《供配電技術(shù)》課件6.7高壓線路繼電保護(hù)

省級(jí)職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫成果教材新時(shí)代職業(yè)教育課證融通新形態(tài)一體化教材供配電技術(shù)主編

申九菊

喬志杰

趙曉東6.7高壓線路繼電保護(hù)項(xiàng)目6

供配電系統(tǒng)的二次回路什么是繼電保護(hù)？繼電保護(hù)如何起到保護(hù)作用？6.7.1電力線路繼電保護(hù)概述按照《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50062—2008）規(guī)定：對(duì)于3～66kV的電力線路，應(yīng)裝設(shè)相間短路保護(hù)、單相接地保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。作為電力線路的相間短路保護(hù)，主要采用帶時(shí)限過電流保護(hù)和瞬時(shí)動(dòng)作的電流速斷保護(hù)。若過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限不大于0.5～0.7s，則不裝設(shè)電流速斷保護(hù)，相間短路保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘，切除短路故障。作為電力線路的單相接地保護(hù)，主要有以下兩種保護(hù)方式。（1）絕緣監(jiān)察裝置，裝設(shè)在變配電所的高壓母線上，動(dòng)作于信號(hào)。（2）有選擇性的單相接地保護(hù)（也稱零序電流保護(hù)），一般動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)單相接地危及人身和設(shè)備安全時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于跳閘。6.7.2帶時(shí)限過電流保護(hù)1.定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的組成和原理兩相式定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的集中式原理接線圖和展開式原理接線圖如圖所示。定時(shí)限過電流保護(hù)裝置采用直流操作電流，通常由電流繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器及中間繼電器組成。電流繼電器一般采用DL-10型，時(shí)間繼電器一般采用DS-100型，中間繼電器一般采用DZB-100型，信號(hào)繼電器一般采用DX-11型。在工廠供配電系統(tǒng)中大多采用兩相式接線，如圖（a）所示為兩相式定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的集中式原理接線圖，如圖（b）所示為兩相式定時(shí)限過電流保護(hù)裝置的展開式原理接線圖。從原理分析的角度來說，展開式原理接線圖簡明清晰，在二次回路中廣泛應(yīng)用。6.7.2帶時(shí)限過電流保護(hù)2.反時(shí)限過電流保護(hù)裝置的組成和原理反時(shí)限過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間與短路電流的大小成反比，短路電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。它是由GL型電流繼電器組成的，由于GL-15、GL-16型電流繼電器的觸點(diǎn)容量較大，短時(shí)分?jǐn)嚯娏髂芰蛇_(dá)150A，所以采用交流操作電源“去分流跳閘”的操作方式。這種操作方式在工廠供配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，交流操作電源反時(shí)限過電流保護(hù)裝置的集中式原理接線圖和展開式原理接線圖如圖所示。6.7.2帶時(shí)限過電流保護(hù)反時(shí)限過電流保護(hù)裝置的工作原理：當(dāng)一次電路發(fā)生相間短路時(shí)，電流繼電器KA經(jīng)過一定延時(shí)后，常開觸點(diǎn)先閉合，常閉觸點(diǎn)后斷開（觸點(diǎn)是先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)），這時(shí)斷路器因跳閘線圈YR去分流而跳閘，切除短路故障。同時(shí)GL型電流繼電器的信號(hào)牌掉下，指示保護(hù)裝置已動(dòng)作。當(dāng)短路故障切除后，電流繼電器自動(dòng)返回到初始狀態(tài)，信號(hào)牌需要手動(dòng)復(fù)位。6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定當(dāng)供配電系統(tǒng)發(fā)生過載或短路時(shí)，主要特征表現(xiàn)為供電線路上的電流增大。因此必須裝設(shè)過電流保護(hù)裝置，對(duì)供電線路進(jìn)行過電流保護(hù)。過電流保護(hù)的動(dòng)作原理圖如圖所示。每段線路的斷路器和過電流保護(hù)裝置必須裝在靠近電源的一側(cè)，用于保護(hù)線路本身，避免線路供電的母線上發(fā)生短路故障。6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定1.過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定能使保護(hù)裝置啟動(dòng)的最小電流稱為保護(hù)裝置的動(dòng)作電流。帶時(shí)限過電流保護(hù)（包括定時(shí)限和反時(shí)限）的動(dòng)作電流應(yīng)躲過線路正常運(yùn)行時(shí)流經(jīng)線路的最大負(fù)荷電流，保護(hù)裝置的返回電流也必須躲過線路的最大負(fù)荷電流。過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定公式為若采用斷路器操作機(jī)構(gòu)中的電流脫扣器YR作直接動(dòng)作式過電流保護(hù)，則電流脫扣器動(dòng)作電流的整定公式為6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定2.過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定（1）定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定。每套保護(hù)裝置要具有不同的動(dòng)作時(shí)間。一般來說，某一級(jí)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)選擇得比它下一級(jí)保護(hù)裝置中動(dòng)作時(shí)間最長的大一個(gè)時(shí)間差Δt。當(dāng)后一級(jí)保護(hù)裝置所保護(hù)的線路首端，如圖（a）中的k點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，前一級(jí)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間t1應(yīng)比后一級(jí)保護(hù)裝置中動(dòng)作時(shí)間最長的t2大一個(gè)時(shí)間差Δt，即t1=t2+Δt，Δt一般取0.5s。（2）反時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定。為了保證各保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性，反時(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間也應(yīng)按“階梯原則”進(jìn)行整定。由于它的動(dòng)作時(shí)間與通過保護(hù)裝置的電流有關(guān)，因此，其動(dòng)作時(shí)間實(shí)際上指的是在某一短路電流下，或者在某一動(dòng)作電流倍數(shù)下的動(dòng)作時(shí)間。從圖（c）中可以看出，前后兩級(jí)的配合點(diǎn)仍然在后一級(jí)保護(hù)裝置的線路首端，當(dāng)k點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，t1=t2+Δt，Δt一般取0.7s。6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定3.過電流保護(hù)靈敏度的檢驗(yàn)條件按照《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50062—2008）規(guī)定，過電流保護(hù)靈敏度的檢驗(yàn)條件根據(jù)式確定式中，

為被保護(hù)線路末端在供配電系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流。如果過電流保護(hù)作為后備保護(hù)，那么Sp≥1.2。6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定4.低電壓閉鎖的過電流保護(hù)過電流保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流應(yīng)躲過可能出現(xiàn)的最大工作電流。有時(shí)為了降低啟動(dòng)電流，提高保護(hù)裝置的靈敏度，可采用具有低電壓閉鎖的過電流保護(hù)裝置，低電壓閉鎖的過電流保護(hù)電力線路如圖所示。在線路的過電流繼電器KA的常開觸點(diǎn)回路中，串入低電壓繼電器KV的常閉觸點(diǎn)，KV經(jīng)過電壓互感器TV接在被保護(hù)線路上。當(dāng)供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，母線電壓接近額定電壓，電壓繼電器KV處于閉合狀態(tài)，常閉觸點(diǎn)斷開。過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流，按躲過線路的計(jì)算電流I30來整定，不必按躲過線路的最大負(fù)荷電流來整定。這是因?yàn)镵V的常閉觸點(diǎn)與KA的常開觸點(diǎn)串聯(lián)，即便線路由于過負(fù)荷使電流繼電器KA動(dòng)作，但這時(shí)KV的常閉觸點(diǎn)斷開，斷路器QF不會(huì)誤動(dòng)作。裝有低電壓閉鎖的過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定公式為6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定上述低電壓繼電器KV的動(dòng)作電壓Uop按躲過母線正常最低工作電壓Umin來整定，其返回電壓也應(yīng)躲過Umin，因此低電壓繼電器動(dòng)作電壓的整定公式為6.7.3過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作原理和整定5.定時(shí)限和反時(shí)限過電流保護(hù)的比較定時(shí)限過電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作時(shí)間比較精確，整定簡便，且不論短路電流大小，動(dòng)作時(shí)間都一定，不會(huì)出現(xiàn)因短路電流小，動(dòng)作時(shí)間長而延長故障時(shí)間和擴(kuò)大事故等問題。缺點(diǎn)是所需繼電器較多，接線復(fù)雜且需直流操作電源，投資費(fèi)用較高。此外，靠近直流電源處的保護(hù)裝置，動(dòng)作時(shí)間較長，這是帶時(shí)限過電流保護(hù)共同的缺點(diǎn)。反時(shí)限過電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是所需繼電器數(shù)量減少很多，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)，還可采用交流操作方式，因此簡單經(jīng)濟(jì)，投資費(fèi)用減少，在中、小用戶供配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是動(dòng)作時(shí)間的整定較麻煩，且誤差較大。當(dāng)短路電流較小時(shí)，動(dòng)作時(shí)間很長，從而延長了故障的持續(xù)時(shí)間。6.7.4電流速斷保護(hù)1.電流速斷保護(hù)裝置的組成和原理電流速斷保護(hù)實(shí)際上是瞬時(shí)動(dòng)作的過電流保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間僅為繼電器本身的固有動(dòng)作時(shí)間，它的動(dòng)作選擇性不是依靠動(dòng)作時(shí)間，而是依靠選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)作電流來解決。若采用DL型電流繼電器，則電流速斷保護(hù)裝置的組成，相當(dāng)于定時(shí)限過電流保護(hù)去除時(shí)間繼電器，電流速斷保護(hù)裝置的原理接線圖如圖所示。若采用GL型電流繼電器，則直接利用繼電器的電磁元件作電流速斷保護(hù)，感應(yīng)元件用來作反時(shí)限過電流保護(hù)，因此不用額外增加電氣元件，簡單經(jīng)濟(jì)。6.7.4電流速斷保護(hù)為了保證前后兩級(jí)瞬時(shí)動(dòng)作的電流速斷保護(hù)的選擇性，電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流即速斷電流Iqb，應(yīng)按躲過保護(hù)線路末端的最大短路電流（末端三相短路電流）Ik.max來整定。只有這樣，才能避免當(dāng)后一級(jí)電流速斷保護(hù)所保護(hù)的線路首端發(fā)生三相短路時(shí)前一級(jí)電流速斷保護(hù)誤動(dòng)作的可能性，電流速斷保護(hù)的保護(hù)區(qū)和“死區(qū)”如圖所示，電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流（速斷電流）的整定公式為6.7.4電流速斷保護(hù)2.電流速斷保護(hù)靈敏度的檢驗(yàn)條件電流速斷保護(hù)的靈敏度，按線路首端在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流

作為最小短路電流Ik.min來檢驗(yàn)。因此電流速斷保護(hù)的靈敏度按照《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50062—2008）規(guī)定為6.7.4電流速斷保護(hù)3.電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”及彌補(bǔ)方法由于電流速斷保護(hù)的動(dòng)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(dāng)靠近線路末端的一段線路上產(chǎn)生的不一定是最大短路電流（如兩相短路電流）時(shí)，電流速斷保護(hù)裝置就不動(dòng)作，即電流速斷保護(hù)實(shí)際上不能保護(hù)整段線路的長度。這種保護(hù)裝置保護(hù)不到的區(qū)域，稱為“死區(qū)”。為了彌補(bǔ)電流速斷保護(hù)存在“死區(qū)”的缺點(diǎn)，規(guī)定只要裝設(shè)電流速斷保護(hù)的線路，必須裝設(shè)帶時(shí)限過電流保護(hù)。且過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間比電流速斷保護(hù)至少大一個(gè)時(shí)間差Δt=0.5~0.7s，而且前后兩級(jí)過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)符合“階梯原則”，以保證動(dòng)作選擇性。6.7.4電流速斷保護(hù)繼電保護(hù)裝置補(bǔ)充檢驗(yàn)的內(nèi)容如下。（1）對(duì)繼電器進(jìn)行機(jī)械部分檢查及電氣特性試驗(yàn)。（2）二次通電試驗(yàn)。（3）二次回路絕緣電阻試驗(yàn)。（4）繼電保護(hù)裝置的整組動(dòng)作試驗(yàn)。對(duì)運(yùn)行中的繼電保護(hù)裝置需要定期進(jìn)行巡視檢查，巡視檢查的內(nèi)容如下。（1）各類繼電器的外殼有無破損，整定值的位置是否變動(dòng)。（2）感應(yīng)式電流繼電器的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，經(jīng)常帶電的繼電器節(jié)點(diǎn)處有無抖動(dòng)及磨損，線圈及附加電阻有無過熱情況。（3）在繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視并立即向技術(shù)部門報(bào)告。（4）繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器跳閘后，應(yīng)檢查保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，并查明原因。在送電前，應(yīng)將所有的掉牌信號(hào)全部復(fù)位。6.7.5單相接地保護(hù)1.有選擇性的單相接地保護(hù)的基本原理單相接地保護(hù)，又稱零序電流保護(hù)，主要利用單相接地產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)裝置動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。當(dāng)單相接地可能危及人身和設(shè)備安全時(shí)，動(dòng)作于跳閘。如圖所示為零序電流互感器的結(jié)構(gòu)及接線方式。當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及發(fā)生相間短路時(shí)，由于穿過零序電流互感器電纜線路中的電流相量和為零，因此零序電流互感器的鐵芯中沒有磁通，二次側(cè)不會(huì)感應(yīng)出電流，電流繼電器KA不動(dòng)作。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，有接地電容電流在接地線中通過，從而在零序電流互感器的鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序電流互感器二次側(cè)感應(yīng)出零序電流，電流繼電器動(dòng)作，接通信號(hào)回路，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。6.7.5單相接地保護(hù)2.單相接地保護(hù)動(dòng)作電流的整定3.單相接地保護(hù)靈敏