供配电技术课件：高压开关柜继电保护电路的装接与调试

高压开关柜继电保护电路的装接与调试任务6-1高压进线柜两段式电流保护电路

的接线与调试训练项目7高压线路过流保护电路的接线与调试任务6-2电压互感器柜(PT柜)绝缘监测电路的接线与调试训练项目8电压互感器柜(PT柜)绝缘监测电路的接线与调试

任务6-3计量柜的电气测量仪表任务6-4零序电流保护任务6-5变压器保护柜的安装、调试任务6-6高压电动机保护柜的装配与调试训练项目9高压电动机保护柜的接线与调试复习思考题

★项目描述:本项目包含五个工作任务,主要介绍变电室内高压进出线柜、电压互感器(或PT)柜、计量柜、变压器保护柜、高压电机保护柜等电气控制原理、安装、调试与维

护的相关专业知识与职业岗位技能。通过学习,能识读高压开关柜电气控制原理图,现场认识变电室开关柜中的高压器件,具有调整各高压开关柜继电保护动作参数的能力,能根据继电保护二次回路图,完成接线与调试任务。

★职业岗位:高压开关柜的装接与调试如图6－0－1所示,变电室的运行与维护如图6－0－2所示。图6－0－1高压开关柜的装接与调试图6－0－2变电室的运行与维护

★教学设备:

教学设备如图6－0－3所示。图6－0－3教学设备

任务6－1高压进线柜两段式电流保护电路的接线与调试

一、高压进线柜的器件认识与保护作用如图6－1－1所示,某变电室两路电源进线(Ⅰ段进线、Ⅱ段进线),分别由2#进线柜、5#进线柜进入,请思考如下问题:

(1)图中的2#进线柜、5#进线柜中有哪些高压器件?有何作用?

(2)上述高压线路为架空线进线(或电缆线进线),相与相之间的短路故障是由何原因造成的?

(3)前面我们学习的高压电流互感器的二次侧接的是什么?

(4)高压进线柜过流继电保护的二次电路有哪些器件?图6－1－1高压进线柜认识图(a)固定式开关柜;图6－1－1高压进线柜认识图(b)手车式开关柜

当高压进线如电缆线或架空线路发生相与相之间的短路故障时,高压进线柜中的过流保护继电电路动作,使高压断路器跳闸,断开电路,同时发出报警信号。这就是高压进线柜开关柜的相间短路保护作用。

二、高压进线柜过流继电保护的二次电路认识

利用以前学过的知识,由图6－1－2可以看出,高压进线柜过流继电保护的二次电路是由电流互感器TAa和TAc组成的二次回路,所接的器件均为高压继电保护的二次电路器件。

由过流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等组成二次过流继电保护电路。二次过流继电保护电路和电流互感器、高压断路器共同实现高压线路的相间短路保护。当高压线路发生相间短路故障时,由高压进线柜装设的过流继电保护电路控制高压断路器跳闸。以上所用继电器称为保护用继电器。图6－1－2高压进线柜过流继电保护的二次电路图

三、继电保护电路的作用

1.故障时跳闸,并发出报警信号

在供电系统出现短路故障时,继电保护装置能自动、迅速、有选择地动作,使断路器跳闸,切除故障,同时发出信号,以便提醒值班人员检查,并及时消除故障。

2.异常状态时发出报警信号

在供电系统出现不正常工作状态,如过负荷时,发出报警信号,提醒值班人员注意并及时处理,以免发展为故障。

四、对继电保护装置的基本要求

继电保护装置的基本要求:选择性、速动性、可靠性和灵敏性。

(1)选择性:在供电系统发生故障时,离故障点最近的继电保护装置先动作,断开电路,其余正常运行,继电保护装置动作选择性如图6－1－3所示。图6－1－3继电保护装置动作选择性

(2)速动性:当系统发生短路故障时,要求继电保护装置快速切除故障。速动性和选择性往往是矛盾的,一般应在满足选择性的前提下,尽量缩短切除故障部分的延时。在无法兼顾选择性和速动性的情况下,为了快速切除故障部分以保护重要设备,有时也要牺牲选择性来保证速动性。

(3)可靠性:当系统发生故障或处于不正常工作状态时,继电保护装置一定要准确动作,即该动作时,就动作;不该动作时,不能误动作。继电保护装置的可靠性与保护装置的器件质量、接线方式、安装、整定和运行维护等多种因素有关。为了提高继电保护装置动作的可靠性,应尽量采用高质量元器件,简化保护装置接线方式,加强运行维护等工作。

(4)灵敏性:对故障和不正常运行状态的反应能力。如果继电保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时反应动作,则说明其灵敏度高。继电保护装置的灵敏度一般是通过保护装置的短路电流与整定的动作电流的比值来表示的,即用Sp表示,则

式中:Ik.min为被保护区内最小运行方式下的最小短路电流;

Iop(1)为保护装置的一次动作电流。

对于低电压保护,其灵敏系数Sp为

式中:Uk.max为被保护区内发生短路时,连接该保护装置的母线上最大残余电压(V);Uop(1)为保护装置的一次动作电压(V)。

继电保护装置除满足上面的基本要求外,还要求投资省,便于调试与维护,同时能满足电气设备运行的条件。

五、常用的保护继电器

继电器的分类方式很多,按其用途分为控制继电器和保护继电器两大类。控制继电器用于自动控制电路中,保护继电器用于继电保护电路中。这里只介绍保护继电器。

1.保护继电器的分类

(1)按其反映的物理量分,有电流继电器、电压继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器和瓦斯继电器等。

(2)按其反映的参量变化情况分,有过量继电器和欠量继电器。如过(欠)电流继电器、过(欠)电压继电器等。

(3)按其在保护装置中的功能分,有启动继电器、时间继电器、信号继电器和中间(或出口)继电器等。

(4)按其动作于断路器的方式分,有直接动作式和间接动作式两大类。断路器操作机构中的脱扣器实际上就是一种直接动作式继电器,而一般的保护继电器均为间接动作式。

(5)按其组成元件分,有机电式继电器和晶体管继电器。机电式继电器又可分为电磁式和感应式。机电式继电器结构简单,工作可靠,而且有成熟的运行经验,所以目前仍普遍使用。

2.常用的保护继电器

供配电系统中常用的保护继电器有电磁式继电器和感应式继电器。

(1)电磁式电流继电器。

电磁式电流继电器在继电保护装置中,用作启动器件,因此又称为启动继电器。电流继电器的文字符号为KA。DL－33电磁式电流继电器的外形如图6－1－4所示,DL－30系列电磁式电流继电器内部接线和图形符号如图6－1－5所示。6－1－4DL－33电磁式电流继电器的外形图6－1－5DL－30系列电磁式电流继电器内部接线和图形符号

电流继电器有两个线圈,线圈出头接在底座端子上,可以根据实际需要串并联,从而使电流继电器的整定范围变化一倍。这种继电器的动作取决于流入继电器的电流,所以称为电流继电器。使电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流(或启动电流),用Iop表示。

电流继电器动作后,减小通入电流继电器线圈的电流到一定值,其常开触点将会断开。使电流继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流,称为返回电流,用Ire表示。

电流继电器的返回电流Ire与动作电流Iop之比,称为电流继电器的返回系数,用Kre表示,即

电流继电器的使用要点:

★改变线圈连接方式,当线圈并联时,动作电流将比线圈串联时增大一倍。

★电流继电器是经过电流互感器接在电力线路上的,其标度盘上标出的示值就是其

动作电流值。

★电流继电器铭牌的刻度值及额定值是线圈串联时的数值(以A为单位),转动刻度盘上的指针,就可以改变电流继电器的动作电流值。

★电流继电器使用前,需取下外壳,拔出机器,检查有无在运输中产生损坏,如动片碰到磁板、游丝各圈相碰、动片轴上的摩擦等。

(2)电磁式电压继电器。

电压继电器是瞬时动作的电磁式继电器,主要由铁芯、线圈、触点等部分组成,嵌入安装后接线。DY－30系列电磁式过电压继电器,用于电力系统继电保护线路,可作为过电压保护或低电压闭锁的动作元件。电压继电器用文字符号KV表示。电压继电器有过电压继电器和欠(低)电压继电器两种,在电力系统继电保护中大多采用低电压继电器。

DY33电磁式电压继电器的外形如图6－1－6所示,DY－30系列电磁式电压继电器内部接线和图形符号如图6－1－7所示。图6－1－6DY－33电磁式电压继电器的外形图6－1－7DY－30系列电磁式电压继电器内部接线和图形符号

对低电压继电器来说,使继电器动作的最高电压称为动作电压,用Uop表示;使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压称为返回电压,用Ure表示。

电压继电器的返回电压Ure与动作电压Uop之比,称为电压继电器的返回系数,用Kre表示,即

电压继电器的使用要点:

★在取下盖子后,内部有插件,可将电压继电器部分抽出,便于维修电压继电器。

★改变线圈连接方式,当线圈串联时,动作电压将比线圈并联时增大一倍。

★电压继电器是经过电压互感器并联在电力线路上的,其标度盘上标出的示值就是动作电压值。

★电压继电器铭牌的刻度值及额定值是线圈并联时的数值(以V为单位),转动刻度盘上的指针,就可以改变电压继电器的动作电压值。

★电压继电器使用前,需取下外壳,拔出机器,检查有无在运输中产生的损坏,如动片碰到磁板、游丝各圈相碰、动片轴上的摩擦等。检查方法为:将电压继电器的指针整定在第一整定点上,用手将可动系统往磁板方向转动,然后放开,可动系统应当转回到原平衡位置直到止挡,然后进行必要的调整和整定。

(3)电磁式时间继电器。

电磁式时间继电器作为辅助元件,用于各种保护及自动装置线路中,使被控元件达到所需要的延时,在保护装置中用以实现主保护与后备保护的选择性配合。时间继电器的文字符号用KT来表示。

当加电压于线圈两端时,瞬时触点瞬时动作,同时延时机构启动,经过一定的延时,然后闭合滑动延时触点和延时主触点。当线圈断电时,在塔形弹簧的作用下,使铁芯和延时机构返回原位。DS－38时间继电器外形如图6－1－8所示,DS－30系列时间继电器图形符号和内部接线如图6－1－9、图6－1－10所示。图6－1－8DS－38时间继电器外形图6－1－9DS－30系列时间继电器延时闭合触点、延时断开触点的图形符号图6－1－10DS－30系列时间继电器内部接线图图6－1－10DS－30系列时间继电器内部接线图

时间继电器的使用要点:

★在取下盖子后,其内部有插件,可将时间继电器部分抽出,以便维修时间继电器。

★使用者应注意时间继电器的额定工作方式,若将短时工作的时间继电器用于线圈回路长期带电的场合,则时间继电器线圈易过热而损坏。因此,长期工作的时间继电器,应有外附电阻,使用时,应按内部接线图,将Rf正确接入。Rf为长期工作制时间继电器的外附电阻。

(4)电磁式中间继电器。

DZ－200系列中间继电器用于各种保护和自动控制装置中,以增加保护和控制回路的触点数量和触点容量。如DZY－200(DZL－200)系列工作电压为直流电压,DZJ－200系列

为交流电压。

DZY、DZL、DZJ－200系列中间继电器外形及背面视图,如图6－1－11所示,其内部接线和图形符号如图6－1－12所示。图6－1－11DZY、DZL、DZJ－200系列中间继电器外形及背面视图图6－1－12DZY、DZL、DZJ－200系列中间继电器内部接线和图形符号

中间继电器的使用要点:

★在取下盖子后,其内部有插件,可将中间继电器部分抽出,以便维修中间继电器。

★使用中,注意工作电压的极性和规格。

(5)电磁式信号继电器。

信号继电器用来标志保护装置的动作,并同时接通灯光和音响信号回路,发出保护动作信号。信号继电器的文字符号为KS。

DX31、31A、31B型信号继电器分为电压或电流动作式继电器,具有掉牌未复归信号、机械保持、手动复归功能。当该信号继电器线圈通电时,衔铁被吸合,信号钮弹出,同

时其常开触点闭合,但该触点需手动操作复归。

DX－32A型信号继电器分为电压或电流动作式继电器,具有灯光信号、电压保持绕组、电气复归功能。DX－32A、J型和DX－32B、J型继电器,以晶体管(发光二极管)作为

信号指示,当工作线圈通电时,由于保持线圈的作用,触点仍处在工作状态;当保持线圈断电时,继电器则回到起始位置,指示灯灭(白色)。

DX－11型信号继电器的结构与中间继电器相同,但多了信号牌和手动复归旋钮。当信号继电器动作时,信号牌失去支持而掉落,可以从外壳的玻璃小窗中看出红色标志(未掉牌前是白色的)。DX－11型信号继电器具有电磁铁、带公共点的三个常开触点、一个信号牌;DX－11B型信号继电器具有电磁铁、两个常开触点、一个信号牌。DX－11A型信号

继电器为两个常开触点、一个信号牌;DX－11C型信号继电器具有电磁铁、一个常开触点、一个常闭触点、一个信号牌。

信号继电器外形如图6－1－13所示,图形符号如图6－1－14所示,DX－11型信号继电器内部接线如图6－1－15所示,DX－30系列信号继电器内部接线如图6－1－16所示。图6－1－13信号继电器外形图6－1－14图形符号图6－1－15DX－11型信号继电器内部接线图图6－1－16DX－30系列信号继电器内部接线图

(6)感应式电流继电器。

GL－10、GL－20系列反时限过流继电器具有反时限特性,可应用于高压电动机、变压器等主设备以及输配电系统的继电保护回路中。当主设备或输配电系统出现过负荷、短路故障时,该继电器能按预定的时限可靠动作或发出信号,切除故障部分,保证主设备及输配电系统安全。

感应式电流继电器外形及图形符号如图6－1－17所示,感应式电流继电器内部接线如图6－1－18所示。图6－1－17感应式电流继电器外形及图形符号(先合后断转换触点)图6－1－18感应式电流继电器内部接线图

感应式电流继电器的使用要点:

★感应式电流继电器具有若干抽头,用以调整感应元件与电磁元件的动作电流。

★用倍流螺钉改变动铁与导磁铁之间的气隙,调整电磁元件动作电流。

★感应式电流继电器具有调整感应元件动作时间整定值的机构及主触点动作的信号

牌。用手旋转返回机构,可使信号牌返回,并不需取下外壳。

★一般电力部门一旦完成动作电流的整定,电流继电器表壳就铅封。变电站运行单位是不允许打开、调整的。

六、高压进线过流继电保护原理

1.国家标准学习

GB50062—1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定,对3~66kV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。线路的相间短路保护,主要采

用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护,但过电流保护的时限不大于0.5~0.7s时,可不装设瞬动的电流速断保护。

对可能经常过负荷的电缆线路,还应装设线路的过负荷保护,动作于信号;相间短路保护应动作于断路器的跳闸机构,使断路器跳闸,切除短路故障部分。单相接地保护,一般有两种方式:绝缘监视装置,装设在变配电所的高压母线上,动作于信号。有选择性的单相接地保护(零序电流保护),亦动作于信号,但当危及人身和设备安全时,应动作于跳闸机构。

由于一般用户的高压线路不是很长,容量不是很大,因此其继电保护装置通常比较简单。

2.继电保护装置的接线方式

保护装置的接线方式是指启动继电器(电流继电器)与电流互感器之间的连接方式。35kV及以下高压线路的过电流保护装置,通常采用如下接线方式:

(1)两相两继电器式接线。

如图6－1－19所示,这种接线当一次电路发生三相短路或任意两相短路时,至少有一个继电器动作,从而使一次电路的高压断路器跳闸。

为了表征这种接线方式的继电器电流IKA

与电流互感器二次电流I2

间的关系,特引入接线系数Kw:

在一次电路发生任何形式的相间短路时,Kw

=1,即保护灵敏度都相同。但B发生单相接地短路故障时,B相不能反映故障,此接线方式不起保护作用。为了弥补这种接线方

式的不足,线路还需装设单相接地保护装置。图6－1－19两相两继电器接线图

(2)三相完全星形继电器接线。

三相完全星形继电器接线方式,又称为三相三继电器接线,如图6－1－20所示。当发生三相短路时,三相电流互感器二次侧通入经变换的短路电流,再分别通过三个电流继电器线圈,使其动作。当发生两相短路时,与短路相对应的两相中的两个电流互感器二次侧通入经变换的短路电流,并流入电流继电器线圈,使其动作。当发生单相短路时,只有短路相的电流互感器二次侧通入经变换的短路电流,并流入一个电流继电器线圈,使其动作。图6－1－20三相完全星形继电器接线图

3.带时限过流保护

在变电站供配电系统中,当线路发生短路故障时,继电保护装置动作,并以动作时间来保证选择性。带时限过流保护分为定时限和反时限过流保护两种。

定时限过电流保护:动作时间固定不变,与短路电流的大小无关。

反时限过电流保护:动作时间与短路电流大小成反比例关系。

1)定时限过电流保护

两相式定时限过电流保护电路如图6－1－21所示。其中,图6－1－21(a)为归总式电路图,图中每个元件以整体形式绘出;图6－1－21(b)为展开式电路图,图中每个元件的各部分按所属回路分开来表示。图6－1－21两相式定时限过电流保护电路图图6－1－21两相式定时限过电流保护电路图

(1)动作电流的整定。

定时限过电流保护动作电流的整定必须满足下面两个条件:

①线路通过最大负荷电流(包括正常过负荷电流和尖峰电流)时保护装置不应启动,动作电流必须躲过(大于)线路的最大负荷电流IL.max

,即

式中:Iop(1)为保护装置一次动作电流;IL.max

为线路最大负荷电流,一般取(1.5~3)I30,I30为线路的计算电流。

②保护装置的返回电流Ire应该躲过线路的最大负荷电流IL.max,以保证保护装置在外部故障部分切除后,能可靠地返回到原始位置,避免发生误动作,即

式中:Ire(1)

为保护装置一次返回电流。

为说明这一点,现以图6－1－22为例说明。图6－1－22线路过电流保护整定说明图

设保护装置的接线系数为Kw

,定时限过电流保护动作电流的整定公式为

式中:Krel为保护装置的可靠系数,对DL型继电器可取1.2,对GL型继电器可取1.3;Kw为保护装置的接线系数,对两相两继电器接线为1;Ki

为电流互感器的变比;Krel为为保护装置的返回系数;IL.max

为线路的最大负荷电流(含尖峰电流),可取为(1.5~3)I30,I30为线路的计算电流。

(2)动作时限整定。

为了保证前后两级保护装置动作的选择性,过电流保护装置的动作时间(也称动作时限),应按“阶梯原则”进行整定。如图6－1－22所示,前一级保护装置的动作时限t1

应比后一级保护装置动作时限t2

要大一个时间级差Δt,即

(3)定时限过电流保护的灵敏度校验。

根据式(6－1－1),灵敏系数Sp

=Ik.min/Iop(1)。对于线路过电流保护,Ik.min

应取被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流I(2)k.min,而Iop(1)=IopKi/Kw,所以有

若过电流保护作后备保护,则保护灵敏度Sp

≥1.2。

若定时限过电流保护灵敏系数达不到上述要求时,可增设低电压闭锁装置来提高灵敏度。

2)反时限过电流保护

反时限过电流保护是指保护装置的动作时间与短路电流的大小成反比关系,短路电流越大,动作时间越短。

图6－1－23为两相式反时限过电流保护的原理接线图,KA1、KA2为感应型反时限过电流继电器,继电器本身动作带有时限,并有动作及指示信号牌,所以回路不需要时间继电器和信号继电器。图6－1－23两相式反时限过电流保护的原理接线图

3)定时限与反时限过电流保护的比较

(1)定时限过电流保护的优点:动作时间较为准确,容易整定,误差小。其缺点:所用继电器的数目比较多,因此接线较为复杂,需直流操作电源,投资较大。此外,靠近电源处定时限过电流保护动作时间较长,而此时的短路电流又较大,故对设备的危害较大。

(2)反时限过电流保护的优点:继电器的数量大为减少,故其接线简单,只用一套感应型继电器就可实现不带时限的电流速断保护和带时限的过电流保护。由于感应型继电器触点容量大,因此可直接接通断路器的跳闸线圈,而且适于交流操作。其缺点是:动作时间的整定和配合比较麻烦,而且误差较大。

4.电流速断保护

1)装设速断保护的原因

带时限的过电流保护越靠近电源处,动作时限越长,短路电流越大,对电力系统危害越严重。国家规定,当过电流保护的动作时限超过0.5~0.7s时,应装设电流速断保护。

电流速断保护分为无时限电流速断保护和限时电流速断保护两种。

2)无时限电流速断保护

(1)无时限电流速断保护的组成。

无时限电流速断保护,又称为瞬时电流速断保护,也称为第Ⅰ段电流保护。对于采用DL型电流继电器的电力系统,无时限电流速断保护电路的组成是将定时限过流保护中的时间继电器去掉,其余电路组成同定时限过流保护电路。一般线路采用两相两继电器接线方式。

(2)速断电流的整定。

电流速断保护的速断动作电流Iqb应大于所保护线路末端的最大三相短路电流Ik.max。

通过调节保护电路速断电流继电器的动作电流,就可以实现速断动作电流的整定。

速断电流Iqb的整定公式为

式中:Krel

为保护装置的可靠系数,对DL型继电器可取1.2~1.3,对GL型继电器可取1.4~1.5;Kw

为保护装置的接线系数,对两相两继电器接线系数为1;Ki为电流互感器的

变比;Ik.max为线路末端最大三相短路电流。

(3)电流速断保护原理。

因为电流速断保护动作电流Iqb应躲过所保护线路WL末端的三相短路电流Ik.max,所以,在线路WL的末端上有一段不保护区域,称为死区。电流速断保护区与死区分析如图

6－1－24所示。

由此可以看出,无时限电流速断保护不能保护线路全长,有一段不保护区———死区。电流速断保护虽然短路时动作快,但在保护线路末端区域有不保护区,因此,无时限电流速断保护在线路保护中不能保护线路全长,不能单独使用。图6－1－24电流速断保护保护区与死区分析

3)限时电流速断保护

为了弥补无时限电流速断保护在线路保护中不能保护线路全长的问题,线路保护装置还必须装设一段带时限电流速断保护装置,以切除在无时限电流速断保护死区的短路故障。这种带一定延时、用于解决无时限电流速断保护线路末端死区问题的保护装置,称为限时电流速断保护(也称为第II段电流保护)。

(1)限时电流速断保护的组成。

限时电流速断保护装置的原理接线图与定时限过流保护相同,即与图6－1－21电路图相同,但图中的电流继电器、时间继电器的整定值不同。

(2)限时电流速断保护的动作电流和时间整定。

限时电流速断保护动作电流的整定分析图,如图6－1－25所示。Ⅰ为无时限电流速断保护,Ⅱ为限时电流速断保护,动作电流分别是Iqb(0)、Iqb(t)

。若某变电所线路WL1的限时电流速断保护Ⅱ,要求其能保护线路WL1全长,则其保护范围必须延长到线路WL2。为了满足选择性要求,又要动作时间快,其动作电流应大于相邻线路WL2的电流速断动作

电流,这样便能不超出相邻线路的电流速断保护范围。因此,线路WL1限时电流速断保护的动作电流应为6－1－25限时电流速断保护动作电流的整定分析图

因此,线路WL1限时电流速断保护的动作电流应为

(3)灵敏度校验。

为了保护线路全长,限时电流速断保护必须工作在系统最小运行方式下,其线路末端发生两相短路时,灵敏度不小于1.25,即

当灵敏度不满足要求时,可以降低动作电流,且动作电流应躲过临近下一级线路限时电流速断保护的动作电流。为了保证选择性,动作时限要比临近下一级线路的限时电流速

断保护的动作时限长一个Δt。

4)三段式电流保护

三段式电流保护是指无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保护相配合,组成一套完整的三段式电流保护。无时限电流速断保护作为第Ⅰ段电流保护,但它只

能保护线路的一部分,限时电流速断保护作为第Ⅱ段电流保护,虽能保护全长,但不能作为下一段线路的后备保护和本线路的后备保护。由此可见,无时限电流速断保护(第Ⅰ段电流保护)、限时电流速断保护(第Ⅱ段电流保护)构成线路的主保护,而定时限过流保护可以作为第Ⅲ段电流保护,以实现本线路的近后备和下一线路的远后备保护。

5)两段式电流保护(无时限电流速断、定时限过流保护)的电路原理分析

无时限电流速断与定时限配合使用电路如图6－1－26所示。

同理,若在速断保护死区内发生两相短路,请自行分析上述电路的控制原理。图6－1－26无时限电流速断与定时限过流保护配合使用电路图

归纳总结:

★无时限电流速断保护不能保护线路全长,有一段不保护区域———死区。

★无时限电流速断保护不能单独使用,必须与限时电流速断保护配合使用。在速断保护区内发生的三相短路,以无时限电流速断保护(第Ⅰ段电流保护)作为主保护;在速断保

护死区内发生的三相短路,以带延时的限时电流速断保护(第Ⅱ段电流保护)为主保护。无时限电流速断保护(第Ⅰ段电流保护)、限时电流速断保护(第Ⅱ段电流保护)构成线路的主保护。

★当本级线路(或下一级)无时限电流速断保护(第Ⅰ段电流保护)动作失灵时,由定限时电流速断保护(第Ⅱ段电流保护)作为其后备保护。

训练项目7高压线路过流保护电路的接线与调试

一、项目描述(1)如图7－1、图7－2所示,在供配电实操系统上,根据模拟负载给定值,完成高压进线柜定时限、速断过流保护电路的实操训练,并观测电流继电器、时间继电器、信号继电器及中央信号屏的动作现象,记录动作电流与动作时限值。图7－1定时限过流保护电路图7－2电流速断与定时限配合的两段过流保护电路

(2)在继电保护综合实训设备上,根据图7－1、图7－2所示的电路图,完成接线、动作参数的整定与调试任务,并记录动作电流与动作时限值。

(3)完成训练项目的自我评价与总结报告。

二、教学目标

(1)能够识读定时限过流保护原理图、电流速断与定时限配合的两段过流保护原理图。

(2)能够认识高压开关柜过流保护电路的实物器件。

(3)能够看图接线、调试,调整过流保护动作参数,并能排查故障。

(4)具备团结协作精神与语言表达能力。

三、学时与教学实施

4学时;教学采用教、实操、做一体,学生分小组展开动手实践教学过程。

四、训练设备

两段过流保护电路所需元件组装模块、供配电实训装置、电源总控柜、直流屏控制装置、继电保护校验仪、模拟断路器、负载柜等。

五、项目评价标准

任务6-2电压互感器柜(PT柜)绝缘监测电路的接线与调试

一、电压互感器(PT)柜器件的认识与PT柜的作用

(1)图6－2－1(a)、图6－2－1(b)分别是固定式开关柜和手车式开关柜,图中的4#PT柜为电压互感器(PT)柜。请用前面所学知识,回答PT柜中有哪些高压器件?有何作用?图6－2－1电压互感器(PT)柜的认识图

(2)电压互感器是何种方式接线?

通过思考,图6－2－1(a)中有:高压隔离开关、高压熔断器、电压互感器、避雷器和带电显示器。

图6－2－1(b)中有:高压熔断器、电压互感器、避雷器和带电显示器。

电压互感器二次接线采用Y0/Y0

/开口三角形方式,其二次回路所接电路为绝缘监视电路。当电缆线或架空线路发生单相接地故障时,变电室的电压互感器(PT)柜中装设的绝

缘监视电路动作,只发出报警信号,高压断路器不跳闸;同时PT柜还监测运行线路的电压。这就是PT柜的作用。

二、电力系统中性点的运行方式及特点

电力系统的中性点是指星形接线的发电机或变压器的中性点。电力系统中性点有三种运行方式:中性点不接地、中性点经消弧线圈或阻抗接地、中性点直接接地,如图6－2－2

所示。图6－2－2电力系统运行方式

中性点不接地系统、中性点经消弧线圈或阻抗接地系统,总称为小电流接地系统。中性点直接接地系统称为大电流接地系统。中性点运行方式的不同选择,取决于发生单相接地故障时的电力系统供电的可靠性和线路上电气设备的绝缘要求。

1.中性点不接地电力系统

1)系统正常运行的情况

在中性点不接地电力系统中,若高压线路采用架空线路输电,由于三相线路的相与相之间、相与地之间存在着分布电容,相与相之间的分布电容可忽略不计,则每一相与地的

分布电容分析时可视为相等,每一相对地分布电容可以用集中电容C来表示,如图6－2－3所示。图6－2－3中性点不接地电力系统

XC为相对地电容的容抗,则

即相对地电容电流也对称,故没有电流在大地中流动。

2)系统发生单相接地故障

假设C相发生接地故障,如图6－2－4所示。图6－2－4发生单相接地故障的中性点不接地系统

可得到下列结论:

(1)当发生C相单相接地故障时,故障相对地电压为0,正常相对地电压升为线电压。

(2)相对地电压不对称,即

(3)相对地的电容电流也不对称,有单相接地电流在大地中流动。

工程中,单相接地电容电流̇IC

通常用经验公式来计算:

式中:IC为单相接地电容电流,单位为A;UN

为电网额定电压,单位为kV;LJK为与UN

连接的架空线的长度,单位为km;LDL为与UN

连接的电缆线的长度,单位为km。

上述系统,虽然发生单相接地故障,但线路的三相电压没有改变,属于正常的输电电压。因此,不影响三相电路的正常输电和电能的使用。所以电力系统中性点不接地系统,发生单相接地故障时,不需要停电,且高压断路器也不需要跳闸。

为了监控单相接地故障,使变电站的值班人员及时发现和处理接地故障,中性点不接地电力系统,还需要装设绝缘监测装置或单相接地保护装置,绝缘监测装置动作于报警,单相接地保护装置动作于高压断路器跳闸,切除故障。

中性点不接地电力系统的运行方式适用于10kV系统、部分35kV系统。

2.中性点经消弧线圈接地电力系统

1)中性点经消弧线圈接地电力系统的适用条件

当10kV系统中单相接地电容电流大于30A,35kV系统中单相接地电容电流大于10A时,可采用中性点经消弧线圈或阻抗接地方式。

2)消弧线圈的消弧原理

消弧线圈是一个可调的铁芯电感线圈,阻值很小,感抗很大。中性点经消弧线圈接地电力系统如图6－2－5所示。图6－2－5中性点经消弧线圈接地电力系统

3)当发生单相接地故障时的电压

中性点经消弧线圈接地电力系统同中性点不接地电力系统。

故障相对地电压为零;另两相对地电压升高为线电压(3倍的相电压);线路的三个线电压不变;电力运行规程规定可运行2个小时;工程上计算单相接地电容电流也同中性点不接地电力系统。

4)系统正常运行的情况

系统正常运行时,由于三相系统是对称的,三相电流也是对称的,即

故中性点电流为零,消弧线圈中没有电流流过(相当于中性点不接地电力系统)。

相对地电压也对称,即

3.中性点直接接地电力系统

1)中性点直接接地电力系统的适用条件

110kV及以上高压、超高压(330kV及以上,1000kV以下)电力系统中性点采用直接接地方式;220V/380V低压配电系统也可采用中性点直接接地方式。

2)中性点直接接地电力系统

中性点直接接地电力系统如图6－2－6所示。图6－2－6中性点直接接地电力系统

3)220V/380V低压配电系统中性点接地形式

220V/380V低压配电系统中性点接地形式分为TN、TT、IT系统。

(1)TN系统。

TN系统是220V/380V低压配电系统电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统,这种系统也称作接零保护系统。TN系统引出中性线(N

线)、保护线(PE线)或保护中性线(PEN线),属于低压三相四线制(三相五线制)配电系统,它是我国低压配电系统广泛采用的运行方式。通常将电源中性点的接地叫做工作接地,而设备外露可导电部分的接地叫做保护接地。

在TN系统中,当用电设备发生(相与金属外壳接地)单相接地故障时,会形成单相短路回路,使得低压保护装置动作,切除故障,防止人身触电事故发生。

TN系统又分为TNC、TNS、TNCS系统。低压配电TN系统如图6－2－7所示。

保护线(PE线):也就是我们所说的地线,用于将电气装置外露导电部分接地的导体。

我国规定PE线为绿黄相间双色线。

中性线(N线):发电机、变压器等电源的绕组作星形连接,并从绕组的中性点引出的线。图6－2－7低压配电TN系统图6－2－7低压配电TN系统图6－2－7低压配电TN系统

保护中性线(PEN线):具有PE线和N线作用,即保护接零。PEN线,我国通称零线。

①TNC系统。TNC系统如图627(a)所示。这个系统的N线和PE线合用一根导线———保护中性线(PEN线)。所有设备外露可导部分(如金属外壳)均与PEN线连接,当三相负荷不平衡或只有单相用电设备时,PEN线有不平衡电流通过。

TNC系统特点如下:

※当设备外壳带电时,接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流,即产生单相对地短路故障,此时熔丝会熔断或自动开关跳闸,从而使故障设备断电,保证系统的安全。

※若三相负载不平衡,工作零线上有不平衡电流,则与保护线所连接的电器设备金属外壳有一定的电压。

※TNC系统只适用于三相负载基本平衡的情况。

②TNS系统。TN－S系统如图6－2－7(b)所示。这个系统所有用电设备外露可导电部分可通过公共的PE线连接到电源中性点,与系统中性点共用接地体,而不是连接到

自己专用的接地体。TN－S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后,不能再有任何电气连接。

TN－S系统特点如下:

※系统正常运行时,专用保护线(PE线)上没有电流,对接在PE线上的其他用电设备不会产生电磁干扰。由于PE线对地没有电压,电气设备金属外壳的接零保护是接在专用

的保护线(PE线)上,因此安全可靠。

※工作零线(中性点接地,称为工作零线)上有不平衡电流,N线断线也不会影响PE线的作用,工作零线只用作单相照明负载回路。

※TNS系统供电干线上可以安装漏电保护器。若设备发生一相外壳故障(单相接地),则PE线的其他设备外露可导部分带电,装设的漏电保护器动作,从而切除故障。

③TNC－S系统。TNC－S系统如图6－2－7(c)所示。这种系统前面为TN－C系统,后面为TN－S系统,它兼有TN－C系统和TN－S系统的优点。在建筑施工临时供电

中,如果前部分是TN－C方式供电,而施工规范规定,施工现场必须采用TN－S方式供电系统,则可以在虚线后段采用施工用电配电箱分出PE线。

TN－C－S系统特点如下:

※兼有TN－C系统和TN－S系统的优点。

※适用于配电系统末端环境条件较差、无电磁干扰的数据处理或精密检测设备的场所。

(2)TT系统。

低压配电TT系统如图6－2－8所示。TT系统也属于中性点直接接地系统,即电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分都有各自独立的接地装置,也可以若干设备共用一个接地装置。图6－2－8低压配电TT系统

TT系统特点如下:

※共用接地线与工作零线没有电的联系。

※正常运行时,工作零线可以有电流,而专用保护线(PE线)没有电流。

※接地装置耗用钢材多、费料,投资大,因此TT系统难以推广。

(3)IT系统。

IT系统如图6－2－9所示。IT系统属于中性点不接地系统或经过阻抗接地,设备有各自独立的保护接地装置。该系统没有中性线,不能接入相电压为220V的单相用电设备。图6－2－9低压配电IT系统

IT系统特点如下:

※设备漏电,使设备外壳带电,即发生单相接地故障时,漏电电流经大地形成架路,线路的保护装置不跳闸,但要发出报警信号。

※由于单相对地故障时的漏电流小,不会破坏电源电压的平衡,故三相线电压没有受影响,380V线电压设备可正常使用。因此,在供电距离不是很长时,IT系统比电源中性

点接地系统的供电可靠性高、安全性好。

※适用于对供电可靠性要求较高、易燃易爆危险的场所,如矿山、井下场所的供电。

三、PT柜单线接地绝缘监测电路

1.故障案例

当10kV小电流接地系统发生单相接地故障时,接地相对地电压降为0,非接地相对地电压升为线电压。这样在线路绝缘薄弱地方将引起击穿,进而造成相间短路,不利于安全运行,因此装设绝缘监测电路,做到故障提前预警与及时处理。

2.单相接地绝缘监测电路的作用

单相接地绝缘监测电路的作用,就是监测系统相对地的绝缘状况。当发生单相接地故障,或电气设备对地绝缘能力降低到一定值时,绝缘监测电路发出预告信号,通知运行值班人员采取措施,以保证安全运行。

图6－2－10(a)和图6－2－10(b)所示分别为目前我国使用的固定式和手车式电压互感器柜的两种主接线图。现以固定式PT柜中的电压互感器二次接线为分析电路,图6－2－11所示为单相接地绝缘监测电路图,TV为电压互感器,其采用Y0/Y0/开口三角形接线方式。图6－2－10电压互感器柜(PT柜)图6－2－11单相接地绝缘监测电路图

3.系统正常运行

假设电源为中性点不接地系统,若系统正常运行,即无单相接地故障,从前面所学的中性点不接地系统可以得出:因为发电厂发出的电能是对称的三相交流电,所以高压线路一次

相电压对称,即

则电压互感器二次侧相电压也对称,即相电压大小相等,其相量和为零,且相量互差120°。所以,

由此得出:

(1)相对地三个电压表测量的电压均相等;

(2)电压互感器TV呈开口三角形连接的二次绕组线圈感应出的相电压的相量和为0,即过电压继电器线圈没有电压输出(实际上存在不平衡电压,只是电压较

小),也就是开口三角形两端电压接近于零,所以过电压继电器不动作。三个电压表PV指示为线路的相电压。

4.高压线路发生单相接地故障

当高压线路发生单相接地故障时,故障相对地电压为零,其相对地电压表指示为0;其他正常两相对地电压升高为线电压,即升高为相电压的倍,正常相对地电压表显示线电压值。通过电压表显示值,就可以判断出哪一相发生了单相接地故障,即若相电压表指示为0相,则发生了单相接地故障。同时,由于发生了单相接地故障,高压一次侧相电压不对称,电

压互感器的二次侧感应出的相电压也不对称,也产生一个不平衡电压。故在开口三角形处会现出大约100V的零序电压,使得过电压继电器KV动作,KV的常开触点闭合,接通信号继电器KS线圈,KS常开触点闭合,接通报警的灯光和音响信号。

这种保护装置虽然简单,且能给出故障信号,但没有选择性,即不能指示哪一回线路发生故障,且故障线路只能采用依次断开各回路的方法寻找。因此,这种监视装置只适用于出

线不多且允许短时停电的中小型变电所。

训练项目8电压互感器柜(PT柜)绝缘监测电路的接线与调试

一、项目描述(1)如图8－1所示,在供配电实操系统4#屏上,通过模拟负载柜给定单相接地故障信号,观察4#屏PT柜的绝缘监测电路动作原理与现象,记录相对地电压表指示值。(2)在继电保护综合实训设备上,根据图8－1所示电路图,完成接线与调试任务。(3)完成训练项目的自我评价与总结报告。图8－1PT柜绝缘监测电路的继电保护电气控制原理图

二、教学目标

(1)能够识读PT柜绝缘监测电路的继电保护电气控制原理图,并判断接地相。

(2)能够识别PT柜绝缘监测电路的元器件。

(3)当中性点不接地系统发生单相接地故障时,具有绝缘监测电路动作原理分析能力。

(4)能够看图正确接线并调试,且具备排查故障能力。

(5)具备团结协作精神与语言表达能力。

三、学时与教学实施

2学时;教学采用教、实操、做一体,学生分小组展开动手实践教学。

四、训练设备

绝缘监测电路所需元件组装模块、供配电实训装置、电源总控柜、直流屏控制装置、继电保护校验仪、模拟断路器、负载柜等。

五、项目评价标准

任务6－3计量柜的电气测量仪表

一、变配电装置电气测量仪表的配置根据国家标准有关规定,供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下:(1)工厂的电源进线上,必须装设计费的有功电能表和无功电能表,并采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷电流,进线上还应装设一个电流表。

(2)配电所的每段母线上,必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的系统中,各段母线上还应装设绝缘监视装置。

(3)在高压配电线路上,应装设一个电流表。如需电能计量,还应装设一个三相有功电能表、一个三相无功电能表,如图6－3－1所示。

(4)降压变压器高、低压侧应装设电流表,高压侧还应装设有功电能表和无功电能表各一个。低压侧若为三相四线制,则各相都应装设电流表。

(5)低压配电线路分为平衡的三相动力配电和照明不平衡配电线路。若是三相平衡的低压动力线路,则应装设一个电流表和一个单相有功电能表,电能表的总计要按照实际单

相显示计度的3倍进行计算。若为低压照明或三相不平衡负荷的线路,则应装设三个电流表和一个三相四线有功电能表。

(6)并联补偿电容器回路,应装设三个电流表,实时监控三相负荷是否平衡。

二、变电所高压计量柜装设电气测量仪表

变电所计量柜分为电源进线高压计量柜和降压变电所低压侧电能的计量。在工厂变电所电源进线处要装设计量柜,其作用是可作为三相有功和无功电能表的计费用。计量柜中

有一个三相有功电能表、一个无功电能表和一个电流表。

图6－3－1(a)和图6－3－1(b)分别为固定式、手车式高压计量柜的一次和二次接线电路。手车式高压计量柜计费有功和无功电能表装在手车式高压计量柜的上部继电器室内,电压互感器二次回路是通过手车上的二次插头引至端子排,再接电能表的。图6－3－110kV高压线路电气测量仪表电路图图6－3－110kV高压线路电气测量仪表电路图

三、220V/380V照明线路装设的电气测量仪表

图6－3－2所示为220V/380V照明线路测量仪表电路图。若是三相平衡的低压动力线路,则应装设一个电流表和一个单相有功电能表。电流表显示低压动力线路电流的变化

情况;单相有功电能表,显示计量所耗用的电能情况,只是实际电能的总计要按照单相电能表实际显示的计度3倍进行合计。若为低压照明或三相不平衡负荷的线路,则应装设三个电流表和一个三相四线有功电能表。三个电流表分别测试各相电流的变化情况;三相四线有功电能表显示计量所耗用的电能情况。图6－3－2220V/380V照明线路测量仪表电路图

任务6－4零序电流保护

一、零序电流保护电路的组成1.零序电流保护电路的适用条件零序电流保护电路适用于监视小接地电流系统的对地绝缘,它能从各条线路的接地保护信号中,准确判断出发生单相接地故障的线路,故称为有选择性的单相接地保护电路,又称零序电流保护,适用于高压电缆出线较多的供电系统,可以装设在高压进线柜或出线柜中。图6－4－1所示为高压出线柜中零序电流保护电路图。图6－4－1高压出线柜中零序电流保护电路图

2.零序电流保护电路的组成

零序电流保护一般装在高压出线柜,且是电缆出线。零序电流保护电路是由零序电流继电器KA及信号回路等组成的。零序电流互感器TA0为单匝穿心式电流互感器,安装在

高压开关柜下部电缆室电缆的进出线位置,套在电缆头下部即可,但要注意电缆头的接地线,一定要和电缆一起穿过零序电流互感器后,再接地。图6－4－2所示为电力电缆穿过零序电流互感器的接地方式。图6－4－2电力电缆穿过零序电流互感器的接地方式

二、原理分析

在线路与电气设备正常的情况下,三相电流平衡,其相量和等于零,因此,零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出,零序电流继电器KA不动作。

当电缆线发生单相接地故障时,三相电流不平衡,其相量和不为零,即产生零序故障电流,使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通,零序电流互感器的二次侧感应出接地零序电流,使零序电流继电器KA动作,接通信号(或跳闸)回路,发出接地报警信号或跳闸。

零序电流保护电路可以与继电保护装置或信号配合使用,使保护装置动作,实现保护或监控。实际中,工厂变电所的高压出线柜一般要装设微机综合保护装置。通过设置微机综合保护装置的零序电流设定值,并用零序电流互感器采集零序电流,在人体触电或者其他漏电情况下,三相电流不平衡,即其相量和不为零时,零序电流互感器有零序电流,若零序电流超过微机综合保护设定值,则微机综合保护动作于跳闸。

三、单相接地保护动作电流的整定

零序电流一般按照选择性要求进行整定,当其他线路发生单相接地故障时,对于完好线路,其零序电流保护不能动作。所以,零序电流保护的动作电流,应躲过其他线路上发生的单相接地,并在本线路上引起电容电流,即

式中:Iop(E)为零序电流保护的动作电流;IC

为其他线路发生单相接地时,在被保护线路上产生的电容电流;Krel为可靠系数;Ki

为零序电流互感器的变流比。

若保护装置不带时限,则Krel为取4~5;若保护装置带时限,则Krel为取1.5~2,这时零序电流保护的动作时间应比相间短路过流保护动作时间大一个Δt,以保证动作的选择性。

四、单相接地保护的灵敏度

单相接地保护的灵敏度,应通过被保护线路末端发生单相接地故障时流过接地线的不平衡电容电流来检验,即

式中:IC.Σ

和IC

均按照式(621)计算,L对IC.Σ

取该线路同一电压级的有电联系的所有线路总长度,而计算IC

时另取本线路的长度;Ki

为零序电流互感器的变流比;一般要求Sp

不低于1.5。

任务6－5变压器保护柜的安装、调试

一、变压器装设保护装置的条件按照GB/T50062—2008规定,电压为3~110kV,容量为63MV·A及以下的电力变压器,应装设相应的保护装置,具体有:

(1)气体保护(瓦斯保护):它能反映(油浸式)变压器油箱内部故障和油面降低,瞬时动作于信号或跳闸。容量为800kV·A及以上的油浸式变压器,或容量在400kV·A及

以上的车间内油浸式变压器,按规定应装设气体保护(瓦斯保护),轻瓦斯动作于信号,重瓦斯动作于跳闸。

(2)纵差保护:它能反映变压器内部匝间短路和绕组相间短路、变压器引出线的相间短路、接地(相与外壳)短路,瞬时动作于跳闸。对于高压侧为35kV及以上的工厂总降变电所主变压器,当容量在10000kV·A及以上单台运行,或容量在6300kV·A及以上并列运行时,应装设纵差保护。

(3)电流速断、带时限保护:它能反映变压器内部故障和引出线的相间短路,瞬时动作于跳闸。对于高压侧为6~10kV的车间变电所主变压器,一般装设带时限过流保护,当动作时间超过0.7s时,还应装设电流速断保护。对于高压侧35kV及以上的工厂总降变电所主变压器,应装设电流速断保护、带时限过流保护和瓦斯保护。

(4)过负荷保护:它能反映过负荷而引起的过电流,一般作用于信号。对可能过负荷的变压器还应装设过负荷保护。

(5)零序电流保护:110kV及以上中性点直接接地系统,需装设零序电流保护。

二、工厂变电所变压器保护柜一次接线

变压器保护柜一次接线如图6－5－1所示,图6－5－1(a)中有高压断路器QF2、电流互感器TA1,实现变压器高压侧相间短路保护;避雷器FV实现过电压保护;接地刀D实

现检修时接地保护;零序电流互感器TA0实现单相接地保护;带电显示器CG。图6－5－1(b)电路保护设置与图6－5－1(a)均一样,只是多了个上隔离开关QS1。图6－5－1变压器保护柜一次接线图

三、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护

1.变压器的过电流保护与动作参数的整定

变压器过电流保护的组成和原理与电力线路的过电流保护完全相同。图6－5－2所示为变压器的定时限、电流速断和过负荷保护电路图,图中继电器均为电磁式继电器,原理

分析同高压线路过电流保护电路。图6－5－2变压器的定时限、电流速断和过负荷保护电路图

2.变压器的电流速断保护

当变压器的过电流保护动作时限大于0.5s时,必须装设电流速断保护。变压器电流速断保护的组成、原理分析也与电力线路的电流速断保护完全相同。

变压器电流速断保护的动作电流(速断电流)的整定计算公式,也与电力线路的电流速断保护基本相同,只是Ik.max应取低压母线三相短路电流周期分量的有效值换算到高压侧的电流值,即变压器电流速断保护的动作电流按躲过低压母线三相短路电流来整定。

变压器速断保护的灵敏度,按变压器高压侧在系统最小运行方式时发生两相短路的短路电流Ik

(2)来校验,要求Sp≥1.5。

变压器的电流速断保护,与电力线路的电流速断保护一样也有死区。弥补死区的措施,也是配备带时限的过电流保护。考虑到变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁涌流,为避免速断保护误动作,可在速断保护整定后,将变压器空载试运行若干次,以检验速断保护是否会误动作。根据经验,当速断保护的一次动作电流比变压器的额定一次电流大2~3倍时,速断保护一般能躲过励磁涌流,不会误动作。

3.变压器的过负荷保护

变压器的过负荷保护是用来反映变压器正常运行时出现的过负荷情况,只在变压器确有过负荷可能的情况下才予以装设,一般动作于信号。若运行中的变压器过负荷,则过负荷继电器KA5动作,常开触点闭合,时间继电器KT2的线圈得电,经过延时,其常开延时触点闭合,使得信号继电器KS3上的线圈得电,接通过负荷报警电路,发过负荷报警信号。

变压器过负荷保护的动作电流按照躲过变压器一次侧额定电流IT.N1

来整定,其计算公式为

式中:Ki为电流互感器的电流比;动作时间一般取10~15s。

四、变压器气体保护(瓦斯保护)

1.变压器油箱内部故障

变压器油箱内部故障有:

(1)绕组故障:绕组匝间短路、相间短路、相与外壳短路(变压器油不绝缘)。

(2)铁芯故障:硅钢片之间短路。

(3)油箱故障:漏油、油不绝缘。

2.气体保护

变压器油箱内部故障,会使变压器温度升高,其内油膨胀,甚至沸腾,油分解会产生气体,该气体为瓦斯气体;短路产生的电弧也将使绝缘材料分解,产生大量的气体,这种气体也称为瓦斯气体。故障程度越严重,产生的瓦斯气体越多,气体的流速也就越快,且气流中还夹杂着变压器油冲向油枕上部。气体保护就是利用变压器油受热分解所产生的气流和油流来动作的一种保护装置。

气体保护(瓦斯保护)就是油浸式变压器内部故障的一种基本、灵敏的保护,气体保护的主要元件是气体继电器,它装在变压器的油箱和油枕之间的连通管上,如图6－5－3所示。图6－5－3气体(瓦斯)继电器在变压器上的安装图

3.气体保护原理

气体保护包括轻瓦斯和重瓦斯保护,它是用来反映变压器油箱内部各种短路及油面降低等故障的,轻瓦斯动作于信号,重瓦斯动作于高压断路器跳闸。气体保护的主要元件是

瓦斯继电器,其型号和种类较多。现以EMB德国生产的双浮子瓦斯继电器来说明其动作原理,其外形图如图6－5－4所示,结构图如图6－5－5所示。图6－5－4法兰盘和螺纹连接的双浮子瓦斯继电器外形图图6－5－5双浮子瓦斯继电器结构图

当故障比较轻微时,产生的气体比较少,这些气体上升并汇集在瓦斯继电器内挤压变压器油,迫使瓦斯继电器内部油面下降,导致原漂浮于油面的上浮子1也随之下降,通过

浮子的运动,带动上开关系统磁开关管3闭合,接通轻瓦斯报警电路。此时,下浮子不受影响,一定量的气体可以通过连通管向油枕流动。这就是轻瓦斯动作情况,如图6－5－6(a)所示。

当变压器油箱发生严重故障时,会在短时间内产生大量气体,形成快速而猛烈的上升气流,变压器油箱内部的气压、油压产生巨变,同时强大油流会冲击瓦斯继电器的挡板6,

挡板顺着压力气流波的方向运动,带动下开关系统磁开关管3a闭合,接通跳闸回路。这就是重瓦斯动作情况,如图6－5－6(b)所示。

当变压器油箱内部漏油时,先是上浮子1随着油面下降,并通过上浮子的运动,带动上开关系统磁开关管3闭合,接通轻瓦斯报警电路;接着油面继续下降,下浮子1a也随之下降,通过下浮子的运动,带动下开关系统磁开关管3a闭合,接通跳闸回路。这就是漏油时的情况,如图6－5－6(c)所示。图6－5－6瓦斯继电器动作说明图

瓦斯保护原理电路如图6－5－7所示。若为轻瓦斯故障,则瓦斯继电器KG的上面触点闭合,接通轻瓦斯信号电路,发出轻瓦斯报警信号。若为重瓦斯故障,则瓦斯继电器KG

的下面触点闭合,控制回路为:直流控制电源的正极“+”———信号继电器KS———连接片XB———中间继电器KM———负极“—”,这样信号继电器KS得电,其常开触点闭合,接通重瓦斯报警电路,发出重瓦斯报警信号;同时中间继电器KM的两对常开触点闭合,接通跳闸线圈YR1、YR2,使得变压器两侧的高压断路器QF1、QF2跳闸。图6－5－7瓦斯保护原理电路图

4.变压器低压侧的单相短路保护

低压侧装设三相均带过电流脱扣器的低压断路器,既作低压侧的主开关,又用来保护低压侧的相间短路和单相短路。这种措施在低压配电保护电路中得到广泛的应用。

5.大电流接地系统零序电流保护

大电流接地系统零序电流保护电路,如图6－5－8所示。图6－5－8大电流接地系统零序电流保护电路

正常情况下,三相电流平衡,零序电流继电器TA没有电流通过,零序电流保护不动作。当出现零序电流,且它大于保护的动作电流时,电流继电器TA动作,经时间继电器KT延时后,使变压器两侧的高压断路器断开。

6.变压器的纵差保护

前面主要介绍了变压器的过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护。过电流保护的动作时限较长;电流速断保护由于“死区”的影响使保护范围受到限制;瓦斯保护只能反映变压器内部故障,不能反映变压器绝缘套管和引出线的故障。

变压器的纵差保护反映的是一、二次电流之差,它是一种动作迅速、灵敏性高的保护装置,可作为大容量变压器内部发生绕组相间短路、绕组匝间短路,或高低压引出线和绝

缘套管相间短路时最有效的保护措施。

1)变压器纵差保护范围

变压器纵差保护单相电路图如图6－5－9所示,其纵差保护范围为变压器一、二次侧所装设的两个电流互感器TA1、TA2之间的区域。图6－5－9变压器纵差保护单相电路图

2)变压器纵差保护工作原理

如图6－5－9所示,将变压器一、二次侧的两个电流互感器TA1、TA2的同极性串联起来,使差动继电器KD跨接在两连线之间,于是流入差动继电器的电流iKD=i1″-i2″,即为变压器一、二次侧电流互感器的二次电流之差。

(1)在变压器正常运行或纵差保护的保护区外k-1点发生短路时,电流互感器TA1、TA2的二次测电流分别为i1

″、i2″,流入差动继电器KD的电流iKD=i1

″-i2″,若合理选择电流互感器TA1、TA2的电流比,则可以使i1

″≈i2″,这样流入差动继电器KD的电流iKD=i1″-i2″≈0,因此差动继电器KD不动作。

(2)在纵差保护的保护区内k-2点发生短路时,i2″=0,所以iKD=i1″,i1″为短路电流反映到电流互感器二次侧的电流,此值较大,超过差动继电器KD整定的动作电流值,使KD动作,然后通过出口中间继电器KM,使高压断路器QF1、QF2同时跳闸,故障变压器退出,切除短路故障部分,同时由信号继电器发出信号。

五、小结

变压器正常工作或保护区域之外故障时,流入差动继电器的电流为两个电流互感器的电流之差,若合理选择两侧电流互感器的电流比,则该电流差数值很小,小于差动继电器的动作电流,故差动继电器不动作。在保护范围内发生故障,流入差动继电器的电流大于其动作电流,差动保护动作于跳闸。因此它不需要与相邻元件的保护在整定值和动作时间上配合,可以构成无延时速断保护,其保护范围包括变压器绕组内部两侧绝缘套管和引出线上所出现的各种短路故障。

任务6－6高压电动机保护柜的装配与调试

一、高压电动机保护装设的条件高压电动机保护装设的条件有:(1)电动机定子绕组相间短路故障。(2)电动机定子绕组单相接地(碰壳)故障。(3)电动机过负荷运行状态。(4)低电压保护。

二、高压电动机保护柜器件认识

高压电动机保护柜一次电路如图6－6－1所示。图6－6－1(a)为高压电动机速断保护一次接线。(b)图为高压电动机差动保护一次接线。图6－6－1高压电动机保护柜一次电路图

三、高压电动机速断保护

高压电动机速断保护的两相两继电器接线电路如图6－6－2所示。原理分析同高压线路的过流保护电路,不同的是电动机速断保护没有死区,这是因为电动机速断保护动作电流整定与高压线路的不同。图6－6－2电动机速断保护的两相两继电器接线电路

高压电动机速断保护的动作电流(速断电流)Iqb,应躲过电动机的最大启动电流Ist.max

,整定计算的公式为．

式中:Krel为保护装置的可靠系数,采用DL型电流继电器时取1.4~1.6;Kw为接线系数,对于两相两继电器接线取1;Ki为电流互感器的电流比。

电流速断保护的灵敏度校验可按下式:

式中:I(2)k.min为系统最小运行方式下,电动机端子处的最小两相短路电流。

四、高压电动机差动保护

差动保护是反映高压电动机绕组和引出线相间短路故障的,保护动作于高压断路器跳闸。差动保护作为主保护,在10kV小接地电流系统中,常采用两相两继电器式接线,其保护灵敏度较高;过流继电器KA采用DL型电流继电器,如图6－6－3所示。图6－6－3DL型电流继电器组成高压电动机差动保护电路

1.保护范围

高压电动机差动保护范围是高压电动机两侧的两组电流互感器TA1、TA2与TA3、TA4之间的区域。当保护区域发生高压电动机外接端子、电动机绕组相间短路或单相接地故障时,差动保护将瞬时动作,使高压断路器QF跳闸。

2.保护原理分析

若高压电动机正常运行,由图6－6－3可以看出,电流互感器TA1、TA3的二次侧电流分别为i1、i3,均为正常电流,并且相等,即根据基尔霍夫电流定律,A相电流继电器

KA1线圈的电流iKA1=i1-i3=0,所以,过电流继电器KA1不动作。同理,接在C相差流回路的过电流继电器KA2也不动作。

当在保护区范围内,假设A、B相发生短路故障,电流互感器TA3的二次侧电流i3

=0,电流互感器TA1的二次侧电流i1为两相短路电流,则A相电流继电器KA1线圈的电流iKA1=i1

-i3=i1

(故障电流)。由于故障电流i1较大,达到电流继电器KA1的动作电流值,故KA1动作,KA1常开触点闭合,接通中间继电器KM线圈,KM的常开触点闭合,接通信号继电器KS线圈和跳闸线圈YR,KS的常开