電氣注冊工程師必考之供配電7--供配電系統(tǒng)過電流保護

1、2022-3-281第第7章章 供配電系統(tǒng)的過電流保護供配電系統(tǒng)的過電流保護n主要內(nèi)容主要內(nèi)容n過電流保護裝置的任務(wù)和要求過電流保護裝置的任務(wù)和要求n三段式電流保護原理及整定計算三段式電流保護原理及整定計算 n變壓器保護原則變壓器保護原則n低壓斷路器保護低壓斷路器保護n重點、難點重點、難點n過電流保護裝置的任務(wù)和要求過電流保護裝置的任務(wù)和要求n三段式電流保護原理及整定計算三段式電流保護原理及整定計算2022-3-282 7.1 過電流保護裝置任務(wù)和要求過電流保護裝置任務(wù)和要求n任務(wù)：任務(wù)：n系統(tǒng)出現(xiàn)不正常狀態(tài)時，發(fā)出報警信號。（過負系統(tǒng)出現(xiàn)不正常狀態(tài)時，發(fā)出報警信號。（過負荷、單相接地、一相斷

2、線等）荷、單相接地、一相斷線等）n系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，作用開關(guān)跳閘并報警。系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，作用開關(guān)跳閘并報警。n 1KV以上高壓系統(tǒng)，采用繼電保護裝置和高以上高壓系統(tǒng)，采用繼電保護裝置和高壓熔斷器保護。壓熔斷器保護。 n1KV以下低壓系統(tǒng)，采用低壓斷路器和低壓熔以下低壓系統(tǒng)，采用低壓斷路器和低壓熔斷器保護。斷器保護。2022-3-283要求：n選擇性選擇性n切除故障部分，防止越級跳閘。切除故障部分，防止越級跳閘。 n速動性速動性n盡快速切斷故障，減少故障存在的時間。盡快速切斷故障，減少故障存在的時間。n靈敏性靈敏性n指對故障或不正常運行狀態(tài)的反映能力。指對故障或不正常運行狀態(tài)的反映能力。

3、n用靈敏度或靈敏系數(shù)來衡量用靈敏度或靈敏系數(shù)來衡量n可靠性可靠性n不拒動不拒動n不誤動不誤動2022-3-284靈敏度n對反映故障時參數(shù)量增加的保護裝置對反映故障時參數(shù)量增加的保護裝置 其靈敏系數(shù)為：其靈敏系數(shù)為：Ks= （過電流）（過電流）n對反映故障時參數(shù)量降低的保護裝置，對反映故障時參數(shù)量降低的保護裝置，其靈敏系數(shù)為：其靈敏系數(shù)為：Ks= （欠電壓）（欠電壓）靈敏系數(shù)整定：靈敏系數(shù)整定：1.2、1.25、1.5、2。 2022-3-2857.2常用的保護繼電器n1、作用：用來接通或斷開控制或保護回路。、作用：用來接通或斷開控制或保護回路。 n2、區(qū)別：接觸器主回路（、區(qū)別：接觸器主回路（

4、I5A）、繼電）、繼電器多用于控制電路（器多用于控制電路（I5A）。）。 n3、種類：、種類：n電磁式繼電器電磁式繼電器 D 電流繼電器電流繼電器 Ln感應(yīng)式繼電器感應(yīng)式繼電器 G 電壓繼電器電壓繼電器 Yn整流式繼電器整流式繼電器 L 功率繼電器功率繼電器 Gn晶體管繼電器晶體管繼電器 B 中間繼電器中間繼電器 Zn 信號繼電器信號繼電器 X2022-3-286 1）電磁式電流繼電器（圖6-6）n作用：當電流超過某一整定值時繼電器動作。作用：當電流超過某一整定值時繼電器動作。n工作原理：工作原理：2022-3-287n動作電流（動作電流（Iopk）：）：n能使繼電器動作的最小電流。能使繼電器

5、動作的最小電流。n返回電流（返回電流（IreK）：）：n能使繼電器返回的最大電流。能使繼電器返回的最大電流。n返回參數(shù)（返回參數(shù)（Kre）：）：n整定方法：整定方法：nA、平滑調(diào)節(jié)（調(diào)彈簧）。、平滑調(diào)節(jié)（調(diào)彈簧）。nB、級進調(diào)節(jié)（線圈抽頭或串、并聯(lián)）。、級進調(diào)節(jié)（線圈抽頭或串、并聯(lián)）。n動作時間：動作時間：0.010.05s。n特點：接點容量較小，不能直接作用于特點：接點容量較小，不能直接作用于斷路器跳閘，必須通過其它繼電器轉(zhuǎn)換。斷路器跳閘，必須通過其它繼電器轉(zhuǎn)換。KOPKrereIIKIopkIrekI2022-3-2882）電磁式中間繼電器）電磁式中間繼電器（1）作用：）作用：nA、提供足

6、夠數(shù)量的觸點以便同時控制不同的、提供足夠數(shù)量的觸點以便同時控制不同的電路。電路。nB、增加觸點容量，以便接通斷開較大的電流、增加觸點容量，以便接通斷開較大的電流回路（如跳閘回路）?；芈罚ㄈ缣l回路）。nC、提供必要的延時特性，以滿足保護及自動、提供必要的延時特性，以滿足保護及自動裝置的要求。裝置的要求。（2）種類：電壓式、電流式。）種類：電壓式、電流式。n瞬動、延時動作。瞬動、延時動作。n瞬動時間：瞬動時間：0.050.06s 2022-3-289n結(jié)構(gòu)2022-3-28103)電磁式時間繼電器 n（1）特點：延時動作n（2）原理：鐘表機構(gòu) 2022-3-28114）電磁式信號繼電器 （1）種

7、類：）種類：n電流型、電壓型。電流型、電壓型。 （2）作用：）作用：n動作指示（燈光、音響信號），以便判別故障動作指示（燈光、音響信號），以便判別故障性質(zhì)。性質(zhì)。（3）原理）原理 圖圖7102022-3-28125）感應(yīng)式繼電器（1）結(jié)構(gòu)組成與工作原理 圖6-142022-3-2813n、兩部分組成：一是感應(yīng)系統(tǒng)（動作反時限），、兩部分組成：一是感應(yīng)系統(tǒng)（動作反時限），二是電磁系統(tǒng)（動作瞬時）。二是電磁系統(tǒng)（動作瞬時）。n、繼電器的動作時限：從繼電器動作到觸點閉合、繼電器的動作時限：從繼電器動作到觸點閉合這段時間。這段時間。n動作特性動作特性n反時限特性：反時限特性： 動作時間與電流成反比動作

8、時間與電流成反比n有限反時限特性：有限反時限特性： 電流變大，動作時間基本不變電流變大，動作時間基本不變n電磁系統(tǒng)的動作時間：電磁系統(tǒng)的動作時間：0.050.1s。n（2）動作電流與動作時限的調(diào)節(jié)）動作電流與動作時限的調(diào)節(jié)n動作電流：使蝸桿與扇形齒輪齒合的最小電流。動作電流：使蝸桿與扇形齒輪齒合的最小電流。n感應(yīng)系統(tǒng)動作電流調(diào)整：利用插銷感應(yīng)系統(tǒng)動作電流調(diào)整：利用插銷20改變繼電器改變繼電器線圈的匝數(shù)來調(diào)整。線圈的匝數(shù)來調(diào)整。n感應(yīng)系統(tǒng)動作時限調(diào)整：改變扇形齒輪的起始位置。感應(yīng)系統(tǒng)動作時限調(diào)整：改變扇形齒輪的起始位置。n優(yōu)點：接點容量大；直接作用于斷路器跳閘。優(yōu)點：接點容量大；直接作用于斷路器

9、跳閘。n缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精確度較低。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精確度較低。2022-3-28146）晶體管繼電器n（1）電路組成：（五部分）：電壓形成回）電路組成：（五部分）：電壓形成回路、啟動回路、時限回路、出口信號回路路、啟動回路、時限回路、出口信號回路以及工作電源。以及工作電源。n優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：質(zhì)量輕，質(zhì)量輕，體積小，體積小，耗電少，耗電少，壽命長，壽命長，工作可靠。工作可靠。 +-2022-3-28152022-3-28167) 微機保護裝置 n微機保護的硬件組成微機保護的硬件組成 2022-3-2817接線系數(shù)接線系數(shù)流入繼電器的電流與電流互感器二次測電流的比值流入繼電器的電流與電流互感器二

10、次測電流的比值 完全星型接線（三相三繼電器接法）完全星型接線（三相三繼電器接法）不完全星形接線（兩相繼電器接法）不完全星形接線（兩相繼電器接法）兩相電流差接線（兩相一繼電器接法）兩相電流差接線（兩相一繼電器接法） （U、V、W三相短路）三相短路） （U、V 或或V、W相間短路）相間短路） （U、W相間短路）相間短路） 1kxK2kxK1kxK3kxK1kxK2IIKKAkx2022-3-28187.3中壓線路的電流保護n繼電保護的接線方式繼電保護的接線方式 n完全星型接線（三相三繼電器接法）完全星型接線（三相三繼電器接法）n不完全星形接線（兩相繼電器接法）不完全星形接線（兩相繼電器接法）n兩相

11、電流差接線（兩相一繼電器接法）兩相電流差接線（兩相一繼電器接法）6-6接線系數(shù)接線系數(shù)2IIKKAkx2022-3-2819n對繼電保護裝置的要求：n選擇性選擇性n速動性速動性n靈敏性靈敏性n可靠性可靠性2022-3-28207.3中壓線路的電流保護n電流保護：是利用過流時電流增大的特點電流保護：是利用過流時電流增大的特點構(gòu)成的保護。構(gòu)成的保護。n分類：分類： 按時間特性分為：按時間特性分為：n定時限過電流保護定時限過電流保護n無時限電流速斷保護無時限電流速斷保護n有時限電流速斷保護有時限電流速斷保護n反時限過電流保護反時限過電流保護2022-3-28217.3.1定時限過電流保護 n過電流保

12、護：反映電流過量動作。過電流保護：反映電流過量動作。n組成：組成：電流互感器電流互感器電流繼電器電流繼電器時間繼電器時間繼電器信號繼電器信號繼電器中間繼電器中間繼電器原理原理: 過流過流電流繼電器動作電流繼電器動作KT延時閉合延時閉合KS發(fā)發(fā)報警信號報警信號KM動作動作YR跳閘。跳閘。2022-3-2822保護裝置的時限特性保護裝置的時限特性 在供電線路上，每級設(shè)有保護，為實現(xiàn)選在供電線路上，每級設(shè)有保護，為實現(xiàn)選擇性，各級保護的動作時限應(yīng)相互配合擇性，各級保護的動作時限應(yīng)相互配合n時限配合：采用階梯原則。時限配合：采用階梯原則。n時限級差：定時限時限級差：定時限t =0.50.7sn 反時限

13、反時限t=0.70.9sn可見可見:選擇性選擇性的實現(xiàn)，通過的實現(xiàn)，通過不同的時間構(gòu)不同的時間構(gòu)成。成。2022-3-2823max.1wrerelopIKKI保護裝置的整定計算整定包括：動作電流、動作時限。動作電流、動作時限。n1）動作電流的整定原則）動作電流的整定原則 躲過最大工作電流躲過最大工作電流 返回電流返回電流Ire應(yīng)大于最大工作電流應(yīng)大于最大工作電流 max.11max.wopreoprerewreIIKIKIII可靠系數(shù)可靠系數(shù)1.151.25max.1wopIIIopIreIIwmaxIk2022-3-2824n換算到電流互感器二次側(cè)繼電器的整定電流換算到電流互感器二次側(cè)繼電

14、器的整定電流n2）靈敏度校驗）靈敏度校驗n最小的短路電流大于動作電流最小的短路電流大于動作電流n要求：保護裝置靈敏度系數(shù)的最小允許值，對要求：保護裝置靈敏度系數(shù)的最小允許值，對于主保護還要求于主保護還要求Ks1.5，對于后備保護區(qū)，對于后備保護區(qū)Ks1.2。kAopikkxsopksIKIKKIIK.)2(min.)2(min.opkII )2(min.max.12.wirekxreliopkxkxkAopIKKKKKIKIKImax.wirekxrelkAopIKKKKI2022-3-2825n當保護裝置靈敏度度不滿足時，采用：當保護裝置靈敏度度不滿足時，采用：n降低繼電器的動作電流降低繼電

15、器的動作電流n提高繼電器的返回系數(shù)提高繼電器的返回系數(shù)等方法來提高保護裝置的靈敏度。等方法來提高保護裝置的靈敏度。 n3）保護裝置的時限整定）保護裝置的時限整定n 原則：階梯原則。原則：階梯原則。n 位于電網(wǎng)末端的過電流保護裝置不設(shè)延位于電網(wǎng)末端的過電流保護裝置不設(shè)延時元件。時元件。n t不可過小，否則可能造成誤動。不可過小，否則可能造成誤動。 2022-3-2826P190 例6-1n某某10KV供電系統(tǒng)為中性點不接系統(tǒng)，如圖所供電系統(tǒng)為中性點不接系統(tǒng)，如圖所示。示。WL1上負荷電流上負荷電流300A， WL2時間整定時間整定0.5S。試設(shè)置。試設(shè)置WL1線路保護和整定。線路保護和整定。WL

16、1WL2I(3)kmax1=15kAI(3)kmin1=12kAI(3)kmax2=5.3kAI(3)kmin2=4.9kAIwmax=300A2022-3-2827解：（1）設(shè)置過電流保護，采用不完全星形接線設(shè)置過電流保護，采用不完全星形接線Kkx=1（2）確定電流互感器的變比）確定電流互感器的變比I1=(1.52)Iwmax，I1 =500A Ki=500/5=100（3）采用定時限過電流保護）采用定時限過電流保護一次動作電流一次動作電流繼電器動作電流繼電器動作電流 取取4.5A P308 見附錄見附錄41電流繼電器技術(shù)數(shù)據(jù)電流繼電器技術(shù)數(shù)據(jù) 選用選用10AAIKKIwrerelop406

17、30085. 015. 1max.AIKKKKIwirekxrelkAop06. 4max.2022-3-2828n總結(jié)定時限過電流保護的特點：總結(jié)定時限過電流保護的特點：n按最大負荷電流整定按最大負荷電流整定n時間是階梯原則，時間是定值，便于設(shè)定時間是階梯原則，時間是定值，便于設(shè)定n保護范圍：線路全長保護范圍：線路全長n靠近電源側(cè)動作時間長靠近電源側(cè)動作時間長-快速性差快速性差2022-3-28297.3.2 電流速斷保護 n一般要求，當過電流保護裝置的動作時限如果超一般要求，當過電流保護裝置的動作時限如果超時時1s。還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。n種類種類:n瞬時（無時限）電

18、流速斷保護瞬時（無時限）電流速斷保護n限時（有時限）電流速斷保護。限時（有時限）電流速斷保護。n1、無時限電流速斷保護（瞬動保護）、無時限電流速斷保護（瞬動保護）n組成：組成： 電流互感器電流互感器 電流繼電器電流繼電器 信號繼電器信號繼電器 中間繼電器中間繼電器原理：短路時，由電流繼電器動作，作用信原理：短路時，由電流繼電器動作，作用信號并跳閘。號并跳閘。2022-3-2830n 不能用時間實現(xiàn)選擇性，只能用電流。不能用時間實現(xiàn)選擇性，只能用電流。n1）動作電流的整定）動作電流的整定 速斷保護的動作電流應(yīng)大于被保護線路末端的最速斷保護的動作電流應(yīng)大于被保護線路末端的最大短路電流。大短路電流。

19、流入繼電器的電流流入繼電器的電流max. 231 .srelopIKI）（)3(max. 2.sikxrelkAopIKKKI2022-3-2831n2）電流速斷的）電流速斷的“死區(qū)死區(qū)”n由圖，電流速斷保護只能保護線路的一部分。由圖，電流速斷保護只能保護線路的一部分。n沒有得到保護的一段線路就稱為電流速斷保沒有得到保護的一段線路就稱為電流速斷保護的護的“死區(qū)死區(qū)”。n保護范圍：保護范圍： 與短路故障的種類有關(guān)，還與電力系統(tǒng)與短路故障的種類有關(guān)，還與電力系統(tǒng)的運行方式有關(guān)。的運行方式有關(guān)。在正常運行方式下，其最小保護范圍應(yīng)不小于在正常運行方式下，其最小保護范圍應(yīng)不小于被保護線路全長的被保護線路

20、全長的15%20%。 n3）靈敏度效驗公式 )LXX(2UImin0min1av2min1s )XI2U(x1Lmin12min1sav0min2022-3-28322、限時電流速斷保護裝置n 限時電流速斷保護裝置比無時限速斷保限時電流速斷保護裝置比無時限速斷保護大一時限差護大一時限差t（0.5s）即可。）即可。n與定時限過電流保護相比：與定時限過電流保護相比：n接線與定時限過電流保護的接線完全一樣；接線與定時限過電流保護的接線完全一樣；n時間整的定上下級不需要配合，都是時間整的定上下級不需要配合，都是0.5s；n電流整定不按最大工作電流考慮。電流整定不按最大工作電流考慮。2022-3-283

21、3n2）兩階段速斷保護裝置：）兩階段速斷保護裝置：n無時限速斷、限時電流速斷保護裝置。無時限速斷、限時電流速斷保護裝置。n第一級速斷裝置第一級速斷裝置I；瞬時電流速斷保護裝置；瞬時電流速斷保護裝置n第二級速斷裝置第二級速斷裝置II：限時電流速斷保護裝置：限時電流速斷保護裝置n第一段線路的限時電流速斷保護的動作電流要比第一段線路的限時電流速斷保護的動作電流要比下一段線路的瞬時速斷裝置的動作電流大。下一段線路的瞬時速斷裝置的動作電流大。 IoprelIIopIKI. 2. 12022-3-28347.4.4 三段式電流保護裝置 n第一段保護第一段保護-瞬時電流速斷瞬時電流速斷 （作為主保護）（作為

22、主保護）n第二段保護第二段保護-限時電流速斷（近后備保護）限時電流速斷（近后備保護）n第三段保護第三段保護-定時限過電流保護（后備保護）定時限過電流保護（后備保護）n應(yīng)用應(yīng)用n310kV：一般用兩段式電流保護裝置。：一般用兩段式電流保護裝置。n35300kV ：三段式電流保護裝置。：三段式電流保護裝置。 死區(qū)死區(qū)保護范圍保護范圍2022-3-28357.4.2 反時限過電流保護 n基本元件：基本元件：GL型感應(yīng)式電流繼電器或晶體型感應(yīng)式電流繼電器或晶體管繼電器，可組成反時限過電流保護裝置。管繼電器，可組成反時限過電流保護裝置。 n整定計算整定計算n電流同前電流同前n時限配合時限配合n配合點滿足

23、時限配合點滿足時限級差要求級差要求2022-3-28367.4.5 單相接地保護 n絕緣監(jiān)視裝置絕緣監(jiān)視裝置 n作用：監(jiān)視電網(wǎng)的對地絕緣。作用：監(jiān)視電網(wǎng)的對地絕緣。n原理接線圖原理接線圖n組成：組成：一個三相五柱式電一個三相五柱式電壓互感器、三個電壓互感器、三個電壓表和一個電壓繼壓表和一個電壓繼電器。電器。n信號顯示：信號顯示：音響、燈光和掉牌。音響、燈光和掉牌。n缺點：動作無選擇性缺點：動作無選擇性 2022-3-2837零序電流保護n利用故障線路零序電流比非故障線路零序電流大的特點，實現(xiàn)有選擇性的保護。非故障線路非故障線路:IE1 方向母線到線路方向母線到線路故障線路：故障線路：(N-1)

24、 IE1方向線路到方向線路到母線母線單相接地特點：單相接地特點：2022-3-2838n動作電流：動作電流： n靈敏度：靈敏度：n單相接地故障，按流過保護裝置最小零序電單相接地故障，按流過保護裝置最小零序電流來校驗。流來校驗。n1）計算公式：）計算公式： n n2）要求：）要求：n電纜線路：電纜線路：Kr1.25n架空線路：架空線路：Kr1.5。n當零序電流保護不能滿足選擇性要求或靈敏當零序電流保護不能滿足選擇性要求或靈敏度不夠時可裝設(shè)零序功率方向保護裝置。度不夠時可裝設(shè)零序功率方向保護裝置。 opIrICCUK)(3000003CUKIkop 2022-3-28397.4.6 零序功率方向保

25、護 n是根據(jù)故障線路的零序功率與非故障線路是根據(jù)故障線路的零序功率與非故障線路的零序功率輸送方向相反的原理設(shè)計的。的零序功率輸送方向相反的原理設(shè)計的。n接線原理：接線原理： 動作條件 A.1A2 0IK0UK1A210IK0UK2A212022-3-28407.5 電力變壓器的保護 n變壓器內(nèi)部故障：相間短路、匝間短路、變壓器內(nèi)部故障：相間短路、匝間短路、單相接地短路。單相接地短路。 n變壓器外部故障：引出線、絕緣套筒相間變壓器外部故障：引出線、絕緣套筒相間短路或接地。短路或接地。n變壓器不正常運行狀態(tài)：過負荷、油面過變壓器不正常運行狀態(tài)：過負荷、油面過低、溫度升高和外部短路引起的過流等。低、

26、溫度升高和外部短路引起的過流等。 n變壓器保護變壓器保護n瓦斯保護瓦斯保護n電流速斷保護電流速斷保護n過電流過負荷保護過電流過負荷保護n單相短路保護單相短路保護2022-3-28417.5.1 變壓器的瓦斯保護 n適用：室外變壓器適用：室外變壓器S800kVA和室內(nèi)和室內(nèi)S400kVA的油浸變壓器。的油浸變壓器。n瓦斯保護裝置保護范圍，油箱內(nèi)部故障和瓦斯保護裝置保護范圍，油箱內(nèi)部故障和油面降低等不正常運行狀態(tài)。油面降低等不正常運行狀態(tài)。 2022-3-28427.5.2 變壓器的速斷保護 n保護范圍：變壓器內(nèi)部、外部套管和引出線保護范圍：變壓器內(nèi)部、外部套管和引出線上的全部故障。上的全部故障。n電源側(cè)為大接地電電源側(cè)