矿山供电技术ch62过电流保护

第六章过流保护与自动化装置2第六章过流保护与自动化装置

学习目的：是使学生了解供电系统继电保护装置，掌握继电保护的工作原理和整定动作值。重点：电流速断保护；限时电流速断保护；定时限过电流保护

；三段式电流保护装置

3第六章过流保护与自动化装置在工厂供电系统中发生故障时，必须有相应的保护装置将故障部分及时地从系统中切除，以保证非故障部分的继续工作，或发出报警信号，以便值班人员检查并采取消除故障的措施。工厂供电系统的高压配电网保护装置采用继电保护装置或高压熔断器；车间低压配电系统保护装置采用低压断路器和低压熔断器。46.1继电保护基础一、继电保护装置的任务1、继电保护装置的概念指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

为了保证安全可靠地供电，电力系统中主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。56.1继电保护基础2、继电保护装置的任务（1）当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障部分断开，以减轻故障危害，防止事故蔓延。（2）当设备出现不正常运行状态时，保护装置一般作用于信号，以便及时采取措施，防止事故发生。在供电系统中，为了提高可靠性，除了装设继电保护装置外，还设有各种自动装置，如自动重合闸、备用电源自动投入装置等。6二、继电保护装置的组成保护装置由测量、逻辑、执行三种功能部分组成：☞测量单元：测量被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较。☞逻辑单元：对测量单元送来的信号进行综合判断，决定保护装置是否需要动作。☞执行单元：根据逻辑单元的决定，发出信号或跳闸命令。被测电气量测量回路逻辑回路执行回路跳闸或发出信号7三、继电器的分类

目前继电器按用途可分为控制继电器（controlrelay）和保护继电器（protectionrelay）两大类。保护继电器的分类：☞

按其反应的物理量不同，可分为电流、电压、功率方向、阻抗等继电器。☞按其作用原理不同，可分为电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型等。

8三、继电器的分类☞根据测量元件与主回路联接方式不同，又分为一次作用式（直接与主回路连接）二次作用式（经互感器连接）。☞根据执行元件作用于跳闸的方式不同分为

直接动作式由执行元件的电磁机构直接作用使开关跳闸）

间接作用式（经继电器接点接通跳闸线圈）。☞按其在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等。（一）电磁式电流继电器和电压继电器1、电磁式电流继电器（KA)——起测量保护作用10（二）电磁式电流继电器和电压继电器1、作用：

电磁式电流继电器（electromagneticcurrentrelay）和电压继电器(voltagerelay)在继电保护装置中均为起动元件，属于测量继电器。2、文字符号：

电流继电器的文字符号为KA，电压继电器的文字符号为KV。3、电磁式电流继电器结构

当前常用的DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图6-2所示。111-线圈，2－电磁铁，3－钢舌片，4－静触点，5－动触点，6－起动电流调节螺杆，7－标度盘，8－轴承，9－反作用弹簧，10－轴当继电器线圈1通过电流时，电磁铁2中产生磁通，力图使Z形钢舌片3向凸出磁极偏转。与此同时，轴10上的反作用弹簧9又力图阻止钢舌片偏转。当继电器线圈中的电流增大到使钢舌片所受的转矩大于弹簧的反作用力矩时，钢舌片便被吸近磁极，使常开触点闭合，常闭触点断开，这就叫做继电器动作。图6-5DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构12图6-6

DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号继电器图形符号：13（1）继电器的动作电流过电流继电器线圈中能够使继电器动作的最小电流，称为继电器的动作电流。（2）继电器的返回电流过电流继电器线圈中能够使继电器由动作状态返回的最大电流，称为继电器的返回电流。（3）继电器的返回系数继电器的返回电流与动作电流的比值，称为继电器的返回系数（resettingratio），即4、几个重要的概念：14

对于反应参数增加的继电器，如电磁式过电流继电器，返回系数恒小于1；

对于反应参数减少的继电器，如低电压继电器，其返回系数总大于1。而在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的返回系数，希望越接近1越好。

对于过电流继电器，应不小于0.85；对于低电压继电器，应不大于1.25。

为使接近1，应尽量减少继电器运动系统的摩擦，并使电磁力矩与反作用力矩适当配合。155、电磁式电压继电器电磁式电压继电器（KV)——起测量保护作用

☞

电磁式电压继电器的结构和原理，与电磁式电流继电器极为类似，只是电压继电器的线圈为电压线圈并多做成低电压（欠电压）继电器。☞

低电压继电器的动作电压为其线圈上能够使继电器动作的最高电压；返回电压为能够使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。

16（二）电磁式时间继电器1、作用：电磁式时间继电器（timedelayrelay）在继电保护装置中，用来使保护装置获得所要求的延时（时限）。2、文字符号：时间继电器的文字符号为KT。3、结构在供电系统中常用的DS-110、120系列电磁式时间继电器的基本结构如图6-4所示，4、图形符号：其内部接线和图形符号如图6-5所示。电磁式时间继电器图6-4DS-110、120系列时间继电器的基本结构１－线圈，２－电磁铁，３－可动铁心，４－返回弹簧，５、6－瞬时静触点，7－绝缘件，８－瞬时动触点，９－压杆菌，10－平衡锤，11－摆动卡板，12－扇形齿轮，13－传动齿轮，14－主动触点，15－主静触点，16－标度盘，17－拉引弹簧，18－弹簧拉力调节器，19－摩擦离合器，20－主齿轮，21－小齿轮，22－掣轮，23、24-钟表机构传动齿轮电磁式时间继电器图形符号(d)时间继电器的缓吸线圈及延时闭合触点；(e)时间继电器的缓放线圈及延时断开触点19（三）电磁式信号继电器1、作用：电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号。2、文字符号：KS。3、分类：在供电系统中常用的DX-11型电磁式信号继电器，有电流型和电压型两种。电流型信号继电器线圈的特点是阻抗小，串联在二次回路内，不影响其他二次元件的动作；电压型信号继电器线圈的特点是阻抗大，必须并联使用。4、图形符号201－线圈，2－电磁铁，3－弹簧，4－衔铁，5－信号牌，6－玻璃窗孔，7－复位旋钮，8－动触点，9－静触点，10－接线端子它在正常状态时，其信号牌是被衔铁支持住的。当继电器线圈通电时，衔铁被吸向铁心而使信号牌掉下，显示动作信号，同时带动转动轴旋转90°，使固定在转轴上的动触点与静触点接通，从而接通信号回路，发出音响或灯光信号。要使信号停止，可旋动外壳上的复位旋钮，断开信号回路，同时使信号牌复位。图6-6DX-11型信号继电器的基本结构21图6-7DX-11型信号继电器内部接线和图形符号(a)内部接线；（b）图形符号22（四）电磁式中间继电器1、作用：电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足。2、文字符号：KM3、结构供电系统中常用的DZ-10系列中间继电器的基本结构如图6-8所示。231－线圈，2－电磁铁，3－弹簧，4－衔铁，5－动触点，6、7－静触点，8－连接线，9－接线端子，10－底座图6-8DZ-10系列中间继电器的基本结构当其线圈通电时，衔铁被快速吸向电磁铁，从而使触点切换。当线圈断电时，继电器快速释放衔铁，触点全部返回起始位置。24

DZ-10型电磁式中间继电器的内部接线和图形符号如图6-9所示。图6-9DZ-10系列中间继电器的内部接线和图形符号4、中间继电器图形符号256.2电流保护的接线方式

研究电流保护的接线方式，就是要研究流入继电器的电流与电流互感器二次侧的电流关系。

常用的接线方式有三相星形接线（又称完全星形接线方式）、两相星形接线（又称不完全星形接线方式）、两相电流差接线。

什么是电流保护的接线方式？

电流保护的接线方式是指保护中电流互感器与电流继电器之间的连接方式。

266.2电流保护的接线方式☞三相星形接线（又称完全星形接线方式）3个电流互感器分别与3个电流继电器连接，互感器和继电器均接成星形。

这种接线方式使电流继电器流过的电流等于电流互感器二次侧的电流。276.2电流保护的接线方式☞二相星形接线（又称不完全星形接线方式）A、C相装有2个电流互感器与2个电流继电器连接。

这种接线方式使电流继电器流过的电流等于电流互感器二次侧的电流。286.2电流保护的接线方式

引申一下：由于B相不装设互感器和继电器，因此不能反应B相中所流过的电流。

利用的原理，在中线上加一个继电器，就可以检测B相的电流。296.2电流保护的接线方式☞二相电流差接线

A、C相装有电流互感器，反极性与1个电流继电器连接。这种接线方式使流过电流继电器的电流等于电流互感器二次侧A、C相的电流之差。

306.2电流保护的接线方式

通过以上分析可以看出，由于电流保护的接线方式不同，使得流入继电器的电流与互感器二次侧不一致。因此，在保护装置的整定计算中，引进了一个接线系数。

接线系数，是指通过继电器的电流与电流互感器二次电流之比：通过继电器的电流：316.2电流保护的接线方式

通过前面分析得知，三相星形接线的接线系数二相星形接线的接线系数二相电流差接线的接线系数因短路相不同，而分别为：32二相电流差接线的接线系数有几中不同的情况：（1）三相短路时333种接线在各种短路故障时的性能分析：☞

三相星形接线方式能保护任何相间短路和单相接地短路。适用：大接地电流系统——相间短路保护☞

两相星形接线能保护各种相间短路及B相除外的单相接地故障。适用：小接地电流系统——作为相间短路保护☞两相单继电器接线（两相电流差接线）适用：中性点不接地系统小容量电动机保护——作为相间短路保护343种接线在各种短路故障时的性能分析：☞

在中性点不接地或非直接接地系统，单相接地时允许继续运行一段时间，因此不同相的两点接地时，只需切除一个接地点，以减小停电范围。

两条线路上两相两点接地各种组合时的保护动作情况

注：“+”表示动作；“-”表示不动作

33363种接线在各种短路故障时的性能分析：分析得知：对于小接地电流电网，为了节省投资，一般采用两相星形接线。对于直接接地电网为了能反应所有单相接地短路故障，都采用三相星形接线。2．继电保护装置的操作方式

（1）直接动作式利用断路器操作机构内的过电流脱扣器（跳闸线圈）YR作为电流继电器直接动作于跳闸，可接成两相两继电器式或两相差式接线。正常运行时，YR流过的电流小于YR的动作电流，不动作。当一次电路发生相间短路时，短路电流反映到电流互感器的二次侧，流过YR的电流达到动作值，使断路器QF跳闸。这种接线保护灵敏度低.图6.18直接动作式过电流保护电路

2．继电保护装置的操作方式

（2）去分流跳闸式正常运行时，电流继电器KA的常闭接点将跳闸线圈YR短路，YR无电流流过，断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生相间短路时，KA动作，其常闭接点断开，使YR的短路分流支路被去掉（即“去分流”），电流互感器的二次侧的电流全部流过YR，断路器跳闸。这种接线简单，灵敏度较高，但要求继电器的触点容量较大。图6.19去分流跳闸式过电流保护电路

396.3电网相间短路的电流、电压保护原理

线路相间短路的特点：线路上电流突然增大，同时故障相间的电压降低。利用这些特点可以构成相间短路的电流、电压保护。适用：主要用于35kV及以下的小接地电流系统中。406.2.1电流速断保护１．保护的动作原理与整定计算什么是电流速断保护?

对于仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护（currentquickbreakprotection）416.3.1电流速断保护电流速断保护的作用是什么？

电流速断保护的作用是保证在任何情况下只切除本线路上的故障。

假定在电网的每一条线路上均装有电流速断保护，则当线路AB上发生故障时，希望AB线路上的速断保护动作，而当线路BC上故障时，希望BC线路上的速断保护动作。

电流速断的保护范围最好能达到本线路全长的100％。但是目前还很难达到。

426.3.1电流速断保护电流速断保护的启动电流确定原则：

①为了保证保护装置动作的选择性，下一段发生最大短路电流时本段线路保护装置不动作。②本段线路内发生最小短路电流时，保护装置应能动作。但是存在问题：

A线路的末端处短路和B线路的出口处短路，这时流过A线路保护装置的短路电流几乎一样大小。A线路的速断保护不能辨别。436.3.1电流速断保护解决办法：☞

选择性优先，放弃一定的保护范围。即整定保护装置起动参数，使得B线路出口处短路时A保护装置不起动，称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。446.3.1电流速断保护电流速断保护参数整定计算：①速断保护的动作电流速断保护的动作电流应按躲过本段线路末端在最大运行方式下发生三相短路时的短路电流来整定。保护装置1的动作电流：B母线三相最大短路电流可靠系数，取值1.2~1.3456.3.1电流速断保护②速断保护的灵敏度

通常用保护区长度与被保护线路全长的百分比来表示，一般要求在系统最小运行方式下两相短路时的保护范围应不小于15％。lmin求法？46保护区死区最大运行方式下，三相短路电流曲线最小运行方式下，二相短路电流曲线最大保护范围最小保护范围47

设归算至断路器QF1处的系统等效电源的相电势为Es，

等效电源的阻抗最大值为Xs.max（称此时该等效电源系统为最小运行方式），

等效电源的阻抗最小值为Xs.min（称此时该等效电源系统为最大运行方式），

故障点至保护安装处的距离为L，设单位公里线路电抗值为x1，画出系统等效电路图:保护1QF1EsXs.minXs.maxkBL计算三相和两相短路电流：48则在线路各点三相短路时最大短路电流和两相短路时最小短路电流分别为：则系统最小运行方式下两相短路时的保护范围为lmin，此时的短路电流为：lmin求法？496.3.1电流速断保护电流速断保护的优点及补充：

避免了后一级出口处发生三相短路前一级保护动作，即保证了选择性。

但是，在本线路末端出现短路故障时，速断保护不动作。有保护死区。

因此，装有速断保护装置的线路必须还要安置其它的过流保护。在电流速断的保护区内，以速断保护为主保护，过流保护为后备保护。506.3.1电流速断保护２．电流速断保护的接线

电流继电器接于电流互感器的二次侧，实时反映一次线路的电流大小。它动作后起动中间继电器，其触点闭合后，经串联信号继电器而接通断路器的跳闸线圈。电流继电器中间继电器跳闸线圈检测电流断路器跳闸信号继电器发跳闸信号电流速断保护的接线原理图断路器常开触点断路器跳闸线圈电流继电器电流互感器二次线圈中间继电器信号继电器线圈523.电流速断保护的展开图536.3.1电流速断保护电流速断保护装置的动作过程KA触点闭合KM线圈得电触点闭合跳闸线圈YR得电断路器跳闸KS线圈得电触点闭合线路故障电流达到动作值发跳闸信号546.3.1电流速断保护小结：

动作值：电流速断只需要整定动作电流，在线路电流达到启动电流后，立即启动断路器跳闸。动作时限：断路器固有跳闸时间。

作用：本线路的主保护，保护范围是本段部分线路，不能保护线路全长，存在保护死区。

是三段式电流保护中的第Ⅰ段保护。556.3.2限时电流速断保护什么是限时电流速断保护？

电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路剩下部分的短路故障就依靠另外一种加一定时限的电流保护，这就是限时电流速断保护。对电流速断保护的要求：

☞在任何情况下都能保护本线路的全长，并力求具有最小的动作时限。

☞在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限。566.3.2限时电流速断保护１、限时电流速断保护的工作原理及整定计算由于限时电流速断保护必须保护线路的全长，它的保护范围必然要延伸到下一段线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路时，它就要起动。

为了保证动作的选择性，本线段（A线段）的限时速断保护要与下一线段（B线段）的速断保护相配合，并使前者的保护区小于后者的保护区。

因此限时速断保护要比下一段线路的速断保护高出一个动作时限时间阶段，以表示。

限时电流速断保护的整定说明1QF处速断动作值1QF处限时速断动作值2QF处速断动作值586.3.2限时电流速断保护限时速断电流整定值：限时速断时间整定值：动作时限的数值位于

0.35s～0.6s之间，一般取为0.5s。可靠系数,取值1.1~1.2下一段线路速断动作值596.3.2限时电流速断保护限时速断灵敏系数校验：灵敏系数，按最小运行方式下仍能可靠地保护线路全长进行校验：

最小运行方式下，被保护线路末端的二相短路电流限时电流速断的动作电流灵敏系数2、限时电流速断保护的原理接线它和电流速断保护接线的主要区别是用时间继电器代替了中间继电器。613．限时电流速断保护的展开图62小结：

限时电流速断需要整定动作电流值，在线路电流达到启动电流后，还需要经过0.5s断路器跳闸。

做为本线路的主保护，兼作相邻线路的瞬时电流速断的后备。

保护范围是本线路全长及相邻线路一部分（不超过相邻线路瞬时电流速断保护范围）

是三段式保护中的第Ⅱ段保护。636.3.3定时限过电流保护

定义：过电流保护（overcurrentprotection）通常是指其动作电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。

☞它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作。

☞在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。64（1）正常运行并伴有电动机自启动而流过保护的最大负荷电流时，该电流保护不动作。即要求动作电流应满足下式：1、过电流保护动作电流的整定正常情况下，最大负荷电流电动机自启动系数651、过电流保护动作电流的整定（2）对于后备保护用的继电器，在外部故障切除后，已启动的继电器应能可靠返回。考虑到故障切除后，系统电压将恢复，一些电动机自启动，将有很大的负荷电流流过继电器，因此，应保证继电器的返回电流大于线路最大工作电流。返回电流满足下式：

电动机自启动系数1.2~3可靠系数取1.15～1.25线路最大工作电流66

由于保护装置的起动与返回是通过电流继电器来实现的，因此，由返回系数公式：电动机自启动系数1.5~3可靠系数，取1.15～1.25继电器返回系数，取0.85线路最大工作电流得保护装置的起动电流为：672.过电流保护动作时限的整定

方法：为了保证动作的选择性，过流保护的动作时间沿线路的纵向按阶梯原则整定。假定在每个电气元件上均装有过电流保护。当K点发生短路时：由于保护1位于电网的最末端，只要电动机内部故障，它就可以瞬时动作予以切除，即为保护装置本身的固有动作时间t1。6869

保护1的动作时限应同时满足以下要求：

t1=t2+△t；t1=t3+△t；t1=t4+△t。则t应取其中最大的一个。注意:在图6-16所示的网络中:70过流保护的缺点：当故障越靠近电源端时，短路电流越大，而此时过电流保护动作切除故障的时间反而越长。所以在电网中广泛采用电流速断和定时限电流速断作为本线路的主保护（mainprotection），以快速切除故障。利用过电流保护来作为本线路和相邻元件的后备保护（back-upprotection）。713.过电流保护灵敏系数的校验最小运行方式下，本保护线路末端，二相短路电流保护线路，过电流保护的启动电流过电流保护灵敏系数，要求≥

1.5作为本线路的后备保护时：723.过电流保护灵敏系数的校验最小运行方式下，相邻线路末端，二相短路电流保护线路，过电流保护的启动电流过电流保护灵敏系数，要求≥

1.2作为相邻线路的后备保护时：736.3.3定时限过电流保护小结：

定限时过电流过流保护需要整定动作电流值和动作时间值。在线路电流达到启动电流后，需要经过整定时间t的延时，断路器跳闸。

保护范围是本线路和相邻元件的后备保护。

是三段式保护中的第Ⅲ段保护。746.3.4三段式电流保护装置1.三段式电流保护的构成

由于电流速断保护不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻线路的后备保护，因此输电线路通常采用三段式电流保护。什么叫三段式电流保护？由电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护三种保护组合在一起，相互配合构成的保护叫作三段式电流保护。756.3.4三段式电流保护装置

以电流速断作为第Ⅰ段保护，限时电流速断作为第Ⅱ段保护，定时限过电流作为第Ⅲ段保护，三种保护相互配合构成一整套保护装置。其动作电流分别为：

☞

第Ⅰ、Ⅱ段保护，构成本线路的主保护。

☞

第Ⅲ段保护，对本线路的后备保护，称为近后备保护。

☞

第Ⅲ段保护，对相邻线路的后备保护，称为远后备保护。766.3.4三段式电流保护装置

三段式电流保护在具体应用时，可根据电网的实际情况选用速断加过电流保护，限时速断加过电流保护，也可三者同时采用。分析如下：

2.三段式电流保护装置的原理接线图

KM78796.3.4三段式电流保护装置保护动作过程：过电流达到速断值1KA2KA动作触点闭合1KS带电KM带电过电流达限时速断3KA4KA动作触点闭合1KT带电延时闭合2KS带电过电流达过流保护5KA6KA动作触点闭合2KT带电延时闭合3KS带电YR带电实现跳闸速断报警限时速断报警过流报警806.3.5电流、电压联锁速断保护

使用的场合：

当系统的运