第7章 供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)

1、第第7章章 供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù) 第一節(jié)第一節(jié) 繼電保護(hù)的基本知識(shí)繼電保護(hù)的基本知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 常用的保護(hù)繼電器常用的保護(hù)繼電器第三節(jié)第三節(jié) 電力線路的繼電保護(hù)電力線路的繼電保護(hù)第四節(jié)第四節(jié) 電力變壓器的繼電保護(hù)電力變壓器的繼電保護(hù)第五節(jié)第五節(jié) 高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)第六節(jié)第六節(jié) 610610kVkV電容器的繼電保護(hù)電容器的繼電保護(hù)第七節(jié)第七節(jié) 配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)四、變壓器的氣體保護(hù)氣體保護(hù)是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種主要保護(hù)裝置。按GB50062-92規(guī)定，800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器均

2、應(yīng)裝氣體保護(hù)。1氣體繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理 FJ3-80型開(kāi)口杯擋板式氣體繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部故障時(shí)，電弧的高溫使變壓器油分解為大量的油氣體，氣體保護(hù)就是利用這種氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置。變壓器正常運(yùn)行：氣體繼電器容器內(nèi)充滿油，上、下兩對(duì)干簧觸點(diǎn)處于斷開(kāi)位置。 輕瓦斯動(dòng)作：變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體較少，氣體緩慢上升，上干簧觸點(diǎn)閉合，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。重瓦斯動(dòng)作：變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生大量的氣體，油汽混合物迅猛地從油箱通過(guò)聯(lián)通管沖向油枕，下干簧觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘信號(hào)，使斷路器跳閘。 變壓器油箱嚴(yán)重漏油：隨著氣體繼電器內(nèi)的油面逐漸下降，首先上觸點(diǎn)閉合，發(fā)出報(bào)警

3、信號(hào)，接著下觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘信號(hào)，使斷路器跳閘。 2氣體保護(hù)的接線 （如圖）3氣體保護(hù)的安裝和運(yùn)行 氣體繼電器安裝在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上，要求變壓器安裝時(shí)應(yīng)有11.5%的傾斜度； 變壓器在制造時(shí)，聯(lián)通管對(duì)油箱上蓋也應(yīng)有24%傾斜度。五、變壓器的差動(dòng)保護(hù)GB50062-92規(guī)定10000kVA及以上的單獨(dú)運(yùn)行變壓器和6300kVA及以上的并列運(yùn)行變壓器，應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)；6300kVA及以下單獨(dú)運(yùn)行的重要變壓器，也可裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí)，宜裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。 1差動(dòng)保護(hù)的工作原理 變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理接線如圖所示。在變壓器兩側(cè)安裝電流互感器，其二次繞組串聯(lián)成環(huán)路

4、，繼電器KA（或差動(dòng)繼電器KD）并接在環(huán)路上，流入繼電器的電流等于變壓器兩側(cè)電流互感器的二次繞組電流之差，即Iub為變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流。 變壓器正常運(yùn)行或差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)外短路時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的不平衡電流小于繼電器的動(dòng)作電流，保護(hù)不動(dòng)作。在保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，對(duì)單端電源供電的變壓器 ， ，遠(yuǎn)大于繼電器的動(dòng)作電流，繼電器KA瞬時(shí)動(dòng)作，通過(guò)中間繼電器KM，使變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，切除故障。2變壓器差動(dòng)保護(hù)中不平衡電流產(chǎn)生的原因和減小措施 （1）變壓器聯(lián)結(jié)組引起的不平衡電流 將變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，變壓器三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接 線，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器的

5、二次側(cè)電流相位相同，消除了由變壓器聯(lián)結(jié)組引起的不平衡電流。（2）電流互感器變比引起的不平衡電流 利用差動(dòng)繼電器中的平衡線圈或自耦電流互感器消除由電流互感器變比引起的不平衡電流。（3）變壓器勵(lì)磁涌流引起的不平衡電流 利用速飽和電流互感器或差動(dòng)繼電器的速飽和鐵心減小勵(lì)磁涌流引起的不平衡電流。3變壓器的差動(dòng)保護(hù)方式 變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題是采取各種有效措施消除不平衡電流的影響。 目前我國(guó)廣泛應(yīng)用下列幾種類型繼電器構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)： （1）帶短路線圈的BCH-2型差動(dòng)繼電器； （2）帶磁制動(dòng)特性的BCH-1型差動(dòng)繼電器； （3）多側(cè)磁制動(dòng)特性的BCH-4型差動(dòng)繼電器； （4）鑒別涌流間斷角的差動(dòng)

6、繼電器； （5）二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)繼電器。 有關(guān)上述各種差動(dòng)繼電器的接線和整定計(jì)算，因篇幅有限這里僅介紹BCH-2型差動(dòng)保護(hù)。 4. BCH-2型變壓器差動(dòng)保護(hù) （1）BCH-2型差動(dòng)繼電器 BCH-2型差動(dòng)繼電器，由一個(gè)帶短路線圈的速飽和變壓器和一個(gè)執(zhí)行元件DL-11/0.2電流 繼電器組成，如圖所示。 在速飽和變流器鐵芯的中間芯柱上繞有一個(gè)差動(dòng)線圈Wd 、兩個(gè)平衡線圈Weq1和Weq2和一個(gè)短路線圈WK。左側(cè)芯柱上繞有一個(gè)短路線圈WK, WK和WK接成閉合回路，它們產(chǎn)生的磁通在左側(cè)芯柱上是同相的。右側(cè)芯柱上繞有一個(gè)二次線圈W2，與執(zhí)行元件相接。平衡線圈的作用是用于平衡由于變壓器差動(dòng)保護(hù)二側(cè)

7、電流互感器二次電流不等所引起的不平衡電流。短路線圈的作用是消除勵(lì)磁涌流的影響。當(dāng)變壓器外部短路或空載投入，在差動(dòng)回路出現(xiàn)不平衡電流或勵(lì)磁涌流存在較大的非周期分量時(shí)，速飽和變流器迅速飽和，使周期分量的傳變工作變壞，從而繼電器不動(dòng)作。（2）BCH-2型變壓器差動(dòng)保護(hù)接線 BCH-2型變壓器差動(dòng)保護(hù)接線圖見(jiàn)圖，（a）為雙繞組變壓器BCH-2型 差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖，若保護(hù)三繞組變壓器，變壓器第三側(cè)的電流互感器的二次線圈接BCH-2型差動(dòng)繼電器的端子，（b）為變壓器差動(dòng)保護(hù)展開(kāi)圖，采用兩相兩繼電器式接線。(3) BCH-2型變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定 按平均電壓及變壓器最大容量計(jì)算變壓器各側(cè)額定電流INT

8、，按KW、INT選擇各側(cè)電流互感器一次額定電流。按下式計(jì)算出電流互感器二次回路額定電流IN2：式中，KW為三相對(duì)稱情況下電流互感器的接線系數(shù)，星型接線時(shí)為1，三角形接線時(shí)為 ；Ki為電流互感器的變比。差動(dòng)保護(hù)基本側(cè)的一次側(cè)動(dòng)作電流整定 差動(dòng)保護(hù)基本側(cè)的一次側(cè)動(dòng)作電流應(yīng)滿足下面三個(gè)條件： a）躲過(guò)變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)的勵(lì)磁涌流，即 式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3；I1N為變壓器一次側(cè)的額定電流。 b）躲過(guò)變壓器外部短路時(shí)的最大不平衡電流Idsq.max 式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3；Idsq.max可按下式計(jì)算： 式中，0.1為電流互感器允許的最大相對(duì)誤差；Keq為

9、電流互感器的同型系數(shù)，型號(hào)相同時(shí)取0.5，型號(hào)不同時(shí)取1；U%為由變壓器調(diào)壓所引起的誤差，一般取調(diào)壓范圍的一半； 為采用的互感器變比或平衡線圈匝數(shù)與計(jì)算值不同時(shí)，所引起的相對(duì)誤差,在計(jì)算之初不能確定時(shí)可取5%； 為保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大短路電流。 c）電流互感器二次回路斷線時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作，即躲過(guò)變壓器正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流IL.max。負(fù)荷電流不能確定時(shí)，可采用變壓器的額定電流INT。 式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.3。 繼電器差動(dòng)線圈匝數(shù)的確定 a三繞組變壓器：基本側(cè)直接接差動(dòng)線圈，其余兩側(cè)接相應(yīng)的平衡線圈?；緜?cè)繼電器的動(dòng)作電流為 基本側(cè)繼電器差動(dòng)線圈計(jì)算匝數(shù)d.c為 式中，AW0為繼

10、電器動(dòng)作安匝，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)可采用額定值A(chǔ)W0=60安匝。 按繼電器線圈實(shí)有抽頭選擇較小而相近的匝數(shù)作為差動(dòng)線圈的整定匝數(shù)WOP。根據(jù)WOP再計(jì)算基本側(cè)實(shí)際的繼電器動(dòng)作電流 b雙繞組變壓器：兩側(cè)電流互感器分別接于繼電器的兩個(gè)平衡線圈上。確定基本側(cè)的繼電器動(dòng)作電流及線圈匝數(shù)的計(jì)算與三繞組變壓器方法相同。 依繼電器線圈實(shí)有抽頭，選用差動(dòng)線圈的匝數(shù)Wd和一組平衡線圈匝數(shù)Weq1 之和，較差動(dòng)線圈計(jì)算匝數(shù)Wdc小而近似的數(shù)值?；緜?cè)的整定匝數(shù)Wd.op 為 非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)的確定 a雙繞組變壓器平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)式中， 為接有平衡線圈、的電流互感器二次側(cè)額定電流。 三繞組變壓器平衡線圈計(jì)算匝數(shù)分別為

11、式中，IN2為基本側(cè)電流互感器二次額定電流。 計(jì)算 式中， 為平衡線圈計(jì)算匝數(shù)； 為平衡線圈整定匝數(shù)； 為差動(dòng)線圈整定匝數(shù)。若 時(shí)，則需將其代入上式重新計(jì)算動(dòng)作電流。 短路線圈抽頭的確定 短路線圈有4組抽頭可供選擇，短路線圈的匝數(shù)越多，躲過(guò)勵(lì)磁涌流的性能越好，但繼電器的動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。因此所選抽頭匝數(shù)是否合適，應(yīng)在保護(hù)裝置投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)變壓器空載試驗(yàn)確定。靈敏系數(shù)校驗(yàn) 式中，IIK 、IIIK 、IIIIK 為變壓器出口處最小短路時(shí)、側(cè)流進(jìn)繼電器線圈的電流；WIW、 WIIW 、 WIIIW 為、側(cè)電流在繼電器的實(shí)際工作匝數(shù)（工作匝數(shù)為各側(cè)平衡線圈匝數(shù)與差動(dòng)匝數(shù)之和）。 有時(shí)也用如下簡(jiǎn)化公式：

12、 式中，IKD為最小故障時(shí)流入繼電器的總電流；IOP.KD為繼電器的整定電流。 雙繞組變壓器靈敏度計(jì)算與上述相同，只是第三側(cè)數(shù)字為零。 例7-5 試整定雙繞組變壓器的BCH-2型差動(dòng)保護(hù)。已知變壓器技術(shù)參數(shù)：15MVA, 3522.5%/10.5kV, yd11,Uk%=7.5；變壓器35 kV母線三相短路電流 母線三相短路 歸算到35KV的短路電流 ，10kV側(cè)最大負(fù)荷電流為780A。 解：1.計(jì)算變壓器額定電流、選出電流互感器變比、求出電流互感器二次回路額定電流，計(jì)算結(jié)果如表所示。 表:變壓器額定電流、電流互感器變比、電流互感器二次回路額定電流 由表可見(jiàn)，10kV側(cè)電流互感器二次回路額定電

13、流較35kV側(cè)大，因此，以10kV側(cè)為基本側(cè)。 名稱 各側(cè)數(shù)值 35kV 10kV 變壓器額定電流（A） 變壓器繞組接線方式 yd電流互感器接線方式 YD電流互感器計(jì)算變比 選用電流互感器變比 電流互感器二次回路額定電流 2.計(jì)算差動(dòng)保護(hù)10kV側(cè)的一次側(cè)動(dòng)作電流 （1）按躲過(guò)勵(lì)磁涌流 （2）按躲過(guò)外部最大不平衡電流 （3）按躲過(guò)電流互感器二次回路斷線 因此，應(yīng)躲過(guò)外部最大不平衡電流選擇10KV側(cè)一次側(cè)動(dòng)作電流為1466A。 3.確定線圈接法和匝數(shù) 35kV和10KV側(cè)電流互感器分別接平衡線圈WeqI，WeqII 基本側(cè)（10KV側(cè)）繼電器動(dòng)作電流為 基本側(cè)差動(dòng)線圈計(jì)算匝數(shù)為 其中取差動(dòng)線圈匝

14、數(shù)Wd6匝,平衡繞組線圈匝數(shù)WeqI 2匝。 4.確定35KV側(cè)平衡線圈的匝數(shù) 選擇平衡繞組線圈匝數(shù)WeqII為3匝。 5.計(jì)算由實(shí)際匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等產(chǎn)生的相對(duì)誤差 所以，不需要重新計(jì)算動(dòng)作電流。 6.初步確定短路線圈的抽頭：選用C1-C2抽頭。 7.靈敏度校驗(yàn) 按10kV側(cè)最小兩相短路電流校驗(yàn)，35kV側(cè)繼電器通過(guò)的電流為 校驗(yàn)結(jié)果，靈敏度滿足要求。 第五節(jié)第五節(jié) 高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)一、高壓電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障和保護(hù)配置一、高壓電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障和保護(hù)配置1.常見(jiàn)故障 定子繞組相間短路；單相接地；電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷；低電壓；同步電動(dòng)機(jī)失磁、失步等。2.保護(hù)配置 對(duì)2000kW以下

15、的高壓電動(dòng)機(jī)相間短路相間短路，裝設(shè)電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)；對(duì)2000kW及以上的高壓電動(dòng)機(jī)或電流速斷保護(hù)靈敏度不滿足要求的高壓電動(dòng)機(jī)，裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)易發(fā)生過(guò)負(fù)荷過(guò)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)不重要的高壓電動(dòng)機(jī)或不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)低電壓保護(hù)。高壓電動(dòng)機(jī)單相接地電流大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)單相接地保護(hù)。二、高壓電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)和電流速斷保護(hù)1.保護(hù)用繼電器一般采用GL型感應(yīng)式電流繼電器。不易過(guò)負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)，如風(fēng)機(jī)、水泵的電動(dòng)機(jī)，也可采用DL型電磁式繼電器構(gòu)成電流速斷保護(hù)。接線方式（如圖）采用兩相一繼電器式接線，當(dāng)靈敏度不符合要求或2

16、000kW及以上電動(dòng)機(jī)采用兩相兩繼電器式接線。 3. 電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流整定 過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流為式中，Krel為可靠系數(shù)，取1.3；Kre為繼電器的返回系數(shù)；IN.M電動(dòng)機(jī)的額定電流。 4. 電動(dòng)機(jī)的電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流整定 動(dòng)作電流按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流Ist.max整定，即式中，Krel為可靠系數(shù)，對(duì)DL型繼電器取1.41.6，GL型取1.82.0。 5.電流速斷保護(hù)靈敏度校驗(yàn)： 2 式中，I（2）K.min為電動(dòng)機(jī)端子處最小兩相短路電流；Iopl為電流速斷保護(hù)一次側(cè)動(dòng)作電流。三、高壓電動(dòng)機(jī)的單相接地保護(hù)1.接線和工作原理 2.單相接地保護(hù)動(dòng)作電流整定單相接地保護(hù)動(dòng)作電流按

17、躲過(guò)其接地電容電流IC.M整定：式中，Ic.M指躲過(guò)其接地電容電流；Krel為可靠系數(shù)，保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作取45。 3.靈敏度校驗(yàn) 單相接地保護(hù)靈敏度按電動(dòng)機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)的接地電容電流校驗(yàn)，即第六節(jié) 610kV電容器的繼電保護(hù)一、 610kV電容器的常見(jiàn)故障和保護(hù)設(shè)置、常見(jiàn)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)：電容器組和斷路器連接線上的相間短路、電容器引出線上的相間短路、電容器內(nèi)部故障、單相接地等。、保護(hù)配置：容量在400kVar以上的電容器組一般采用斷路器控制，裝設(shè)電流速斷保護(hù)，作為電容器的相間短路保護(hù)。容量在400kVar及以下的電容器一般采用帶熔斷器的負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制和保護(hù)。對(duì)電容器內(nèi)部故障和引出線短路，一

18、般將電容器分組，每組35只電容器，在每組電容器裝設(shè)熔斷器保護(hù)。二、電容器的電流速斷保護(hù)1.接線和工作原理 2.電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定 電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)電容器投入時(shí)的沖擊電流整定，即式中，Krel為可靠系數(shù)，取22.5；IN.c為電容器組的額定電流。 3.靈敏度校驗(yàn) 靈敏度按電容器組端子上最小兩相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)：2 第七節(jié)第七節(jié) 配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)一、配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展一、配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展常規(guī)的模擬式繼電保護(hù)缺點(diǎn)：（1）沒(méi)有自診斷功能，元件損壞不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易造成 嚴(yán)重后果。（2）動(dòng)作速度慢，一般超過(guò)0.02s。（3）定值整定和修改不便，準(zhǔn)確度不高。（4）難以實(shí)現(xiàn)新的保護(hù)原理或算法。（5）體積大、元件多、維護(hù)工作量大。微機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)： 充分利用和發(fā)揮微型控制器的存儲(chǔ)記憶、邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算等信息處理功能，克服模擬式繼電保護(hù)的不足，獲得更好的保護(hù)特性和更高的技術(shù)指標(biāo)。二、配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的功能1.保護(hù)功能 2.測(cè)量功能 3.自動(dòng)重合閘功能 4.人機(jī)對(duì)話功能 5.自檢功能 6.事件記錄功能 7.報(bào)警功能 8.斷路器控制功能 9.通信功能 10.實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能三、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微型控