工廠供電第7章第1節(jié)

工廠供配電第7章供配電系統(tǒng)的保護

莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心2004年2月保護裝置防止因短路故障或不正常運行狀態(tài)造成電氣設(shè)備或供配電系統(tǒng)的損壞，提高供電可靠性，因此，保護系統(tǒng)是變電所二次回路的重要組成部分，也是供電設(shè)計的主要內(nèi)容。本章講述保護系統(tǒng)裝置的基本知識、理論和保護裝置的整定計算方法。目錄第一節(jié)繼電保護的基本知識第二節(jié)常用的保護繼電器第三節(jié)工廠電力線路的繼電保護第四節(jié)電力變壓器的繼電保護第五節(jié)高壓電動機的繼電保護第六節(jié)6~10kV電容器的繼電保護第七節(jié)配電系統(tǒng)微機保護練習(xí)題第一節(jié)繼電保護的基本知識繼電保護的概念繼電保護的任務(wù)繼電保護的基本要求繼電保護的基本工作原理繼電保護的概念（P89）繼電保護裝置是能反應(yīng)供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)，并能動作于斷路器跳閘或啟動信號裝置發(fā)出預(yù)報信號的一種自動裝置。繼電保護的任務(wù)

1．自動、迅速、有選擇性地將故障設(shè)備從供配電系統(tǒng)中切除，使其它非故障部分迅速恢復(fù)正常供電。2．正確反應(yīng)電器設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)告信號，以便運行人員采取措施，恢復(fù)電器設(shè)備的正常運行。3．與供配電系統(tǒng)的自動裝置（如自動重合閘裝置，備用電源自動投入裝置等）配合，提高供配電系統(tǒng)的供電可靠性。

選擇性

速動性

靈敏性

可靠性對繼電保護的基本要求（P90）

1．選擇性：

當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，繼電保護裝置動作，只切除故障元件，并使停電范圍最小，以減小故障停電造成的損失。保護裝置這種能挑選故障元件的能力稱為保護的選擇性。在圖示系統(tǒng)中，在K點發(fā)生短路故障，應(yīng)由離故障點最近的保護裝置3動作，使斷路器3QF跳閘，將故障線路3WL切除，線路1WL和2WL仍繼續(xù)運行。保護裝置的動作順序：主保護后備保護（近后備，遠后備）輔助保護2．速動性

為了減小由于故障引起的損失，減少用戶在故障時低電壓下的工作時間，以及提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求繼電保護在發(fā)生故障時盡快動作將故障切除。

注意：必須在滿足選擇性的基礎(chǔ)上！3．靈敏性

靈敏性是指繼電保護在其保護范圍內(nèi)，對發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在繼電保護的保護范圍內(nèi)，不論系統(tǒng)的運行方式、短路的性質(zhì)和短路的位置如何，保護都應(yīng)正確動作。繼電保護的靈敏性通常用靈敏度KS來衡量，靈敏度愈高，反應(yīng)故障的能力愈強。

（1）對于反應(yīng)故障時參數(shù)量增加的保護裝置

例如：過電流保護的靈敏系數(shù)為

KS＝IK·min／Iop

IK·min——保護區(qū)內(nèi)故障的最小短路電流值（2）對于反應(yīng)故障時參數(shù)量降低的保護裝置

例如：低電壓保護的靈敏系數(shù)為

KS＝Uop／UK·max

UK·max——保護區(qū)內(nèi)故障的最大殘壓值4．可靠性

繼電保護裝置在其所規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作時，一定要準(zhǔn)確動作，即不能拒動；不屬其保護范圍的故障或不正常工作時，一定不要動作，即不能誤動。如圖所示系統(tǒng)K點發(fā)生短路，保護3不應(yīng)該拒動作，保護1和保護2不應(yīng)該誤動作。

另外：還要考慮經(jīng)濟性，即技術(shù)上安全可靠，經(jīng)濟上合理。繼電保護的基本工作原理(P89)繼電保護的種類很多，但是其工作原理基本相同，它主要由測量、邏輯和執(zhí)行三部分組成，如圖所示。

1．測量部分測量部分測量被保護設(shè)備的某物理量，和保護裝置的整定值進行比較，判斷被保護設(shè)備是否發(fā)生故障，保護裝置是否應(yīng)該起動。2．邏輯部分邏輯部分根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的順序，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，輸出信號到執(zhí)行部分。

3．執(zhí)行部分執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分的輸出信號驅(qū)動保護裝置動作，使斷路器跳閘或發(fā)出信號。

第二節(jié)常用的保護繼電器按繼電器的結(jié)構(gòu)原理分，有電磁式、感應(yīng)式、數(shù)字式、微機式等繼電器。按繼電器反應(yīng)的物理量分有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等。按繼電器反應(yīng)的物理量變化分，有過量繼電器和欠量繼電器，如過電流繼電器、欠電壓繼電器。按繼電器在保護裝置中的功能分，有起動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。

工廠供配電系統(tǒng)中常用的繼電器主要是電磁式繼電器和感應(yīng)式繼電器。在現(xiàn)代化的大型工廠中也開始使用微機式繼電器或微機保護。電磁型繼電器

電磁型電壓繼電器

電磁型電流繼電器

電磁型時間繼電器

電磁型中間繼電器

電磁型信號繼電器感應(yīng)型電流繼電器繼電保護裝置的接線方式電磁型電壓繼電器

電壓繼電器的線圈為電壓線圈，匝數(shù)多，導(dǎo)線細，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號用KV表示。電磁式電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種：※過電壓繼電器返回系數(shù)小于1，通常為0.8；※欠電壓繼電器返回系數(shù)大于1，通常為1.25。欠電壓繼電器的起動電壓Uop·K是使其動作的最高電壓；返回電壓Ure·K是使其返回的最低電壓；返回系數(shù)Kre＝Ure·K／Uop·K。

由于欠電壓繼電器的返回電壓大于起動電壓，所以其返回系數(shù)Kre大于1，一般在1～1.2之間。電磁型電流繼電器電流繼電器的文字符號為KA。

使過電流繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流，用Iop.KA表示。繼電器的返回電流，用Ire.KA表示。繼電器的返回電流與動作電流之比稱為返回系數(shù)Kre，即

顯然，過電流繼電器的返回系數(shù)小于1，返回系數(shù)愈大，繼電器愈靈敏，電磁式電流繼電器的返回系數(shù)通常為0.85。電磁型電流繼電器結(jié)構(gòu)（DL型）1—鐵心2—線圈3—可動舌片4—反作用彈簧5—可動觸點6—靜觸點7—調(diào)整桿8—刻度盤調(diào)節(jié)電磁式電流繼電器的動作電流的方法有兩種：（1）細調(diào)：改變調(diào)整桿6的位置來改變彈簧的反作用力，進行平滑調(diào)節(jié)。（2）粗調(diào)：改變繼電器線圈的連接方式(串、并聯(lián)）。當(dāng)線圈由串聯(lián)改為并聯(lián)時，繼電器的動作電流增大一倍，進行級進調(diào)節(jié)。電磁式電流繼電器的動作極為迅速，動作時間為百分之幾秒，可認為是瞬時動作的繼電器。電磁型時間繼電器由電磁系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、鐘表機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和時間調(diào)整系統(tǒng)等組成。

在保護裝置中起延時作用，以保證保護裝置動作的選擇性。

[DS型電磁式時間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)][DS110型、112型時間繼電器的內(nèi)部接線圖和圖形符號]時間繼電器的文字符號為KT。DS-110型為直流時間繼電器，DS-120型為交流時間繼電器，延時范圍均為0.1~9秒。電磁型中間繼電器作用是為了擴充保護裝置出口繼電器的接點數(shù)量和容量，也可以使觸點閉合或斷開時帶有不大的延時(0.4～0.8S)，或者通過繼電器的自保持，以適應(yīng)保護裝置的需要。中間繼電器的文字符號為KM。電磁型信號繼電器作用是用于各保護裝置回路中，作為保護動作的指示器。中間繼電器的文字符號為KS。感應(yīng)型電流繼電器（GL）感應(yīng)式電流繼電器有兩個系統(tǒng)：

※感應(yīng)系統(tǒng)繼電器的感應(yīng)系統(tǒng)主要由線圈1，帶短路環(huán)3的電磁鐵2和裝在可偏轉(zhuǎn)的框架6上的鋁盤4組成。

※電磁系統(tǒng)繼電器的電磁系統(tǒng)由電磁鐵2和銜鐵15組成。

感應(yīng)式電流繼電器具有前述電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器的功能，從而使繼電保護裝置使用元件少、接線簡單，在工廠供配電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。感應(yīng)式電流繼電器的調(diào)節(jié)：繼電器的動作電流可用插銷16改變線圈抽頭（匝數(shù)）進行級進調(diào)節(jié)；也可以用調(diào)節(jié)彈簧7的拉力進行平滑調(diào)節(jié)。

繼電器的動作時限可用螺桿13改變扇形齒輪頂桿行程的起點進行調(diào)節(jié)。繼電器速斷電流倍數(shù)可用螺釘14改變銜鐵與電磁鐵之間的氣隙進行調(diào)節(jié)。

感應(yīng)型電流繼電器的工作原理由帶延時動作的感應(yīng)部分與瞬時動作的電磁部分組成。1．感應(yīng)系統(tǒng)部分：

動作電流是指繼電器鋁盤軸上蝸桿與扇形齒片相咬合時，線圈所需要通入的最小電流。動作電流的整定值通過插孔板擰入螺釘來改變線圈的匝數(shù)來調(diào)整（2，2.5，3…4.5，5，6…9，10A）。

返回電流是指便扇形齒片脫離蝸桿返回到原來位置時的最大電流。

動作時間是指從軸上蝸桿與扇形齒片相咬合起到接點閉合這一段時間。通入繼電器的電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)速越快，動作時間就越短，這種特性稱為反時限特性。時限螺釘指示盤上的刻度，是指通入10倍動作電流整定值時的動作時間。2．電磁速斷部分電磁系統(tǒng)的速斷特性即當(dāng)通入繼電器線圈的電流大到整定值的某個倍數(shù)時，未等感應(yīng)系統(tǒng)動作，銜鐵右端瞬時被吸下，接點立即閉合。動作電流值通過改變銜鐵與電磁鐵心之間氣隙來調(diào)整，其速斷動作電流調(diào)整范圍是感應(yīng)系統(tǒng)整定電流值的2～8倍。

GL-10型繼電器本身帶有信號掉牌，而且接點容量又較大，所以組成反時限過電流保護時，無需再接入其他繼電器。GL-10（20）系列繼電器的時限特性曲線保護裝置的接線方式(P92-93)保護裝置的接線方式是指啟動繼電器與電流互感器之間的連接方式。

分為三種：三相完全星形接線方式兩相不完全星形接線

兩相電流差接線為了便于分析和保護的整定計算，引入接線系數(shù)Kw，它是流入繼電器的電流IKA與電流互感器二次繞組電流I2的比值，即

三相完全星形接線方式

三相完全星形接線方式是用三臺電流互感器與三只繼電器對應(yīng)連接的?？梢苑从橙魏涡问蕉搪饭收??？梢姡篕W＝1兩相不完全星形接線

兩相不完全星形接線方式是在A、C兩相裝有電流互感器，分別與兩只電流繼電器相連接?？梢苑从吵鼴相單相接地短路以外的所有故障?？梢姡篕W＝1

兩相不完全星形接線方式還可以接成兩相三繼電器形式，以提高可靠性。

可見：KW＝1兩相電流差接線

兩相電流差接線方式由兩臺電流互感器和一只電流繼電器組成。正常工作時，通過繼電器的電流為：兩相電流差接線的接線系數(shù)：不同的相間短路時，接線系數(shù)是不一樣的。正常和三相短路時接線系數(shù)為；AC相短路時接線系數(shù)為2；AB相或BC相短路時接線系數(shù)為1。

因而靈敏系數(shù)也不一樣。一般情況下：保護整定時取KW＝

靈敏度校驗時取KW＝1三種接線方式性能比較1．三相三繼電器接線方式

能反應(yīng)各種短路故障，流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組電流相等，其接線系數(shù)在任何短路情況下均等于1。這種接線方式主要用于高壓大接地電流系統(tǒng)，保護相間短路和單