除不重復(fù)動作的方式和集中撤除能重復(fù)動作的方式。（1）集中撤除不重復(fù)動作的事故音響信號裝置（2）集中撤除能重復(fù)動作的事故音響信號裝置的主要元件，是實現(xiàn)音響信號重復(fù)動作的沖擊繼電器。第三十七頁，共56頁。

3、預(yù)告信號裝置第三十八頁，共56頁。一變壓器的繼電保護（一）變壓器的主要故障及保護裝置1、變壓器常見的故障有：相間短路、匝間或?qū)娱g短路、單相接地短路等；常見的不正常狀態(tài)包括：過負荷、溫升過高以及油面下降等。7.6工廠供電系統(tǒng)保護裝置的選擇第三十九頁，共56頁。2、變壓器應(yīng)裝設(shè)以下幾種保護裝置：

（1）過電流保護和速斷保護：反映變壓器外部故障的保護裝置。（2）瓦斯保護：反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障和油面降低的保護裝置。（3）縱聯(lián)差動保護：反應(yīng)變壓器套管、引線及內(nèi)部故障的保護裝置。（4）過負荷及溫度保護：反應(yīng)因過負荷而引起的過電流及變壓器上層油溫超過規(guī)定值的保護裝置。

第四十頁，共56頁。（二）變壓器的過電流保護及速斷保護

1、變壓器的過電流保護對容量在1000kW以上、電壓為35/6-10KVy/Δ接線的變壓器，可采用直流操作的兩相式定時限過電流保護裝置，

第四十一頁，共56頁。2、變壓器的電流速斷保護帶時限的過電流保護雖然也能保護變壓器的內(nèi)部短路，但時限過長。當過電流保護整定的時限超過0.5s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護，作為保護變壓器高壓套管及原繞組內(nèi)部故障的快速動作的主保護。電流速斷保護由瞬時動作的電流繼電器構(gòu)成。

第四十二頁，共56頁。（三）變壓器的瓦斯保護

當油浸式電力變壓器的油箱內(nèi)部發(fā)生短路故障時，由于變壓器油和其它絕緣材料受熱而產(chǎn)生氣體。根據(jù)油箱內(nèi)氣體的變化反應(yīng)出的變壓器內(nèi)部故障情況而制成的保護裝置，稱為瓦斯保護。它是保護變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護裝置。工廠變配電系統(tǒng)中采用的瓦斯繼電器的型式有三種，即浮筒式、檔板式及復(fù)合式.第四十三頁，共56頁。（四）變壓器縱聯(lián)差動保護變壓器縱聯(lián)差動保護是利用變壓器一次和二次電流進行比較而構(gòu)成的保護裝置。1、變壓器縱聯(lián)差動保護的工作原理變壓器縱聯(lián)差動保護，由裝設(shè)在變壓器高、低兩側(cè)的電流互感器和接在兩個電流臂之間的差動繼電器組成，2、不平衡電流的產(chǎn)生與補償方法

第四十四頁，共56頁。2、不平衡電流的產(chǎn)生與補償方法

由于變壓器在結(jié)構(gòu)和運行中所具有的特點，使繼電器有較大的不平衡電流通過，尤其是在發(fā)生穿越性故障時，不平衡電流更大。產(chǎn)生不平衡電流的原因有：（1）由于變壓器一、二次側(cè)的額定電壓和額定電流不同，（2）

變壓器的接線組別不同，一、二次電流相位不同，（3）

變壓器空載合閘或外部短路后電壓恢復(fù)時，在一次側(cè)會出現(xiàn)一個很大的激磁涌流。（4）變壓器運行中因調(diào)壓而改變變比。第四十五頁，共56頁。3、減少或躲開不平衡電流的措施

1）

相位補償

2）采用FB-1型速飽和變流器3）采用帶短路線圈的速飽和變流器的BCH-2型差動繼電器或采用帶制動線圈的速飽和變流器的BCH-4型差動繼電器。第四十六頁，共56頁。二高壓電動機的繼電保護

（一）高壓電動機保護的主要故障及保護裝置高壓電動機的主要故障有定子繞組相間短路、匝間短路及單相接地等。常見的不正常狀態(tài)是電動機過負荷。對2000kW以下的高壓電動機相間短路故障，常利用電流速斷保護作為主要保護。第四十七頁，共56頁。

電動機過負荷保護可以作用于信號，也可以作用與跳閘，視具體情況而定。當過負荷保護只動作于信號時，可只在一相上裝設(shè)繼電器。如果用來切除電動機，則常與保護短路的電流速