第6章 中壓系統(tǒng)繼電保護(hù)

1、第6章 中壓系統(tǒng)繼電保護(hù) 1）繼電保護(hù)的主要目的，是避免系統(tǒng)因故障而發(fā)生不可逆的損壞，并限制故障的影響范圍。 2）一個(gè)系統(tǒng)能否承受故障能量的沖擊，不僅取決于故障形式與強(qiáng)度，還取決于保護(hù)措施的效果。第1節(jié) 故障與保護(hù)6.1.1 故障與不正常運(yùn)行狀態(tài) 故障：發(fā)生了損壞系統(tǒng)或中斷工作的事件。 不正常運(yùn)行狀態(tài)：已有損壞系統(tǒng)或中斷工作的跡象、但還不至于立刻產(chǎn)生后果的事件。 在不致引起混淆時(shí)，有時(shí)統(tǒng)稱“故障”。6.1.2 保護(hù)的目的、種類與要求 1、目的 對不正常運(yùn)行狀態(tài)：發(fā)出警告，提示排出故障苗頭，或進(jìn)行一些自動(dòng)操作來糾正不正常運(yùn)行狀態(tài)。 對已發(fā)生的故障，及時(shí)切除，以避免系統(tǒng)受到損壞，同時(shí)保證系統(tǒng)非故障

2、部分正常運(yùn)行。 2、種類 以上幾種繼電保護(hù)分類方法經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，一定不能混淆。 例：“用電流速斷保護(hù)作變壓器短路保護(hù)的主保護(hù)”，就用到了按保護(hù)自身特征、按被保護(hù)對象、按故障和按地位四種標(biāo)準(zhǔn)的分類。 例：術(shù)語“過電流保護(hù)”，既可能是按故障的分類，也可能是按保護(hù)自身特征的分類。 3、基本要求四性 1）可靠性：不誤動(dòng)、不拒動(dòng)。 2）快速性：盡快切除故障。 3）選擇性：只切除故障元件。 4）靈敏性：對保護(hù)范圍內(nèi)最小強(qiáng)度故障也能感知。 6.1.3 保護(hù)的核心技術(shù) 保護(hù)的核心技術(shù)是故障判別判別是否發(fā)生了故障、發(fā)生了何種故障、何處發(fā)生了故障。 故障判別的依據(jù)：正常與故障狀況下，某些電氣參量在量值、特征或組合

3、特性上的差異。 對差異的要求：顯著性、特異性。 第2節(jié) 保護(hù)用繼電器簡介 繼電器是一種二次系統(tǒng)器件，是繼電保護(hù)的核心元件。 6.2.1 概述 1、對保護(hù)用繼電器的認(rèn)識(shí) 繼電器可分為測量繼電器和有/無繼電器。 1）從功能角度理解，是一種測量和邏輯元件。 （1）輸入：被判斷的對象，一般為模擬量。 （2）輸出：判斷的結(jié)果，一般為數(shù)字量。 （3）整定值：判斷的依據(jù)，又稱動(dòng)作值。繼電器輸入輸出整定 2）從電路的角度理解。基本的繼電器是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)。 （1）輸入端口，又稱線圈，有高阻（電壓線圈）與低阻（電流線圈）之分。繼電器輸入端口輸出端口輸出觸點(diǎn)輸入線圈 （2）輸出端口，又稱觸點(diǎn)，有多種形式，基本的有

4、動(dòng)斷與動(dòng)合兩種。 2、繼電器的動(dòng)作 厘清以下3組術(shù)語的區(qū)別與聯(lián)系： 吸合與釋放 閉合與斷開 動(dòng)作與返回 吸合：電磁系統(tǒng)銜鐵（動(dòng)舌片）因電磁力吸引作用增大而產(chǎn)生動(dòng)作。 釋放：電磁系統(tǒng)銜鐵（動(dòng)舌片）因電磁力吸引作用減小而回復(fù)到原始狀態(tài)的動(dòng)作。 閉合/斷開是針對輸出回路（觸點(diǎn)）而言的。 繼電器因輸入?yún)⒘吭竭^整定值而發(fā)生觸點(diǎn)狀態(tài)的變化，叫做繼電器動(dòng)作。 輸入?yún)⒘恐鼗卣ㄖ狄詢?nèi)而發(fā)生觸點(diǎn)狀態(tài)的變化，稱為繼電器返回。 3、繼電器整定 繼電器的動(dòng)作值屬于本構(gòu)參數(shù)，雖可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但一旦調(diào)整確定后，就成為繼電器本身的特性，不隨運(yùn)行狀態(tài)更改。 確定繼電器動(dòng)作值的過程，叫做繼電器的整定。 6.2.2 電磁

5、式繼電器原理結(jié)構(gòu)與特性輸入線圈輸出觸點(diǎn)1234675M電磁力矩動(dòng)作特性電磁力矩返回特性彈簧力矩動(dòng)作與返回特性M 繼電特性：一旦動(dòng)作，絕不回頭；動(dòng)作完畢，狀態(tài)穩(wěn)定。 繼電器的傳輸特性滯回特性 表示滯回環(huán)特性的一個(gè)重要參數(shù)是返回系數(shù)Kre。IoIIiIoiI返回特性動(dòng)作特性reIIop繼電器oprereIIK 式中，Iop為動(dòng)作電流，Ire為返回電流。一般電磁式過電流繼電器為0.87左右。機(jī)電型保護(hù)繼電器機(jī)電型保護(hù)繼電器文字符號(hào)：文字符號(hào)： K，KA圖形符號(hào)：圖形符號(hào)：I輸入線圈輸入線圈輸出輸出觸點(diǎn)觸點(diǎn)動(dòng)合動(dòng)合觸點(diǎn)觸點(diǎn)動(dòng)斷動(dòng)斷觸點(diǎn)觸點(diǎn)電磁式電流繼電器實(shí)物圖片電磁式電流繼電器實(shí)物圖片電磁線圈電磁線圈

6、及電磁鐵及電磁鐵動(dòng)靜觸點(diǎn)動(dòng)靜觸點(diǎn)6.2.3 感應(yīng)式反時(shí)限繼電器簡介 1、功能與原理結(jié)構(gòu)反時(shí)限部分輸入電流速斷部分整定機(jī)構(gòu)+輸出觸點(diǎn)狀態(tài)231一個(gè)組合繼電器，由反時(shí)限和速斷部分組成。兩部分各自的判斷結(jié)果以邏輯“或”運(yùn)算作為繼電器的輸出。 整定機(jī)構(gòu)共有三個(gè)整定值兩個(gè)電流整定值，一個(gè)時(shí)間整定值。第3節(jié) 電流保護(hù)裝置的工作原理與接線方式 6.3.1 工作原理 保護(hù)裝置屬于二次系統(tǒng)，一般由以下幾個(gè)功能單元構(gòu)成。測量部分邏輯部分執(zhí)行部分輸入一次系統(tǒng)參量 測量部分以測量繼電器整定值為依據(jù)，以邏輯判斷的形式給出對一次參量測量結(jié)果。 邏輯部分由測量繼電器的輸出開始，到發(fā)出動(dòng)作指令為止，包括邏輯運(yùn)算、延時(shí)等。 執(zhí)

7、行部分驅(qū)動(dòng)開關(guān)跳閘，或發(fā)出信號(hào)。TA2TA1YRKMKSKTKA2KA1-信號(hào)+L3L1L2QFQF-KA2KA1TA2TA1KTKMYRKSKA1KA2KTKMQFFUKS信號(hào)集中表示法分開表示法直流操作的繼電保護(hù)測量部分邏輯部分執(zhí)行部分TA1TA2KA1KA1KA2KA2YCT1YCT2KA1KA2交流操作的繼電保護(hù)6.3.2 互感器與繼電器的接線方式 （1）一次系統(tǒng)上互感器的設(shè)置及其相互連接； （2）測量繼電器的設(shè)置及其相互連接； （3）互感器二次繞組與測量繼電器輸入回路間的相互連接。 一次系統(tǒng)電氣參量進(jìn)入繼電保護(hù)裝置的路徑： 一次系統(tǒng)線路或母線 互感器一次繞組 互感器二次繞組 測量繼電

8、器輸入線圈 1、接線系數(shù)K 表明進(jìn)入繼電器的電流IR與互感器二次繞組電流I2CT之間關(guān)系。CT 2RIIK 2、互感器一次電流I1CT與二次電流I2CT間按變比Ki變換，即i 1iCT 1CT 2/KIKII 因此，繼電器測量電流與一次電流之間關(guān)系為Ri1i1CT 2RIKKIKIKIKI，或 3、常見接線方式與接線系數(shù) 1）三互感器三繼電器完全星形接線。IIIUVWUIIVIWwIvIIu 接線系數(shù)恒為1。 2）兩互感器兩繼電器不完全星形接線。uIIwWIVIIUWVUII 小接地系統(tǒng)： 三相與任意兩相短路時(shí)，接線系數(shù)均為1； 大接地系統(tǒng)： U、W相單相短路時(shí)，接線系數(shù)仍為1 V相短路時(shí)，接

9、線系數(shù)為0。 3）兩相電流差接線。三相短路：UV、VW相短路：UW相短路：3)UVW(K1)VW()UV(KK2)UW(KIUVWUIIVIWwIIuRIIuwIIR=uIIw-uwuIIIIIKCT2R 4）三相電流和接線。uIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIR 三相和兩相短路時(shí)，接線系數(shù)為0。 第4節(jié) 線路相間短路的電流三段保護(hù) 6.4.1 電流速斷保護(hù) 6.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù) 6.4.3 限時(shí)電流速斷6.4.1 電流速斷保護(hù) 1、整定原則：確保快速性和選擇性，即 1）無延時(shí)動(dòng)作：動(dòng)作時(shí)限 t=0。 2）選擇性動(dòng)作：按躲過下一級(jí)出口處最大短路電流整定保護(hù)動(dòng)作值 一次動(dòng)作電流

10、要求為，Bmaxk1op II引入可靠系數(shù)Krel，有：Bmaxkrel1opIKI折算到繼電器，因Bmaxkirel1RopIKKKI故繼電器的動(dòng)作電流為：i1RKIKIlABGQF1QF2WL-1WL-2WL-11WL-12WL-21MNIk max Bk min BIop 1Ik max AIIk min A保護(hù)1保護(hù)2Ik上級(jí)下級(jí)死區(qū) 2、保護(hù)死區(qū)及靈敏性校驗(yàn) 下級(jí)電網(wǎng)首端與上級(jí)電網(wǎng)末端是同一位置（即B點(diǎn)）。要使下級(jí)首端短路時(shí)保護(hù)1不動(dòng)作，則本級(jí)末端一定范圍內(nèi)短路時(shí)保護(hù)1也不會(huì)動(dòng)作，這部分區(qū)域稱為保護(hù)死區(qū)，即圖中MB部分，其中NB為絕對死區(qū)，MN為相對死區(qū)。 因此，電流速斷保護(hù)犧牲了靈

11、敏性，換取了快速性和選擇性。保護(hù)裝置動(dòng)作電流路電流被保護(hù)電網(wǎng)首端最小短SK1op(2)AminkII 6.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù) 1、整定原則：按可靠性和選擇性要求整定。 1）動(dòng)作電流整定，以不誤動(dòng)為原則：按躲過可能出現(xiàn)的最大過負(fù)荷電流整定動(dòng)作值。 最大可能的過負(fù)荷電流應(yīng)考慮以下三種情況。 （1）過載電流。 （2）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。 （3）外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流。 經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，以上三種情況中，通常（3）是最不利情況，因此一般按（3）整定。情況（3）：保護(hù)2保護(hù)1QF2QF1KBAMMImax 1故保護(hù)1的動(dòng)作值應(yīng)滿足：1max1re II考慮返回值與動(dòng)作值的關(guān)系，有1max1opr

12、e1reIIKI 引入可靠系數(shù)，動(dòng)作值整定如下1maxrerel1opIKKI1maxirerel1opi1RopIKKKKIKKI Imax1 計(jì)算與自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量占總負(fù)荷的比例、自啟動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)類型的很多因素有關(guān)，取值范圍一般為計(jì)算電流的1.54倍。 2）動(dòng)作時(shí)間整定，以保證選擇性為原則 2、靈敏性校驗(yàn) 1op(2)BminkSIIK 過電流保護(hù)的靈敏性通常是很高的。因此可以認(rèn)為，過電流保護(hù)靠犧牲快速性，換取了選擇性和靈敏性。 ttt下級(jí)上級(jí)對電磁式繼電器，t 一般取為0.5s。tWL-2WL-1QF2QF1BAlIWL-3QF3IICtt保護(hù)1保護(hù)2保護(hù)3定時(shí)限過電流保護(hù)時(shí)間整定結(jié)果

13、定時(shí)限過電流保護(hù)時(shí)間整定結(jié)果逐級(jí)提升逐級(jí)提升最大缺點(diǎn)：動(dòng)作延時(shí)會(huì)逐級(jí)累積最大缺點(diǎn)：動(dòng)作延時(shí)會(huì)逐級(jí)累積*反時(shí)限過電流保護(hù) 改進(jìn)定時(shí)限過電流保護(hù)的快速性 為了在上、下級(jí)交界處的保護(hù)選擇性配合，定時(shí)限III段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間被逐級(jí)提高，使快速性變差。 所謂反時(shí)限，是指繼電器動(dòng)作時(shí)間與電流成反相關(guān)性。電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。 用于線路保護(hù)，越靠近末端短路，短路電流越小，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長。在上、下級(jí)交界處短路，上級(jí)為末端短路，動(dòng)作時(shí)間最長，下級(jí)為首端短路，動(dòng)作時(shí)間最短。反時(shí)限特性示例tIRIop3op2Iop1IRRRWL-2WL-1QF2QF1BAIWL-3QF3IIltC保護(hù)1保護(hù)2保護(hù)3tt保護(hù)1保

14、護(hù)2保護(hù)3 1）動(dòng)作電流整定。與定時(shí)限過電流保護(hù)整定相同。 2）動(dòng)作時(shí)間整定。在下級(jí)線路首端處，上、下級(jí)反時(shí)限過電流保護(hù)在短路電流作用下的動(dòng)作時(shí)間相差t。 對GL系列感應(yīng)式繼電器，t 一般取0.7。 6.4.3 限時(shí)電流速斷 是介于電流速斷與定時(shí)限過電流保護(hù)之間。 1、整定原則：確保選擇性。 1）動(dòng)作時(shí)間整定：定值t ，一般取0.5s。 2）動(dòng)作電流整定：按躲過下級(jí)速斷動(dòng)作電流整定動(dòng)作值。 2、靈敏性校驗(yàn) 與定時(shí)限過電流保護(hù)相同。下速opcoopIKI上下速opico上RopIKKKI式中，Kco為配合系數(shù)，一般取為1.1 1.2。6.4.4 電流三段保護(hù)的綜合應(yīng)用 電流I段：電流速斷 電流I

15、I段：限時(shí)電流速斷 電流III段：定（反）時(shí)限過電流 一般，I、III段保護(hù)是必須設(shè)置的，I段是主保護(hù)，III段是后備保護(hù)；若I段靈敏性不滿足要求，增設(shè)II段，I、II段分別是非死區(qū)和死區(qū)主保護(hù)。 不論設(shè)置了幾段保護(hù)，各保護(hù)以邏輯“或”決定斷路器是否跳閘以切除故障。QF1L2L1L3+過電流動(dòng)作信號(hào)限時(shí)速斷動(dòng)作信號(hào)速斷動(dòng)作信號(hào)-KA31KA32KT3KS3KA22KA21KT2KS2KA12KA11KS1電流III段保護(hù)電流II段保護(hù)電流I段保護(hù)出口KMYR+KS0+KA0-+-單相接地保護(hù)1TA2TA0TA-電流三段保護(hù)電路（原理）圖電流三段保護(hù)電路（原理）圖第6節(jié) 線路的不正常運(yùn)行狀態(tài)保護(hù)

16、6.6.1 過負(fù)荷保護(hù) -QFL2L1L3+信號(hào)-KAKTKSTA 整定原則為：按躲過計(jì)算電流整定動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)間一般為1015s，也可采用反時(shí)限動(dòng)作特性。CiRop3 . 12 . 1IKI 1）正常運(yùn)行分析NECWICVICUIL1L2L3WUUVUUWVUUUEUUVVEUUWWEUU240CW120CVUUECUjjeIeIUCjUCjI0NEU6.6.2 小接地系統(tǒng)單相接地保護(hù) 正常工作時(shí)，中性點(diǎn)為地電位，各相對地電壓為相電壓，三相對地電容電流之和等于零。=VEWE=UECWCVCUCUCVCWCVCUWVU0CW 2）U相接地分析L3L2L1ICUICVICWEN(1)(1)(1

17、)GIUVWUUVUUW “U相接地”：UUE0 CWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1)(1)(1)(1)(1)150UVNEVNVE3jUeUUUUUU150UWNEWNWE3jUeUUUUUUUNUNEUUU0UEU 接地相對地電壓為0，中性點(diǎn)對地電壓升為相電壓，非接地相對地電壓升為線電壓。CU50150U150(1)CV(1)CW(1)CVG3)3(33)(IeCjeUeIIIIjjj 是從接地點(diǎn)流過的電容電流，它等于非接地相對地電容電流之和，其大小等于正常時(shí)每相對地電容電流的3倍。 GICWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1

18、)(1)(1)(1)(1)CWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1)(1)(1)(1)(1) 2、多回線路系統(tǒng)單相接地電壓電流分析回路1：接地回路?；芈?、3：非接地回路。L1：接地相。L2、L3：非接地相。 N回路III回路IIEWVUC回路IL1L2L3L3L2L1L1L2L3 2、多回線路系統(tǒng)單相接地電壓電流分析 （1）所有回路接地相對地電壓為零，非接地相對地電壓為線電壓，但只有接地回路的接地相上有接地點(diǎn)。 （2）所有回路非接地相都有電容電流流入大地，大小與僅有自己單獨(dú)一個(gè)回路時(shí)的接地電容電流相等。 （3）非接地回路接地相無電容電流。 （4）接地回路接地相上流

19、過所有回路的接地電流。 3、零序電流保護(hù) （1）每一回路設(shè)置零序電流互感器，互感器變比為1:1。 （2）按躲過本線路接地電流整定動(dòng)作電流。uIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIRuIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIR架空線電纜iiIKIGrelop （3）靈敏性校驗(yàn)如下。iinjjiIIIKopG1GS 4、零序電壓保護(hù) 使用專用的 Yn，yn，d開口電壓互感器，正常工作時(shí)d開口電壓等于0，系統(tǒng)中任一處、任一相發(fā)生接地時(shí)，d開口電壓等于100V，由此可知發(fā)生了單相接地。 BW L1W L2W L3C 1C 2CTA N 1C 3TA N 2TA N 3A電 源1231.A1.B3+2+12.A2.B3.A3.BIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIc第7節(jié) 配電變壓器保護(hù) 配電變壓器主要指10/0.4kV變壓器和35/11kV、35/0.4kV變壓器。 變壓器是阻抗集中的網(wǎng)絡(luò)元件。 變壓器高、低壓側(cè)接線端子上的故障稱為外部故障，油箱或繞組上的故障稱為內(nèi)部故障。 整定原則與線路保護(hù)相同。 當(dāng)電流速斷靈敏性不滿足要求時(shí)，同樣可加設(shè)限時(shí)