第七章工厂供电系统保护装置

第七章工厂供电系统保护装置第一页，共56页。

7.1保护装置的任务与要求一、

保护装置的任务

（1）

自动、迅速，有选择性地将故障元件从供电系统中切除，保证其它非故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭到破坏。（2）

反映电气元件的不正常运行状态，并根据保护装置的性能和运行维护条件，或动作于信号（如经常有人值班的变压器的过负荷保护轻瓦斯保护等），或经过一段时间不正常状态不能自行消除时，将电路切断（如熔断器、自动空气开关保护等）。第二页，共56页。二.保护装置的类别

工厂供电系统的保护装置有熔断器保护、自动空气开关保护和继电保护。1、熔断器保护和自动空气开关保护，都能在过负荷和短路时动作，断开电路，切除故障部分。2、继电保护装置可保护多种形式的故障和不正常工作状态，有较好的保护性能。

第三页，共56页。三.

供电系统对保护装置的要求（1）

选择性

是指在故障情况下，离故障点最近的保护装置首先动作，切断电路。（2）

速动性

快速切除故障可以防止故障扩大，（3）可靠性保护装置的可靠性表现为该动作时不应该拒动。（4）

灵敏性

是表示保护装置对其保护范围内发生的故障和不正常工作状态反应能力的一个特性参数。第四页，共56页。7.2工厂低压配电系统的保护（一）

熔断器在供电系统中的位置

熔断器在供电系统中配置的原则，首先要满足选择性保护的要求。因此，对每一条分支电路，都需要配置一组熔断器。对于由几条分支电路组成的一个供电单元，如供给一组负荷的配电箱母线，也应配置一组熔断器。只有这样才有可能将故障停电的范围缩小到最低限度。此外，还应考虑经济性和运行维护的方便，使供电系统中配置的熔断器数量尽可能为最少。

一、熔断器第五页，共56页。（二）

熔断器熔体电流的选择

熔断器具有反时限的动作特性，即电流倍数越大、动作时限越短。根据熔体材料不同，其保护特性有所差别。一般铅锡、锌、铝类熔体，通过熔体的电流为额定电流的1.3—1.4倍时约1小时后熔断；通过电流为1.5—1.6倍时，约半小时后熔断；通过电流为2.5—3倍时，约10秒后熔断。对于铜质熔体，通过熔体的电流为额定电流的1.6倍时约1小时后熔断；通过电流为1.8倍时，约半小时后熔断；通过电流为3.5倍时，约10秒钟后熔断。第六页，共56页。

1、

照明电路熔体额定电流的选择（1）照明支路电路熔体额定电流应大于或等于该支路的实际最大工作电流，但应小于支路中最小导线截面的安全电流。IZX>IRE>IG（2）照明总电路

熔体的额定电流应按电度表额定电流的0.9—1倍进行选择IRE=(0.9-1)IDE第七页，共56页。

2、

电动机电路熔体额定电流的选择

感应电动机的起动电流一般达额定电流的4—7倍，但电动机起动后电流随转速上升而减少。（1）单台电动机电路按1.5-3倍额定电流进行选择。（2）多台电动机电路总熔体的额定电流按容量最大的一台电动机的额定（不考虑频繁起动的情况），其它电动机处于额定状态运行的条件进行选择。

第八页，共56页。（三）

熔断器之间的选择性配合

当供电电路中有几个容断器串联，应考虑到各级熔断器的选择性配合，即靠近故障点的熔断器最先熔断，切断故障部分，使系统其它部分迅速恢复正常运行。同一短路电流通过几个熔断器，使其按不同的时间分先后熔断的唯一方法是选用不同额定电流的熔体。上一熔断器根据标准特性曲线查处的熔断器时间至少应为后一级熔断器根据标准特性曲线查出的熔断时间的3倍。

t1>3t2第九页，共56页。（四）

熔断器保护与导线或电缆之间的配合

为了使熔断器在电力线路短路或过负荷时有效地保护导线与电缆，不致因过热而损坏绝缘甚至起火燃烧，还要求熔断器与导线或电缆之间有合理的配合。

1、

熔断器只在短路情况下对导线或电缆进行保护而不考虑过负荷时，其配合条件应满足

IRE〈KGIYX

2、熔断器不仅保护短路，对一些有可能长期过负荷的电力线路，必须保护过负荷时，其配合条件应满足

IRE〈0.8IYX

第十页，共56页。

（一）低压断路器在低压系统中的配置

1、低压断路器单独使用的方式：在低压断路器的电源侧加装一个隔离用的刀闸开关。2、低压断路器与交流接触器配合使用的方式：适用于操作频繁的电路。3、低压断路器与熔断器配合使用的方式：熔断器作短路保护，低压断路器作过负荷保护。二、低压断路器保护第十一页，共56页。

（二）低压断路器脱扣器的选择与整定1、型号的选择：A、保护短路时，采用电磁脱扣器B、保护过负荷时，采用热脱扣器C、两者都保护时，采用复式脱扣器2、额定电流的选择：脱扣器的额定电流IZ必须大于线路中的计算电流IJS3、脱扣器动作电流的整定：整定的动作电流应躲过线路中可能出现的尖峰电流。第十二页，共56页。（三）低压断路器之间的选择性配合一般要求前一级的脱扣电流应比后一级的脱扣电流大一级以上。（四）低压断路器保护与导线或电缆之间的配合满足以下条件：IZZ<KGIYXIZZ：低压断路器脱扣器的整定电流（A）IYX：导线或电缆按发热条件的最大允许电流（A）KG：导线或电缆的允许短时过负荷系数第十三页，共56页。7.3操作电源、保护继电器和自动装置（一）

操作电源的定义在工厂变配电系统中，高压断路器的合闸回路、跳闸回路、控制回路、信号回路、保护回路以及继电保护装置中的操作回路等所需要的电源称为操作电源。

一、操作电源第十四页，共56页。（二）

操作电源的分类

分为交、直流两大类。常用的有以下几种：（1）蓄电池组直流操作电源。（2）硅整流电容储能直流操作电源。（3）复式整流装置。（4）由电流或电压互感器及所用变压器供电的交流操作电源。第十五页，共56页。

（一）电磁式电流继电器和电压继电器

（二）电磁式时间继电器

（三）电磁式中间继电器

（四）电磁式信号继电器

（五）感应式电流继电器

二、常用继电器的结构和作用第十六页，共56页。三、备用电源自动投入装置

（一）备用电源自动投入装置的作用及基本要求1、作用：备用电源自动投入装置就是当正常供电电源因发生故障而终断供电后，自动而迅速地将备用电源投入工作或将负荷切换至备用电源，以保证不间断供电的一种装置，简称BZT。其作用是提高供电的可靠性。工厂变电所中的备用电源自动投入装置，多用在备用线路、备用变压器及母线分段开关上。第十七页，共56页。2、对备用电源的基本要求：

（1）工作母线不论什么原因失去电压后，BZT都应迅速动作。（2）BZT装置应在工作电源确已断开，且备用电源具有足够高的电压时才允许动作。（3）BZT只允许动作一次。（4）当电压互感器任何一个熔断器熔断时，BZT装置不应动作。第十八页，共56页。

3、为满足要求，应采取的措施（1）在备用电源或母联断路器的合闸回路中，串联工作电源断路器的常闭辅助接点。（2）采用两只低电压继电器并将接点串联使用，防止一相电压互感器的熔断器熔断时发生误动作。（3）对工作电源除装设正常的保护装置外，一般还装设带时限的低电压保护作为控制BZT装置的起动环节。（4）在备用电源断路器或母联断路器上，装设瞬时动作的过电流保护。第十九页，共56页。（一）自动重合闸的作用及对它的要求1、自动重合闸的作用架空线路是供用电系统中的一个薄弱环节，发生故障的机会较多。当架空线路发生故障，由保护装置动作将断路器跳闸后，能够经一定时限使断路器自动再投入的装置，通常称为自动重合闸装置。简称ZCH装置。自动重合闸装置的作用：是当架空线路故障跳闸后，自动将断开的断路器重新进行合闸，若故障属暂时性的，则合闸成功，供电不会中断，若故障属永久性的，则由保护装置再次将断路器跳闸不再重合。四、自动重合闸装置第二十页，共56页。（二）对自动重合闸装置的要求

（1）在满足故障点绝缘的恢复，断路器灭弧能力的恢复及机械上的恢复要求时，应尽快动作，以减少停电时间。（2）对架空线路只重合一次。对全部是电缆的线路，不采用自动重合闸装置。（3）手控跳闸时，自动重合闸不应动作。手控合闸时，断路器遇故障而跳闸后不应该进行重合。

第二十一页，共56页。（三）自动重合闸装置与继电保护的配合自动重合闸装置与继电保护的配合，有自动重合闸装置动作后加速保护动作（后加速）和自动重合闸装置动作前加速保护动作（前加速）两种方式。1、后加速自动重合闸2、前加速自动重合闸第二十二页，共56页。7.4

工厂继电保护装置

一、继电保护的基本原理和分类1、继电保护的基本工作原理供电系统发生短路时，电气量的变化突出地表现为A、电流增大—过电流保护B、电压降低—低电压保护C、电压和电流之间相位角发生变化—阻抗保护2、继电保护装置的组成：测量部分、比较部分及执行部分第二十三页，共56页。A、按操作电源的性质不同：直流操作和交流操作B、按动作时限区分：定时限保护和反时限保护C、按保护装置所反映的物理量不同分：过电流保护、低电压保护、差动保护、瓦斯保护、距离保护D、按组成继电保护装置的元件不同分：电磁式保护和晶体管保护两类。3、继电保护装置的分类：第二十四页，共56页。二、电流保护的接线形式电流保护的接线方式：是指电流继电器与电流互感器的连接方式。常用的接线方式有以下三种：1、三只继电器三相完全星形接线2、两只电流互感器不完全星形接线3、两只单相电流互感器电流差式接线。4、接线系数KJX=IJ/I2第二十五页，共56页。三、常用的继电器及型号的意义1、DL-10系列电磁式电流继电器2、DS系列电磁式时间继电器3、DZ系列电磁式中间继电器4、DX系列信号继电器5、GL系列感应型电流继电器第二十六页，共56页。四、交流操作的反时限电流保护

当前在1０kv及以下的工厂变电所中，广泛地采用交流操作的反时限电流保护作为进线与变压器的保护。

第二十七页，共56页。（一）

交流操作的反时限电流保护的接线型式

１、常开式反时限电流保护常开式反时限电流保护是利用速饱和变流器向跳闸线圈供电的保护方式。２、常闭式反时限电流保护常闭式反时限电流保护又叫分流式电流保护，是利用电流继电器的常闭触点分流跳闸线圈的接线方式。第二十八页，共56页。（二）过流保护起动电流的整定

带时限的过电流保护的起动电流Iqd必须满足以下两个条件：（1）

电流继电器的起动电流应躲过线路的最大负荷电流IZd,以免在最大负荷电流通过时保护装置误动作。（2）电流继电器的返回电流If,必须大于最大负荷电流IZd,以免发生短路时，靠近故障点的那一级保护已经动作跳闸，切除了故障，但上一级保护装置不能返回而误跳闸。

第二十九页，共56页。（三）过流保护的配合1、反时限电流保护与定时限电流保护的配合根据继电保护选择性的要求，上、下两级保护除在起动值上进行配合外，在动作时间级差Δt，在有反时限保护的配合中，一般取Δt=0.7S2、两级反时限保护的配合当两级都采用反时限过电流保护时，为了使上、下级相互配合，应使两级保护的反时限特性曲线各点上都能保持Δt〉0.7S的时限级差。第三十页，共56页。7.5控制和信号回路一、

高压断路器的控制回路1、控制回路的定义和分类（1）定义：控制回路也称操作回路，变电所内对断路器的分、合闸控制，是通过控制回路实现的。（2）分类：按操控的地点（操作开关安装的位置）不同，可分为就地操控和集中操控两种；按操控的方式不同，可分为按对象分别操控和选线操控。

第三十一页，共56页。2、对控制回路的基本要求

（1） 断路器的合、分闸线圈是按短时通电设计制造的，在完成操作后，应立即自动断开。（2） 控制回路接线不仅要满足手控分、合闸的要求，而且当继电保护或自动装置动作时，应能实现自动分、合闸的要求。应具有防止断路器跳跃的机械闭锁或电气闭锁装置。（3） 应具有防止断路器跳跃的机械闭锁或电气闭锁装置。（4） 应有反应断路器位置（分闸或合闸）的位置信号，以及反应由断电保护、自动装置而使断路器分闸或合闸的信号装置。（5） 应有监视断路器的跳闸或合闸回路是否完好的监视信号第三十二页，共56页。3、

控制回路中的切换开关

断路器按对象分别控制的控制开关有控制按钮和转动切换开关两类。第三十三页，共56页。4、

音响监视控制回路

（1） 合闸过程（2） 跳闸过程（3） 控制回路监视（4） “防跳跃”装置（5） 闪光装置第三十四页，共56页。二、

变电所的信号装置1、变电所的信号分类及作用变电所的信号分为位置（状态）信号、事故信号和预告信号三种。位置信号装置一般装在配电盘上的控制开关和摸拟母线附近。事故信号装置：断路器事故跳闸时，一般发出音响和闪光两种信号。音响信号（电笛或蜂鸣器）为全所公用，闪光信号一般分散与断路器的位置信号供用。第三十五页，共56页。预告信号装置：当电气设备运行不正常时，一方面发出电铃音响（全所供用），一方面点亮相应的光字牌。预告信号分为瞬时预告信号和延时预告信号两种。中央信号装置：中央信号装置由集中事故信号装置和集中预告信号装置两部分组成。第三十六页，共56页。

2、事故信号装置当前普遍应用的事故音响信号有两种：集中撤除不重复动作的方式和集中撤除能重复动作的方式。（1）集中撤除不重复动作的事故音响信号装置（2）集中撤除能重复动作的事故音响信号装置的主要元件，是实现音响信号重复动作的冲击继电器。第三十七页，共56页。

3、预告信号装置第三十八页，共56页。一变压器的继电保护（一）变压器的主要故障及保护装置1、变压器常见的故障有：相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路等；常见的不正常状态包括：过负荷、温升过高以及油面下降等。7.6工厂供电系统保护装置的选择第三十九页，共56页。2、变压器应装设以下几种保护装置：

（1）过电流保护和速断保护：反映变压器外部故障的保护装置。（2）瓦斯保护：反应变压器内部故障和油面降低的保护装置。（3）纵联差动保护：反应变压器套管、引线及内部故障的保护装置。（4）过负荷及温度保护：反应因过负荷而引起的过电流及变压器上层油温超过规定值的保护装置。

第四十页，共56页。（二）变压器的过电流保护及速断保护

1、变压器的过电流保护对容量在1000kW以上、电压为35/6-10KVy/Δ接线的变压器，可采用直流操作的两相式定时限过电流保护装置，

第四十一页，共56页。2、变压器的电流速断保护带时限的过电流保护虽然也能保护变压器的内部短路，但时限过长。当过电流保护整定的时限超过0.5s时，应装设电流速断保护，作为保护变压器高压套管及原绕组内部故障的快速动作的主保护。电流速断保护由瞬时动作的电流继电器构成。

第四十二页，共56页。（三）变压器的瓦斯保护

当油浸式电力变压器的油箱内部发生短路故障时，由于变压器油和其它绝缘材料受热而产生气体。根据油箱内气体的变化反应出的变压器内部故障情况而制成的保护装置，称为瓦斯保护。它是保护变压器内部故障的一种基本保护装置。工厂变配电系统中采用的瓦斯继电器的型式有三种，即浮筒式、档板式及复合式.第四十三页，共56页。（四）变压器纵联差动保护变压器纵联差动保护是利用变压器一次和二次电流进行比较而构成的保护装置。1、变压器纵联差动保护的工作原理变压器纵联差动保护，由装设在变压器高、低两侧的电流互感器和接在两个电流臂之间的差动继电器组成，2、不平衡电流的产生与补偿方法

第四十四页，共56页。2、不平衡电流的产生与补偿方法

由于变压器在结构和运行中所具有的特点，使继电器有较大的不平衡电流通过，尤其是在发生穿越性故障时，不平衡电流更大。产生不平衡电流的原因有：（1）由于变压器一、二次侧的额定电压和额定电流不同，（2）

变压器的接线组别不同，一、二次电流相位不同，（3）

变压器空载合闸或外部短路后电压恢复时，在一次侧会出现一个很大的激磁涌流。（4）变压器运行中因调压而改变变比。第四十五页，共56页。3、减少或躲开不平衡电流的措施

1）

相位补偿

2）采用FB-1型速饱和变流器3）采用带短路线圈的速饱和变流器的BCH-2型差动继电器或采用带制动线圈的速饱和变流器的BCH-4型差动继电器。第四十六页，共56页。二高压电动机的继电保护

（一）高压电动机保护的主要故障及保护装置高压电动机的主要故障有定子绕组相间短路、匝间短路及单相接地等。常见的不正常状态是电动机过负荷。对2000kW以下的高压电动机相间短路故障，常利用电流速断保护作为主要保护。第四十七页，共56页。

电动机过负荷保护可以作用于信号，也可以作用与跳闸，视具体情况而定。当过负荷保护只动作于信号时，可只在一相上装设继电器。如果用来切除电动机，则常与保护短路的电流速