工厂供电(刘介才第五版)第章（ ）

1、第七节 高压电动机的继电保护第六节 电力变压器的继电保护第6章 工厂供电系统的过电流保护第一节 过电流保护的任务和要求第二节 熔断器保护第三节 低压断路器保护第四节 常用的保护继电器第五节 工厂高压线路的继电保护第一节 过电流保护的任务和要求一、过电流保护装置的类型和任务1、熔断器保护：适用于高、低压供电系统，供电可靠性要求不高的场合。2、低压断路器保护：适用于供电可靠性要求较高的低压供电系统。3、继电保护：适用于高压供电系统，供电可靠性要求较高、操作灵活方便的场合。二、对保护装置的基本要求选择性：只切除故障部分，保证非故障部分的完好运行。速动性：迅速切除故障，防止故障扩大，减轻其危害程度。P

2、4 （过电流保护）保护区内电力系统在最小运行方式下的最小短路电流。 保护装置动作电流换算到一次侧的值，又称为保护装置一次侧起动值。可靠性：保护装置该动作时，不应拒动；不该动作时，不应误动。上述四点，在使用中不同的场合侧重点不同： 线路的保护，选择性很重要； 变压器的保护，对灵敏性要求高； 短路电流较大的场合，快速性是主要的。灵敏性：表示对故障的反应能力，用Sp表示：一、熔断器在供配电系统中的配置，见图6-1。 主要应考虑选择性和经济性。应注意：为保障人身安全，PE、PEN线上不允许装设熔断器。二、熔断器熔体电流的选择（一）保护电力线路的熔断器熔体额定电流的选择1）熔体额定电流INFE应不小于线

3、路的计算电流I30， 即第二节 熔断器保护2）熔体额定电流应躲过线路的尖峰电流Ipk，应满足的条件为：K小于1的计算系数。 具体取值见课本P199。3）熔断器保护应与被保护的线路相配合，避免发生熔体未熔断而线路烧坏的事故。应满足： 绝缘导线和电缆的过负荷倍数。具体取值见课本p200 为绝缘导线和电缆的允许载流量。若不满足条件3时，应改选熔断器的规格、型号，或增大导线截面。（二）保护电力变压器的熔断器熔体额定电流的选择根据经验，应满足下式要求：式中： 变压器一次侧额定电流。上式考虑了以下三个因素：1） 应躲过变压器正常允许的过负荷电流。油浸式变压器过负荷允许为：室内最高为倍，室外最高为倍。(注意

4、：当上层油温为50 及以上时，变压器不允许过载运行。)2） 应躲过变压器低压侧电动机自起动引起的尖峰电流。3） 应躲过变压器初合闸时的励磁涌流。励磁涌流：变压器空载初合闸时出现的很大的励磁电流。 变压器空载投入（或突然恢复电压）时(合闸前铁心磁通为0），约在秒，将会出现一个最大的磁通，铁心严重饱和，励磁电流迅速增大，大约为正常时励磁电流的100倍，或为 的（ 810 ）倍 。（三）保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择 RN2型熔断器的熔体额定电流为。三、熔断器的选择及校验1、选择条件：1）熔断器的额定电压应不小于线路的额定电压。2）熔断器的额定电流应不小于熔体的的额定电流。3)根据安装条件选择

5、类型（户内或户外）。2、校验断流能力1）对限流式熔断器：2）对非限流式熔断器： ：为熔断器安装处的三相短路电流第一周波的最大有效值。3）对具有断流能力上下限的熔断器（例RW4型跌落式）：及四、熔断器保护灵敏度的校验应满足的条件： ：为系统在最小运行方式下，保护区末端的最小短路电流。对TN、TT系统：为线路末端单相短路电流或单相接地故障电流。对IT系统：为线路末端两相短路电流。 K：为灵敏度的最小比值，见表6-1五、前后熔断器之间的选择性配合（即熔断时间的配合） 通常前一级熔断器的熔断时间应为后一级熔断器熔断时间的3倍。 若不能满足此要求，应将前一级熔断器的熔体电流提高12级，再进行校验。 有时

6、也采用前一级熔断器的熔体电流大于后一级熔断器的熔体电流23级来保证选择性。第三节 低压断路器保护（自学）第四节 常用的保护继电器一、概述 继电器是继电保护的基本组成部件，具有继电特性。继电特性：当输入一个物理量达到一定值时（或加入电流通电时），输出就出现一个突然的变化。称为继电特性。工厂供配电系统常用的保护继电器：电磁型、感应型、微机型。二、电磁式电流继电器和电压继电器1、电磁式电流继电器 KA KAI0 23 4 1)基本结构和型号：结构见图6-6型号：DL-10系列电磁式电流继电器设计序号触点规格2）工作原理2）工作原理IOP：通过电流继电器线圈中的、使继电器动作的最小电流。Ire：使过电

7、流继电器由动作状态返回到原始位置的最大电流。Kre：返回系数，对过量保护Kre1，通常取。越接近于1越灵敏。Kre不可过低。3）调节方式平滑调节：改变弹簧的反作用力矩。（又称为细调）有级差的调节：利用线圈的串、并联。（又称粗调） 串联改为并联时，动作电流增加一倍。 并联改为串联时，动作电流减小一倍.(因为继电器所需的磁动势F=IN是一定的.)4）特性 动作极其迅速，又称为瞬时继电器，通常在保护中做起动元件。2、电磁式电压继电器 KV 供电系统中常用欠电压继电器。返回系数： 一般Kre：使电压继电器动作的最高电压。：使电压继电器由动作状态返回起始位置的最低电压。三、电磁式时间继电器 KT 作用：

8、在继电保护装置中可获得一定的延时。表示为延时打开的常闭触点。表示为延时闭合的常开触点。型号：DS-110、DS-120系列。见课本p211直流交流四、电磁式信号继电器 KS 作用：在保护中给予指示信号用，又称为指示继电器。型号：DX11。结构见图6-11。 注意：信号继电器的线圈有电压式和电流式的，电压式的应并联接入电路，电流式的应串联接入电路。五、电磁式中间继电器 KZ 作用：在继电保护中作为辅助继电器，可以直接接通断路器的跳闸回路（又称为保护出口继电器）。特点：触头数量多，触点容量大。型号：DZ-10系列。结构见图6-12。KZ六、感应式电流继电器1、基本结构：见图6-14感应系统、电磁系

9、统2、工作原理和特性 工作原理见图6-16 特性：反时限特性； 速断特性。 见图6-17返回系数： 感应系统： Kre， 通常取。 电磁系统： Kre0.4 。 第五节 工厂高压线路的继电保护 按照国标规定，对3-66kv的电力线路，应装设 相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。一、概述 过电流保护 速断保护单相接地保护工厂高压系统通常采用的保护：（当过电流保护动作时间不大于秒时，可不装设此保护） 当电流互感器与继电器连接方式为两相一继电器时，接线系数会随故障类型的不同而不同。二、继电保护装置的接线方式(4种)定义：接线系数 通常用于大接地电流系统，一般用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护

10、。特点：设备多，价格贵；能反映各种短路故障；各种短路故障时KW=1。（一）三相三继电器星型接线 通常用于小接地电流系统，一般用于工厂供配电系统的保护。特点：简单、经济；只能反映相间短路故障；各种短路故障时KW=1。（二）两相两继电器式接线返40 通常用于6-10KV中小容量的电动机保护，有时也用于小容量的变压器保护。特点：简单、经济；只能反映相间短路故障；KW随故障类型变化。（三）两相一继电器式接线（两相电流差接）返40KW随故障类型而变。三相短路时：AB、BC两相短路时：AC两相短路时：通常接线系数取 。因三相对称，由矢量图知：（1）三相短路时，流入继电器线圈的电流：推导： 则有：（2）AC

11、两相短路时： 通常用于小接地电流系统，一般用于工厂供配电系统的保护。特点： ；只能反映相间短路故障；各种短路故障时KW=1。与两相两继电器比较其优点： 在Y，d11或D，y11接线的变压器二次侧，当AB或BC相发生两相短路、以及在Y，yn0接线的变压器二次侧发生单相短路时，灵敏度比两相两继电器提高一倍。（四）两相三继电器式接线交流电源供电时主要有两种供电方式：（一）直接动作式 （一般不采用）图6-22 利用断路器手动操作机构内的过流脱口器（又称为跳闸线圈）YR。当一次线路发生相间短路时YR动作，断路器跳闸。（二）去分流跳闸的操作方式 图6-23 利用GL型继电器实现。 GL型继电器触点容量大，

12、短时分断电流可达150A，完全能满足直接接通跳闸线圈的要求。 三、继电保护装置的供电方式1、组成 图6-242、原理：QF的辅助触点四、带时限的过电流保护（一）定时限过电流保护1、组成 图6-252、原理 图b中KA1、KA2 的触点动作顺序：常开触点先合，常闭触点后断（先合后断的触点）。图b中KA1、KA2 的触点作用： 为避免KA1或KA2的常闭触点因外界震动等原因断开，造成断路器误跳闸。 当保护动作跳闸时，先合后断的触点可避免TA短时出现开路现象。（二）反时限过电流保护装置1、动作电流整定原则动作电流应躲过线路上的最大负荷电流（包括正常过负 荷及尖峰电流）， IILmax 。返回电流也应

13、大于线路上的最大负荷电流， I ILmax 。I保护装置一次侧起动电流。I 保护装置一次侧的返回电流。因IOP.1 Ire.1 ，应按第2个条件整定。即I ILmax 。（三）过电流保护动作电流的确定将式带入式得： 上式右侧乘以一个大于1的系数即可靠系数Krel，使式子两边相等，整理得：I ILmax 接线系数。考虑到电动机的自起动， =（3）I30 。可靠系数，DL型取；GL型取。返回系数， DL型取；GL型取。电流互感器的变比。通过继电器线圈的，使继电器动作的起动电流。 应考虑前后级保护装置动作的选择性，按阶梯原则进行整定。t3t2t1ttltKA2KA3QF1QF2QF3系统KA1 上图

14、中：t2t1+t ，t3t2+t对定时限过电流保护，取t=0.5s, 通过调整时间继电器实现。对反时限过电流保护：取。调整动作时间的方法略。返32（四）过电流保护动作时限的整定：返421、过电流保护的灵敏度 应按照系统在最小运行方式下、保护区末端的两相短路电流校验。 若为远后备保护时，要求SP。 工厂供电系统的过电流保护为近后备保护。2、低电压闭锁的过电流保护如图6-28所示:过电流保护的动作电流：p30电压继电器动作电压的整定：取0.9UN：线路的额定电压； ：电压互感器的变比；：母线最低工作电压，一般取（）UN ；：可靠系数，取1.2 ；：为低电压继电器的返回系数，一般取1.25 。 （六

15、）定时限与反时限过电流保护的比较定时限过电流保护：动作时限准确，整定简单，动作时限与短路电流大小无关。所需继电器多，接线复杂。反时限过电流保护：接线简单，同时可实现速断。动作时限整定复杂，误差大；动作时限与短路电流大小有关。过电流保护：优点:保护范围大.可保护本段和其后的所有线路。缺点：越靠近电源处短路，动作时间越长。小结 某10KV电力线路，如图所示。已知TA1的变比100/5A，TA2的变比为50/5A，WL2和WL1的过电流保护均采用两相两继电器式接线，继电器均为DL-10型。KA1已经整定，其动作电流为10A，动作时间为1S，WL2的计算电流为28A，其末端K-2点的三相短路电流为16

16、0A。试整定WL2处的过电流保护动作电流、动作时限和灵敏度校验。例题 6-4 因此过电流保护的动作电流整定为8A。（2）整定过电流保护的动作时限： t2=t1-t=1-0.5=（3）过电流保护灵敏度的校验：满足要求。则： 1、整定WL2处的过电流保护 （1）动作电流的整定 取ILmax=2I30=228=56A，Krel，Kre，Ki=50/5，Kw=1，解：(一）工作原理、组成及动作电流的整定1、工作原理及组成： 图6-30两相两继电器或两相一继电器返36五、电流速断保护 又称为瞬时电流速断保护 2、动作电流的整定 保护范围：本段线路。2、动作电流的整定两种方法：1）无论在K1点还是KB点短

17、路，速断保护都动作，QF1跳闸，由自动重合闸（ARD）纠正。2）无论在K1点还是KB点短路，速断保护都不动作，速断保护整定值躲过此处短路电流。保护区保护死区QF1系统KA1KA2QF2ABKK1KB由此可知，速断保护不能保护本段线路全长，保护不到的部分称为“保护死区”。返43工厂供配电系统采用按方法2整定电流速断保护的动作电流： 速断保护的动作电流应躲过它所保护线路末端的最大三相短路电流。即：继电器线圈中通过的速断保护整定值。速断保护线路末端的最大三相短路电流。可靠系数。DL型取； GL型取1.5 。 3、灵敏度校验有两种校验方式1）按保护安装处系统在最小运行方式下的两相短路电流校验。即： 式

18、中： 为保护安装处系统在最小运行方式下的两相短路电流。p352）用最小保护范围校验（一般了解） 规定速断保护最小保护范围不得小于被保护线路的15%20%。最小保护区 用下式求得：按GB50062-1992, SP； 按JBJ61996， SP2式中：归算至保护安装处的系统电势。归算至保护安装处的最大系统等效阻抗。被保护线路的阻抗。被保护线路的全长。保护装置一次侧（一次线路上的）电流动作值。速断保护的优点：动作无时限； 缺点：不能保护本段线路全长。p41小结图6-30 线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图 试整定题6-4中 WL2的速断保护。例题 6-5 因此过电流保护的动作电流整定为8A

19、。（2）整定过电流保护的动作时限： t2=t1-t=1-0.5=（3）过电流保护灵敏度的校验：满足要求。则： 1、整定WL2处的过电流保护（1）动作电流的整定 取ILmax=2I30=228=56A，Krel，Kre，Ki=50/5，Kw=1，解：（2）校验速断保护的灵敏度满足要求。 整定WL2线路的速断保护（1）速断保护的动作电流：取Krel，取为20A。解：中性点不接地系统单相接地的保护方式：1）有选择性的单相接地保护；2）无选择性的对地绝缘监查装置。 GB50062-1992规定：对366KV中性点非直接接地的线路，宜装设有选择性的接地保护，并动作于信号；当危及人身和设备安全时，动作于跳

20、闸。（一）单相接地保护的基本原理及组成1、组成(1)对架空线路：采用三个TA构成零序电流过滤器的型式。（2）对电缆线路：采用专用的零序电流互感器。见图6-32六、有选择性的单相接地保护2、单条的线路发生单相接地时： 接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍，即Ic=3I0。3、多条的线路其中一条发生单相接地时：见图6-33(1) 使用时应注意：电缆外皮应与支架绝缘(否则，当单相接地时，电容电流经电缆皮流回，使故障相KA所测电流数值减少，KA不动作)。电缆外皮的接地线必须穿过零序电流互感器(否则单相接地电流不能测出)。 Ic的方向：由线路流向母线；非故障线路上电容电流的方向：由母线流向线路。当

21、线路WL1装设零序电流互感器时，TA二次回路中反映的故障电流为：Ic-Ic=分析可知：A相对地电容电流为0；故障线路A相上通过的接地电流，为所有线路对地电容电流之和用Ic表示；（二）单相接地保护装置动作电流的整定整定原则：应躲过其它线路单相接地时，被保护线路本身所产生的电容电流Ic。图6-33即：Iop（E）=Krel（Ic/Ki）式中： Krel可靠系数。保护装置不带时限的：取45； 保护装置带时限的：取2，比相间短路保护长一个t。Iop（E）零序电流保护的动作电流。（三）单相接地保护的灵敏度 应按保护线路末端发生单相接地故障时，流过接地线的电容电流校验。 即： 保护线路末端非故障线路电容电

22、流总和。对架空线路： ；对电缆线路： 有选择的零序电流保护适用于出线数目较多的场合。图6-34动作电流的整定：动作时间一般取1015s。通常工业企业变电所不采用过负荷保护。七、线路的过负荷保护第六节 电力变压器的继电保护1、变压器故障的种类外部故障内部故障瓦斯保护：防护变压器油箱内部的故障和油面降低等。轻瓦斯只发信号，重瓦斯动作于跳闸。差动或电流速断保护：防护变压器内部及外部的故障、单相接地等，动作于跳闸。2、变压器通常装设的保护种类一、概述过电流保护： 防护外部短路引起的过电流，动作于跳闸。过负荷保护： 防护变压器因过载引起的过电流，作用于信号。温度信号： 监视变压器的温度升高及油冷却，通常

23、作用于信号。零序电流保护： 反映变压器低压侧单相短路的情况。2、变压器通常装设的保护种类 400750KVA的变压器宜装设：过电流保护、速断保护（当过流保护大于时）、瓦斯保护、过负荷保护、单相接地保护。 8001000KVA的变压器宜装设：过电流保护、速断保护（当过流保护大于时）、瓦斯保护、过负荷保护、单相接地保护（当灵敏度满足要求时）、温度信号。 电压等级为35KV及以上的变压器：当单独运行的变压器容量为10000KVA及以上时，或并联运行的变压器每台容量为6300KVA及以上时，应装设差动保护取代速断保护。3、保护应装设的原则：1、组成及原理： 与线路的保护相同。2、整定计算（动作电流、动

24、作时间及灵敏度校验）： 动作电流：躲过变压器一次侧最大负荷电流。：变压器一次侧额定电流。： 取值与线路的保护相同。二、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护(一）变压器的过电流保护动作时间：按阶梯原则整定，与线路保护相同。按变压器低压侧最小运行方式下两相短路电流校验。最小运行方式下，变压器低压侧的短路电流归算到高压侧的数值。3、灵敏度校验 当灵敏度不满足要求，应采用低电压闭锁的过电流保护方式。应注意：1、组成及原理： 与线路保护相同。2、整定计算：为变压器低压母线三相的短路电流归算到高压侧 的数值。（二）变压器的电流速断保护动作电流： 躲过变压器低压母线上的最大运行方式下的三相短路电流

25、。：与线路的保护取值相同。 动作电流应躲过变压器的励磁涌流 Iqb应同时满足上述两式的条件，取较大的数值作为动作值。 速断保护有保护死区，它只能够保护变压器的一次线圈和二次线圈的一部分，必须与瓦斯和过电流保护配合。注意：变压器空载投入时，产生较大的励磁电流,称为励磁涌流。励磁涌流：3、灵敏度校验灵敏度的要求比线路略高， 一般要求Sp2。保护装置安装处最小运行方式下的两相短 路电流。（三）变压器的过负荷保护 反映变压器正常运行时的过负荷情况，一般仅动作于延时预报信号。动作时限1015秒。过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流整定。接线方式及组成与线路的相同。见图6-34图 6-34讲解图6-

26、35 变压器定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图 某车间变电所装有一台、1000KVA的变压器。已知变压器低压侧母线的三相短路电流；变压器高压侧的三相短路电流 ，高压侧继电保护采用电流互感器的变比为100/5A，继电器采用DL-10型，接成两相两继电器型式。试确定此变压器的保护方案并整定计算。解：1）瓦斯保护；2）过电流保护；3）速断保护；4）过负荷保护；5）温度信号；6）零序电流保护1、此台变压器应设置的保护：例6-6K2K12）动作时限的整定：因为上一级变电所未给出保护时间，此处略。 若上一级过电流保护动作时间为秒， 则：秒1）动作电流：取Krel，Kw=1，Ki=100

27、/5=20， Kre，取动作电流为9A。2、过电流保护的整定计算变压器一次侧额定电流：3）灵敏度校验：满足要求。=16000（）=640A 为归算到高压侧的数值：为归算到高压侧的数值， =640A1）动作电流：取Krel，Kw=1，Ki=100/5=20，3、电流速断保护按照躲过变压器励磁涌流整定：比较后取较大数值，动作电流取为39A。2）灵敏度校验：按保护安装处的最小运行方式下的两相短路电流校验。不满足要求。采用低电压闭锁的方式：减小动作电流：取动作电流为过电流保护动作值的3倍。满足要求。低电压继电器动作值整定为60V 。 取Iop1NT 则：Iop=1.2457.74=71.6A 取Iop

28、=72A。 动作时间取为15秒。4、变压器的过负荷保护用对称分量法分析可以得出： 变压器高压侧的过电流保护若采用两相两继电器接线，当低压侧发生单相短路时，该保护不能起到保护作用，它只能反映出单相短路电流的1/3。需采取其它措施：1、在变压器低压侧装设三相都带过流脱扣器的自动开 关；2、在变压器低压侧三相都装熔断器；3、在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护.4、变压器高压侧采用两相三继电器或三相三继电器式 接线。三、变压器低压侧的单相短路保护3、在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保 护。接线原理图动作电流：按躲过变压器低压侧最大不平衡电流整定。不平衡系数，一般Yyn0接线取。Dyn11接线取零序保护的动作时间一般取0.7秒。取。为变压器二次侧额定电流。解释：零序电流保护的灵敏度： 按低压干线末端发生单相短路校验， 对架空线路： ； 对电缆线路： 。中小型工厂通常不采用。