工廠供配電第7章供配電系統(tǒng)的保護(hù)

莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心2004年2月保護(hù)裝置防止因短路故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)造成電氣設(shè)備或供配電系統(tǒng)的損壞，提高供電可靠性，因此，保護(hù)系統(tǒng)是變電所二次回路的重要組成部分，也是供電設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。本章講述保護(hù)系統(tǒng)裝置的基本知識(shí)、理論和保護(hù)裝置的整定計(jì)算方法。目錄第一節(jié)繼電保護(hù)的基本知識(shí)第二節(jié)常用的保護(hù)繼電器第三節(jié)工廠電力線路的繼電保護(hù)第四節(jié)電力變壓器的繼電保護(hù)第五節(jié)高壓電動(dòng)機(jī)的繼電保護(hù)第六節(jié)6~10kV電容器的繼電保護(hù)第七節(jié)配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)練習(xí)題第一節(jié)繼電保護(hù)的基本知識(shí)繼電保護(hù)的概念繼電保護(hù)的任務(wù)繼電保護(hù)的基本要求繼電保護(hù)的基本工作原理繼電保護(hù)的概念（P89）繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)，并能動(dòng)作于斷路器跳閘或啟動(dòng)信號(hào)裝置發(fā)出預(yù)報(bào)信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)的任務(wù)

1．自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障設(shè)備從供配電系統(tǒng)中切除，使其它非故障部分迅速恢復(fù)正常供電。2．正確反應(yīng)電器設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)告信號(hào)，以便運(yùn)行人員采取措施，恢復(fù)電器設(shè)備的正常運(yùn)行。3．與供配電系統(tǒng)的自動(dòng)裝置（如自動(dòng)重合閘裝置，備用電源自動(dòng)投入裝置等）配合，提高供配電系統(tǒng)的供電可靠性。

選擇性

速動(dòng)性

靈敏性

可靠性對(duì)繼電保護(hù)的基本要求（P90）

1．選擇性：

當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，只切除故障元件，并使停電范圍最小，以減小故障停電造成的損失。保護(hù)裝置這種能挑選故障元件的能力稱(chēng)為保護(hù)的選擇性。在圖示系統(tǒng)中，在K點(diǎn)發(fā)生短路故障，應(yīng)由離故障點(diǎn)最近的保護(hù)裝置3動(dòng)作，使斷路器3QF跳閘，將故障線路3WL切除，線路1WL和2WL仍繼續(xù)運(yùn)行。保護(hù)裝置的動(dòng)作順序：主保護(hù)后備保護(hù)（近后備，遠(yuǎn)后備）輔助保護(hù)2．速動(dòng)性

為了減小由于故障引起的損失，減少用戶在故障時(shí)低電壓下的工作時(shí)間，以及提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求繼電保護(hù)在發(fā)生故障時(shí)盡快動(dòng)作將故障切除。

注意：必須在滿足選擇性的基礎(chǔ)上！3．靈敏性

靈敏性是指繼電保護(hù)在其保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在繼電保護(hù)的保護(hù)范圍內(nèi)，不論系統(tǒng)的運(yùn)行方式、短路的性質(zhì)和短路的位置如何，保護(hù)都應(yīng)正確動(dòng)作。繼電保護(hù)的靈敏性通常用靈敏度KS來(lái)衡量，靈敏度愈高，反應(yīng)故障的能力愈強(qiáng)。

（1）對(duì)于反應(yīng)故障時(shí)參數(shù)量增加的保護(hù)裝置

例如：過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為

KS＝IK·min／Iop

IK·min——保護(hù)區(qū)內(nèi)故障的最小短路電流值（2）對(duì)于反應(yīng)故障時(shí)參數(shù)量降低的保護(hù)裝置

例如：低電壓保護(hù)的靈敏系數(shù)為

KS＝Uop／UK·max

UK·max——保護(hù)區(qū)內(nèi)故障的最大殘壓值4．可靠性

繼電保護(hù)裝置在其所規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作時(shí)，一定要準(zhǔn)確動(dòng)作，即不能拒動(dòng)；不屬其保護(hù)范圍的故障或不正常工作時(shí)，一定不要?jiǎng)幼?，即不能誤動(dòng)。如圖所示系統(tǒng)K點(diǎn)發(fā)生短路，保護(hù)3不應(yīng)該拒動(dòng)作，保護(hù)1和保護(hù)2不應(yīng)該誤動(dòng)作。

另外：還要考慮經(jīng)濟(jì)性，即技術(shù)上安全可靠，經(jīng)濟(jì)上合理。繼電保護(hù)的基本工作原理(P89)繼電保護(hù)的種類(lèi)很多，但是其工作原理基本相同，它主要由測(cè)量、邏輯和執(zhí)行三部分組成，如圖所示。

1．測(cè)量部分測(cè)量部分測(cè)量被保護(hù)設(shè)備的某物理量，和保護(hù)裝置的整定值進(jìn)行比較，判斷被保護(hù)設(shè)備是否發(fā)生故障，保護(hù)裝置是否應(yīng)該起動(dòng)。2．邏輯部分邏輯部分根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的順序，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，輸出信號(hào)到執(zhí)行部分。

3．執(zhí)行部分執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作，使斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)。

第二節(jié)常用的保護(hù)繼電器按繼電器的結(jié)構(gòu)原理分，有電磁式、感應(yīng)式、數(shù)字式、微機(jī)式等繼電器。按繼電器反應(yīng)的物理量分有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等。按繼電器反應(yīng)的物理量變化分，有過(guò)量繼電器和欠量繼電器，如過(guò)電流繼電器、欠電壓繼電器。按繼電器在保護(hù)裝置中的功能分，有起動(dòng)繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器和中間繼電器等。

工廠供配電系統(tǒng)中常用的繼電器主要是電磁式繼電器和感應(yīng)式繼電器。在現(xiàn)代化的大型工廠中也開(kāi)始使用微機(jī)式繼電器或微機(jī)保護(hù)。電磁型繼電器

電磁型電壓繼電器

電磁型電流繼電器

電磁型時(shí)間繼電器

電磁型中間繼電器

電磁型信號(hào)繼電器感應(yīng)型電流繼電器繼電保護(hù)裝置的接線方式電磁型電壓繼電器

電壓繼電器的線圈為電壓線圈，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器文字符號(hào)用KV表示。電磁式電壓繼電器有過(guò)電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種：※過(guò)電壓繼電器返回系數(shù)小于1，通常為0.8；※欠電壓繼電器返回系數(shù)大于1，通常為1.25。欠電壓繼電器的起動(dòng)電壓Uop·K是使其動(dòng)作的最高電壓；返回電壓Ure·K是使其返回的最低電壓；返回系數(shù)Kre＝Ure·K／Uop·K。

由于欠電壓繼電器的返回電壓大于起動(dòng)電壓，所以其返回系數(shù)Kre大于1，一般在1～1.2之間。電磁型電流繼電器電流繼電器的文字符號(hào)為KA。

使過(guò)電流繼電器動(dòng)作的最小電流稱(chēng)為繼電器的動(dòng)作電流，用Iop.KA表示。繼電器的返回電流，用Ire.KA表示。繼電器的返回電流與動(dòng)作電流之比稱(chēng)為返回系數(shù)Kre，即

顯然，過(guò)電流繼電器的返回系數(shù)小于1，返回系數(shù)愈大，繼電器愈靈敏，電磁式電流繼電器的返回系數(shù)通常為0.85。電磁型電流繼電器結(jié)構(gòu)（DL型）1—鐵心2—線圈3—可動(dòng)舌片4—反作用彈簧5—可動(dòng)觸點(diǎn)6—靜觸點(diǎn)7—調(diào)整桿8—刻度盤(pán)調(diào)節(jié)電磁式電流繼電器的動(dòng)作電流的方法有兩種：（1）細(xì)調(diào)：改變調(diào)整桿6的位置來(lái)改變彈簧的反作用力，進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。（2）粗調(diào)：改變繼電器線圈的連接方式(串、并聯(lián)）。當(dāng)線圈由串聯(lián)改為并聯(lián)時(shí)，繼電器的動(dòng)作電流增大一倍，進(jìn)行級(jí)進(jìn)調(diào)節(jié)。電磁式電流繼電器的動(dòng)作極為迅速，動(dòng)作時(shí)間為百分之幾秒，可認(rèn)為是瞬時(shí)動(dòng)作的繼電器。電磁型時(shí)間繼電器由電磁系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、鐘表機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和時(shí)間調(diào)整系統(tǒng)等組成。

在保護(hù)裝置中起延時(shí)作用，以保證保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性。

[DS型電磁式時(shí)間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)][DS110型、112型時(shí)間繼電器的內(nèi)部接線圖和圖形符號(hào)]時(shí)間繼電器的文字符號(hào)為KT。DS-110型為直流時(shí)間繼電器，DS-120型為交流時(shí)間繼電器，延時(shí)范圍均為0.1~9秒。電磁型中間繼電器作用是為了擴(kuò)充保護(hù)裝置出口繼電器的接點(diǎn)數(shù)量和容量，也可以使觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)時(shí)帶有不大的延時(shí)(0.4～0.8S)，或者通過(guò)繼電器的自保持，以適應(yīng)保護(hù)裝置的需要。中間繼電器的文字符號(hào)為KM。電磁型信號(hào)繼電器作用是用于各保護(hù)裝置回路中，作為保護(hù)動(dòng)作的指示器。中間繼電器的文字符號(hào)為KS。感應(yīng)型電流繼電器（GL）感應(yīng)式電流繼電器有兩個(gè)系統(tǒng)：

※感應(yīng)系統(tǒng)繼電器的感應(yīng)系統(tǒng)主要由線圈1，帶短路環(huán)3的電磁鐵2和裝在可偏轉(zhuǎn)的框架6上的鋁盤(pán)4組成。

※電磁系統(tǒng)繼電器的電磁系統(tǒng)由電磁鐵2和銜鐵15組成。

感應(yīng)式電流繼電器具有前述電磁式電流繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器、中間繼電器的功能，從而使繼電保護(hù)裝置使用元件少、接線簡(jiǎn)單，在工廠供配電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。感應(yīng)式電流繼電器的調(diào)節(jié)：繼電器的動(dòng)作電流可用插銷(xiāo)16改變線圈抽頭（匝數(shù)）進(jìn)行級(jí)進(jìn)調(diào)節(jié)；也可以用調(diào)節(jié)彈簧7的拉力進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。

繼電器的動(dòng)作時(shí)限可用螺桿13改變扇形齒輪頂桿行程的起點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。繼電器速斷電流倍數(shù)可用螺釘14改變銜鐵與電磁鐵之間的氣隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。

感應(yīng)型電流繼電器的工作原理由帶延時(shí)動(dòng)作的感應(yīng)部分與瞬時(shí)動(dòng)作的電磁部分組成。1．感應(yīng)系統(tǒng)部分：

動(dòng)作電流是指繼電器鋁盤(pán)軸上蝸桿與扇形齒片相咬合時(shí)，線圈所需要通入的最小電流。動(dòng)作電流的整定值通過(guò)插孔板擰入螺釘來(lái)改變線圈的匝數(shù)來(lái)調(diào)整（2，2.5，3…4.5，5，6…9，10A）。

返回電流是指便扇形齒片脫離蝸桿返回到原來(lái)位置時(shí)的最大電流。

動(dòng)作時(shí)間是指從軸上蝸桿與扇形齒片相咬合起到接點(diǎn)閉合這一段時(shí)間。通入繼電器的電流越大，鋁盤(pán)轉(zhuǎn)速越快，動(dòng)作時(shí)間就越短，這種特性稱(chēng)為反時(shí)限特性。時(shí)限螺釘指示盤(pán)上的刻度，是指通入10倍動(dòng)作電流整定值時(shí)的動(dòng)作時(shí)間。2．電磁速斷部分電磁系統(tǒng)的速斷特性即當(dāng)通入繼電器線圈的電流大到整定值的某個(gè)倍數(shù)時(shí)，未等感應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)作，銜鐵右端瞬時(shí)被吸下，接點(diǎn)立即閉合。動(dòng)作電流值通過(guò)改變銜鐵與電磁鐵心之間氣隙來(lái)調(diào)整，其速斷動(dòng)作電流調(diào)整范圍是感應(yīng)系統(tǒng)整定電流值的2～8倍。

GL-10型繼電器本身帶有信號(hào)掉牌，而且接點(diǎn)容量又較大，所以組成反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)時(shí)，無(wú)需再接入其他繼電器。GL-10（20）系列繼電器的時(shí)限特性曲線保護(hù)裝置的接線方式(P92-93)保護(hù)裝置的接線方式是指啟動(dòng)繼電器與電流互感器之間的連接方式。

分為三種：三相完全星形接線方式兩相不完全星形接線

兩相電流差接線為了便于分析和保護(hù)的整定計(jì)算，引入接線系數(shù)Kw，它是流入繼電器的電流IKA與電流互感器二次繞組電流I2的比值，即

三相完全星形接線方式

三相完全星形接線方式是用三臺(tái)電流互感器與三只繼電器對(duì)應(yīng)連接的。可以反映任何形式短路故障。可見(jiàn)：KW＝1兩相不完全星形接線

兩相不完全星形接線方式是在A、C兩相裝有電流互感器，分別與兩只電流繼電器相連接?？梢苑从吵鼴相單相接地短路以外的所有故障?？梢?jiàn)：KW＝1

兩相不完全星形接線方式還可以接成兩相三繼電器形式，以提高可靠性。

可見(jiàn)：KW＝1兩相電流差接線

兩相電流差接線方式由兩臺(tái)電流互感器和一只電流繼電器組成。正常工作時(shí)，通過(guò)繼電器的電流為：兩相電流差接線的接線系數(shù)：不同的相間短路時(shí)，接線系數(shù)是不一樣的。正常和三相短路時(shí)接線系數(shù)為；AC相短路時(shí)接線系數(shù)為2；AB相或BC相短路時(shí)接線系數(shù)為1。

因而靈敏系數(shù)也不一樣。一般情況下：保護(hù)整定時(shí)取KW＝

靈敏度校驗(yàn)時(shí)取KW＝1三種接線方式性能比較1．三相三繼電器接線方式

能反應(yīng)各種短路故障，流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組電流相等，其接線系數(shù)在任何短路情況下均等于1。這種接線方式主要用于高壓大接地電流系統(tǒng)，保護(hù)相間短路和單