第6章 中壓系統(tǒng)繼電保護

1、第6章 中壓系統(tǒng)繼電保護 1）繼電保護的主要目的，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度，還取決于保護措施的效果。第1節(jié) 故障與保護6.1.1 故障與不正常運行狀態(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、但還不至于立刻產生后果的事件。 在不致引起混淆時，有時統(tǒng)稱“故障”。6.1.2 保護的目的、種類與要求 1、目的 對不正常運行狀態(tài)：發(fā)出警告，提示排出故障苗頭，或進行一些自動操作來糾正不正常運行狀態(tài)。 對已發(fā)生的故障，及時切除，以避免系統(tǒng)受到損壞，同時保證系統(tǒng)非故障

2、部分正常運行。 2、種類 以上幾種繼電保護分類方法經常同時出現(xiàn)，一定不能混淆。 例：“用電流速斷保護作變壓器短路保護的主保護”，就用到了按保護自身特征、按被保護對象、按故障和按地位四種標準的分類。 例：術語“過電流保護”，既可能是按故障的分類，也可能是按保護自身特征的分類。 3、基本要求四性 1）可靠性：不誤動、不拒動。 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：對保護范圍內最小強度故障也能感知。 6.1.3 保護的核心技術 保護的核心技術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) 保護用繼電器簡介 繼電器是一種二次系統(tǒng)器件，是繼電保護的核心元件。 6.2.1 概述 1、對保護用繼電器的認識 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：判斷的結果，一般為數(shù)字量。 （3）整定值：判斷的依據(jù)，又稱動作值。繼電器輸入輸出整定 2）從電路的角度理解?；镜睦^電器是一個二端口網(wǎng)絡。 （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輸入線圈 （2）輸出端口，又稱觸點，有多種形式，基本的有

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

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

6、及電磁鐵及電磁鐵動靜觸點動靜觸點6.2.3 感應式反時限繼電器簡介 1、功能與原理結構反時限部分輸入電流速斷部分整定機構+輸出觸點狀態(tài)231一個組合繼電器，由反時限和速斷部分組成。兩部分各自的判斷結果以邏輯“或”運算作為繼電器的輸出。 整定機構共有三個整定值兩個電流整定值，一個時間整定值。第3節(jié) 電流保護裝置的工作原理與接線方式 6.3.1 工作原理 保護裝置屬于二次系統(tǒng)，一般由以下幾個功能單元構成。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果。 邏輯部分由測量繼電器的輸出開始，到發(fā)出動作指令為止，包括邏輯運算、延時等。 執(zhí)

7、行部分驅動開關跳閘，或發(fā)出信號。TA2TA1YRKMKSKTKA2KA1-信號+L3L1L2QFQF-KA2KA1TA2TA1KTKMYRKSKA1KA2KTKMQFFUKS信號集中表示法分開表示法直流操作的繼電保護測量部分邏輯部分執(zhí)行部分TA1TA2KA1KA1KA2KA2YCT1YCT2KA1KA2交流操作的繼電保護6.3.2 互感器與繼電器的接線方式 （1）一次系統(tǒng)上互感器的設置及其相互連接； （2）測量繼電器的設置及其相互連接； （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)電氣參量進入繼電保護裝置的路徑： 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 表明進入繼電器的電流IR與互感器二次繞組電流I2CT之間關系。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，接線系數(shù)均為1； 大接地系統(tǒng)： U、W相單相短路時，接線系數(shù)仍為1 V相短路時，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，接線系數(shù)為0。 第4節(jié) 線路相間短路的電流三段保護 6.4.1 電流速斷保護 6.4.2 定時限過電流保護 6.4.3 限時電流速斷6.4.1 電流速斷保護 1、整定原則：確?？焖傩院瓦x擇性，即 1）無延時動作：動作時限 t=0。 2）選擇性動作：按躲過下一級出口處最大短路電流整定保護動作值 一次動作電流

10、要求為，Bmaxk1op II引入可靠系數(shù)Krel，有：Bmaxkrel1opIKI折算到繼電器，因Bmaxkirel1RopIKKKI故繼電器的動作電流為：i1RKIKIlABGQF1QF2WL-1WL-2WL-11WL-12WL-21MNIk max Bk min BIop 1Ik max AIIk min A保護1保護2Ik上級下級死區(qū) 2、保護死區(qū)及靈敏性校驗 下級電網(wǎng)首端與上級電網(wǎng)末端是同一位置（即B點）。要使下級首端短路時保護1不動作，則本級末端一定范圍內短路時保護1也不會動作，這部分區(qū)域稱為保護死區(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，電流速斷保護犧牲了靈

11、敏性，換取了快速性和選擇性。保護裝置動作電流路電流被保護電網(wǎng)首端最小短SK1op(2)AminkII 6.4.2 定時限過電流保護 1、整定原則：按可靠性和選擇性要求整定。 1）動作電流整定，以不誤動為原則：按躲過可能出現(xiàn)的最大過負荷電流整定動作值。 最大可能的過負荷電流應考慮以下三種情況。 （1）過載電流。 （2）電動機的啟動電流。 （3）外部故障切除后，電動機的自啟動電流。 經驗證實，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2保護1QF2QF1KBAMMImax 1故保護1的動作值應滿足：1max1re II考慮返回值與動作值的關系，有1max1opr

12、e1reIIKI 引入可靠系數(shù)，動作值整定如下1maxrerel1opIKKI1maxirerel1opi1RopIKKKKIKKI Imax1 計算與自啟動電動機容量占總負荷的比例、自啟動方式、電動機類型的很多因素有關，取值范圍一般為計算電流的1.54倍。 2）動作時間整定，以保證選擇性為原則 2、靈敏性校驗 1op(2)BminkSIIK 過電流保護的靈敏性通常是很高的。因此可以認為，過電流保護靠犧牲快速性，換取了選擇性和靈敏性。 ttt下級上級對電磁式繼電器，t 一般取為0.5s。tWL-2WL-1QF2QF1BAlIWL-3QF3IICtt保護1保護2保護3定時限過電流保護時間整定結果

13、定時限過電流保護時間整定結果逐級提升逐級提升最大缺點：動作延時會逐級累積最大缺點：動作延時會逐級累積*反時限過電流保護 改進定時限過電流保護的快速性 為了在上、下級交界處的保護選擇性配合，定時限III段保護的動作時間被逐級提高，使快速性變差。 所謂反時限，是指繼電器動作時間與電流成反相關性。電流越大，動作時間越短。 用于線路保護，越靠近末端短路，短路電流越小，保護動作時間越長。在上、下級交界處短路，上級為末端短路，動作時間最長，下級為首端短路，動作時間最短。反時限特性示例tIRIop3op2Iop1IRRRWL-2WL-1QF2QF1BAIWL-3QF3IIltC保護1保護2保護3tt保護1保

14、護2保護3 1）動作電流整定。與定時限過電流保護整定相同。 2）動作時間整定。在下級線路首端處，上、下級反時限過電流保護在短路電流作用下的動作時間相差t。 對GL系列感應式繼電器，t 一般取0.7。 6.4.3 限時電流速斷 是介于電流速斷與定時限過電流保護之間。 1、整定原則：確保選擇性。 1）動作時間整定：定值t ，一般取0.5s。 2）動作電流整定：按躲過下級速斷動作電流整定動作值。 2、靈敏性校驗 與定時限過電流保護相同。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 電流三段保護的綜合應用 電流I段：電流速斷 電流I

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

16、6.6.1 過負荷保護 -QFL2L1L3+信號-KAKTKSTA 整定原則為：按躲過計算電流整定動作電流，動作時間一般為1015s，也可采用反時限動作特性。CiRop3 . 12 . 1IKI 1）正常運行分析NECWICVICUIL1L2L3WUUVUUWVUUUEUUVVEUUWWEUU240CW120CVUUECUjjeIeIUCjUCjI0NEU6.6.2 小接地系統(tǒng)單相接地保護 正常工作時，中性點為地電位，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。 （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一個回路時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 （1）每一回路設置零序電流互感器，互感器變比為1:1。 （2）按躲過本線路接地電流整定動作電流。uIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIRuIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIR架空線電纜iiIKIGrelop （3）靈敏性校驗如下。iinjjiIIIKopG1GS 4、零序電壓保護 使用專用的 Yn，yn，d開口電壓互感器，正常工作時d開口電壓等于0，系統(tǒng)中任一處、任一相發(fā)生接地時，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 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)絡元件。 變壓器高、低壓側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部故障。 整定原則與線路保護相同。 當電流速斷靈敏性不滿足要求時，同樣可加設限時