电流、电压保护.docx

第二章电流、电压保护 重点 ：理解电力系统常用的各种电流、电压保护装置（无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护、过电压保护、低电压起动的过流保护、复合电压起动的过流保护）的工作原理，掌握其构成及动作过程；熟知各保护的优缺点与运用范围。 难点 ：继电保护装置的构成与动作过程。 能力培养要求：初步具备组装各类电流电压保护装置的能力；具备阅读和绘制各类保护原理接线图、展开图的能力。 学时：讲课12学时，实验2学时2.1三段式电流保护 利用电流突然增大使保护动作而构成的保护装置，称为电流保护。一、瞬时电流速断保护 1、工作原理：为了获得动作的快速性与保护的选择性，保护区范围不能超出全线范围。 如图所示，线路L1最大短路电流曲线用1表示，最小短路电流曲线用2表示，短路电流曲线与线路L1末端的交点用虚线表示。考虑电流互感器的误差因素，为避免保护1在线路L2首端故障时误动作，保护1的动作电流应比最大短路电流曲线与线路L1交点对应的数值还要大一点，其动作值用Iop表示，Iop与最大短路电流曲线的交点为M，与最小短路电流曲线的交点用N表示。故保护1的最大保护范围为AM，最小保护范围为AN。 瞬时电流速断保护，是反映电流升高而动作，是不带时限动作的一种保护，也称段保护。 2、单相原理接线图3、保护动作过程 被保护对象上发生短路故障，流入电流继电器的电流大于预先设定的数值（整定值），电流 继电器动作，其接点立即闭合，从而接通中间继电器KM线圈的电压回路，中间继电器动作，KM的接点经过信号继电器线圈接通跳闸线圈YT的电压回路，QF实现跳闸，同时信号继电器KS的接点也动作，接通信号回路，发出相应的灯光、音响信号。 4、评价 该保护动作速度快是其主要特点，有利于切除故障，保护设备安全。但其保护范围要随运行方式的变化而变化，特别是在运行方式变化比较剧烈的情况下（引水式中小型水电站），甚至可能在最小运行方式下没有保护范围。一般只能作为辅助保护使用。 二、限时电流速断保护 1、工作原理理想的保护装置要求应能保护被保护对象的全部范围。这样要求的结果，其保护区必然要延伸到相邻线路或元件的一部分。为了获得选择性，必须与相邻线路、元件相配合。即限时电流速断保护必须带有一定的延时。为了保证快速性，动作值与相邻线路和元件进行配合。该保护也称段保护。 2、原理接线图 3、动作过程 保护范围内发生短路故障时，流入电流继电器的电流大于预先设定的数值（整定值），电流继电器动作，其接点立即闭合，从而接通时间继电器线圈的电压回路，时间开始计时。在预先设定的时间范围内，如果短路电流一直存在，则在时间继电器的延时时间到时，其接点闭合，经过信号继电器线圈接通跳闸线圈YT的电压回路，QF实现跳闸，同时信号继电器KS的接点也动作，接通信号回路，发出相应的灯光、音响信号。4、评价由于保护范围延伸到了相邻元件首端，故能保护被保护对象全长范围。动作时间一般有0.5S的延迟，但仍能满足快速性的要求。一般作为35KV及以下输电线路的主保护使用。 三、定时限过流保护 前面2种保护为了满足选择性和保护范围的要求，其动作值都是按照短路电流来整定，通常数值比较大，因而保护的灵敏度可能不足。定时限过流保护在构成、动作过程上都与限时电流速断保护一致，不同之处在于： 1、保护动作电流值更小。该保护是按照“躲开正常运行情况下的最大负荷电流”原则来整定动作值，保证该情况下保护不误动。而被保护对象上发生短路时，短路电流远大于该数值，因而保护的灵敏度更高。2、由于保护很灵敏，所以保护范围很长。为保证选择性，保护必须在动作时间上与相邻元件进行配合，故保护的动作时间通常比较长。值得说明的是，三相三线制电气设备上通常都配置有过负荷保护，过负荷时的电气特征是三相对称。因此过负荷保护在构成原理和动作过程上都与单相定时限过流保护一样。四、三段式电流保护 由瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护组成。 1、原理接线图（两相不完全星型接线与两相三继电器接线） 两相三继电器接线时，中性线上的电流继电器KA7反应的是B相电流，在相邻元件是变压器的情况下，可以提高保护的灵敏度2倍。2、展开式原理接线图 展开图的画法： 同一回路内的不同设备，按照电流通过的顺序从左至右、从上到下绘制。 同一设备的不同组成部分（线圈、触点）用相同的文字符号表示。 交流回路、直流回路、信号回路分开画。 原理图的右侧加以简短文字说明。 展开图表示的优点：条理清晰、层次分明，读图、查线简便，实用性强。2.2电压保护利用被保护对象上电压突然增大使保护动作而构成的保护装置,称为过电压保护；利用被保护对象上电压突然下降使保护动作而构成的保护装置,称为低电压保护。一、保护的构成根据保护装置构成的基本原理可知：测量部分使用过电压继电器（或低电压继电器），逻辑部分根据保护动作的需要决定是否使用时间继电器来延迟动作速度，从而满足选择性要求。执行部分采用中间继电器去完成跳断路器，信号继电器去接通信号回路，发出相应信号的任务。构成原理基本和电流保护一致，不再赘述。 二、评价 1、过电压保护可用于被保护对象不允许在过电压状态下运行的电气设备保护，如：发电机、变压器、电动机等。一般灵敏度都满足要求。 2、低电压保护是反应被保护对象故障时电压降低特征而动作，但由于电压的测量一般是在母线处，故障点到母线的短路阻抗以及故障设备本身的短路阻抗致使母线处残压较高，故单纯的低电压保护灵敏度都较低，一般不单独使用。2.3电压闭锁的电流保护 同时利用故障时被保护对象上电流增大和母线处电压降低构成的保护装置，称为电压闭锁的电流保护，其灵敏度一般都比较高，是常用的保护装置。一、低电压闭锁的过电流保护1、工作原理在单纯的电流保护中，灵敏度最高的就是定时限过电流保护，其动作值是按照“躲开正常运行情况下的最大负荷电流”原则来整定。被保护对象如果是电动机，其启动电流相当大，按此原则计算出来的动作值也比较大，有可能出现灵敏度不满足要求的情况。可以利用此时设备上的电压下降不多（不低于70%Ue）的特征构成闭锁条件，从而降低保护动作值，提高灵敏度。2、保护的构成 3、动作过程 对象正常时：通过设备的电流低于KA动作值，母线处电压为Ue，13KV触点均断开，保护不会启动。 电动机自启动时：通过设备的电流大于KA动作值，但母线处电压不低于70%Ue,而低电压继电器KV的动作值一般小于70%Ue， 13KV触点均断开，保护不会启动。 对象故障时： 通过设备的电流是短路电流，KA动作；母线处电压下降为残压，一般低于60%Ue，故障相 KV动作。经时间继电器延时后，接通KS线圈和YT线圈， KS接通信号回路，发出相应信号，YT完成QF跳闸任务。TV二次侧熔断器熔断时： 熔断相KV动作，接通KM线圈，但因KA未动作，保护不会误动， 可由KM 的另外触点发出TV二次侧断线信号；如此时设备过负荷，则KA动作，保护误动。故：运行中应密切监视TV二次侧断线信号并及时处理，如无法及时排除，则应将保护退出运行，待恢复正常后再投入。保护退出运行的方法： 将该保护布置在保护屏上的连接片XB断开。 4、展开图二、复合电压起动的过电流保护 1、 保护的原理 电力系统中发生三相不对称短路时，电量参数中会分解出负序分量，而正常运行情况下该分量几乎为零。可以利用该分量的出现构成相应的保护，从而提高电压元件的动作灵敏度。 2、保护的构成 3、动作过程 被保护对象正常运行时： 三相中流动的电流均低于KA整定值， KA13不动作；三相电压对称，负序滤过器无输出，KVN触点保持闭合状态，KV线圈施加额定电压Uac，其触点断开中间继电器KM线圈供电回路，整套保护不启动。被保护对象上发生三相不对称短路故障时：根据故障特征可知，故障相会流动短路电流，KA13中至少有1只KA会动作；母线处三相电压不对称，负序滤过器有输出，KVN触点断开KV线圈供电回路，KV触点保持闭合状态，接通中间继电器KM线圈供电回路，KM触点闭合，保护启动。经时间继电器延时后，启动信号继电器KS和出口中间继电器KOM，由两者分别完成发信号、跳闸任务。由于负序电压继电器的整定值很小，故该保护对不对称短路故障有极高的灵敏度。被保护对象上发生三相对称短路故障时： 三相相间短路之初，三相电压是不对称的，动作情况和三相不对称短路故障一致。当短路进入稳态后，三相电压虽然对称， KVN触点保持闭合状态， KV线圈施加故障时电压Uac，只要能保证KV触点不返回，保护就会继续处于启动状态，而低电压继电器KV的返回电压一般是启动电压的1.151.2倍，故该情况下保护的灵敏度也提高了1.151.2倍。该保护灵敏度较高，投资上有所增加。故，一般用于贵重电气设备的保护中，如： 发电机、变压器、高压电动机等。 4、展开图 2.3其它电流、电压保护 在工程实践中，还出现、应用了一些其它形式的电流、电压保护，如：电流电压联锁速断保护、反时限过流保护、负序电流保护等等，由于使用不是很广泛，这里只简单介绍一下零序电流、零序电压保护。一、工作原理 其实，零序电流保护和零序电压保护与过电流保护、过电压保护从构成到动作原理都是一样的，只是反应的电气参数是零序电流、零序电压。在电力系统的短路故障中，只有接地短路会产生一定数量值的零序电量，故该类保护专门用于接地故障的保护。 二、零序保护的构成 1、零序电压保护 在电压互感器的接线方式中已经叙述了如何获取零序电压，通常只需要在母线TV开口三角形侧连接一套过电压保护就构成了零序电压保护。由于被保护对象正常运行时三相电压对称， TV开口三角形侧输出基本为零，保护不动作；而出现接地短路时， TV开口三角形侧输出接近100V，故该保护对接地短路故障有极高的灵敏度。但由于零序电压的测量是由母线处的TV完成，该分量出现只能代表连接在母线上的设备出现了接地故障，但具体是哪个设备接地则不能肯定，故该保护没有选择性。在工程实践中，常将该保护称为