供配电线路保护

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,供配电线路保护,供配电线路保护,供配电系统保护装置的作用和要求,电流互感器与电流继电器的接线方式,过电流保护,电流速断保护,三段式电流保护,接地保护,一、 供配电系统保护装置的作用和要求,1供配电系统保护装置的作用,在供电系统中需装设不同类型的保护装置，在发生故障时能自动检测出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除，以免系统设备继续遭到破坏。当系统处于不正常运行，如过载、欠电压等情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。,2过电流保护装置的基本要求,选择性,快速性,可靠性,灵敏性,2过电流保护装置的基本要求,（1）选择性,当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。,k,点故障,QF,2,动作,（2）快速性,保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设备的影响，如果故障能在内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。,（,3,）可靠性,保护装置在其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不应拒绝动作，在不该动作的情况下就不应该误动作。为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线，所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工，都应当十分可靠。,（4）灵敏性,保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为,灵敏性,，如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（,S,p,）来衡量。以过电流保护为例，,灵敏系数,为：,系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流；,保护装置一次侧动作电流。,二、 电流互感器与电流继电器的接线方式,1继电器,继电器是组成继电保护装置的基本元件。,根据继电器,反应的物理量,分，有电流继电器、电压继电器、气体继电器等。,根据继电器的,工作原理,分，有电磁式、感应式等。,按其,反应参量变化情况,分，有过电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器等。,按,其与一次电路的联系,分，有一次式和二次式：一次式继电器的线圈与一次电路直接相连，二次式继电器的线圈连接在电流互感器或电压互感器的二次侧。,1继电器,（1）电磁式电流和电压继电器,电磁继电器作用原理,1,铁心；,2,衔铁；,3,线圈；,4,接点；,5,弹簧,电磁式电流和电压继电器在继电保护装置中均为启动元件，属于测量元件。,中间继电器实质上是电压继电器，只是触头数量多（一般有,8,对），容量也大（,5,10A,）。中间继电器的作用是增加触点的数目或增大触点的容量。,（2）电磁式中间继电器,信号继电器在继电保护装置中的作用是用来发出指示信号的。当信号继电器动作时，接点动作，从而接通其他的信号回路，并且信号继电器上信号牌会掉下，显示动作信号。,（3）电磁式信号继电器,用来使保护装置获得所需要的延时。当继电器的线圈接上工作电压时，经过一定的时间，继电器的触点才动作。,（4）电磁式时间继电器,GL型电流继电器实际上由感应部分和电磁部分构成，感应部分带有反时限动作特性，而电磁部分是瞬时动作的。它的动作特性曲线如图所示。,GL型电流继电器利用感应部分做过电流保护，利用电磁部分做速断保护。能实现断路器的直接跳闸，另外还有动作信号牌显示动作信号。感应部分具有反时限动作特性，可以省略时间继电器。,这种继电器构成的保护线路所用继电器个数少，但结构复杂，准确性不高。,（5）感应式电流继电器,GL,型电流继电器的动作特性曲线,继电器的图形表示符号,各种继电器的表示符号和图形符号,2电流互感器与电流继电器的接线方式,为了表述继电器电流I,KA,与电流互感器二次侧电流I,2,的关系，特引入一个,接线系数K,w,式中,I,KA,流入电流互感器的电流；,I,2,电流互感器二次侧电流。,电流互感器与电流继电器之间的,接线方式,三相三继电器式完全星形接线,两相两继电器式不完全星形接线,两相三继电器式不完全星形接线,两相一继电器电流差式接线,三相三继电器式接线,所用保护元件最多,所有短路电流都会通过继电器反映出来，产生相应的保护动作。,电路,特点,电路,特点,（,1,）三相三继电器式接线,电路,特点,（,2,）两相两继电器式接线和两相三继电器式接线,两相式接线,电路,特点,所用元件较少,反应相间短路故障,未接互感器的单相短路故障不能保护,采用两相三继电器接线提高灵敏度,（,3,）两相一继电器式接线（两相差式接线）,两相一继电器式接线,电路,特点,流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差,不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度。,不能反应出第三相（,B,相）的单相接地短路故障,2、两相一继电器式（差接式） （主要用于高压电动机保护）,接线系数：,接线系数,K,w,的值,项,目,三相三继电器,两相两继电器,两相一继电器,两相三继电器,三相短路,1,1,1,A,、,C,相短路,1,1,2,1,A,、,B,或,B,、,C,相短路,1,1,1,1,引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为：,式中,K,i,电流互感器的变流比；,I,1,、,I,2,电流互感器一次侧、二次侧电流；,I,KA,流入电流继电器的电流。,过电流保护：,是将被保护线路的电流接入过电流继电器，在线路发生短路时，线路中的电流剧增，当电流超过规定值时，电流继电器动作。,分类：,根据保护的工作原理，电流保护分为,定时限,过电流保护，,反时限,过电流保护及,电流速断,保护等。,三、 线路过电流保护,定时限过电流保护装置原理电路图,1、定时限过电流保护装置组成元件及作用,电磁式电流继电器KA1、KA2,：完成保护装置的测量任务,时间继电器KT,：建立保护装置的动作时限,信号继电器KS,：动作后接点闭合发出信号，以掉牌表明保护装置的动作,中间继电器KM,：保护动作启动KM，由它发出断路器脉冲,TA1、TA2为电流互感器,YR为断路器QF的跳闸线圈,（一）定时限过电流保护,2定时限过电流保护装置原理,当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。这种保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为,定时限,。定时限过电流保护在工厂供电系统中多采用两相式接线 .,定时限过电流保护装置原理电路图,2定时限过电流保护装置原理,工作原理：,正常情况下，断路器QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生,相间短路故障,时，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器KA瞬时动作，启动时间继电器KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作，KS触点闭合接通报警线路，KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位。,定时限过电流保护装置原理电路图,定时限过电流保护装置原理电路图,展开图,是原理图的另一种表示方法,展开图中：交流电流回路、交流电压回路、直流回路,展开图特点：结构简单、层次分明，能清楚地表示出保护装置的动作过程。阅读方便，实用价值大。,3、展开图,2、反时限过电流保护装置的组成和原理,反时限过电流保护原理图,由GL式电流继电器组成,GL-11增加了一对常开触点与跳闸线圈串联.,目的:防止断路器误跳.,两对触点的动作程序:,常开触点先闭合,常闭触点后断开.,二 反时限过电流保护,2反时限过电流保护装置的组成和原理,反时限过电流保护就是通过保护装置的故障电流越,大,，动作时间越,短，,而故障电流越小，动作时间就越长。这种保护装置由GL型电流继电器组成。,工作原理：,在正常情况下，电流继电器通过正常工作电流，其动断触点闭合，动合触点断开，断路器的跳闸线圈不会得电。发生短路时，电流继电器KA中流过的电流增大，到达其动作值，动合触点闭合，接通YR，,动断触点断开，去掉分流使YR得电带动断路器跳闸,。,交流操作的反时限过电流,保护装置原理图,反时限特性：,随故障电流增大，保护的动作时间,反而减小。,优点：线路在靠近电源处短路时，动作时限较短,缺点,：保护配合困难，反时限误差较大。,适用：,较低电压的线路及电动机保护。,过电流保护装置的动作原理和整定,保护要求：,线路,WL,2,的首端,k,点发生短路时，由于短路电流远远大于线路上的所有负荷电流，所以沿线路的过电流保护装置包括,KA,1,、,KA,2,均应启动。按照保护选择性的要求，应是靠近故障点,k,的保护装置,KA,2,首先断开,QF,2,，切除故障线路,WL,2,。而,KA,1,应立即返回，不至于断开,QF,1,。,图5.12 过电流保护动作原理图,过电流保护动作电流整定的原则:,1.保护装置的动作电流,应躲过线路最大负荷电流,2.保护装置的返回电流,也应躲过线路最大负荷电流,WL2被切除后，包括KA1在内的前面所有过电流保护装置都应该返回，,同时KA2也返回，信号牌可手动复位。,（,1,）过电流保护动作电流的整定,式中,I,op,继电器的动作电流；,K,rel,保护装置的可靠系数，对DL型继电器取，对GL型继电器取；,K,w,保护装置的接线系数，三相式、两相式接线取1，两相差式接线取 ；,K,re,保护装置的返回系数，对DL型继电器取，对GL型继电器取；,K,i,电流互感器变比；,I,线路的最大负荷电流，可取为3),I,30,。,（,2,）过电流保护的动作时限整定和配合,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。,反时限过电流保护的动作时限整定和配合。,为了保证各保护装置动作的选择性，反时限过电流保护装置也应该,按照阶梯原则,来选择。对反时限过电流保护装置，,t,一般取。,各保护装置的动作时限大小是从用户到电源逐级增长的，越靠近电源动作时限越长，好比一个阶梯，故称为,阶梯形保护特性,t称为时限级差,（3）过电流保护装置的灵敏度,1.5,式中,被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流,。,几种情况:,第一种情况：主开关小于分开关负载总和。第二种情况：主开关有,漏电保护装置,分开关没有，当用电器 漏电大于等于30毫安时主开关跳闸。第三种情况：经常带负荷操作主开关导致触电碳化接触不良后电阻增大电流升高发热跳闸。第四种情况：主开关下端分开关上端有绝缘降低或电流过大造成绝缘皮碳化现象形成软短路。第五种情况：主开关脱扣电流小于分开关的标注电流。,(4) 线路跳闸（越级跳闸）原因？,配电网分支线路保护的断路器多为弹簧储能机构，因弹性变形，机械磨损等操作机构故障，导致开关拒动而引起越级跳闸是主要原因，其次是保护失灵造成越跳。,线路中开关保护误动，线路中断路器整定值不合理或是受碰受震而保护动作，保护回路出现故障误动误跳。,（5）越级跳闸的处理,如果是,WL,2,的保护装置动作，断路器,QF,2,拒绝跳闸造成越级，则应在拉开拒跳断路器,QF,2,两侧的隔离开关后，将其他非故障线路送电；,如果是因为,WL,2,的保护装置未动装置作造成越级跳闸，则应将各线路断路器断开，合上越级跳闸的断路器,QF,1,，,再逐条线路试送电，发现故障线路后，将该线路停电，拉开断路器两侧的隔离开关，再将其他非故障线路送电；,如果是保护装置动作，断路器,QF,2,跳闸，则应拉开断路器,QF,2,两侧的隔离开关，最后再查找保护装置动作的原因。,4定时限和反时限过电流保护的比较,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。,例,如图所示，某厂,10kV,供电线路，保护装置接线方式为,两相式接线,。已知,WL,2,的最大负荷电流为,57A,，,TA,1,的变比为,150/5,，,TA,2,的变比为,100/5,，继电器均为,DL-11/10,型电流继电器。已知,KA,1,已整定，其动作电流为,10A,，动作时间为,1s,。,k-1,点的,三相短路电流为,500A,，,k-2,点的三相短路电流为,200A,。试整定保护装置,KA,2,的动作电流和动作时间，并检验其灵敏度。,解：,（1）,整定,KA,2,的动作电流。,取 ， ， ，已知 ，故,取整数，动作电流整定为,4A,。,解：,（,2,）整定,KA,2,的动作时间。,保护装置,KA,1,的动作时限应比保护装置,KA,2,的动作时限大一个时间阶段 ，取 ，因为,KA,1,的动作时间是,1s,，所以,KA,2,的动作时间为,解：,（3）KA,2,的灵敏度校验。,KA,2,保护的线路WL,2,末端k-2点的两相短路电流为其最小短路电流，即,由此可见，灵敏度满足要求。,在过电流保护动作时间超过,时，应装设瞬动的,电流速断保护装置.,四、 线路电流速断保护,瞬时电流速断：,对于仅反应于电流增大(短路电流)而瞬时动作电流保护。,瞬时电流速断保护,最大运行方式,：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最大的方式。（）,在最大运行方式下，发生三相短路时，短路电流最大。利用结合线路阻抗可求出线路中某点的最大短路电流。,最小运行方式,：对每一套保护装置来讲，通过该保护装置的短路电流为最小的方式。（）,在最小运行方式下，发生两相短路时，短路电流最小。用结合线路阻抗可求出线路中某点的最小短路电流。,只能保护线路的首端，其余部分故障不动作,I,K,l,0,l,min,l,max,最大短路电流曲线,A,C,B,1,2,3,D,L1,L2,L3,I,k.B.max,I,act.1,l,在最小运行方式下发生两相短路时,保护范围最小,在最大运行方式下发生三相短路时,保护范围最大,灵敏度：l,min,/,l15%20%,最小短路电流曲线,1电流速断保护的组成及整定,电流速断保护的原理图,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。,式中,I,qb,速断保护动作电流；,K,r,el,可靠系数，对DL系列电流继电器可取，对GL系列电流继电器可取；,I,被保护线路末端短路时的最大短路电流。,瞬时电流速断与过电流保护的区别：,它的动作电流不是按躲过最大负荷电流整定，而是根据被保护线路末端短路时流过的最大短路电流不应使它动作的原则整定。,显然在线路末端短路时，速断保护不会动作，它的保护范围被限制在被保护范围内，保证了选择性，因此可以瞬时跳闸。,只有短路电流大于速断保护动作电流时，保护装置才动作，则瞬时速断不能对整个线路起保护作用，只能保护线路的一部分。,电流速断保护装置作为线路主要保护时，灵敏度按系统最小运行方式时发生两相短路条件来校验。灵敏系数不小于，作为辅助保护时，在正常运行方式下，最小保护区不小于线路全长的1520.,1电流速断保护的组成及整定,线路电流速断保护的保护区,2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。,2电流速断保护的“死区”及其弥补,例,试整定上题KA,2,继电器的速断电流，并校验其灵敏度。,解：,（1）速断电流的整定。电流速断保护装置继电器的动作电流为,（2）校验保护灵敏度。KA,2,保护的线路WL,2,首端k-1点的两相短路电流为,由此可见，KA,2,的速断保护的灵敏度基本满足要求。,即时电流速断保护,1、 要求,任何情况下能保护线路全长，并具有足够的灵敏性,在满足要求的前提下，力求动作时限最小。,因动作带有延时，故称,限时电流速断保护。,单相原理接线图,+,I,KA,t,KT,KS,+,+,QF,TA,QF,1,LT,信号,延时后出现两种可能性：动作和返回,线路上发生短路,电流互感器一次侧电流增大,当电流大于或等于动作值,KA起动, KA触点闭合,KT线圈加电,KT触点,延时,闭合,电流互感器二次侧电流增大,KT线圈加电,KS触点闭合,发信号,接通跳闸回路(QF,1,、LT),QF跳闸,动作过程：,返回过程,跳闸回路的返回：,KA与KT的返回：,QF断开,QF断开,QF,1,断开,跳闸回路断电,LT线圈失电返回,电流互感器一次侧电流为0,电流互感器二次侧电流为0,KA线圈失电, KA触点返回(打开),KM线圈失电,KT触点返回(打开),五 、三段式电流保护,三段式,第段瞬时电流速断保护,第段限时电流速断保护,第段过电流保护,主保护,后备保护,配置,A,C,B,1,2,3,D,L1,L2,L3,80km,80km,80km,短路电流的计算,：,E,S,系统等效电势,X,S,发生短路时系统等值阻抗,X,1,l,线路阻抗， X,1,为线路单位长度阻抗，,l,为故障点至电源的距离,1,2,3,m,n,0,I,k,.,I,k,.,l,min,l,max,X,LI,X,2,1,l,d,I,I,KI,KI,L2,（一）、瞬时电流速断保护（第段）,1、定义：仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护。,2、整定计算及灵敏性效验,（1）动作电流：躲,本线路末端短路时流过保护的最大短路电流I ，即 ；,保证动作的选择性。,第I段电流动作值=可靠系数乘本线路末最大短路电流,（2）灵敏系数：用其最小保护范围来衡量,。,最大保护范围L,max,50%L,最小保护范围L,min,15%L无意义,3、,特点,（1）优点：动作迅速，简单可靠。,（2）缺点：不能保护线路全长，且保护范围受系统运行方式和故障类型影响较大。单独使用不能作为主保护。,Iact.1 =,k,rel,I,k,.,B.max,Krel取,4、原理接线图,分析动作过程：电流继电器动作时其触点,闭合，中间继电器得电，由中间继电器KM触点接通,线路断路器跳闸回路，同时信号继电器KS发出保护,跳闸信号。,I,K,l,1,l,2,0,l,X,LI,2,1,I,I,L2,C,B,A,I,t,t,I,（二）、限时电流速断保护（第段）,=,动作电流的整定,原理接线图,I,信号,kA,kT,ks,TA,QF1,QF,K,rel,t,Krel取,第II段电流动作值=,可靠系数,乘,下一线路的第I段动作值,整定值的计算和灵敏性校验,为保证选择性及最小动作时限，首先考虑其保护范围不超出下一条线路第段的保护范围。,即整定值与相邻线路第段配合。,整定原则:躲过下一线路第,段整定电流,动作电流：,K,rel：,范围1.11.2,常取 , 为L,2,的,I,段动作电流,第II段电流动作值=,可靠系数,乘,下一线路的第I段动作值,动作时间：,t,：范围,(0.30.6),，常,，称时间阶梯,.,灵敏性：,1.5,一般,即可,Ksen=,线路末的最小短路电流,/,第,II,段动作电流,第II段动作时间=下一线路的第I段动作时间 加 0.5s (实际就是0.5s),灵敏度不够,若灵敏性不满足要求，与下一线路第II段电流保护配合。,动作电流：I,II,=K,rel,I,II,动作时间：,t,II,= t,II,+,t,1,2,第II段电流动作值=,可靠系数,乘,下一线路的第II段动作值,第II段动作时间=下一线路的第II段动作时间 加 0.5s (实际上就是1s),接线：,与第段相同：仅中间继电器变为时间继电器。,小结：,限时电流速断保护的保护范围大于本线路全长,依靠动作电流值和动作时间共同保证其选择性,与第,段共同构成被保护线路的主保护，兼作第,段的后备保护。,（三）、定时限过电流保护,（第段）,1、作用：,作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远后备,。,过电流保护起动电流按躲最大负荷电流来整定，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。,2、,整定原则：,躲最大负荷电流,在外部故障切除后，电动机自起动时，应可靠返回。,max,.,L,re,SS,III,III,OP,I,K,K,K,I,=,3动作电流：,K,rel,可靠系数，取，常取,K,r,电流继电器返回系数，取，常取,K,ast,自起动系数，取1.53,常取,I,R,本线路末最大负荷电流，通常是电动机自起动电流,（2）动作时限：,按阶梯原则整定,保证动作的选择性。动作时限与流过电流大小无关，具有定时限特性。,例如：,右图中K,1,点短路时，保护13都可能起动。,为了保证选择性，须加延时元件且其动作时间必须相互配合,注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合,整定方法：从整条线路末端向整条线路始端（电源端）整定，逐级加t(0.5s).,线路的III段动作时限=下一线路的III段动作时限+t,注：当相邻有多个元件，应选择与相邻时限最长的配合,整定方法：从整条线路末端向整条线路始端（电源端）整定，逐级加t(0.5s).,灵敏系数：,近后备K,sen,远后备K,sen,K,sen,=本线路末端短路时的最小短路电流,/第III段动作值,原理接线,与第,段相同。,小结,（1）第段的,动作电流,比第、段小得多，其灵敏度比第、段更高；,（2）在后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；,（3）保护范围是本线路和相邻下一线路全长。,（4）电网末端第段的动作时间可以是保护中所有元件的固有动作时间之和（可瞬时动作），故可不设电流速断保护；末级线路保护亦可简化（或），越接近电源，,t,越长，应设三段式保护。,III,op,k,sen,I,I,K,min,.,=,线路的过负荷保护,过负荷保护,其动作电流整定,线路的过负荷保护线路图,式中,I,30,所保护线路的计算电流。,六、 单相接地保护,1绝缘监察装置,绝缘监察装置是利用单相接地后出现零序电压而发出信号的，在工厂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，其接线如图所示。,绝缘监察装置原理图,2零序电流保护装置,系统正常运行时，各相电流对称，电流继电器线圈电流为零，继电器不动作，当出现单相对地短路故障时，产生零序电流，继电器动作并发出信号。,由三个电流互感器构成的零序电流过滤器,三相电流,的相量和不等于零，所产生的电流即为,零序电流,2零序电流保护装置,在三相对称运行以及三相和两相短路时，二次侧三相电路电流矢量和为零，即没有零序电流，继电器不动作。当发生单相接地时，有零序电流通过，此时在二次侧感应出电流，使继电器动作发出信号。,由三个电流互感器构成的零序电流过滤器,