供配電技術(shù) 課件 5.2-3工廠高壓線路的繼電保護

工廠供配電技術(shù)02工廠高壓線路的繼電保護

由于中小型工廠的高壓線路一般不是很長(供電半徑通常不超過2km)，電壓不是很高(通常為6~10kV)，容量不是很大(總?cè)萘恳话悴怀^5000kVA)，因此中小型工廠供電系統(tǒng)的高壓線路繼電保護裝置一般比較簡單。

工廠高壓線路的相間短路保護，通常采用帶時限的過電流保護和電流速斷保護。在線路上發(fā)生各種形式的相間短路時，繼電保護裝置作用于高壓斷路器的跳閘機構(gòu)，使斷路器跳閘，切除短路故障。

由于6~10kV線路屬于小接地電流系統(tǒng)，當線路上發(fā)生單相接地故障時，只有接地電容電流，并不影響三相系統(tǒng)的正常運行，但需及時給出信號，以便提醒運行人員處理，預防進一步發(fā)展為兩相接地短路，因此需裝設絕緣監(jiān)察裝置或單相接地保護。03保護裝置的結(jié)線方式

保護裝置的結(jié)線方式是指起動繼電器與電流互感器之間的連接方式。6~10kV高壓線路的過電流保護裝置，通常采用兩相兩繼電器式和兩相一繼電器式兩種。(1)兩相兩繼電器式結(jié)線如圖(2)兩相一繼電器式結(jié)線04保護裝置的操作電源

保護裝置的操作電源是指供電給繼電保護裝置及其所作用的斷路器操動機構(gòu)的電源。對操作電源的要求，主要是它不應受供電系統(tǒng)運行情況的影響，在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，它能保證繼電保護裝置和斷路器可靠地動作，并且當斷路器合閘時有足夠的功率。操作電源分直流和交流兩大類(1)直流操作電源過去多采用鉛酸蓄電池組，現(xiàn)多采用鎘鎳蓄電池組或帶電容儲能的晶閘管整流裝置。(2)交流操作電源由于它直接利用交流供電系統(tǒng)的電源，可以取自電壓互感器、電流互感器或變電所的所用變壓器，因此投資少，運行維護方便，而且二次回路簡單可靠。1)鉛酸蓄電池組。2)鎘鎳蓄電池組。3)電容儲能的晶閘管整流裝置。常用的交流操作方式1)去分流跳閘方式。2)直接動作式。05帶時限的過電流保護帶時限的過電流保護，按其動作時間特性分，有定時限過電流保護和反時限過電流保護兩種。定時限，就是保護裝置的動作時間是固定的，與短路電流的大小無關(guān)。反時限，就是保護裝置的動作時間與反應到繼電器中的短路電流的大小成反比關(guān)系，短路電流越大，動作時間越短，所以反時限特性也稱為反比延時特性或反延時特性。05帶時限的過電流保護1.定時限過電流保護裝置的組成和動作原理組成：它由起動元件(電磁式電流繼電器)、時限元件(電磁式時間繼電器)、信號元件(電磁式信號繼電器)和出口元件(電磁式中間繼電器)等4部分組成。動作原理：當一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KA1、KA2中至少有一個瞬時動作，閉合其動合觸點，使時間繼電器KT起動。KT經(jīng)過整定的時限后，其延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器(電流型)KS和中間繼電器KM動作。KM動作后，其觸點接通斷路器的跳閘線圈YR的回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。與此同時，KS動作，其信號指示牌掉下，并接通信號回路，給出燈光和音響信號。在斷路器跳閘時，QF的輔助觸點隨之斷開跳閘回路，以減輕中間繼電器觸點的工作，在短路故障被切除后，繼電保護裝置中除KS外的其他所有繼電器均自動返回起始狀態(tài)，而KS可手動復位。05帶時限的過電流保護2.反時限過電流保護的組成和原理組成：反時限過電流保護由GL型電流繼電器組成。動作原理：兩相兩繼電器式結(jié)線的去分流跳閘的反時限過電流保護原理電路圖。當一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KA1、KA2至少有一個動作，經(jīng)過一定時限后(時限長短與短路電流大小成反比關(guān)系)，其常開觸點閉合，緊接著其常閉觸點斷開，這時斷路器跳閘線圈YR因去分流而通電，從而使斷路器跳閘，切除短路故障部分。在繼電器去分流跳閘的同時，其信號牌自動掉下，指示保護裝置已經(jīng)動作。在短路故障被切除后，繼電器自動返回，信號牌則需手動復位。06過電流保護的動作電流整定

帶時限過電流保護(包括定時限和反時限)的動作電流Iop，是指繼電器動作的最小電流。

過電流保護的動作電流整定，必須滿足下面兩個條件：1)應該躲過線路的最大負荷電流(包括正常過負荷電流和尖峰電流)IL·max，以免在最大負荷通過時保護裝置誤動作。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切除后，能可靠地返回到原始位置，避免發(fā)生誤動作。為了保證前后級保護裝置動作時間的選擇性，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，就是在后一級保護裝置所保護的線路首端(如圖5-22a中的k點)發(fā)生三相短路時，前一級保護的動作時間t1應比后一級保護中最長的動作時間t2都要大一個時間差Δt。這一時間級差Δt，應考慮到前一級保護動作時間t1可能發(fā)生負偏差，即可能提前動作一個時間Δt1；而后一級保護動作時間t2又可能發(fā)生正偏差，即可能延后動作一個時間Δt2。此外應考慮到保護的動作(特別是采用GL型電流繼電器時)還有一定的慣性誤差Δt3。為了確保前后級保護的動作選擇性，還應再加上一個保險時間△t(一般取0.1~0.15s)。因此

Δt=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4=0.5~0.7s07過電流保護的動作時間整定

帶時限的過電流保護，為了保證動作的選擇性，其整定時限必須逐級增加一個Δt，因而越靠近電源處，短路電流越大，而保護動作時限越長。這種情況對于切除靠近電源處的故障是不允許的。因此GB/T50062-2008《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定，當過電流保護的動作時限超過0.5s或0.7s時，一般應該裝設電流速斷保護。

電流速斷保護實際上就是一種瞬時動作的過電流保護。其動作時限僅僅為繼電器本身的固有動作時間，它的選擇性不是依靠時限，而是依靠選擇適當?shù)膭幼麟娏鱽斫鉀Q。

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。08電流速斷保護

由于電流速斷保護的動作電流是按躲過線路末端的最大短路電流來整定的，因此當在靠近線路末端的一段線路上發(fā)生的不一定是最大的短路電流(例如兩相短路電流)時，電流速斷保護裝置就不可能動作，也就是說電流速斷保護實際上不能保護線路的全長，這種保護裝置不能保護的區(qū)域，就稱為死區(qū)，如圖5-26所示。

09電流速斷保護的“死區(qū)”及其彌補

為了彌補速斷保護存在死區(qū)的缺陷，一般規(guī)定，凡裝設電流速斷保護的線路，都必須裝設帶時限的過電流保護。且過電流保護的動作時間比電流速斷保護至少長一個時間級差Δt=0.5~0.7s，而且前后級過電流保護的動作時間符合前面所說的階梯原則，以保證選擇性。在速斷保護區(qū)內(nèi)，速斷保護作為主保護，過電流保護作為后備保護；而在速斷保護的死區(qū)內(nèi)，過電流保護為基本保護。10單相接地保護工業(yè)企業(yè)6~10kV電網(wǎng)為小接地電流系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，如果發(fā)生單相接地故障，只有很小的接地電容電流，而相間電壓不變，因此可暫時繼續(xù)運行。但由于非故障相的電壓要升高為原對地電壓的根號3倍，所以對線路的絕緣增加了威脅，如果長此下去，可能引起非故障相對地絕緣擊穿而導致兩相接地短路，這時將引起線路開關(guān)跳閘，造成停電。為此，在6~10kV的供電系統(tǒng)中一般應裝設單相接地保護裝置或絕緣監(jiān)察裝置，用它來發(fā)出信號，通知值班人員及時發(fā)現(xiàn)和處理。10單相接地保護的原理和組成

這是一種利用零序電流互感器使繼電器動作來指示接地故障線路的保護裝置。這種保護裝置要求在6~10kV的每路出線上都裝設零序電流互感器TAN，它利用單相接地故障所產(chǎn)生的零序電流使保護裝置動作，發(fā)出報警信號。

圖中所示是電纜線路用零序電流互感器進行單相接地保護的結(jié)構(gòu)和結(jié)線。在電力系統(tǒng)正常運行及三相對稱短路時，因在零序電流互感器二次側(cè)由三相電流產(chǎn)生的三相磁通相量之和為零，即在i零序電流互感器中不會感應出零序電流，繼電器不動作。當發(fā)生單相接地時，就有接地電容電流通過，此電流在二次側(cè)感應出零序電流，使繼電器動作并發(fā)出信號。

這種單相接地保護裝置能夠較靈敏地監(jiān)察小接地電流系統(tǒng)的對地絕緣，而且從各條線路的接地保護信號可以準確判斷發(fā)生單相接地故障的線路，因此它適用于高壓出線較多的大中型工廠供電系統(tǒng)。10單相接地保護的原理和組成

這里必須強調(diào)指出，根據(jù)小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地時接地電容電流的分布特點，電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵心，否則零序電流(不平衡電流)不穿過零序電流互感器的鐵心，保護就不會動作。

架空線路的單相接地保護，一般采用由三個電流互感器同極性并聯(lián)所組成的零序電流過濾器。但一般工廠的高壓線路不長，很少采用