毕业设计（论文）浅论10kv供电系统的继电保护的设计方案

1、毕业设计论文-浅论10kV供电系统的继电保护的设计方案 本科毕业设计论文说明书浅论10kV供电系统的继电保护的设计方案摘 要电力系统是由发电变电输电配电和用电等五个环节组成的在电力系统中各种类型的大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起由于其覆盖的地域极其辽阔运行环境极其复杂以及各种人为因素的电气故障的发生是不可防止的由于电力系统的特殊性上述五个环节应是环环相扣时时平衡缺一不可又几乎是在同一时间内完成的在电力系统中的任何一处发生事故都有可能对电力系统的运行产生重大影响AbstractThe power system is composed by the five aspects of pow

2、er generation substation transmission distribution and electricity In the electrical power system each kind of type the massive electrical equipment through the electrical line joins closely in together Because its cover region is extremely vast the movement environment is extremely complex as well

3、as each human factor the electrical failure occurrence is inevitable As a result of the electrical power system particularity the above five links should be are linked together balance at times indispensably also is nearly completes during the same period of time Has the accident in electrical power

4、 system any all has the possibility to have the significant influence to the electrical power system movementThis article 10kV power supply relay settings are as follows phase fault protection using remote backup two-stage current protection limit of instantaneous flow rate off protection delay limi

5、ts the flow rate circuit protection over current protection ground protection zero sequence current protection accelerated three-phase 10 kV distribution lines using a heavy closing 10kV line installed two-stage current protection without a time limit of the current instantaneous over current protec

6、tion and over-current protection with time limit single line for connecting the power plant bus and 10kV installed with the direction or without the direction of current instantaneous over current protection and over current protection For 10kV should not be running out of line using longitudinal tr

7、ansverse and poor protection 10kV power supply system of the transformer low voltage side of the installation of short-circuit protection and overload protection Short-circuit protection as the protection of busbars transformers Route protection and backup protection of distribution lines 10kV opera

8、tion and maintenance of the protection device is an important part of the power system whether it can secure stable and reliable operation is directly related to the normal operation of the entire systemKey words 10kV replay Protection equipment of relay Operation and maintenance目 录摘 要IAbstractII第一章

9、 绪论11110kV供电系统在电力系统中的重要位置112 继电保护的开发研究概况113 本文安排3第二章 10kV供电系统继电保护的配置方案421 反映相间故障的保护422 反映接地故障的保护523 本章小结5第三章 10kV配电线路与系统的整定计算631 10kV配电线路632 配电线路的整定计算6com 重合闸7com护选型733 本章小结7第四章 10kV供电系统中的继电保护941 10kV供电系统的继电保护运行状况942 10kV供电系统继电保护装置的任务943 对继电保护装置的根本要求944 继电保护的常见类型1145 本章小结18第五章 10kV供电系统继电保护的选择性应用1951

10、 10kV系统中应配置的继电保护19com 10kV线路应配置的继电保护19com 10kV配电变压器应配置的继电保护19com 10kV分段母线应配置的继电保护1952 10kV配电系统的保护配置情况1953 10kV配电保护配置的比拟2254 本章小结23第六章 提高10kV供电系统继电保护可靠性的措施2461 加强可靠性管理2462 重视技术进步2463本章小结25结束语26参考文献27致谢28第一章 绪论10kV供电系统在电力系统中的重要位置电力系统是由发电变电输电配电和用电等五个环节组成的在电力系统中各种类型的大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起由于其覆盖的地域极其辽阔运行环境

11、极其复杂以及各种人为因素的影响电气故障的发生是不可防止的由于电力系统的特殊性上述五个环节应是环环相扣时时平衡缺一不可又几乎是在同一时间内完成的在电力系统中的任何一处发生事故都有可能对电力系统的运行产生重大影响例如当系统中的某工矿的设备发生短路事故时由于短路电流的热效应和电动力效应往往造成电气设备或电气线路的致命损坏还有可能严重到使系统的稳定运行遭到破坏当10kV不接地系统中的某处发生一相接地时就会造成接地相的电压降低其他两相的电压升高常此运行就可能使系统中的绝缘遭受损坏也有进一步为事故的可能10kV供电系统是电力系统的一局部它能否平安稳定可靠地运行不但直接关系到企业用电的畅通而且涉及到电力系统

12、能否正常的运行因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和标准速动性能以最短时限将故障或异常从系统中切除或隔离选择性在自身整定的范围内切除故障保证最大限度地向无故障局部继续供电不越级跳闸灵敏性反映故障的能力通常以灵敏系数表示不拒动不误动是关键3继电保护的根本概念在电力系统运行中外界因素如雷击鸟害内部因素绝缘老化损坏等及操作等都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现常见的故障有单相接地三相接地两相接地相间短路短路等 电力系统非正常运行状态有过负荷过电压非全相运行振荡次同步谐振同步发电机短时失磁异步运行等 电力系统继电保护和平安自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况

13、时用于快速切除故障消除不正常状况的重要自动化技术和设备电力系统发生故障或危及其平安运行的事件时他们能及时发出告警信号或直接发出跳闸命令以终止事件4继电保护的根本任务自动迅速有选择性地将故障元件从电力系统中切除使故障元件免于继续遭到破坏保证其他无故障局部迅速恢复正常运行 反映电气元件的不正常运行状态并根据运行维护的条件如有无经常值班人员而动作于信号以便值班员及时处理或由装置自动进行调整或将那些继续运行就会引起损坏或开展成为事故的电气设备予以切除此时一般不要求保护迅速动作而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动 继电保护装置还可以与电力

14、系统中的其他自动化装置配合在条件允许时采取预定措施缩短事故停电时间尽快恢复供电从而提高电力系统运行的可靠性5电力系统对继电保护的根本要求继电保护装置为了完成自动迅速有选择的跳开特定的断路器以及反映电气原件的不正常运行状态必须在技术上满足选择性速动性灵敏性和可靠性四个根本要求对于作用于继电器跳闸的继电保护应同时满足四个根本要求而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置这四个根本要求中有些要求可以降低2继电保护开展史19世纪的最后25年里作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用电力系统的开展电网结构日趋复杂短路容量不断增大到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置虽然在192

15、8年电子器件已开始被应用于保护装置但电子型静态继电器的大量推广和生产只是在50年代晶体管和其他固态元器件迅速开展之后才得以实现静态继电器有较高的灵敏度和动作速度维护简单寿命长体积小消耗功率小等优点但较易受环境温度和外界干扰的影响1965年出现了应用计算机的数字式继电保护大规模集成电路技术的飞速开展微处理机和微型计算机的普遍应用极大地推动了数字式继电保护技术的开发目前微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段并已有少量装置正式运行3我国继电保护开展史我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究高等院校和科研院所起着先导的作用华中理工大学东南大学华北电力学院西安交通大学天津大学上海交通大学重庆大学

16、和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理不同型式的微机保护装置1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定并在系统中获得应用揭开了我国继电保护开展史上新的一页为微机保护的推广开辟了道路在主设备保护方面东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护发电机保护和发电机变压器组保护也相继于19891994年通过鉴定投入运行南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于19931996年通过鉴定至此不同原理不同机型的微机线路和主设备保

17、护各具特色为电力系统提供了一批新一代性能优良功能齐全工作可靠的继电保护装置随着微机保护装置的研究在微机保护软件算法等方面也取得了很多理论成果可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代一般企业高压供电系统中均为10kV系统除早期建设的10kV系统中较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置很多重要企业为双路10kV电源高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入在系统供电的可靠性故障响应的灵敏性保护动作的选择性切除故障的快速性以及运行方式的灵活性运行人员的熟练性

18、上都存在着一些急待解决的第二章 10kV供电系统继电保护的配置方案21 反映相间故障的保护1相间故障的保护装置由电流继电器构成应接于两相电流互感器上并在同一电网的所有线路上均接于相同的两相上通常都是接到AC两相保证在大局部两点接地故障时只切除1个故障点根据灵敏度的不同要求保护装置可由1个或2个继电器构成后备保护和主保护合为一套保护装置采用远后备方式10kV线路一般应装设两段式电流保护不带时限的电流速断保护和带时限的过流保护当过流保护的时限为05-07s且没有保护配合上的要求时可只装过流保护当采用两段式电流保护瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时应装设限时电流速断保护2对于带电抗器的线路由于断路

19、器遮断容量的限制不应装设电流速断保护而应由母线保护或其它保护切除电抗器前的故障一般在电抗器后短路时母线的剩余电压很高能够保证系统非故障局部的连续运行故采用简单的过流保护就可以满足要求3对于连接发电厂母线和另一电源的电压为10kV的单回线应装设带方向或不带方向的电流速断保护和过流保护假设选择性灵敏度不满足要求时可采用以下保护方式1对于短线路其长度为12km时可以采用纵联差动保护2并联的电缆线路用横联差动保护作为主保护带方向或不带方向的电流保护作为后备保护3对于并列运行的平行线路采用横联电流差动保护作主保护带方向或不带方向的电流保护作后备保护410kV分段母线应配置的继电保护对于不并列运行的分段母

20、线在分段断路器处应装设电流速断保护但只在断路器合闸的瞬间投入合闸后自动解除另外装设过流保护如采用的是反时限过流保护时其瞬动局部应解除对于负荷等级较低的配电所可不装设保护对于10kV复杂结构线路闭合的环形电路等为了简化保护可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的方法对于不宜解列的线路可采用纵差横差等保护510kV配电变压器应配置的继电保护1当配电变压器容量小于400kVA时一般采用高压熔断器保护2当配电变压器容量为400630kVA高压侧采用断路器时应装设过流保护而当过流保护时限大于05s时还应装设电流速断保护对于车间内油浸式配电变压器还应装设气体保护3当配电变压器容量为800kVA及以上时应装设

21、过流保护而当过流保护时限大于05s时还应装设电流速断保护4油浸式配电变压器还应装设气体保护和温度保护22 反映接地故障的保护当出线不多时一般装设绝缘监察装置即当出现一相接地时利用Tv的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察它可以在Tv柜上通过3块相电压表和1块线电压表通过转换开关可观察3个线电压看到一低两高三不变接在开口三角形开口两端的过压继电器动作其常开接点接通信号继电器并发出预告信号采用这种装置比拟简单但不能发现是哪条线路故障为了查找故障线路需要电气人员按照预先制定的拉路序位图依次拉路查找并随之合上未接地的回路直到找到接地点为止可以看出这种装置适合出线回路少的线路当出线回线较多时往往采用零序电

22、流保护方式该方式是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上当在电缆出线上安装零序电流互感器时其一次侧为被保护电缆的三相导线铁心套在电缆外其二次侧接零序电流继电器当正常运行或发生相间短路时一次侧电流均为零二次侧只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流当发生一相接地时零序电流反映到二次侧并流入零序电流继电器使其动作发出信号在安装零序电流保护装置时应特别注意的一点是电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心这是由于被保护电缆发生一相接地时全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用否那么

23、互感器二次侧也就不能感应出电流因而继电器也就不可能动作23 本章小结由于l0kV系统中包含一次系统和二次系统一次系统比拟简单直观并在考虑和设置上较为容易而二次系统相对较为复杂且包括了大量的继电保护装置自动装置和二次回路所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行的监视测量控制和保护为确保10kV供电系统的正常运行必须正确的设置继电保护装置 第三章 10kV配电线路与系统的整定计算31 10kV配电线路10kV配电线路结构特点是一致性差如有的为用户专线只接带一二个用户类似于输电线路有的呈放射状几十台甚至上百台变压器T接于同一条线路的各个分支上有的线路短到几百m有的线路长到几十km有的线路由

24、35kV变电所出线有的线路由110kV变电所出线有的线路上的配电变压器很小最大不过100kVA有的线路上却有几千kVA的变压器有的线路属于最末级保护有的线路上设有开关站或有用户变电所等对于输电线路由于其比拟标准一般无T接负荷至多有一二个集中负荷的T接点因此利用标准的保护整定计算方法各种情况均可一一计算一般均可满足要求对于配电线路由于以上所述的特点整定计算时需做一些具体的特殊的考虑以满足保护的要求我国的10kV配电线路的保护一般采用电流速断过电流及三相一次重合闸构成特殊线路结构或特殊负荷线路保护不能满足要求时可考虑增加其它保护如保护段电压闭锁等下面的讨论是针对一般保护配置而言的 3-1式中过电流

25、保护继电器的动作电流可靠系数取1213返回系数取085自启动系数可根据计算试验或实际运行数据确定电流互感器接线系数对于两相两继电器的接线方式对于两相单继电器接线方式电流互感器变比最大负荷电流2电流速断保护电流速断保护动作电流计算式为 3-2式中速断保护继电器的动作电流可靠系数取1213电流互感器接线系数电流互感变比 被保护线路末端故障时流过保护出的最大短路电流3零序电流接地保护零序电流保护动作电流计算式为 3-3式中 零序电流互感器变比可靠系数瞬时动作时取45延时动作取152电流互感器接线系数电流互感器变比线路相电压com 重合闸10kV配电线路一般采用后加速的三相一次重合闸由于安装于末级保护

26、上所以不需要与其他保护配合重合闸所考虑的主要为重合闸的重合成功率及缩短重合停电时间以使用户负荷尽量少受影响重合闸的成功率主要决定于电弧熄灭时间外力造成故障时的短路物体滞空时间如树木等电弧熄灭时间一般小于05s但短路物体滞空时间往往较长因此对重合闸重合的连续性重合闸时间采用0815s农村线路负荷多为照明及不长期运行的小型电动机等负荷供电可靠性要求较低短时停电不会造成很大的损失为保证重合闸的成功率一般采用20s的重合闸时间证明将重合闸com将使重合闸成功率由40以下提高到60左右10kV线路保护装置的配置虽然较简单但由于线路的复杂性和负荷的多变性保护装置的选型还是值得重视的根据诸城电网保护配置情况

27、及运行经验建议在新建变电所中应采用保护配置全面的微机保护微机保护在具备电流速断过电流及重合闸的根底上还应具备低压或复压闭锁时限速断等功能以适应线路及负荷变化对保护方式的不同要求第四章 10kV供电系统中的继电保护41 10kV供电系统的继电保护运行状况1供电系统的正常运行这种状况是指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作各种信号指示和仪表均工作在允许范围内的运行供电系统的故障这种状况系指某些设备或线路出现了危及其本身或系统的平安运行并有可能使事态进一步扩大的运行状况供电系统的异常运行这种状况系指系统的正常运行遭到了破坏但尚未构成故障时的运行状况在供电系统中运行正常时它应能完整地平安地监视

28、各种设备的运行状况为值班人员提供可靠的运行依据如供电系统中发生故障时它应能自动地迅速地有选择性地切除故障局部保证非故障局部继续运行当供电系统中出现异常运行工作状况时它应能及时地准确地发出信号或警报通知值班人员尽快做出处理不难看出在10kV系统中装设继电保护装置的主要作用是通过缩小事故范围或预报事故的发生来到达提高系统运行的可靠性并最大限度地保证供电的平安和不间断可以想象在10kV系统中利用熔断器去完成上述任务是不能满足要求的因为熔断器的安秒特性不甚完善熄灭高压电路中强烈电弧的能力缺乏甚至有使故障进一步扩大的可能同时还延长了停电的历时只有采用继电保护装置才是最完美的措施因此在10kV系统中的继电

29、保护装置就成了供电系统能否平安可靠运行的不可缺少的重要组成局部对继电保护装置的根本要求有四点即选择性灵敏性速动性和可靠性选择性当供电系统中发生故障时继电保护装置应能有选择性地将故障局部切除也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器以保证系统中其它非故障局部能继续正常运行系统中的继电保护装置能满足上述要求的就称为有选择性否那么就称为没有选择性主保护和后备保护10kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护短路故障保护应有主保护后备保护必要时可增设辅助保护当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时其中有一套动作比拟快而另一套动作比拟慢动作比拟快的就称为主保护而动作比拟慢的就称为后备保护即为满

30、足系统稳定和设备的要求能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护就称为主保护当主保护或断路器拒动时用以切除故障的保护就称为后备保护后备保护不应理解为次要保护它同样是重要的后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备还可以起到当主保护虽已动作但最终未能到达切除故障局部的作用除此之外它还有另外的意义为了使快速动作的主保护实现选择性从而就造成了主保护不能保护线路的全长而只能保护线路的一局部也就是说出现了保护的死区这一死区就必须利用后备保护来弥补不可近后备和远后备当主保护或断路器拒动时由相临设备或线路的保护来实现的后备称为远后备保护由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护就叫近后

31、备保护辅助保护为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护称为辅助保护灵敏性灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力在保护装置的保护范围内不管短路点的位置如何不管短路的性质怎样保护装置均不应产生拒绝动作但在保护区外发生故障时又不应该产生错误动作保护装置灵敏与否一般用灵敏系数来衡量保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行灵敏系数为被保护区发生短路时流过保护安装处的最小短路电流与保护装置一次动作电流的比值即 4-1灵敏系数越高那么反映轻微故障的能力越强各类保护装置灵敏系数的大小根据保护装置的不同而不尽相同对于多相保护取两相短路电流最小值对于10k

32、V不接地系统的单相短路保护取单相接地电容电流最小值速动性速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障缩短切除故障的时间就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度加快系统电压的恢复从而为电气设备的自启动创造了有利条件同时还提高了发电机并列运行的稳定性所谓故障的切除时间是指保护装置的动作时间与断路器的跳闸时间之和由于断路器一经选定其跳闸时间就已确定目前我国生产的断路器跳闸时间均在002s以下所以实现速动性的关键是选用的保护装置应能快速动作可靠性保护装置应能正确的动作并随时处于准备状态如不能满足可靠性的要求保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源为确保保护装置动作的可靠性那么要求保护装置的设计原理整定

33、计算安装调试要正确无误同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠运行维护要得当系统应尽可能的简化有效以提高保护的可靠性是反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关短路电流越大动作时间越短短路电流越小动作时间越长这种保护就叫做反时限过电流保护继电器的构成反时限过电流保护是由GL-1525感应型继电器构成的这种保护方式广泛于一般工矿中感应型继电器兼有电磁式电流继电器作为起动元件电磁式时间继电器作为时限元件电磁式信号继电器作为信号元件和电磁式中间继电器作为出口元件的功能用以实现反时限过电流保护另外它还有电磁速断元件的功能又能同时实现电流速断保护采用这种继电器就可以采用交流操作无须装设直流屏

34、等设备通过一种继电器还可以完成两种保护功能表达了继电器的多功能性也可以大大简化继电保护装置但这种继电器虽外部接线简单但内部结构十分复杂调试比拟困难在灵敏度和动作的准确性速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置反时限过电流保护的根本原理当供电线路发生相间短路时感应型继电器KA1或和KA2到达整定的一定时限后动作首先使其常开触点闭合这时断路器的脱扣器YR1或和YR2因有KA1或和KA2的常闭触点分流短路而无电流通过故暂时不会动作但接着KA1或KA2的常闭触点断开因YR1或和YR2因去分流而通电动作使断路器跳闸同时继电器本身的信号牌掉下给出信号在这里应予说明在采用去分流跳闸的反时限过电流保

35、护装置中如继电器的常闭触点先断开而常开触点后闭合时那么会出现以下继电器在其常闭触点断开时即先失电返回因此其常开触点不可能闭合因此跳闸线圈也就不能通电跳闸继电器的常闭触点如先断开CT的二次侧带负荷开路将产生数千伏的高电压比差角差增大计量不准以及铁心发热有可能烧毁绝缘等这是不允许的 4-2式中反时限过电流保护继电器的动作电流可靠系数取12513返回系数取08负荷自动系数一般取12513电流互感器接线系数电流互感器变比变压器额定电流2定时限过电流保护1什么是定时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小无关时间是恒定的时间是靠时间继电器的整定来获得的时间继电器在一定范围内是连续可调的这种保护方式

36、就称为定时限过电流保护继电器的构成定时限过电流保护是由电磁式时间继电器作为时限元件电磁式中间继电器作为出口元件电磁式电流继电器作为起动元件电磁式信号继电器作为信号元件构成的它一般采用直流操作须设置直流屏定时限过电流保护简单可靠完全依靠选择动作时间来获得选择性上下级的选择性配合比拟容易时限由时间继电器根据后获取的参数来整定动作的选择性能够保证动作的灵敏性能够满足要求整定调试比拟准确和方便这种保护方式一般应用在1035kV系统中比拟重要的变配电所3定时限过电流保护的根本原理两相两继电器的定时限过电流保护的原理接线图10kV中性点不接地系统中广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护的原理接线图它是由

37、两只电流互感器和两只电流继电器一只时间继电器和一只信号继电器构成当被保护线路只设有一套保护且时间继电器的容量足大时可用时间继电器的触点去直接接通跳闸回路而省去出口中间继电器当被保护线路中发生短路故障时电流互感器的一次电流急剧增加其二次电流随之成比例的增大当CT的二次电流大于电流继电器的起动值时电流继电器动作由于两只电流继电器的触点是并联的故当任一电流继电器的触点闭合都能接通时间继电器的线圈回路这时时间继电器就按照预先整定的时间动作使其接点吸合这样时间继电器的触点又接通了信号继电器和出口中间继电器的线圈使其动作出口中间继电器的触点接通了跳闸线圈回路从而使被保护回路的断路器跳闸切断了故障回路保证了

38、非故障回路的继续运行而信号继电器的动作使信号指示牌掉下并发出警报信号由上不难看出保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间而与被保护回路的短路电流大小无关所以这种过电流保护称为定时限过电流保护的整定计算 4-5式中返回系数取08085负荷自动系数一般取1215电流互感器接线系数电流互感器变比变压器额定电流5过电流保护动作时限的整定原那么为使过电流保护具有一定的选择性各相临元件的过电流保护应具有不同的动作时间在线路的靠近电源端分别装有过电流保护装置12当点发生短路时短路电流由电源提供并流过保护装置12当短路电流大于它们的整定值时各套保护装置均启动但按选择性的要求应只由保护装置离故障点最

39、近动作于跳闸在故障切除后保护装置1返回因此就必须使保护装置的动作时间较保护装置长一些即t1 t2不难看出各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的也就是越靠近电源端保护的动作时限越长有如阶梯一样故称为阶梯性时限特性各级之间的时限均差一个固定的数值称其为时限级差Dt对于定时限过电流保护的时限级差Dt一般为05对于反时限的时限级差Dt一般为07可是越靠近电源端线路的阻抗越小短路电流将越大而保护的动作时间越长也就是说过电流保护存在着缺陷这种缺陷就必须由电流速断保护来弥补不可过电流保护的保护范围过流保护可以保护设备的全部也可以保护线路的全长还可以作为相临下一级线路穿越性故障的后备保护电流速断保护

40、电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的一种电流保护它能在最短的时间内迅速切除短路故障减小故障持续时间防止事故扩大电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和略带时限的电流速断保护两种电流速断保护的构成电流速断保护是由电磁式中间继电器作为出口元件电磁式电流继电器作为起动元件电磁式信号继电器作为信号元件构成的它一般不需要时间继电器常采用直流操作须设置直流屏电流速断保护简单可靠完全依靠短路电流的大小来确定保护是否需要启动它是按一定地点的短路电流来获得选择性动作动作的选择性能够保证动作的灵敏性能够满足要求整定调试比拟准确和方便瞬时电流速断保护的整定原那么和保护范围瞬时电流速断保护与过电流保护的区别在于它的动

41、作电流值不是躲过最大负荷电流而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流即按躲过被保护线路末端可能产生的三相最大短路电流来整定从而使速断保护范围被限制在被保护线路的内部从整定值上保证了选择性因此可以瞬时跳闸当在被保护线路外部发生短路时它不会动作所以不必考虑返回系数由于只有当短路电流大于保护装置的动作电流时保护装置才能动作所以瞬时电流速断保护不能保护设备的全部也不能保护线路的全长而只能保护线路的一局部对于最大运行方式下的保护范围一般能到达线路全长的50即认为有良好的保护效果对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的1520即可装设保护范围以外的区域称为死区因此瞬时电流速断保护的任务是在线路始

42、端短路时能快速地切除故障当线路故障时瞬时电流速断保护动作运行人员根据其保护范围较小这一特点可以判断故障出在线路首端并且靠近保护安装处如为双电源供电线路那么由两侧的瞬时电流速断保护同时动作或同时都不动作可判断故障在线路的中间局部瞬时电流速断保护的根本原理瞬时电流速断保护的原理与定时限过电流保护根本相同只是由一只电磁式中间继电器替代了时间继电器中间继电器的作用有两点其一是因电流继电器的接点容量较小不能直接接通跳闸线圈用以增大接点容量其二是当被保护线路上装有熔断器时在两相或三相避雷器同时放电时将造成短时的相间短路但当放完电后线路即恢复正常因此要求速断保护既不误动又不保护的快速性利用中间继电器的固有动

43、作时间就可避开避雷器的放电动作时间略带时限的电流速断保护瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速但只能保护线路的首端而定时限过电流保护虽能保护线路的全长但动作时限太长因此常用略带时限的电流速断保护来消除瞬时电流速断保护的死区要求略带时限的电流速断保护能保护全线路因此它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去这样当下一段线路始端发生短路时保护也会起动为了保证选择性的要求须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大一个时限级差其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些略带时限的电流速断保护可作为被保护线路的主保护略带时限的电流速断保护的原理接线和定时限过电流保护的原理接线相同 4-

44、6式中变压器低压侧三相短路电流的最大值可靠系数取13电流互感器接线系数电流互感器变比4三段式过电流保护装置由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一局部所以不能作为线路的主保护而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护略带时限的电流速断保护能保护线路的全长可作为本线路的主保护但不能作为下一段线路的后备保护定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护当动作时限短时也可作为主保护而不再装设略带时限的电流速断保护还可以作为相临下一级线路的后备保护但切除故障的时限较长一般情况下为了对线路进行可靠而有效的保护也常把瞬时电流速断保护或略带时限的电流速断保护和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护对于第一段电流保护

45、究竟采用瞬时电流速断保护还是采用略带时限的电流速断保护可由具体情况确定如用在线路-变压器组接线以采用瞬时电流速断保护为佳因在变压器高压侧故障时切除变压器和切除线路的效果是一样的此时允许用线路的瞬时电流速断保护来切除变压器高压侧的故障也就是说其保护范围可保护到线路全长并延伸到变压器高压侧这时的第一段电流保护可以作为主保护第二段一般均采用定时限过流保护作为后备保护其保护范围含线路-变压器组的全部通常在被保护线路较短时第一段电流保护均采用略带时限的电流速断保护作为主保护第二段采用定时限过流保护作为后备保护在实际中还常采用三段式电流保护就是以瞬时电流速断保护作为第一段以加速切除线路首端的故障用作辅助保

46、护以略带时限的电流速断保护作为第二段以保护线路的全长用作主保护以定时限过电流保护作为第三段以作为线路全长和相临下一级线路的后备保护电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式有中性点不接地中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式10kV系统采用的是中性点不接地的运行方式系统运行正常时三相是对称的三相对地间均匀分布有电容在相电压作用下每相都有一个超前90°的电容电流流入地中这三个电容电流数值相等相位相差120°其和为零中性点电位为零假设A相发生了一相金属性接地时那么A相对地电压为零其他两相对地电压升高为线电压三个线电压不变这时对负荷的供电没有影响按规程规定还可继续运行2小时而

47、不必切断电路这也是采用中性点不接地的主要优点但其他两相电压升高线路的绝缘受到考验有为两点或多点接地的可能应及时发出信号通知值班人员进行处理10kV中性点不接地系统中当出现一相接地时利用三相五铁心柱的电压互感器PT的开口三角形的开口两端有无零序电压来实现绝缘监察它可以在PT柜上通过三块相电压表和一块线电压表通过转换开关可观察三个线电压看到一低两高三不变接在开口三角形开口两端的过电压继电器动作其常开接点接通信号继电器并发出预告信号采用这种装置比拟简单但不能立即发现接地点因为只要中发生一相接地那么在同一电压等级的所变电所母线上均将出现零序电压接有带绝缘监视电压互感器的电力用户都会发出预告信号也就是说

48、该装置没有选择性为了查找接地点需要电气人员按照预先制定的拉路序位图依次拉路查找并随之合上未接地的回路直到找到接地点为止可以看出这种费力费时平安性差在某些情况下这样做还是不允许的因此这种装置存在一定的缺陷当网络比拟复杂出线较多可靠性要求高采用绝缘监察装置是不能满足运行要求时可采用零序电流保护装置它是利用接地故障线路零序电流较非接地故障线路零序电流大的特点构成的一种保护装置零序电流保护一般使用在有条件安装零序电流互感器的电缆线路或经电缆引出的架空线路上当在电缆出线上安装零序电流互感器时其一次侧为被保护电缆的三相导线铁心套在电缆外其二次侧接零序电流继电器当正常运行或发生相间短路时一次侧电流为零二次侧

49、只有因导线排列不对称而产生的不平衡电流当发生一相接地时零序电流反映到二次侧并流入零序电流继电器使其动作发出信号在安装零序电流保护装置时特别注意的一点是电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁心这是由于被保护电缆发生一相接地时全靠穿过零序电流互感器铁心的电缆头接地线通过零序电流起作用的对继电保护装置的根本要求有四点即选择性灵敏性速动性和可靠性我们必须在日常工作中掌握正确的维护方法而当设备出现 故障时也能做出正确的判断和处理方法加强对10kV供电系统的继电保护装置进行定期检查和维护按时巡检其运行状况及时发现故障并做好处理到达提高供电可靠性的目的保障电网平安稳定运行第五章 10kV供电系统继电保护的

50、选择性应用51 10kV系统中应配置的继电保护按照工厂企业10kV供电系统的设计标准要求在10kV的供电线路配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置com 10kV线路应配置的继电保护10kV线路一般均应装设过电流保护当过电流保护的时限不大于05s07s并没有保护配合上的要求时可不装设电流速断保护重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护当瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时应装设略带时限的电流速断保护com 10kV配电变压器应配置的继电保护1变压器的低压侧应装设短路保护和过负荷保护短路保护作为保护母线变压器干线的主保护 并作为配电线路的后备保护 2变压器低压侧主保护应与高压侧主保护

51、和低压配电线路保护有良好的选择性并保证系统出现正常的尖峰电流 如电动机起动电流 时不会引起保护装置误动作 3变压器低压侧主保护也可兼作单相接地保护 可采用带单相接地保护的低压断路器作变压器低压侧的主保护 如DW16型低压断路器 如灵敏度不够时应增设零序保护4为了与出线保护取得动作时限配合 变压器低压侧短路保护一般采用瞬时或短延时脱扣器动作于断开低压侧断路器 过负荷保护采用带有长延时脱扣器低压断路器或给值班人员发出报警信号com 10kV分段母线应配置的继电保护对于不并列运行的分段母线应装设电流速断保护但仅在断路器合闸的瞬间投入合闸后自动解除另外应装设过电流保护如采用的是反时限过电流保护时其瞬动

52、局部应解除对于负荷等级较低的配电所可不装设保护52 10kV配电系统的保护配置情况大局部工厂企业及居民小区用电是10kV供电并设置配电房一般情况下一个配电房安装一台或二台10kV400V的配电变压器用380V220V电压供用户用电一次系统接线图如图5-1用电单位的保护配置存在下面几种情况110kV配电房单台变压器容量小于800kVA时为了简化和节省费用10kV侧往往只装环网柜内配设负荷开关和熔断器不装设断路器和继电保护装置所以当发生短路故障时只能靠熔断器熔断来保护变压器这种配置的缺点一是变压器没有过载保护二是熔断器熔断电流有分散性时限不稳定容易发生越级跳闸造成停电扩大2当变压器单台容量大于80

53、0kVA及以上时10kV侧开关柜内均装设断路器并配置继电保护装置配置保护的型式有两种1装设GL-10系列反时限过电流继电器构成过电流保护电流定值可以从端子上做阶梯状调节缺点是时限调节误差较大构成上下级保护时限配合难度大2装设微机保护比拟完善具有过负荷保护信号过电流保护和速断保护作用跳闸保护定值和时间调整比拟精确和方便建议推广选用3有些10kV专线工业用户主要用电负载是高压电动机如轧钢和穿孔行业其高压电动机容量较大有的达2500kW及以上在生产过程中经常会连续不断地发生电动机短时12s的过载因过载有随机性所以过电流保护常因定值及时限配合不当使上一级即变电所出线开关 如图5-1中B1 跳闸造成整条

54、10kV线路停电如某钢铁企业一台2500kW轧钢电动机在轧钢过程中10kV侧瞬间最大尖峰电流高达800A以上远超过该线路变电所开关处的过流保护定值和时限电力部门只好根据用户生产的特点调整保护定值和时限以保证用户用电的平安可靠有的用户使用大容量冷冻机其10kV电动机容量达5001000kW起动电流经限流后仍到达35倍额定电流过电流保护的起动电流和时限也要现场试验确定所以对于10kV配电系统应根据不同容量和不同用电负载性质来选配保护装置和进行定值计算54 10kV馈电线路保护配置对10kV馈电线路在变电所内的出现开关处一般装设微机型三阶段式电流相间保护装置即过电流保护限时电流速断保护和电流速断保护

55、1过电流保护动作电流应大于线路上可能出现的最大负载电流要考虑外部故障切除后电压恢复电动机自启动及短时过载电力继电器能可靠返回等因素其二次动作电流由公式3-1得可靠系数115125电动器自启动系数根据电动机的容量大小及启动方式一般取153对于两相两继电器的接线方式取1线路最大负荷电流电流继电器返回系数085电流互感器变比2限时电流速断保护应保护线路全长的100动作电流取小于该线路末端二项短路电流值时限比过电流保护小一个一般可取03s05s二次动作电流由公式3-2得1315可靠系数5500100MVA下10kV时的基准线电流系统在最大运行方式下的阻抗标幺值10kV馈电线路全长的阻抗标幺值电流互感器

56、的变比3三阶段式电流保护的时间配合同时还要满足55 用户10kV配电变压器保护装置一般用户单台配电压变压器在10kV侧开关 同 处装设保护为1过负荷保护二次动作电流应躲开变压器的最大负荷电流时限选择应大于瞬时过载时间防止短时过载时发信号由公式3-1得可靠系数105返回系数085t 59s发警告信号应根据变压器过载原那么确定的最大负荷电流2过电流保护防御低压侧400V侧发生相间短路引起变压器的过电流一般避开最大负荷电流就可以了由公式3-1得 125可靠系数保护时限t 05s保护动作时断开变压器两端电源开关保护范围为变压器上下压线圈如果负载有出现像上述轧钢电动机短时过载那样的情况应把定值和时限适当

57、放大防止正常运行时发生跳闸电流速断保护作为变压器内部故障的主保护整定值应大于400V出现母线短路电流仅保护变压器的内部大局部和变压器瓦斯保护配合二次动作电流由公式3-2得保护时限t 0s断开配变二端电源开关可靠系数5000A100MVA下10kV时的基准线电流由电力部门提供每公里电抗数电流互感器变比53 10kV配电保护配置的比拟10kV配电保护配置主要有断路器负荷开关或负荷开关加熔断器等负荷开关投资省但不能开断短路电流很少采用断路器技术性能好但设备投资较高使用复杂广泛应用不现实负荷开关加熔断器组合的保护配置方式既可防止采用操作复杂价格昂贵的断路器弥补负荷开关不能开断短路电流的缺点又可满足实际运行的需要高压断路器的开断时间大约为50ms灭弧时间也大约为50ms那么断路时间100ms如果变电站使用油浸式变压器发生短路故障时电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间油会将压力传给变压器油箱体随短路状态的继续压力进一步加大致使箱体变形或开裂因此必须在30ms内切除故障而采用断路器无法满足要求而负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器由于熔断器的限流和反时限特性可以在20ms内切除故