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1、1,第七章 继电保护基础,章节导学 本章教学内容 1、继电保护的基本知识 电力系统运行过程中可能出现故障和不正常运行状态，造成少送电或电能质量难以满足要求，甚至造成人身和设备损坏。须迅速有选择性地切除故障元件，完成此功能的电力系统装置为继电保护装置。2、单侧电源电网相间短路的电流保护 输电线路是电力系统中最易发生故障的部分。根据整定原则的不同，分无时限电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过流保护。,2,3、电网的接地保护*4、电力系统的主设备保护 电力变压器的保护 5、10kV配电系统的保护 配电线路、变压器、电力电容器的保护 6、工厂供电系统的保护 厂区范围内的供配电系统。电源一般是11
2、0kV或35kV，从地区变电所接至厂区内总降压变电所，变换成10kV引到各个车间，再由车间变电所变成380V220V低压电，给工厂内各类生产生活用电设备。高压、低压配电系统均需要采用保护装置。,3,7、民用建筑配电系统的保护 高压侧为10kV小接地电流系统，低压侧为380V220V中性点直接接地系统。用电设备一般为380V动力设备和220V照明设备。还有少量的大型动力设备用高压（3kV或6kV）电动机，均需要进行保护。重点：单侧电源电网相间短路的电流保护；电力变压器保护；配电系统的保护。难点：相间短路的电流保护；接地保护；主设备保护。,4,第一节 继电保护的基本知识一、继电保护的基本原理,1、
3、继电保护装置 电力系统发生故障，必须迅速而有选择性地切除故障元件，须要设置继电保护装置。2、保护的构成,测量回路,被测电气量,跳闸信号,逻辑回路,执行回路,整定值（边界）,5,3、对继电保护装置的基本要求,（1）选择性要求仅将故障设备切除，使得故障停电范围尽可能的小，保证无故障部分继续运行。,6,当本元件的主保护拒绝动作时，可由本元件的另一套保护作为后备保护。后备保护分为远后备、近后备。在远处（不是本线路上的保护）实现的，为远后备保护；在保护安装处实现的，称为近后备保护。如：QF1和QF3的保护可以作为QF5和QF7的后备保护。,7,（2）速动性快速地切除故障。,（3）灵敏性,（4）可靠性,在
4、保护范围内发生的故障，不应该拒动，在保护 范围外发生的故障，则不应该误动作。,对发生故障的反应能力要强，正确反应。,8,4、常用的保护继电器及操作电源,电流继电器：反应电流增大而动作；电压继电器：电压下降到一定的值时，触点闭合；中间继电器：用以增加触点数量以及容量；时间继电器：建立必要的延时，保证保护动作的选择性和某种逻辑关系；信号继电器：继电保护装置和自动装置动作的信号指示。,9,常开触点：在没有带电时是开的；常闭触点：在没有带电时是闭合的。,线圈通电后，产生磁通，磁力Fe。当磁力大于弹力时，触点闭合，继电器动作。,电磁式电流继电器：,恰使继电器动作的最小电流称动作电流，,当电流减小，恰使继
5、电器触点打开，称继电器返回；使继电器返回的最大电流为返回电流，,10,操作电源：,高压断路器的合闸跳闸回路以及继电保护装置中的操作回路、控制回路、信号回路等所需要的电源。,分类：直流电源、整流电源、交流电源,要求:非常可靠；否则系统故障时，无法可靠动作。,5、互感器的接线方式,电流互感器,电压互感器,一次图、二次图,11,电流互感器的接线方式：,完全星形接线,两相电流差接线,不完全星形接线,12,第二节 单侧电源电网相间短路的电流保护,最大短路电流：在最大运行方式下，发生三相短路时，短路电流最大。,最小短路电流：在最小运行方式下，发生二相短路时，短路电流最小。,13,（一）无时限电流速断保护,
6、简称：“电流速断保护”或“I段电流保护”,1、基本原理,反应于电流增大而瞬时动作的电流保护,保护的动作电流按躲过下一线路出口处（本线路的末端、下一线路的始端）最大短路电流整定，满足选择性。,K1与K2的短路电流近似，该处短路时，保护1不应动作。,14,（3）保护灵敏度：,（1）动作电流：,可靠系数，取1.21.3,（2）动作时间：,流过电流互感器的一次电流,用保护区长度占被保护线路全长的百分数表示，,2、整定计算,15,最大和最小保护范围：,单位长度的线路正序阻抗,系统的次暂态电势,最大、小运方下的系统电抗,16,说明：无时限电流速断保护最大保护范围,无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，不
7、能保护线路的全长。,小于线路L1的全长。,满足灵敏度要求的保护范围为：最大运行方式下，三相短路时，m50；最小运行方式下，两相短路时，m1520。,17,3、无时限电流速断保护的接线,18,（二）带时限电流速断保护,简称：“段电流保护”,1、基本原理,由于无时限电流速断保护不能保护线路全长，增设第二套保护。保护范围：一般延伸至下一线路，但不应超过下一线路I段或II段电流保护的范围。,即动作电流值要躲过下一线路（相邻元件）I段或II段电流保护的动作值。,带时限比无时限电流速断保护大一个或两个时限级差t，才有选择性动作。,19,20,（1）动作电流,2、整定计算,1）与相邻线路的电流I段配合,保护
8、1电流II段的动作值,保护2（相邻元件）的电流I段的动作值,可靠系数，取为1.11.15,2）与相邻变压器的电流I段（差动、电流速断保护）配合,可靠系数，取为1.11.15,21,如果相邻线路有多条，则,应取其中最大值。,实质上变压器支路可视同线路处理！,（2）动作时间,（3）灵敏度,应该能够保护线路的全长，当被保护线路末端发生两相短路时，保护仍能灵敏动作，此时的灵敏度系数称为最小灵敏度系数。,要求：,22,3、带时限电流速断保护的接线,与电流速断保护相比，时间继电器KT取代中间继电器KM。,1）为本线路无时限电流速断保护的后备保护（近后备）。2）相邻线路上的动作范围只是线路的一部分，不能作为
9、相邻线路的后备保护（远后备）。3）需要装设一套过电流保护（电流III段）作为本线路的近后备保护以及相邻线路的远后备保护。,23,三、定时限过流保护（过电流或电流III段）,不仅能保护本线路全长，而且保护范围延伸到相邻线路末端。不仅可作本级线路的近后备保护，还可以作相邻线路的远后备保护。,动作电流按躲过最大负荷电流（正常运行）整定，并以时限来保证动作选择性。,1、基本原理,24,定时限过电流保护的配置和时限特性,25,（1）动作电流,2、整定计算,为保证被保护元件通过最大负荷电流时，过电流保护不误动，且在外部故障切除后能够可靠返回。,可靠系数，一般取1.151.25,电动机自起动系数，取1.53
10、,继电器的返回系数，电磁型过电流继电器取为0.85,最大负荷电流,26,（2）动作时间,=,+t,=,+t,（3）灵敏度,近后备：,远后备：,本线路末端发生两相短路时的短路电流稳态值,相邻线路末端两相短路时的短路电流稳态值,27,4、定时限过电流保护的接线,与电流段相比，时间继电器的整定时间不同而已。,28,（b）展开接线图,（a）原理接线图,四、三段式电流保护的构成,29,五、反时限过电流保护,动作时限与被保护线路中的短路电流大小有关。,短路电流越大，t就越小。,主要靠反时限过电流继电器实现,30,第三节 电网的接地保护*,自学,31,第四节 电力系统主设备的保护,一、变压器的故障与保护,1
11、、故障,油箱外部故障：油箱外部绝缘套管、引出线上发生相间短路或一相碰接变压器的箱壳（或称直接接地短路）。,油箱内部故障：绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。,变压器发生内部故障是很危险的，不仅会烧坏绕组绝缘和铁芯，出现油箱爆炸。,32,变压器的异常工作状态有：过负荷、由外部短路引起的过电流、油箱漏油引起的油位下降、外部接地短路引起中性点过电压、绕组过电压 频率降低引起的过励磁、变压器油温升高和冷却系统故障等。,2、不正常运行（异常运行）,对于变压器故障应该动作于跳闸，不正常工况时应该发出信号。,33,3、保护配置,（1）变压器的电流速断保护,与瓦斯保护互相配合，可以保
12、护变压器内部故障和电源侧套管及引出线上全部故障。,1）按躲过变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流,2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流,两者取大者！,动作电流的整定：,k1,34,（2）瓦斯保护,对于油箱内部故障及油面的降低而设置的。,原理：油箱内故障产生气体或油流，使气体继电器动作。,重瓦斯保护动作于跳闸（变压器两侧的断路器）；,轻瓦斯保护动作于信号。,油枕,气体断电器,连接通道,35,（3）差动保护,主要保护变压器的内部故障（但不能保护全部，如油面降低和绕组匝间短路）。,基于比较变压器各侧的电流大小和相位的原理构成的。,原理：,外部故障时:,内部故障时:,36,存在问题：,1）变压
13、器两侧的绕组接线方式不同；2）变压器两侧的互感器型式和变比也难完全相同；3）变压器存在励磁涌流。,注：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流。,整定原则：,1）应躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流：,2）应躲开变压器的最大负荷电流：,Kkel取1.3,Kkel取1.3,两者取大者！,37,（4）其它保护,过电流保护、零序电流保护、过励磁保护等。,二、同步发电机的保护*,38,第五节 10kV配电系统的保护,一、10kV配电线路的保护,（1）电流速断保护,（2）过电流保护（段）,当电流速断保护不能满足选择性要求，增设带时限电流速断保护。即：+段,配电线路上装设的主
14、要保护。,（3）单相接地保护（选择安装）,一般610kV电网都是小接地电流系统，单相接地故障时，只需发信号，运行人员可以有12小时的时间查找接地点。,（4）三相一次重合闸,对付瞬时故障,39,二、10kV配电变压器的保护,1、干式变压器,采用负荷开关加熔断器的保护方案。不需瓦斯保护。,开断正常的负荷电流,实现短路保护,2、油浸式变压器,容量不同，要求不一样，见表7-3,三、10kV电力电容器的保护,并联电容器组的主要故障及其保护方式见表7-4。,40,第六节 工厂供电系统的保护,一、工厂供电线路的保护,由架空线或电缆构成的单端供电网络。,常设如下保护：,1、过电流保护（段）,2、电流速断+反时
15、限过电流保护,3、电流速断+过电流保护（+）常用,一般是1、2、3中选一种,4、单相接地保护,5、低电压保护,6、方向电流保护（采用双电源供电时，才考虑）,41,二、工厂变压器和母线的保护,1、总降压变压器,对于7500kVA及以下的单台变压器设以下保护：,（1）过电流保护,（2）当过电流保护时限大于（0.5s）时，可采用电流速断保护,（3）瓦斯保护,（4）温度监视,对于10000kVA及以上的单台变压器，或并列运行的每台容量在6300kVA及以上的变压器。常设：,上述的（1）、（3）、（4）及纵差保护。,42,2、车间变压器,方案一：采用熔断器保护，或熔断器+负荷开关保护。,方案二：采用定时
16、限或反时限的过电流保护；当过电流保护时限大于（0.7s）时，可加设电流速断保护。,320kVA以上的户内变和800kVA以上的户外变，都应设瓦斯保护。,此外，,43,3、母线,母线的主要故障：单相接地故障,主要的保护方式：,（1）利用接于母线上的供电元件（如变压器的各种电流保护）的保护装置来保护母线；,（2）装设专门的母线保护，,1）大接地电流系统中采用母线电流差动保护；2）工厂中小接地电流系统采用过电流保护或不完全母差保护。,44,三、工厂中的电动机保护,1、电压为3kV以上的感应电动机和同步电动机,45,2、电压在500V以下的电动机，特别是75kW及其以下的电动机,其相间短路故障和单相接
17、地故障，采用熔断器来保护。,3、较大容量的高压电动机应设相间短路保护,46,四、备用电源和自动重合闸装置,1、备用电源自投装置（AAT）,2、自动重合闸装置（ARC）,当工作电源或工作设备故障断开后，能自动将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致停电。,设在线路出线的断路器上。线路故障时，继保装置动作，断路器跳开，同时启动ARC，经一定时限后，ARC使断路器重新合上。,若是瞬时故障，则重合成功，恢复供电；若是永久性故障，再借继电保护将线路切断。,47,五、工厂中低压配电网的保护（380V系统）,1、熔断器保护,可作为过负荷或短路保护。,要设在相线上，保护线和中性线切勿设熔断器。,2、低压断路器
18、保护,可作为过负荷、短路、欠压和失压保护。,3、低压断路器保护+熔断器的配合保护,（上级）,（下级）,48,第七节 民用建筑变配电系统的保护,一、10kV系统（小接地电流系统）的保护,设：,（1）过电流保护,（2）电流速断保护（短路保护）,（3）单相接地保护（采用绝缘监察装置）,（4）雷电过电压和操作过电压保护,对于短线路，负荷级别不高时，可采用高压熔断器代替（1）、（2）。,49,二、变压器的保护,（1）油浸式变压器的保护,主保护：采用电流速断和瓦斯保护；后备保护：采用过电流保护。,（2）干式变压器的保护（多数）,电流速断保护,过电流保护,温度监视,50,三、380/220V低压系统（中性点
19、直接接地系统）,（1）保护接地,（2）低压断路器保护,实现过电流和电流速断的短路保护。（用于干线和重要负荷）,（3）低压熔断器保护,实现电流速断的短路保护。（用于分支线和不重要负荷）,（4）漏电保护,采用漏电保护装置。,漏电断路器、漏电继电器、漏电开关、漏电保护插座等。,如：,51,小 结 继电保护装置是由一个或若干个继电器以一定的方式连接与组合，实现各种保护原理。继电保护的构成，满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的基本要求，常用的保护继电器及操作电源。无时限电流速断保护、带时限电流速断保护、定时限过流保护的基本原理、整定计算、动作时间、保护灵敏度 以及接线方式。三段式电流保护的构成等。电力系统主设备：变压器的故障，变压器的电流速断保护、瓦斯保护、差动保护、其它保护等。,52,10kV配电线路、配电变压器、电力电容器的保护。工厂供电系统高压配电网一般采用继电保护装置或高压熔断器，车间内低压配电系统的保护多采用低压断路器和低压熔断器。变、配电所中的变压器、母线保护以及备用电源自动投入和自动重合闸装置。民用建筑变配电系统的保护：10kV系统（小接地电流系统）保护、变压器保护、380/220V低压系统保护（中性点直接接地系统）。,
