继电保护,(第5、6、7部分)课件

第五部分2/2/20231第一节母线故障、母线保护方式及母线保护装设原则一.母线故障母线是用来集中和分配电能的。当母线发生故障时，可能造成大面积停电事故，破坏系统稳定。母线发生故障原因主要有三种：①母线上所连接的设备（如：TA、TV、QF等）故障；②母线侧绝缘子闪络或母线的带电导线直接闪络；③运行人员误操作，带地线合闸或带负荷拉隔离开关。闪络：在高电压作用下，气体或液体介质沿绝缘表面发生的破坏性放电。发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零或接近于零。闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化，2/2/202321.利用母线上其他电元件的保护装置（非专用母线保护）保护母线二.母线保护方式2.装设母线专用保护装置三.母线保护装设原则在下列情况下应装设非专用的母线保护：在小容量的发电厂、变电所或不太重要的发电厂、变电所的母线上，采用非专用的母线保护。2/2/20233在下列情况下应装设专用的母线保护：（1）110kV及以上电压的双母线和分段单母线；（2）110kV及以上电压的单母线、重要发电厂或110kV及以上重要变电所的35~66kV母线，按照装设全线速动保护的要求，必须快速切除母线上的故障时；（3）发电厂或主要变电所的6~10kV分段母线及并联运行的双母线，在下列情况下应装设专用母线保护：

①需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂和电力网的安全运行，以及对重要负荷可靠供电性。②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路故障时。2/2/20234第二节变电所非专用母线保护1.利用线路过电流保护切除母线短路故障2/2/202351.利用变压器过电流保护切除低压母线短路故障2/2/20236第三节变电所专用母线保护1.母线的电流保护如图，在降压变电所6~10kV的分段单母线上，装设两段式电流保护作为母线保护。2/2/20237（1）母线电流保护的组成和接线在任一母线上发生短路故障时，由装设在分段断路器上的两段式电流保护和变压器的过电流保护来切除。母线电流保护的第I段为限时电流速断保护，由继电器1、2、5组成，作为母线故障主保护。第II段为定时限过电流保护，由继电器3、4、6组成，作为母线和线路故障的后备保护。2/2/20238（2）母线电流保护的工作原理当变压器并联运行时（5QF合），若I段母线短路，母线电流保护动作，作用于5QF跳闸，同时变压器T1过电流保护动作，作用于1QF跳闸。此时变压器T2可以继续运行。I段II段若II段母线短路，情况类似。2/2/20239第I段为限时电流速断保护，动作电流按躲过母线二次出线的无时限电流速断保护的动作电流来整定，动作时限比二次出线的无时限电流速断保护的动作时限大一个Δt。第II段为定时限过电流保护，动作电流按躲过母线最大负荷电流来整定，动作时限比二次出线的定时限保护的最大动作时限大一个Δt。（3）母线电流保护的整定由高压输电线路的三段式电流保护整定计算方法可知，母线电流保护的整定如下：2/2/2023102.母线的完全电流差动保护母线的完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常运行的双母线的保护。（1）结构与接线如图，接在母线上的电流互感器都具有相同的变比、相同的特性，而且二次绕组的同极性端连在一起，差动继电器的绕组和电流互感器的二次绕组并联连接。2/2/202311外部短路时的电流分布（2）工作原理①当母线正常运行或外部短路时，流入母线的电流等于流出母线的电流，即。流入差动继电器的电流为很小的不平衡电流，差动继电器KD不动作。2/2/202312母线短路时的电流分布②当母线短路时，所以带电源的连接元件都会向短路点供给短路电流，这时流入差动继电器的电流为，即故障点的全部短路电流，差动继电器KD动作，作用于断路器跳闸。2/2/2023133.母线的不完全电流差动保护发电厂或大容量变电所6~10kV母线宜采用不完全差动电流保护。即在发电机、变压器、分段断路器（母线联络断路器）上装设电流互感器，如图。（1）组成及接线在发电机上装TA在变压器上装TA在分段断路器上装TA出线限流电抗器上不装TA出线限流电抗器上不装TA2/2/202314在A、B两相上装设差动保护专用的电流互感器，按环流法差接母线有源元件，并在电流互感器的端子上并联接入差动继电器KD。在发电机上装TA在变压器上装TA在分段断路器上装TA出线限流电抗器上不装TA出线限流电抗器上不装TA2/2/202315（2）工作原理当母线正常运行时，发电机G发出的电流送往系统和各个负荷，即流入差动继电器的电流为G2/2/202316以上公式表明，在母线正常时流入差动继电器的电流为未接入母线差动回路元件负荷电流的总和，差动继电器的动作电流必须躲过此电流。当外部短路时（如k1点），与正常情况类似，流入差动继电器的电流为短路电流反应到差动继电器中的不平衡电流。2/2/202317当母线内部故障时，所有差动回路的电源都向故障点提供短路电流，这个数值很大的电流将使差动继电器动作，跳开母线上所有有电源元件的断路器，将故障切除。G2/2/202318①电流速断保护工作原理KD1为速断保护继电器，其动作电流按躲过线路电抗器后的最大短路电流（反应到差动继电器中为不平衡电流）来整定。KD1动作→接通KS1→同时接通KM1、KM1→QF3、QF2同时跳闸，跳开除发电机回路的所有断路器。KD1KD22/2/202319②过电流保护工作原理KD2为过电流保护继电器，其动作电流按躲过母线上的最大负荷电流来整定。KD2动作→同时启动KT1（延时短）、KT2（比KT1长一个Δt）→经过延时→接通KS2→接通KM1、KM2→QF3、QF2跳闸。由于KT1时限比出线过电流保护最大的动作时限大一个Δt，如果此时故障仍未切除→KT2延时到→通过XB11→QF1跳闸（发电机回路断路器）。KD1KD22/2/202320（3）整定计算母线的不完全电流差动保护，由差动电流速断保护（I段）和差动过电流保护（II段）两段组成。第I段整定计算其动作电流按躲过线路电抗器后的最大短路电流（反应到差动继电器中为不平衡电流）来整定，即Krel：可靠系数，取1.2：馈电线路电抗器后的最大短路电流；：除故障线路外各馈电线路负荷电流之和的最大值。2/2/202321第II段整定计算其动作电流按躲过母线上的最大负荷电流来整定，即Krel：可靠系数，取1.3：自启动系数，取2~3；：各馈电线路负荷电流之和的最大值。：差动继电器的返回系数，取0.8；2/2/202322第五部分作业1.母线发生短路的主要原因有哪些？2.母线有几种保护方式？分别叫什么？3.母线的不完全差动电流保护一般在什么场合采用？4.母线的完全电流差动保护一般在什么场合采用？2/2/202323第六部分2/2/202324第一节熔断器保护一、熔断器在供配电系统的配置配置要求：使故障范围缩小到最低限度

2/2/202325（a）放射式（b）变压器干线式2/2/202326切忌：低压系统中的PE线和PEN线上不允许装设熔断器！！二、熔断器熔体电流的选择

1、保护电力线路应满足以下条件：①应大于线路的计算负荷电流，有：②应躲过线路的尖峰电流，有：K为小于1的计算系数，对供单台电动机的线路：轻负载启动，取0.25~0.35；重负载启动取0.35~0.5；频繁启动、反接制动取0.5~0.8。对于供多台电动机的线路：取0.5~1。2/2/2023272、保护电力变压器

考虑因素：

熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流；熔体电流要躲过变压器低压侧电动机起动的尖峰电流；熔体电流要躲过变压器空载含闸电流。③应与被保护线路配合，有：KOL为绝缘导线或电缆的过负荷倍数。对于电缆或穿管绝缘导线，KOL=2.5；对于明敷绝缘导线KOL=1.5。2/2/2023283、保护电压互感器RN2型熔断器为0.5A。三、熔断器的选择熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压；熔断器的额定电流不应小于它所装熔体的额定电流；熔断器的额定类型应满足技术要求。2/2/202329四、熔断器保护举例如图，虚线框内是某车间部分配电系统图。其负荷分布见下表，各电动机均属于轻负荷起动，试确定各熔断器的额定电流。2/2/202330第I组负荷情况BC段支、干线参数第II组负荷情况AB段分、干线参数，三台选用BLV穿钢管导线选用BLV明敷导线选用BLV穿钢管导线，四台选用BLV明敷导线

2/2/202331解：（1）

第I组负荷各熔断器及导线载面可按下式计算

≥21.4A，并且≥

查附录表16，选RTO-100型熔断器，熔体额定电流为INFE=50A。选用BLV-3×4mm²，穿钢管，若车间环境温度按+25℃考虑时，查附录表26得：合格。（2）同理选择第II组负荷，各熔断器及导线截面如下：≥选RTO-50型熔断器，熔体额定电流为INFE=40A。因为选用BLV-3×2.5mm²穿钢管导线。≥15.2A，并且2/2/202332若车间环境温度按+25℃考虑时，查附录表26得：而合格。（3）选择BC段支、干线如下：由≥及≥选用RTO-100型熔断器，考虑到要与I段负荷熔断器相差两个等级，选熔体额定电流INFE=80A2/2/202333导线选用BLV-3×10mm²明敷，查表得：合格。（4）选择AB段干线时，由于AB段后接电动机较多，可按频繁起动考虑因为INFE≥I30=99.9A，或电动机频繁起动时再考虑到与BC段的配合选用RTO-200型熔断器，熔体额定电流为INFE=120A。导线选用BLV-3×25mm²明敷导线，查附录26得而且合格。2/2/202334一.低压断路器在低压配电系统中的配置三种方式：

1、单独接低压断路器或低压断路器-刀开关的方式2、低压断路器与磁力起动器或接触器配合的方式3、低压断路器与熔断器配合的方式低压断路器的配置方式a)适于一台主变；b)适于两台主变；C)适于低压配电出线；d)适于频繁操作电路；e)适于熔断器保护的电路。QF低压断路器，QK刀开关，QKF刀熔开关，KM接触器，KH热继电器第二节低压断路器保护2/2/202335二.低压断路器脱扣器的选择和整定1.低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择脱扣器额定电流2.低压断路器过流脱扣器动作电流的整定2）瞬时过流脱扣器动作电流的整定动作电流可靠系数取值为1）长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定动作电流

可靠系数取值为1.1。2/2/2023363）过流脱扣器整定值与导线允许电流的配合在线路过负荷或短路故障时，能可靠保护线路，应有或4）灵敏度校验应以线路末端最小短路电流来校验，即2/2/202337三.低压断路器保护举例某供电系统如图所示，所有参数均标在图上。试选择低压断路器，导线按+40℃温度校验。2/2/202338解（1）QF2选用为保护电动机用的DZ系列低压断熔器。整定计算如下：

取200A。查附录表14选低压断路器额定电流

长延时脱扣器整定电流为

瞬时过电流脱扣器电流整定值（Kred取1.7）选定（10倍额定值）2/2/202339灵敏度为合格。配合导线，选BLX-3×95mm2

，查附录表26，得+40℃时的允许电流满足的要求。查附录表14，可选用DZ系列低压断熔器，额定电流为200A，瞬时脱扣器整定电流倍数为10倍，即2000A。2/2/202340因变压器二次侧的额定电流I2NT=1500A，故可选低压断路器额定电流INQF1=1500A。（2）QF1选用DW系列低压断路器用以保护变压器短延时脱扣器动作时间整定为0.4S，整定电流要考虑M2电动机起动时产生的尖峰电流Ipk，取Krel=1.35，于是可选定Iop（0）=4500A（3倍额定电流）选用长延时脱扣器电流整定为：灵敏度为合格。2/2/202341查附录表15，可选用DW15系列低压断熔器，额定电流为1500A，长延时动作电流整定为1500A，短延时脱扣器动作电流倍数整定为3倍，即4500A。母线选用LMY-120×8矩形铝母线，查表得

t=40℃时2/2/202342第六部分作业补充题5、61.如何选择熔断器和熔体？为什么熔断器保护要考虑与被保护线路导线相配合？2.如何选择低压断路器？2/2/202343第七部分2/2/202344高压线路的方向保护和距离保护简介一.双侧电源、单侧环形电网的相间短路的方向电流保护1.按单电源过流保护原理分析双电源带来的问题在三段式电流保护中，是利用相间短路后电流幅值增大的特征来区分故障与正常运行状态的，以动作电流的大小和动作时限的长短配合来保证有选择地切除故障。而随着电力系统的发展和用户对供电可靠性要求的提高，出现了双侧电源辐射形电网和单侧电源环形电网。上述电网中以前的三段式保护已经不能满足要求，因此出现了在线路两端都装设断路器和保护装置的情况。2/2/202345双侧电源电路图：单侧环形电网电路图：2/2/202346问题讨论：（1）假设断路器QF6断开，电源GII不存在，则k1、k2发生短路时，保护装置1、3的动作情况和单独供电时一样，他们之间的选择性是能保证的。同理，电源GI不存在，情况类似。GIGII2/2/202347（2）在双电源时，当k2点短路时，按照选择性要求，应该由距故障点最近的保护3、4动作切除故障。但是由GII供给的短路电流ik也将流过保护5，如果保护5的速断整定电流小于ik，则保护5的速断保护就要误动作；如果保护5采用定时限过电流保护其动作时限t5≤t4则保护5的过电流保护也将误动作。对于电源GI和保护2，情况类似。GIGIIk12/2/202348（2）进一步分析，若k2点短路时，流过线路的短路功率方向都是从电源经线路流向短路点，即短路功率方向与保护1、3和保护6、4的正方向一致，与保护2和5的正方向相反。即短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向。就是说，只有当短路功率的方向从母线指向线路时保护动作才是有选择性的。例如：k2点短路时流经保护4的短路功率方向是由母线指向线路，保护4应该动作；而流经保护5的短路功率方向是由线路指向母线，保护5不应该动作。GIGII2/2/202349

为此只需在原有的电流保护的基础上加装一个功率方向判别元件——功率方向继电器即可实现线路的方向保护。（1）在电源处装设方向元件；（2）在线路出口处装设方向元件；（3）动作时间相同时装设方向元件（以保证选择性。）2.方向元件的装设原则2/2/2023503.方向过电流保护原理接线图如图，KW为功率方向继电器，方向继电器和电流继电器都动作，才能启动时间继