工廠供配電技術(shù)(第五章).ppt

1、第5章工廠供配電系統(tǒng)的保護,內(nèi)容提要：本章講述供電系統(tǒng)保護裝置的作用及對其基本要求，分別論述了工廠高、低壓線路中的繼電保護、熔斷器保護、低壓斷路器保護的方式及適用范圍，其中重點講述了工廠高壓線路的繼電保護和電力變壓器的保護。最后介紹了過電壓保護、防雷保護及接地的知識。,第5章工廠供配電系統(tǒng)的保護,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用與要求 5.2 工廠高壓線路繼電保護 5.3 電力變壓器的保護 5.4 工廠低壓供電線路的保護 5.5 電氣設(shè)備的防雷與接地 小 結(jié) 退 出,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,1供配電系統(tǒng)保護裝置的作用 在供電系統(tǒng)中需裝設(shè)不同類型的保護裝置，在發(fā)生故障時能自動檢測

2、出故障，并且迅速、及時地將故障區(qū)域從供電系統(tǒng)中切除，以免系統(tǒng)設(shè)備繼續(xù)遭到破壞。當(dāng)系統(tǒng)處于不正常運行，如過載、欠電壓等情況時，能發(fā)出報警信號，以便及時處理，保證安全可靠地供電。,2過電流保護裝置的基本要求,選擇性 快速性 可靠性 靈敏性,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,2過電流保護裝置的基本要求,（1）選擇性,當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，離故障點最近的保護裝置應(yīng)先動作，切除故障，而供電系統(tǒng)的其他無故障部分繼續(xù)運行，滿足這一要求的動作就叫有選擇性。,k點故障,QF2動作,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,2過電流保護裝置的基本要求,（2）快速性 保護裝置在盡可能的條件下，應(yīng)盡快地動作切除事

3、故，以減少對用電設(shè)備的影響，如果故障能在0.2s內(nèi)切除，則一般電動機就不會停轉(zhuǎn)。迅速的動作還能減輕對系統(tǒng)的破壞程度，減輕對元件的損害程度，減少用戶在低電壓下工作的時間和停電時間，加速恢復(fù)正常運行的過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,2過電流保護裝置的基本要求,（3）可靠性 保護裝置在其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，必須可靠動作，不應(yīng)拒絕動作，在不該動作的情況下就不應(yīng)該誤動作。為了滿足可靠性的要求，保護裝置接線應(yīng)盡可能簡單，力求減少繼電器接點，避免保護裝置斷線、短路、接地和錯誤的接線，所有輔助元件如連接端子、連接導(dǎo)線以及安裝施工，都應(yīng)當(dāng)十分可靠。,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置

4、的作用和要求,2過電流保護裝置的基本要求,（4）靈敏性 保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力稱為靈敏性，如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應(yīng)動作，即具有足夠的反應(yīng)能力，說明保護裝置的靈敏度高。保護裝置靈敏與否，一般都用靈敏系數(shù)（Sp）來衡量。以過電流保護為例，靈敏系數(shù)為：,（5-1）,系統(tǒng)在最小運行方式時保護區(qū)末端的短路電流； 保護裝置一次側(cè)動作電流。,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,2過電流保護裝置的基本要求,（4）靈敏性,表5.1 繼電保護裝置靈敏度,5.1 供配電系統(tǒng)保護裝置的作用和要求,3工廠常用保護裝置的類型,（1）繼電保護。繼電保護是用各種不

5、同類型的繼電器按一定方式連接和組合，構(gòu)成繼電保護裝置。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)事故或故障時，檢測出并使相應(yīng)的高壓斷路器跳閘，將故障部分切除，或給出報警信號。繼電保護適用于要求供電可靠性較高的高壓供電系統(tǒng)中。 （2）熔斷器保護。熔斷器保護廣泛適用于高、低壓供電系統(tǒng)。由于裝置簡單經(jīng)濟，在供電系統(tǒng)中應(yīng)用得相當(dāng)普遍。但是它的斷流能力較小，選擇性差，熔體熔斷后更換不方便，不能迅速恢復(fù)供電，因此在要求供電可靠性較高的場所不宜用。 （3）低壓斷路器保護。這種保護又稱低壓自動開關(guān)保護。由于低壓斷路器帶有多種脫扣器，能夠進行過電流、過負載、失電壓和欠電壓保護等，而且可作為控制開關(guān)進行操作，因此在對供電可靠性要求較高且頻繁操作

6、的低壓供電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。,5.2工廠高壓線路繼電保護,5 . 2 . 1 電流互感器與電流繼電器的接線方式 5 . 2 . 2 線路過電流保護 5 . 2 . 3 電流速斷保護 5 . 2 . 4 單相接地保護,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,1繼電器 繼電器是組成繼電保護裝置的基本元件。 根據(jù)繼電器反應(yīng)的物理量分，有電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器等。 根據(jù)繼電器的工作原理分，有電磁式、感應(yīng)式等。 按其反應(yīng)參量變化情況分，有過電流繼電器、過電壓繼電器、欠電壓繼電器等。 按其與一次電路的聯(lián)系分，有一次式和二次式：一次式繼電器的線圈與一次電路直接相

7、連，二次式繼電器的線圈連接在電流互感器或電壓互感器的二次側(cè)。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,1繼電器 （1）電磁式電流和電壓繼電器,圖5.2 電磁繼電器作用原理 1鐵心；2銜鐵；3線圈；4接點；5彈簧,電磁式電流和電壓繼電器在繼電保護裝置中均為啟動元件，屬于測量元件。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,1繼電器,中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器，只是觸頭數(shù)量多（一般有8對），容量也大（510A）。中間繼電器的作用是增加觸點的數(shù)目或增大觸點的容量。,（2）電磁式中間繼電器,信號繼電器在繼電保護裝置中的作用是用來發(fā)

8、出指示信號的。當(dāng)信號繼電器動作時，接點動作，從而接通其他的信號回路，并且信號繼電器上信號牌會掉下，顯示動作信號。,（3）電磁式信號繼電器,用來使保護裝置獲得所需要的延時。當(dāng)繼電器的線圈接上工作電壓時，經(jīng)過一定的時間，繼電器的觸點才動作。,（4）電磁式時間繼電器,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,1繼電器,GL型電流繼電器實際上由感應(yīng)部分和電磁部分構(gòu)成，感應(yīng)部分帶有反時限動作特性，而電磁部分是瞬時動作的。它的動作特性曲線如圖5.4所示。 GL型電流繼電器利用感應(yīng)部分做過電流保護，利用電磁部分做速斷保護。能實現(xiàn)斷路器的直接跳閘，另外還有動作信號牌顯示動作信

9、號。感應(yīng)部分具有反時限動作特性，可以省略時間繼電器。 這種繼電器構(gòu)成的保護線路所用繼電器個數(shù)少，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，準(zhǔn)確性不高。,（5）感應(yīng)式電流繼電器,圖5.4 GL型電流繼電器的動作特性曲線,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,1繼電器,圖5.3 繼電器的圖形表示符號,各種繼電器的表示符號和圖形符號,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,為了表述繼電器電流IKA與電流互感器二次側(cè)電流I2的關(guān)系，特引入一個接線系數(shù)Kw,（5-3）,式中 IKA流入電流互感器的電流； I2電流互感器二次側(cè)

10、電流。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,電流互感器與電流繼電器之間的接線方式 三相三繼電器式完全星形接線 兩相兩繼電器式不完全星形接線 兩相三繼電器式不完全星形接線 兩相一繼電器電流差式接線,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,（1）三相三繼電器式接線（如圖5.5所示）,圖5.5 三相三繼電器式接線,所用保護元件最多 所有短路電流都會通過繼電器反映出來，產(chǎn)生相應(yīng)的保護動作。,電路 特點,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與

11、電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,（2）兩相兩繼電器式接線和兩相三繼電器式接線（如圖5.6所示）,圖5.6 兩相式接線,電路 特點,所用元件較少 未接互感器的單相短路故障不能保護 采用兩相三繼電器接線提高靈敏度,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,（3）兩相一繼電器式接線（兩相差式接線），如圖5.7所示,圖5.7 兩相一繼電器式接線,電路 特點,流入繼電器的電流為兩相電流互感器二次側(cè)電流之差 不同短路電流通過繼電器有不同的靈敏度。 不能反應(yīng)出第三相（B相）的單相接地短路故障,5.2 工廠高壓線路

12、繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,2電流互感器與電流繼電器的接線方式,表5.2 接線系數(shù)Kw的值,引入接線系數(shù)后，電流互感器一次側(cè)電流與流入電流繼電器電流的關(guān)系為：,（5- 4）,式中 Ki 電流互感器的變流比； I1、I2電流互感器一次側(cè)、二次側(cè)電流； IKA流入電流繼電器的電流。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,3繼電保護裝置的操作電源,繼電保護裝置的操作電源，有直流操作電源和交流操作電源兩大類。由于交流操作電源具有投資小、運行維護方便及二次回路簡單、可靠等優(yōu)點，因此它在中、小型工廠應(yīng)用最為廣泛。,5.2 工廠高壓線路繼電保

13、護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,3繼電保護裝置的操作電源,（1）直接動作式 利用斷路器操作機構(gòu)內(nèi)的過電流脫扣器（跳閘線圈）YR作為電流繼電器直接動作于跳閘，可接成兩相兩繼電器式或兩相差式接線。正常運行時，YR流過的電流小于YR的動作電流，不動作。當(dāng)一次電路發(fā)生相間短路時，短路電流反映到電流互感器的二次側(cè)，流過YR的電流達到動作值，使斷路器QF跳閘。這種接線保護靈敏度低.,圖5.8 直接動作式過電流保護電路,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.1 電流互感器與電流繼電器的接線方式,3繼電保護裝置的操作電源,（2）去分流跳閘式 正常運行時，電流繼電器KA的常閉接點將跳閘線圈YR

14、短路，YR無電流流過，斷路器QF不會跳閘。而在一次電路發(fā)生相間短路時，KA動作，其常閉接點斷開，使YR的短路分流支路被去掉（即“去分流”），電流互感器的二次側(cè)的電流全部流過YR，斷路器跳閘。這種接線簡單，靈敏度較高，但要求繼電器的觸點容量較大。,圖5.9 去分流跳閘式過電流保護電路,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,1定時限過電流保護裝置組成和原理,當(dāng)被保護線路中電流增大且超過整定值時，電流繼電器啟動，同時啟動時間繼電器，待時間繼電器延時到預(yù)先整定時間，保護裝置動作切除故障并報警。這種保護裝置的動作時間是預(yù)先整定的，不隨短路電流大小的變化而變化，因而稱為定時限。定時限過

15、電流保護在工廠供電系統(tǒng)中多采用兩相式接線 .,圖5.10 定時限過電流保護裝置原理電路圖,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,1定時限過電流保護裝置組成和原理,工作原理：正常情況下，斷路器QF閉合，保持正常供電，線路中流過正常電流，此時電流繼電器不會啟動。當(dāng)線路發(fā)生相間短路故障時，線路中流過的電流迅速增加，使電流繼電器KA瞬時動作，啟動時間繼電器KT，經(jīng)過延時，KT延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動作，KS觸點閉合接通報警線路，KM觸點閉合，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。在短路故障切除后，繼電保護裝置除KS外的其他所有

16、繼電器都自動返回起始狀態(tài)，而KS需手動復(fù)位。,圖5.10 定時限過電流保護裝置原理電路圖,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,2反時限過電流保護裝置的組成和原理,反時限過電流保護就是通過保護裝置的故障電流越大，動作時間越短，而故障電流越小，動作時間就越長。這種保護裝置由GL型電流繼電器組成。 工作原理：在正常情況下，電流繼電器通過正常工作電流，其動斷觸點閉合，動合觸點斷開，斷路器的跳閘線圈不會得電。發(fā)生短路時，電流繼電器KA中流過的電流增大，到達其動作值，動合觸點閉合，接通YR，動斷觸點斷開，去掉分流使YR得電帶動斷路器跳閘。,圖5.11 交流操作的反時限過電流 保護裝置

17、原理圖,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,3過電流保護裝置的動作原理和整定,保護要求：線路WL2的首端k點發(fā)生短路時，由于短路電流遠遠大于線路上的所有負荷電流，所以沿線路的過電流保護裝置包括KA1、KA2均應(yīng)啟動。按照保護選擇性的要求，應(yīng)是靠近故障點k的保護裝置KA2首先斷開QF2，切除故障線路WL2。而KA1應(yīng)立即返回，不至于斷開QF1。,圖5.12 過電流保護動作原理圖,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,3過電流保護裝置的動作原理和整定,（1）過電流保護動作電流的整定,（5-5）,式中 Iop繼電器的動作電流； Krel保護裝置的可靠系數(shù)，對

18、DL型繼電器取1.2，對GL型繼電器取1.3； Kw保護裝置的接線系數(shù)，三相式、兩相式接線取1，兩相差式接線取 ； Kre保護裝置的返回系數(shù)，對DL型繼電器取0.85，對GL型繼電器取0.8； Ki電流互感器變比； IL.max線路的最大負荷電流，可取為(1.53)I30。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,3過電流保護裝置的動作原理和整定,（2）過電流保護的動作時限整定和配合, 定時限過電流保護的動作時限整定和配合。 為了保證前后兩級保護裝置動作的選擇性，在后一級保護裝置的線路首端k點發(fā)生三相短路時，前一級保護的動作時間應(yīng)比后一級保護的動作時間要大一個時間差，對于定時

19、限保護裝置，一般取0.5s。 反時限過電流保護的動作時限整定和配合。 為了保證各保護裝置動作的選擇性，反時限過電流保護裝置也應(yīng)該按照階梯原則來選擇。對反時限過電流保護裝置，t一般取0.7s。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,3過電流保護裝置的動作原理和整定,（2）過電流保護的動作時限整定和配合,（3）過電流保護裝置的靈敏度,1.5,（5-6）,式中 被保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,3過電流保護裝置的動作原理和整定,（2）過電流保護的動作時限整定和配合,（4）越級跳閘的處理,如果是WL2的保護

20、裝置動作，斷路器QF2拒絕跳閘造成越級，則應(yīng)在拉開拒跳斷路器QF2兩側(cè)的隔離開關(guān)后，將其他非故障線路送電； 如果是因為WL2的保護裝置未動裝置作造成越級跳閘，則應(yīng)將各線路斷路器斷開，合上越級跳閘的斷路器QF1，再逐條線路試送電，發(fā)現(xiàn)故障線路后，將該線路停電，拉開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再將其他非故障線路送電； 如果是保護裝置動作，斷路器QF2跳閘，則應(yīng)拉開斷路器QF2兩側(cè)的隔離開關(guān)，最后再查找保護裝置動作的原因。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,4定時限和反時限過電流保護的比較,定時限過電流保護的優(yōu)點是：動作時間準(zhǔn)確，容易整定。而且不論短路電流大小，動作時間是一定的，不

21、會因短路電流小而動作時間長。 定時限過電流保護的缺點是：繼電器數(shù)目較多，接線比較復(fù)雜。在靠近電源處短路時，保護裝置的動作時間太長。 反時限過電流保護的優(yōu)點是：可采用交流操作，接線簡單，所用保護設(shè)備數(shù)量少，因此這種方式簡單經(jīng)濟，在工廠供電系統(tǒng)中的車間變電所和配電線路上用得較多。 反時限過電流保護的缺點是：整定、配合較麻煩，繼電器動作時限誤差較大，當(dāng)距離保護裝置安裝處較遠的地方發(fā)生短路時，其動作時間較長，延長了故障持續(xù)時間。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.2 線路過電流保護,5線路的過負荷保護,過負荷保護其動作電流整定,圖5.13 線路的過負荷保護線路圖,（5-7）,式中 I30所保護線路

22、的計算電流。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,例5.1 如圖5.14所示，某廠10kV供電線路，保護裝置接線方式為兩相式接線。已知WL2的最大負荷電流為57A，TA1的變比為150/5，TA2的變比為100/5，繼電器均為DL-11/10型電流繼電器。已知KA1已整定，其動作電流為10A，動作時間為1s。k-1點的三相短路電流為500A，k-2點的三相短路電流為200A。試整定保護裝置KA2的動作電流和動作時間，并檢驗其靈敏度。,解：（1）整定KA2的動作電流。,取 ， ， ，已知 ，故,取整數(shù)，動作電流整定為4A。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,例5.1 如圖5.14所示，某廠10kV供電線路

23、，保護裝置接線方式為兩相式接線。已知WL2的最大負荷電流為57A，TA1的變比為150/5，TA2的變比為100/5，繼電器均為DL-11/10型電流繼電器。已知KA1已整定，其動作電流為10A，動作時間為1s。k-1點的三相短路電流為500A，k-2點的三相短路電流為200A。試整定保護裝置KA2的動作電流和動作時間，并檢驗其靈敏度。,解：（2）整定KA2的動作時間。 保護裝置KA1的動作時限應(yīng)比保護裝置KA2的動作時限大一個時間階段 ，取 ，因為KA1的動作時間是1s，所以KA2的動作時間為 。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,例5.1 如圖5.14所示，某廠10kV供電線路，保護裝置接線方

24、式為兩相式接線。已知WL2的最大負荷電流為57A，TA1的變比為150/5，TA2的變比為100/5，繼電器均為DL-11/10型電流繼電器。已知KA1已整定，其動作電流為10A，動作時間為1s。k-1點的三相短路電流為500A，k-2點的三相短路電流為200A。試整定保護裝置KA2的動作電流和動作時間，并檢驗其靈敏度。,解：（3）KA2的靈敏度校驗。 KA2保護的線路WL2末端k-2點的兩相短路電流為其最小短路電流，即,由此可見，靈敏度滿足要求。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.3 電流速斷保護,1電流速斷保護的組成及整定,圖5.15 電流速斷保護的原理圖,電流速斷保護的動作電流必須按

25、躲過它所保護線路末端在最大運行方式下發(fā)生的短路電流來整定。,（5-8）,式中 Iqb速斷保護動作電流； Krel可靠系數(shù)，對DL系列電流繼電器可取1.21.3，對GL系列電流繼電器可取1.41.5； Ik.max被保護線路末端短路時的最大短路電流。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.3 電流速斷保護,1電流速斷保護的組成及整定,圖5.16 線路電流速斷保護的保護區(qū),5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.3 電流速斷保護,2電流速斷保護的“死區(qū)”及其彌補,由于電流速斷保護的動作電流是按被保護線路末端的最大短路電流來整定的，因而其動作電流會大于被保護范圍末端的短路電流，這使得保護裝置不能保護全

26、段線路，出現(xiàn)一段“死區(qū)”。 速斷保護只能保護線路的一部分，而不能保護線路的全長。 為了彌補死區(qū)得不到保護的缺點，在裝設(shè)電流速斷保護的線路上，必須配備帶時限的過電流保護。在電流速斷的保護區(qū)內(nèi)，速斷保護為主保護，過電流保護為后備保護；而在電流速斷保護的死區(qū)內(nèi)，過電流保護為基本保護。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.3 電流速斷保護,2電流速斷保護的“死區(qū)”及其彌補,例5.2 試整定例5.1中KA2繼電器的速斷電流，并校驗其靈敏度。 解：（1）速斷電流的整定。按式（5-8），電流速斷保護裝置繼電器的動作電流為,（2）校驗保護靈敏度。KA2保護的線路WL2首端k-1點的兩相短路電流為,由此可見，

27、KA2的速斷保護的靈敏度基本滿足要求。,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.4 單相接地保護,1絕緣監(jiān)察裝置,絕緣監(jiān)察裝置是利用單相接地后出現(xiàn)零序電壓而發(fā)出信號的，在工廠供電系統(tǒng)中常用三相五芯柱式電壓互感器或三只三繞組單相電壓互感器作中性點不接地系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測裝置，其接線如圖5.17所示。,圖5.17 絕緣監(jiān)察裝置原理圖,5.2 工廠高壓線路繼電保護,5.2.4 單相接地保護,2零序電流保護裝置,系統(tǒng)正常運行時，各相電流對稱，電流繼電器線圈電流為零，繼電器不動作，當(dāng)出現(xiàn)單相對地短路故障時，產(chǎn)生零序電流，繼電器動作并發(fā)出信號。,圖5.18 由三個電流互感器構(gòu)成的零序電流過濾器,5.2 工廠高壓

28、線路繼電保護,5.2.4 單相接地保護,2零序電流保護裝置,在三相對稱運行以及三相和兩相短路時，二次側(cè)三相電路電流矢量和為零，即沒有零序電流，繼電器不動作。當(dāng)發(fā)生單相接地時，有零序電流通過，此時在二次側(cè)感應(yīng)出電流，使繼電器動作發(fā)出信號。,圖5.18 由三個電流互感器構(gòu)成的零序電流過濾器,5.3電力變壓器的保護,5 . 3 . 1 電力變壓器保護裝置的設(shè)置 5 . 3 . 2 變壓器的繼電保護 5 . 3 . 3 變壓器的單相接地保護,5.3 電力變壓器的保護,5.3.1 電力變壓器保護裝置的設(shè)置,1變壓器易產(chǎn)生的故障和不正常工作狀態(tài),變壓器故障 及不正常工作狀態(tài),變壓器故障,不正常工作狀態(tài),內(nèi)

29、部故障 線圈的相間短 路、匝間或?qū)?間短路、單相 接地短路以及 燒壞鐵心等。,外部故障 套管及引出線 上的短路和接 地。,過負荷、溫升過 高以及油面下降 超過了允許程度 等。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.1 電力變壓器保護裝置的設(shè)置,2變壓器的保護裝置,根據(jù)長期的運行經(jīng)驗和有關(guān)的規(guī)定，對于高壓側(cè)為610kV的車間變電所主變壓器應(yīng)裝設(shè)以下幾種保護裝置： （1）帶時限的過電流保護裝置。 （2）電流速斷保護裝置。 （3）瓦斯保護裝置。 （4）過負荷保護裝置。 （5）溫度保護裝置。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,1變壓器的過電流保護,變壓器過電流保護動作電流整定,（5-

30、9）,式中 IL.max(1.53)I1N.T ； I1N.T變壓器一次側(cè)的額定電流。,其動作時間也按“階梯原則”整定，與線路過電流保護完全相同。對車間變電所來說，其動作時間可整定為最小值（0.5s）。 靈敏度按變壓器低壓側(cè)母線在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路電流換算到高壓側(cè)來校驗。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,1變壓器的過電流保護,變壓器過電流保護動作跳閘，應(yīng)作如下檢查和處理： （1）檢查母線及母線上的設(shè)備是否有短路； （2）檢查變壓器及各側(cè)設(shè)備是否短路； （3）檢查低壓側(cè)保護是否動作，各條線路的保護有無動作； （4）確認母線無電時，應(yīng)拉開該母線所帶的線路； （5

31、）如是母線故障，應(yīng)視該站母線設(shè)置情況，用倒母線或轉(zhuǎn)帶負荷的方法處理； （6）經(jīng)檢查確認是否越級跳閘，如是，應(yīng)試送變壓器； （7）試送良好，應(yīng)逐路檢查故障線路。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,2變壓器的電流速斷保護,變壓器電流速斷保護主要是對變壓器的內(nèi)部故障，如相間短路等進行保護。 動作電流整定計算公式,（5-10）,式中 Ik.max 變壓器低壓側(cè)母線的三相短路電流換算到高壓側(cè)的穿越電流值。 靈敏度按保護裝置安裝處（高壓側(cè)）在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路的短路電流值來校驗。要求Sp1.5。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,3變壓器的過負荷保護

32、,過負荷保護動作電流整定計算公式,I30變壓器一次側(cè)的額定電流，動作時間取1015s。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工作原理。,瓦斯繼電器（氣體繼電器），安裝于變壓器油箱與油枕之間的連通管上，如圖5.20所示。為讓變壓器的油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體順利通過與瓦斯繼電器連接的管道流入油枕，應(yīng)保證連通管對變壓器油箱頂蓋有2%4%的傾斜度，變壓器安裝應(yīng)取1%1.5%的傾斜度。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工作原理。,瓦斯繼電器有浮筒式和開口杯式 開口杯式結(jié)構(gòu)及工作： 變壓器正常運

33、行時，上開口杯3及下開口杯7都浸在油內(nèi)，均受到浮力。因平衡錘的重量所產(chǎn)生的力矩大于開口杯（包括杯內(nèi)的油重）一側(cè)的力矩，開口杯處于向上傾斜的位置，此時上、下兩對觸點都是斷開的。,圖5.21 FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖 1蓋；2容器；3上油杯；4永久磁鐵；5上動觸點；6上靜觸點；7下油杯；8永久磁鐵；9下動觸點；10下靜觸點；11支架；12下油杯平衡錘；13下油杯轉(zhuǎn)軸；14擋板；15上油杯平衡錘；16上油杯轉(zhuǎn)軸；17放氣閥；18接線盒,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工作原理。,開口杯式結(jié)構(gòu)及工作： 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕

34、微故障時，產(chǎn)生的氣體聚集在繼電器的上部，迫使繼電器內(nèi)油面下降，上浮子的開口杯3逐漸露出油面，浮力逐漸減小，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落，這時上接點閉合而接通信號回路，這稱之為“輕瓦斯動作”。,圖5.21 FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖 1蓋；2容器；3上油杯；4永久磁鐵；5上動觸點；6上靜觸點；7下油杯；8永久磁鐵；9下動觸點；10下靜觸點；11支架；12下油杯平衡錘；13下油杯轉(zhuǎn)軸；14擋板；15上油杯平衡錘；16上油杯轉(zhuǎn)軸；17放氣閥；18接線盒,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工

35、作原理。,開口杯式結(jié)構(gòu)及工作： 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，產(chǎn)生的大量氣體或強烈的油流將沖擊擋板14，使下開口杯7立刻向下轉(zhuǎn)動，使下觸點接通跳閘回路，這稱之為“重瓦斯動作”。,圖5.21 FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖 1蓋；2容器；3上油杯；4永久磁鐵；5上動觸點；6上靜觸點；7下油杯；8永久磁鐵；9下動觸點；10下靜觸點；11支架；12下油杯平衡錘；13下油杯轉(zhuǎn)軸；14擋板；15上油杯平衡錘；16上油杯轉(zhuǎn)軸；17放氣閥；18接線盒,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工作原理。,開口杯式結(jié)構(gòu)及工作： 如果變壓器油箱漏油

36、，使得瓦斯繼電器內(nèi)的油也慢慢流盡，先是繼電器的上油杯下降，發(fā)出信號，接著繼電器的下油杯下降，使斷路器跳閘。,圖5.21 FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖 1蓋；2容器；3上油杯；4永久磁鐵；5上動觸點；6上靜觸點；7下油杯；8永久磁鐵；9下動觸點；10下靜觸點；11支架；12下油杯平衡錘；13下油杯轉(zhuǎn)軸；14擋板；15上油杯平衡錘；16上油杯轉(zhuǎn)軸；17放氣閥；18接線盒,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（1）瓦斯保護工作原理。,瓦斯保護動作快，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，并能反映變壓器油箱內(nèi)的各種故障，在工廠中使用相當(dāng)廣泛，但它不能反映變壓器

37、引出端子以上的故障。,圖5.22 瓦斯保護的原理接線圖,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,4電力變壓器的瓦斯保護,（2）變壓器瓦斯保護動作后的故障分析。, 收集瓦斯繼電器內(nèi)的氣體做色譜分析，如無氣體，應(yīng)檢查二次回路和瓦斯繼電器的接線柱及引線絕緣是否良好； 檢查油位、油溫、油色有無變化； 檢查防爆管是否爆裂噴油； 檢查變壓器外殼有無變形，焊縫是否開裂噴油； 如果經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常，而確定是因二次回路故障引起誤動作時，可退出瓦斯保護，投入其他保護，試送變壓器，并密切監(jiān)視； 在瓦斯保護的動作原因未查清前，不得合閘送電。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,

38、4電力變壓器的瓦斯保護,（2）變壓器瓦斯保護動作后的故障分析。,當(dāng)外部檢查未發(fā)現(xiàn)變壓器有異常時，應(yīng)查明瓦斯繼電器中的氣體的性質(zhì)： 如積聚在瓦斯繼電器內(nèi)的氣體不可燃，而且是無色無味的，說明是空氣進入繼電器內(nèi)，此時變壓器可繼續(xù)運行。 如氣體是可燃的，則說明變壓器內(nèi)部有故障，應(yīng)根據(jù)瓦斯繼電器內(nèi)積聚的氣體性質(zhì)來鑒定變壓器內(nèi)部故障的性質(zhì)。如氣體的顏色為黃色不易燃的，為木質(zhì)絕緣損壞，應(yīng)停電檢修；氣體的顏色為灰色和黑色易燃的，有焦油味，閃點降低，則說明油因過熱分解或油內(nèi)曾發(fā)生過閃烙故障，必要時停電檢修；氣體的顏色為淺灰色帶強烈臭味且可燃的，是紙質(zhì)絕緣損壞，應(yīng)立即停電檢修。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.

39、2 變壓器的繼電保護,5變壓器的差動保護,（1）變壓器差動保護的工作原理。,在變壓器正常工作或保護區(qū)域外部發(fā)生短路故障時，電流互感器二次側(cè)電流同時增加，流入繼電器的動作電流也是為零，或僅為變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流，不平衡電流小于繼電器動作電流，故保護裝置不動作。,當(dāng)變壓器差動保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，在單電源的情況下，流入繼電器回路的電流，如圖5.23（b）所示。此時繼電器回路的電流大于其動作電流，保護裝置動作，使QF1、QF2同時跳閘，切除變壓器。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,5變壓器的差動保護,（2）變壓器差動保護動作跳閘后的檢查和處理, 查變壓器本體有無異常，

40、檢查差動保護范圍內(nèi)的瓷瓶是否有閃絡(luò)、損壞，引線是否有短路； 如果變壓器差動保護范圍內(nèi)的設(shè)備無明顯故障，應(yīng)檢查繼電保護及二次回路是否有故障，直流回路是否有兩點接地； 經(jīng)以上檢查無異常時，應(yīng)在切除負荷后立即試送一次，試送后又跳閘，不得再送； 如果是因繼電器或二次回路故障、直流兩點接地造成的誤動作，應(yīng)將差動保護退出運行，將變壓器送電后，再處理二次回路故障及直流接地； 差動保護及重瓦斯保護同時動作使變壓器跳閘時，不經(jīng)內(nèi)部檢查和試驗，不得將變壓器投入運行。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,6保護故障分析實例,某中型工廠新建35kV變電所在運行中發(fā)生多次越級跳閘事故。10kV線路W

41、L1故障（如圖5.24所示），其斷路器跳閘，但同時變壓器過電流保護跳閘，造成10kV母線停電，中斷其他線路的供電。 經(jīng)繼電保護人員現(xiàn)場的分析，估計有以下幾種原因引起變壓器過電流保護動作： （1）變壓器過電流保護整定值與下級整定值配合不當(dāng)； （2）變壓器過電流保護整定值校驗不準(zhǔn)，取值過小； （3）WL1線路過電流整定值校驗不準(zhǔn)，取值過大； （4）變壓器過電流繼電器線圈并聯(lián)接成串聯(lián)，以致整定值減小一半； （5）WL1線路過電流繼電器線圈串聯(lián)接成并聯(lián)，以致整定值增大一半； （6）變壓器過電流時間與WL1線路過電流時間配合不當(dāng)。,圖5.24 電力線路,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電

42、保護,6保護故障分析實例,某中型工廠新建35kV變電所在運行中發(fā)生多次越級跳閘事故。10kV線路WL1故障（如圖5.24所示），其斷路器跳閘，但同時變壓器過電流保護跳閘，造成10kV母線停電，中斷其他線路的供電。 為了進一步查明原因，繼電保護人員做了如下的實驗：在變壓器和WL1線路保護柜的電流互感器二次側(cè)的試驗端子排處，把兩過電流保護的交流回路串聯(lián)起來，再串接WL1的斷路器的主接點。沖擊性地加入可使兩過電流保護動作的電流值。正常的話，WL1的斷路器主接點先動作，斷開試驗交流電源（模擬短路電流），而變壓器的繼電保護裝置達不到動作時間而復(fù)位，不會跳閘。但事實上變壓器和WL1的斷路器都動作跳閘。因此

43、判斷問題出在變壓器保護回路的接線上。 經(jīng)查變壓器保護裝置的二次接線，發(fā)現(xiàn)過電流保護裝置的時間繼電器接點接錯，動作時間縮短，與線路的過電流保護動作時間一樣。因而在線路故障時，變壓器過電流保護和線路過電流保護同時動作，造成越級跳閘母線停電。,圖5.24 電力線路,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,7變壓器的異常聲音,（1）當(dāng)有大容量的動力設(shè)備啟動時，負荷變化較大，使變壓器聲音增大； （2）過負荷使變壓器發(fā)出很高而且沉重的“嗡嗡”聲； （3）個別零件松動，如鐵心的穿心螺絲夾得不緊，使鐵心松動，變壓器發(fā)出強烈而不均勻的噪音； （4）內(nèi)部接觸不良，或絕緣有擊穿，變壓器發(fā)出放電的“劈

44、啪”聲； （5）系統(tǒng)短路或接地，通過很大的短路電流，使變壓器有很大的噪音； （6）系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時，變壓器發(fā)出粗細不均的噪音。 （7）變壓器高壓套管臟污和裂損時，會發(fā)生表面閃絡(luò)，發(fā)出“嘶嘶”或“哧哧”的響聲，晚上可看到火花。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.2 變壓器的繼電保護,7變壓器的異常聲音,（8）變壓器電源電壓過高時，會使變壓器過勵磁，響聲增大且尖銳。 （9）變壓器繞組發(fā)生層間或匝間短路時，變壓器會發(fā)出“咕嘟咕嘟”的開水沸騰聲。 （10）變壓器的鐵心接地斷線時，變壓器將產(chǎn)生“嗶剝嗶剝”的輕微放電聲。 （11）變壓器投入運行時，若分接開關(guān)不到位，將發(fā)出較大的“啾啾”響聲，嚴重時造成高

45、壓熔絲熔斷；如果分接開關(guān)接觸不良，就會產(chǎn)生輕微的“吱吱”火花放電聲，一旦負荷加大，就有可能燒壞分接開關(guān)的觸頭。遇到這種情況，要及時停電修理。,5.3 電力變壓器的保護,5.3.3 變壓器的單相接地保護,當(dāng)變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)單相對地短路時，短路電流很大，應(yīng)設(shè)置保護裝置動作于跳閘。變壓器高壓側(cè)裝設(shè)的過電流保護的靈敏度往往達不到要求。一般可用變壓器低壓側(cè)裝設(shè)帶過電流脫扣器的自動空氣開關(guān)或低壓側(cè)三相裝設(shè)熔斷器來解決，也可以在變壓器低壓側(cè)中性點引出線上裝設(shè)專門的零序電流保護，以及改兩相兩繼電器式接線為兩相三繼電器式接線、三相三繼電器式接線等。,圖5.25 變壓器的零序電流保護,圖5.25所示為變壓器的零序

46、電流保護原理電路，保護裝置由零序電流互感器和過電流繼電器組成，當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相接地短路時，零序電流經(jīng)電流互感器使電流繼電器動作，斷路器跳閘，將故障切除。,5.4工廠低壓供電系統(tǒng)的保護,5 . 4 . 1 熔斷器保護 5 . 4 . 2 低壓斷路器保護,5.4 工廠低壓供電系統(tǒng)的保護,5.4.1 熔斷器保護,低壓熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓500V以下的電路中，作為電力線路、電動機及其他電器的過載及短路保護。,1熔斷器選擇要求,選擇熔斷器時應(yīng)滿足下列條件： （1）熔斷器的額定電壓應(yīng)不小于裝置安裝處的工作電壓。 （2）熔斷器的額定電流應(yīng)不小于它所裝設(shè)的熔體額定電流。 （3）熔斷器的類型應(yīng)符合安裝處條

47、件（戶內(nèi)或戶外）及被保護設(shè)備的技術(shù)要求。 （4）熔斷器的斷流能力應(yīng)進行校驗。 （5）熔斷器保護還應(yīng)與被保護的線路相配合，使之不至于發(fā)生因過負荷和短路引起絕緣導(dǎo)線或電纜過熱起燃而熔斷器不熔斷的事故。,5.4 工廠低壓供電系統(tǒng)的保護,5.4.1 熔斷器保護,2前后熔斷器之間的選擇性配合,為了保證動作選擇性，也就是保證最接近短路點的熔斷器熔體先熔斷，以避免影響更多的用電設(shè)備正常工作，必須要考慮上下級熔斷器熔體的配合。前后熔斷器的選擇性配合，宜按它們的保護特性曲線（安秒特性曲線）來校驗。 為了滿足選擇性，必須滿足的條件是，即。,圖5.26 熔斷器保護,5.4 工廠低壓供電系統(tǒng)的保護,5.4.1 熔斷器保護,3低壓熔斷器的運行維護,（1）檢查熔斷管與插座的連接處有無過熱現(xiàn)象，接觸是否緊密； （2）檢查熔斷管的表面是否完整無損，否則要進行更換； （3）檢查熔斷管內(nèi)部燒損是否嚴重、有無炭化現(xiàn)象并進行清查或更換； （4）檢查熔體外觀是否完好，壓接處有無損傷，壓接是否緊固，有無氧化腐蝕現(xiàn)象等； （5）檢查熔斷器的底座有無松動，各部位壓接螺母是否緊固。,5.4 工廠低壓供電系統(tǒng)的保護,5.4.2 低壓斷路器保護,1低壓斷路器的選擇要求,（1）低壓斷路器的額定電壓應(yīng)不小于保護線路的額定電壓。 （