供电系统的继电保护

供电系统的保护 第二节 单端供电网络的保护 所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上 电流的大小无关。 一、过电流保护 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动， 并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护 称为过电流保护。 1. 定时限过电流保护 由电流继电器 1KA与 2KA、 时间继电器 KT和信号继电器 KS 组成。其中， 1KA、 2KA是测量 元件，用来判断通过线路电流是 否超过预设值； KT为延时元件， 它以适当的延时来保证装置动作 有选择性； KS用来发出保护动作 的信号 定时限过电流保护的原理图 (1) 定时限过电流保护的原理接线 正常运行时， 1KA、 2KA、 KT、 KS的触点都是断开的，当 被保护区故障或电流过大时， 1KA或 2KA动作，通过其触点起 动时间继电器 KT，经过预定的延 时后， KT的触点闭合，将断路器 QF的跳闸线圈 YR接通， QF跳闸， 同时起动了信号继电器 KS，信号 牌掉下，并接通灯光或音响信号。 这样，不正常状态或故障被切除。 定时限过电流保护的展开图 为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作， 显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负 荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起 动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自 起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因 此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。 (2) 定时限过电流保护的工作原理 定时限过电流保护的动作电流 式中 Iop 继电器的动作电流 （ 一次侧 ） ； 保护装置的可靠系数 ， 一般取 1.151.25 ； 自起动系数 ， 由负荷性质及线路接线决定 ， 一般取 1.53； Kre 保护装置的返回系数 ， 工程上一般采用 0.850.95 ； 计算负荷电流 。 re Mstk k kk CIop I Kk st.Mk CI (3) 按选择性要求整定过电流保护的动作时限 各级过电流保护中时间继电器 KT的延时时限是按阶梯原则来整定的 定时限过电流保护的动作时限整定和配合 为了保证前后两级保护装置动作的选择性 ， 在后一级保护装置 的线路首端 k点发生三相短路时 ， 前一级保护的动作时间应比后一 级保护的动作时间要大一个时间差 ， 对于定时限保护装置 ， 一 般取 0.5s（ 对于微机型过电流保护 ， 常取 0.35s） 。 t (4) 过电流保护灵敏系数的校验 minkI )2( minkI 定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流 与动作电流 Iop之比 ks来衡量，要求 ks1.31.5。对于中性点不接地的供电 系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流 ，故 sk op)2( mink II = (1) 反时限过电流保护的原理接线 2. 反时限过电流保护 a) 原理图 b) 展开图 (2) 反时限过电流保护的整定配合 a) 短路点距离与动作时间的关系 b) 反时限动作特性曲线 定时限过电流保护的优点是：动作时间准确 ， 容易整定 。 而且不论短路 电流大小 ， 动作时间是一定的 ， 不会因短路电流小而动作时间长 。 定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多 ， 接线比较复杂 。 在靠近 电源处短路时 ， 保护装置的动作时间太长 。 反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作 ， 接线简单 ， 所用保护设 备数量少 ， 因此这种方式简单经济 ， 在工厂供电系统中的车间变电所和配电 线路上用得较多 。 反时限过电流保护的缺点是：整定 、 配合较麻烦 ， 继电器动作时限误差 较大 ， 当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时 ， 其动作时间较长 ， 延 长了故障持续时间 。 3、定时限与反时限过电流保护的比较 二、电流速断保护 定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下图所示， 当 k3处发生三相短路故障时，断路器 QF3处继电保护动作时间必须经过 才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围， 当过电流保护的动作时限大于 0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电 流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。 0 2tt 具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图 电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大 运行方式下发生的短路电流来整定 。 m a x.k)3( TA kxk o p . k Ik kkI 式中 Iop.k 速断保护动作电流； kk 可靠系数 ， 一般可取 1.2 1.3； 被保护线路末端短路时的最大短路电流 。 (3)kmaxI (2)kminI sk ( 2 )k m in opII 速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电 流 与其动作电流 Iop之比，即 = 线路电流速断保护的保护区 电流速断保护的 “ 死区 ” 及其弥补 由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流 来整定的 ， 因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流 ， 这使得 保护装置不能保护全段线路 ， 出现一段 “ 死区 ” 。 速断保护只能保护线路的一部分 ， 而不能保护线路的全长 。 为了弥补死区得不到保护的缺点 ， 在装设电流速断保护的线路上 ， 必须配备带时限的过电流保护 。 在电流速断的保护区内 ， 速断保护为主 保护 ， 过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内 ， 过电流保 护为基本保护 。 定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图 例 某工厂 10kV供电线路，已知计算负荷电流 =180A， =1.5，在最大 运行方式下末端和始端的短路电流分别为 2300A， 4600A；在最 小运行方式时， 2200A， 4400A，线路末端出线保护动作时间 为 0.5s，线路首端保护的继电器为非全星形联结，试整定该保护各个参数。 CI Mstk (3)maxk1I (3)maxk2I (3)mink1I (3) mink2I 解： 1) 过电流保护整定如下： Mstk CI =1.5 180A=270A，选用 300/5A电流互感器， TAk =300/5=60。 保护动作一次侧电流 opI reMstkk kk CI 381AA180 85.0 5.12.1 = = 继电器 1KA动作电流 = op.KI TA kkk opI A603811= =6.35A, 取 6.5A = 时间继电器的整定时限 ( 0 . 5 + 0 . 5 ) s = 1 sot t t 保护灵敏度 sk op )2( mink1 I I 381 220023 5 15= = = 2) 因动作时限大于 0.7s，需加速断保护装置，其整定计算如下：一次 动作电流 opI )3( maxk1k Ik A2 3 0 025.1 A2875= = = 继电器 2KA的动作电流 opKI op TA kxIkk A2875601 A9.47= = = ， 取 48A 速断保护的灵敏度 sk op )2( mink2 I I 2875440023 325.1= = = 三、低电压保护 1.低电压闭锁的过电流保护 定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的， 在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压闭锁 的过电流保护来提高其灵敏度。 2. 用于电动机的低电压保护 电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值时， 低电压保护动作，将不重要的或不允许自起动的电动机从电网切除， 以保证重要电动机在电网电压恢复时顺利地自起动。 1) 在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，当 故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺利 自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压为 (60%70%) UN、时限为 0.51.5s的低电压保护，即 KopU TV N)7.06.0( kU = 2) 对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许“长期”失电 后再自起动的电动机，可装设动作电压为 (50%55%) UN、时 限为 (510)s的低电压保护。即 KopU TV N)55.05.0( kU= 四、中性点非有效接地系统的单相接地保护 用户供电系统采取中性点非有效接地方式，当发生单相接地时， 流经故障点的电流 IC由线路相对地的分布电容决定（ IC为正常时每相 对地电容电流的 3倍），比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压 仍然保持对称，对接于线电压上负荷的供电没有影响，因此在一般情 况下允许系统再继续运行 12h。但是，在单相接地以后，故障相对地 电压为零，非故障相对地电压升高到 倍，如果流过故障点的接地电 流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约 3.5倍的过电 压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短路。此 时，应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采取措施 予以消除；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应 动作于跳闸。 因此，根据中性点非有效接地系统发生单相接地时的特点，对供 电系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。 3 1. 绝缘监视装置 其利用供电系统单相接地后出 现的零序电压给出信号。在中性点 非有效接地的供电系统中，只要本 级电压网络中发生单相接地故障， 则在同一电压等级的所有母线上都 将出现数值较高的零序电压。利用 这一特点，在变电所的母线上一般 装设网络单相接地的绝缘监视装置， 它利用接地后出现的零序电压，带 延时动作于信号，表明本级电压网 络中出现了单相接地。 在供电系统中常用三相五芯柱式 电压互感器或三只三绕组单相电压互感 器作中性点不接地系统的绝缘监测装置 绝缘监视装置的 保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班 人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各 条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即表明故 障是在该线路上。 这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断 的供电网中。 此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高 次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因 此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为 15V。 利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点， 实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护。 当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都 会出现不平衡的电容电流（零序电流），而这些非故障线路属于正常 线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流 应至少大于本线路的电容电流。 2. 零序电流保护 五 过负荷保护 其动作电流整定 为 cIkI TA op 3.12.1 Ic 所保护线路的计算电流 。 对于可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护， 延时动作于信号，必要时可动作于跳闸。 动作时间一般整定为 1015s