工廠供配電技術(shù)實驗指導(dǎo)-項目九供配電系統(tǒng)的保護(hù)

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1、項目九 供配電系統(tǒng)的保護(hù)任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算 相關(guān)知識 1.繼電保護(hù)裝置的概述 1)繼電保護(hù)裝置的概念 所謂繼電保護(hù)裝置是指能反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備或線路發(fā)生的故障和不正常運行狀態(tài)，并能作用于斷路器跳閘和發(fā)出信號的一種自動裝置。 2)繼電保護(hù)裝置的作用 (1)故障時跳閘當(dāng)被保護(hù)線路或設(shè)備發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置能借助斷路器，自動地、迅速地、有選擇地將故障部分?jǐn)嚅_，保證非故障部分繼續(xù)運行。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁 (2)異常狀態(tài)發(fā)出報警信號當(dāng)被保護(hù)設(shè)備或線路出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，繼電保護(hù)裝置能夠發(fā)出信號，提醒工作人員及時采取措施。

2、 3)對繼電保護(hù)裝置的基本要求 為了使繼電保護(hù)裝置能較好地發(fā)揮其作用，在選擇和設(shè)計繼電保護(hù)裝置時，應(yīng)滿足以下幾點要求。 (1)選擇性供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求保護(hù)裝置只將故障部分切除，保證無故障部分繼續(xù)運行。保護(hù)裝置的這種性能稱為選擇性。 如圖9-1所示，當(dāng)走K-1點短路時，短路電流經(jīng)斷路器QF1, QF3,QF5。按選擇性要求，保護(hù)裝置1應(yīng)動作，使斷路器Q F,斷開，如果保護(hù)裝置3或5動作，則擴(kuò)大了停電范圍。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算但由于某種原因，保護(hù)裝置1拒絕動作，而由其上一級線路的保護(hù)裝置3動作，使斷路QF3跳閘切除故障，這種動作雖然

3、停電范圍有所擴(kuò)大，仍認(rèn)為是有選擇性的動作。保護(hù)裝置3除了保護(hù)本線路外，還作為相鄰元件1或2的后備保護(hù)。若不裝設(shè)后備保護(hù)，當(dāng)保護(hù)裝置拒動時，故障將無法切除，后果極其嚴(yán)重。 (2)速動性系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，必須快速切除故障，以減輕故障的危害程度，加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，減少對用電設(shè)備的影響，縮小故障影響的范圍，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 切除故障的時間是指從發(fā)生短路起至斷路器跳閘、電弧熄滅為止所 需要的時間，它等于保護(hù)裝置的動作時間與斷路器跳閘時間(包括下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算滅弧時間)之和。因此，為了保證速動性，應(yīng)采用快速動作的繼電保護(hù)裝置和快速動作的斷路器。 (3)靈敏性繼

4、電保護(hù)的靈敏性是指對保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。在保護(hù)范圍內(nèi)不論發(fā)生任何故障，不論故障位置如何，均應(yīng)反應(yīng)敏銳并保證動作。反應(yīng)的靈敏性用靈敏系數(shù)Sp衡量。 對過電流保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)S p為 (9-1)式中:IK.min為保護(hù)區(qū)內(nèi)最小運行方式下的最小短路電流; IOP1為保護(hù)裝置的一次側(cè)動作電流。下一頁上一頁 對低電壓保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)SP為 (9-2) 式中:Uk.max為被保護(hù)區(qū)發(fā)生短路時，連接該保護(hù)裝置的母線上最大殘余電壓;UOP1為保護(hù)裝置的一次動作電壓，單位為V。 在繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程中，對各種保護(hù)裝置的最小靈敏系數(shù)規(guī)定為1.2, 1.25, 1.5, 2

5、四級。通常主要保護(hù)的靈敏系數(shù)要求不小于1.52。在設(shè)計、選擇繼電保護(hù)裝置時，必須嚴(yán)格遵守此規(guī)定。 (4)可靠性可靠性是指當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障和不正常運行 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 狀態(tài)時，保護(hù)裝置能可靠動作，不應(yīng)拒動或誤動。前者為信賴性，后者為安全性。繼電保護(hù)裝置的拒動和誤動都會造成很大的損害。為保證保護(hù)裝置動作的可靠性，應(yīng)注意以下幾點: 選用質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的繼電器組成保護(hù)裝置。 保護(hù)裝置的接線應(yīng)力求簡單，使用最少的繼電器和觸點。 正確調(diào)整保護(hù)裝置的整定值。 注意安裝工作的質(zhì)量，加強對繼電保護(hù)裝置的維護(hù)工作。 以上對保護(hù)裝置的四項要求，在一個具體的保護(hù)裝置中，

6、不一定都是同等重要的。在各要求之間發(fā)生矛盾時，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，選取最佳方案。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 例如，為了滿足保護(hù)裝置的選擇性，往往要犧牲一些速動性;而有時卻要犧牲選擇性，保證速動性。繼電保護(hù)裝置除滿足上面的基本要求外，還要求投資省，便于調(diào)試和維護(hù)。 4)繼電保護(hù)裝置的組成 繼電保護(hù)裝置由若干繼電器組成，如圖9-2所示。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，啟動用的電流繼電器KA瞬時動作，使時間繼電器KT啟動，KT經(jīng)整定的一定時限后，接通信號繼電器KS和中間繼電器KM , KM觸頭接通故障線路斷路器QF的跳閘回路，使故障線路斷路器QF跳閘，把故障從系統(tǒng)中切除。 5)電流保護(hù)裝置的

7、接線方式和接線系數(shù) 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 電流保護(hù)裝置的接線方式是指電流繼電器與電流互感器的連接方式。常用的連接方式有三種。 為了表述繼電器電流IKA與電流互感器二次側(cè)電流I2的關(guān)系，特引人一個接線KW: (9-2)式中:I KA為流入電流互感器的電流;I2為電流互感器二次側(cè)電流。 (1)三相三繼電器式接線圖9-3是三相三繼電器的完全星形接線方式。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路、任意兩相短路、中性點直接接地系統(tǒng)中任一單相接地短路時，至少有一個繼電器中流過電流互感器的 二次電流。 采用完全星形接線方式，流過繼電器的電流就是互感器的

8、二次電流，所以其接線系數(shù)KW=1。該接線方式不僅能反應(yīng)各種類型的短路故障，而且靈敏度相同，因此它的適用范圍較廣。但這種接線方式所用設(shè)備較多，主要用在中性點直接接地系統(tǒng)中作相間短路保護(hù)和單相接地短路保護(hù)。 (2)兩相兩繼電器(兩相三繼電器)式接線圖9-4是兩相兩繼電器和兩相三繼電器的不完全星形接線方式，電流互感器統(tǒng)一裝在A, C兩相上。在發(fā)生三相短路和任意兩相短路時，至少有一個繼電器流過互感器的二次電流，且各種相間短路時，接線系數(shù)K W=1。 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 但是當(dāng)未接電流互感器的一相發(fā)生單相接地短路故障時，繼電器不會動作。所以此接線方式不能用來保護(hù)單相接地短路。

9、由于此種接線所用設(shè)備少，因此廣泛用于63kV及以下的中性點不直接接地的系統(tǒng)中。 (3)兩相一繼電器式接線(兩相差式接線)圖9-5是兩相一繼電器式的接線方式。由于流入電流繼電器的電流為兩相互感器二次電流之差，所以叫兩相電流差接線。 該接線方式在正常工作時和發(fā)生三相短路時，流入繼電器的電流IKA為電流互感器二次電流的廳倍，所以其接線系數(shù)K W= 。當(dāng)A, B兩相或玖C兩相短路時，流入繼電器的電流等于互感器的二次電流，其接線系數(shù)KW= 1。 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 當(dāng)A, C兩相短路時，流入繼電器的電流為互感器二次電流的2倍，其接線系數(shù)KW=2。當(dāng)B相發(fā)生單相接地短路時，繼電

10、器中無電流，繼電器不動作。 由以上分析可知，兩相電流差接線能夠反映各種相間短路故障，只是在不同相間短路時，靈敏度不同。由于它對于B相的單短路不能反映，因此只能用作相間保護(hù)。兩相電流差接線靈敏度較低，一般用作電動機(jī)和不太重要的10kV及以下線路的過電流保護(hù)。 2.常用保護(hù)繼電器 繼電器是繼電保護(hù)裝置的基本元件，是一種傳遞信號的電器，用來接通或斷開控制或保護(hù)電路。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 繼電器的分類方式很多，按其應(yīng)用分，有控制繼電器和保護(hù)繼電器兩大類?？刂评^電器用于控制回路，保護(hù)繼電器用于保護(hù)回路。 保護(hù)繼電器按其組成元件分，有機(jī)電型和晶體管型兩大類，機(jī)電型又分為電磁型繼

11、電器和感應(yīng)型繼電器;按其反映的數(shù)量變化分，有過量繼電器和欠量繼電器;按其反映的物理量分，有電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器等;按其在保護(hù)裝置中的功能分，有啟動繼電器、時間繼電器、信號繼電器等;按其與一次電路的聯(lián)系分，有一次式繼電器和二次式繼電器。 在供電系統(tǒng)中常用的保護(hù)繼電器，有電磁型繼電器、感應(yīng)型繼電器以及晶體管繼電器。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 前兩種是機(jī)電式繼電器，它們工作可靠，而且有成熟的運行經(jīng)驗，所以目前仍普遍使用。晶體管繼電器具有動作靈敏、體積小、能耗低、耐震動、無機(jī)械慣性、壽命長等一系列優(yōu)點，但由于晶體管器件的特性受環(huán)境溫度變化影響大，器件的質(zhì)量及運行維護(hù)

12、的水平都影響到保護(hù)裝置的可靠性，目前國內(nèi)較少采用。但隨著電力系統(tǒng)向集成電路和微機(jī)保護(hù)方向發(fā)展，晶體管繼電器的應(yīng)用水平也不斷提高。 1)電磁式繼電器 電磁式繼電器包括以下四種 (1)電磁式電流繼電器電流繼電器在過電流保護(hù)裝置中作為測量和啟動元件，當(dāng)電流超過某一整定值時繼電器動作。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 供配電系統(tǒng)中常用DL-10系列電磁式電流繼電器作為過電流保護(hù)裝置的啟動元件，其結(jié)構(gòu)如圖9-6所示，內(nèi)部接線和圖形符號如圖9-7所示，電流繼電器的文字符號為KA。 繼電器動作后，當(dāng)流入繼電器線圈的電流減小到一定值時，鋼舌片在彈簧作用下返回，使動、靜觸點分離，此時稱繼電器返回

13、。能夠使繼電器返回的最大電流，稱為繼電器的“返回電流”，用Ire表示。(注:對于欠量繼電器，例如欠電壓繼電器，其返回電壓Ure則為繼電器線圈中的使繼電器返回的最小電壓。 繼電器的“返回電流”與“動作電流”的比值稱為繼電器的返回系數(shù)，用K re表示，即 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 (9-2) 由于此時摩擦力矩起阻礙繼電器返回的作用，因此電流繼電器的返回系數(shù)恒小于1(欠量繼電器則大于1)。在保證接觸良好的條件下，返回系數(shù)越大，說明繼電器越靈敏。DL系列電磁式電流繼電器的返回系數(shù)較高，一般不小于0.8。 電磁式電流繼電器的動作電流有兩種調(diào)節(jié)方法:一種是平滑調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿來實

14、現(xiàn)。當(dāng)逆時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿時，彈簧被扭緊，反力矩增大，繼電器動作所需電流也增大;反之，當(dāng)順時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)桿時，繼電器動作電流減小。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 另一種是級進(jìn)調(diào)節(jié)，即改變線圈的連接方式實現(xiàn)。當(dāng)兩線圈并聯(lián)時，線圈串聯(lián)匝數(shù)減少1倍，因繼電器所需動作匝數(shù)是一定的，因此動作電流將增大1倍;反之，當(dāng)線圈串聯(lián)時，動作減少1倍。電磁式電流繼電器動作較快，其動作時間約為0.010.05s。電磁式電流繼電器的接點容量較小，不能直接作用于斷路器跳閘，必須通過其他繼電器轉(zhuǎn)換。 DL-10系列電磁式電流繼電器只要通入繼電器的電流超過某一預(yù)先整定的數(shù)值時，它就能動作，動作時限是固定的，與外電

15、壓無關(guān)，這種特性稱做定時限特性，如圖9-8所示。DL型電磁式繼電器的技術(shù)參數(shù)見表9-1。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 (2)電磁式中間繼電器中間繼電器在繼電保護(hù)中作為輔助繼電器，以彌補主繼電器觸點數(shù)量和觸點容量的不足。它通常用在保護(hù)裝置的出口電路中，用來接通斷路器的跳閘回路。工廠供配電系統(tǒng)中常用的DZ-10系列中間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-9所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖9-10所示，中間繼電器的圖形符號為KM。 當(dāng)線圈1通電時，銜鐵4被吸引向鐵芯2，使其常閉觸點5, 6斷開，常開觸點5-7閉合;當(dāng)線圈斷電時，銜鐵4在彈簧3作用下返回。 中間繼電器種類較多，有電壓式，電流式，

16、有瞬時動作的，也有延時動作的。瞬時動作中間繼電器，其動作時間約0.050.06s。 中間繼電器的特點是觸點多，容量大，可直接接通斷路器的跳閘任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 回路，且其線圈允許時間通電運行。 (3)電磁式時間繼電器時間繼電器在繼電器保護(hù)中作為時限(延時)元件，用來建立必要的動作時限。其特點是線圈通電后，觸點延時動作，按照一定的次序和時間間隔接通或斷開被控制的回路。 常用的DS-110(120)系列電磁式時間繼電器的結(jié)構(gòu)如圖9-11所示，內(nèi)部接線和圖形號如圖9-12所示。 在圖9-11中，當(dāng)線圈1通電時，可動鐵芯3被吸入，帶動瞬時動觸點8分離，與靜瞬時觸點5, 6閉

17、合。壓桿9由于銜鐵的吸入被放松，使扇形齒輪12在拉引彈簧17的作用下順時針轉(zhuǎn)動，啟動鐘表機(jī)構(gòu)。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 鐘表機(jī)構(gòu)帶動延時主動觸點14，逆時針轉(zhuǎn)向主靜延時觸點15經(jīng)一段延時后，延時觸點14與15閉合，繼電器動作。調(diào)整主靜延時觸點15的位置來調(diào)整延時主動觸點14到15之間的行程，從而調(diào)整繼電器的延時時間。調(diào)整的時間在刻度盤上標(biāo)出。線圈斷電后，在返回彈簧4的作用下，可動鐵芯3將壓桿9頂起，使繼電器返回。由于返回時鐘表機(jī)構(gòu)不起作用，所以繼電器的返回是瞬時的。 (4)電磁式信號繼電器在繼電保護(hù)和自動裝置中，信號繼電器用作動作指示，以便判別故障性質(zhì)或提醒工作人員注意。

18、工廠配電系統(tǒng)常用的DX-11型信號繼電器的結(jié)構(gòu)如圖9-13所示，內(nèi)部接線和圖形符號如圖9-14所示，信號繼電器的文字符號為KS。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 正常時，繼電器的信號牌5支持在銜鐵4上面。當(dāng)線圈1通電時，銜鐵被吸向鐵芯2使信號牌落下，同時帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90，使固定在轉(zhuǎn)軸上的動觸點8與靜觸點9觸通，從而接通了燈光和音響信號回路。要使信號復(fù)歸，可旋轉(zhuǎn)復(fù)位旋鈕7，斷開信號回路。 2)感應(yīng)式繼電器 (1)結(jié)構(gòu)組成與工作原理在6(10)KV供電系統(tǒng)中，廣泛使用感應(yīng)式電流繼電器作電流保護(hù)。因為它兼有電流繼電器、時間繼電器、中間繼電器和信號繼電

19、器的作用，從而能大大簡化繼電器保護(hù)裝置。 常用的GL-10系列感應(yīng)式電流繼電器結(jié)構(gòu)如圖9-15所示。它由兩 大系統(tǒng)構(gòu)成，一個是感應(yīng)系統(tǒng)，其動作是反時限的;另一個是上一頁下一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算電磁系統(tǒng)，其動作是瞬時的。感應(yīng)式電流繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號如圖9-16所示。 在圖9-15中，當(dāng)線圈1中有電流IKa通過時，鐵芯2在短路環(huán)3的作用下，產(chǎn)生在時間和空間位置上不相同的兩個磁通1和2，1在相位上超前2一個角度。這樣在鐵芯端部的空氣隙中產(chǎn)生了兩個空間位置和相位均不同的磁通，而且都穿過鋁盤，由電工基礎(chǔ)知識可知，如果兩個磁通空間位置不重合，在時間上又有相位差時，那么其中一個磁通在

20、鋁盤內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)渦流與另一個磁通相互作用，便產(chǎn)生了作用于鋁盤的電磁力矩M1。該電磁力矩的方向是使鋁盤由空間 位置上相位超前的磁通轉(zhuǎn)向相位滯后的磁通，即由磁極未套短路下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算環(huán)部分向套有短路環(huán)的部分旋轉(zhuǎn)，電磁力矩的大小則可由下式?jīng)Q定，即 (9-3) 由式(9-3)可見，電磁力矩M1的大小不但與磁通12的大小有關(guān)，還與它們的相位差甲有關(guān)。當(dāng)繼電器結(jié)構(gòu)一定時，K1與相位差甲為常數(shù)，當(dāng)磁路未飽和時，磁通12與繼電器線圈中的電流IKA成正比。故式(9-3)可寫成 (9-4) 式(9-4)說明，通入繼電器線圈的電流IKA越大，電磁力矩M1越 大，鋁盤轉(zhuǎn)動越快。下一頁上

21、一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 鋁盤4轉(zhuǎn)動時，切割永久磁鐵8的磁力線，因而在鋁盤上產(chǎn)生渦流。該渦流與永久磁鐵的磁場相互作用產(chǎn)生與轉(zhuǎn)矩M1方向相反的制動力矩M2，其大小與鋁盤的轉(zhuǎn)速n成正比，即 (9-5) 當(dāng)轉(zhuǎn)速n增大到某一值時，M1與M2平衡，鋁盤勻速運轉(zhuǎn)。鋁盤轉(zhuǎn)動時，M 1與M2二者作用于鋁盤，使鋁盤帶動框架6有克服彈簧7的拉力繞軸順時針偏轉(zhuǎn)的趨勢。線圈中的電流越大，則框架受力也越大。當(dāng)電流足夠大時，框架克服彈簧阻力而順時針偏轉(zhuǎn)，使鋁盤前移。當(dāng)框架轉(zhuǎn)到蝸桿10與扇形齒輪9嚙合，扇形齒輪便隨著鋁盤的旋轉(zhuǎn)而上升，從而啟動繼電器的感應(yīng)系統(tǒng)。下一頁上一頁 下一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定

22、計算當(dāng)鋁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)使扇形齒輪上升抵達(dá)扁桿11時，將扁桿頂起，使銜鐵巧的右端因與鐵芯2的空氣隙減小而被吸向鐵芯，觸點12閉合。從繼電器啟動(螺桿與扇形齒輪嚙合瞬間)到觸點閉合的這段時間，稱為繼電器的動作時限。圖9-17為GL-10系列感應(yīng)式電流繼電器的時限特性曲線。當(dāng)通過線圈的電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)動也越快，動作時限就越短，這種時限特性稱為反時限特性。如圖9-17曲線的ab段所示。隨著繼電器線圈電流的繼續(xù)增大，鐵芯逐漸到達(dá)飽和狀態(tài)。這時，M 1不再隨IKA增大而增大，繼電器動作時限也不再減小，即進(jìn)人定時限部分，如曲線中的bc段所示。這種有一定限度的反時限特性，稱為有限反時限特性。上一頁 任務(wù)一 電力線

23、路繼電保護(hù)整定計算 這種繼電器還裝有瞬動元件，當(dāng)繼電器線圈中電流再繼續(xù)增大到某一預(yù)先設(shè)定的倍數(shù)時，銜鐵的右端被吸向鐵芯。扁桿11向上運動使觸點瞬時閉合，電磁系統(tǒng)瞬時動作，進(jìn)人曲線的“速斷”部分，如曲線中的bc段所示。電磁系統(tǒng)的動作時間約為0.050.1s。動作n曲線對應(yīng)于開始速斷時間的動作電流倍數(shù)，稱為速斷電流倍數(shù)nab。即 (9-6)式中:I ab為感應(yīng)式電流繼電器的速斷電流，即繼電器線圈中使速斷元件動作的最小電流;IOP為感應(yīng)式電流繼電器的動作電流。速斷電流倍數(shù)可以通過電流速斷調(diào)節(jié)螺桿14改變銜鐵15與鐵芯2之間下一頁上一頁 的氣隙大小來調(diào)節(jié)。氣隙越大，速度電流倍數(shù)nab越大。當(dāng)線圈中的電

24、流減小到一定程度時，彈簧7時將框架6拉回，使扇形齒輪9與螺桿脫離，繼電器則返回。 (2)動作電流與動作時限的調(diào)節(jié) 使蝸桿與扇形齒輪9嚙合的最小電流，稱為繼電器感應(yīng)系統(tǒng)的動作電流。繼電器感應(yīng)系統(tǒng)的動作電流是利用插銷16改變繼電器線圈的匝數(shù)來調(diào)整的。GL型感應(yīng)式電流繼電器的技術(shù)參數(shù)見表9-2。 感應(yīng)系統(tǒng)的動作時限，可以通過轉(zhuǎn)動螺桿13使擋板上下移動，改變扇動齒輪的起始位置來調(diào)節(jié)。扇形齒輪與搖柄的距離越大，則在一定電流作用下，繼電器動作時限越長。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 由于GL-10系列感應(yīng)式繼電器的動作時限與通過繼電器線圈的電流大小有關(guān)，所

25、以繼電器銘牌上標(biāo)注的時間，均指繼電器線圈通過的電流為其整定的動作電流10倍時動作電流的動作時間。其他電流的動作時限可從對應(yīng)的時限特性曲線上查得。電磁系統(tǒng)的動作電流，可通過調(diào)節(jié)螺釘14改變銜鐵右端與鐵芯之間的空氣隙來調(diào)節(jié)。氣隙越大，速斷動作電流也越大。 GL-10系列繼電器的優(yōu)點是接點容量大，能直接作用于斷路器跳閘，本身還具有機(jī)械掉牌裝置，不需附加其他繼電器就能實現(xiàn)有時限的過電流保護(hù)功能和信號指示功能。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精確度較低， 感應(yīng)系統(tǒng)慣性較大，動作后不能及時返回，為了保證其動作的下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算選擇性必須加大時限階段。3.高壓配電電網(wǎng)的繼電保護(hù) 輸電線路或電

26、氣設(shè)備發(fā)生短路故障時，其重要的特征是電流突然增大和電壓下降。過電流保護(hù)就是利用電流增大的特點構(gòu)成的保護(hù)裝置。這種過電流保護(hù)一般分為定時限過電流保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、無時限電流速斷保護(hù)和有時限電流速斷保護(hù)等。 1)帶時限的過電流保護(hù) 帶時限的過電流保護(hù)，按其動作時間特性分，有定時限過電流保護(hù)和反時限過電流保護(hù)兩種。定時限，就是指保護(hù)裝置的動作時間是固 定的，與短路電流的大小無關(guān);反時限，就是指保護(hù)裝置的動作下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算時間與反映到繼電器中的短路電流的大小成反比關(guān)系，短路電流越大，動作時間越短，所以反時限特性也稱為反比延時特性或反延時特性。 (1)定時限過電流保

27、護(hù)電網(wǎng)的過電流保護(hù)裝置均設(shè)在每一段線路的供電端，其接線如圖9-18所示。圖中TA1、TA2為電流互感器;KA1、KA2為電磁式過電流繼電器，作為過電流保護(hù)的啟動元件;KT為時間繼電器，作為過電流保護(hù)的時限元件;KS為信號繼電器，作為過電流保護(hù)的信號元件;KM為中間繼電器，作為保護(hù)的執(zhí)行元件;YR為斷路器的跳閘線圈;觸點QF為斷路器操作機(jī)構(gòu)控制的輔助常開觸點。保護(hù)采用兩相兩繼電器式接線方式。 正常情況下，線路中流過的工作電流小于繼電器的動作電流，下一頁上一頁 繼電器不能動作。當(dāng)線路保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，流過線路的電流增加，當(dāng)電流達(dá)到電流繼電器的整定值時，電流繼電器動作，閉合其常開觸點，使時間

28、繼電器KT線圈有電;經(jīng)過一定延時，KT觸點閉合，接通信號繼電器KS線圈回路，KS觸點閉合，接通燈光、聲響信號回路;信號繼電器本身也具有掉牌顯示，指示該保護(hù)裝置動作。在KT觸點閉合接通信號繼電器的同時，中間繼電器KM線圈也同時有電，其觸點閉合使斷路器跳閘線圈YR有電，動作于斷路器跳閘，切除故障線路。斷路器跳閘后，QF隨即打開，切斷斷路器跳閘線圈回路，以避免直接用KM觸點斷開跳閘線圈時，其觸點被電弧燒壞。在短路故障切除后，繼電保護(hù)裝置除KS外的其他所有繼電器都自動返回起始任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算狀態(tài)，而KS需手動復(fù)位，完成保護(hù)裝置的全部動作過

29、程。 動作電流的整定 動作電流的整定必須滿足下面兩個條件: 應(yīng)該躲過線路的最大負(fù)荷電流ILmax，以免在最大負(fù)荷通過時保護(hù)裝置誤動作。 保護(hù)裝置的返回電流I re也應(yīng)該躲過線路最大負(fù)荷電流ILmax，以保證保護(hù)裝置在外部故障切除后，能可靠地返回原始位置，以免發(fā)生誤動作。為說明這點，現(xiàn)以圖9-19為例來介紹。 當(dāng)線路WL2的首端k點發(fā)生短路時，由于短路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線路上的所有負(fù)荷電流，所以沿線路的過電流保護(hù)裝置包括KA1,KA2下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算均應(yīng)啟動。按照保護(hù)選擇性的要求，應(yīng)是靠近故障點的保護(hù)裝置KA2首先斷開QF2，切除故障線路WL2，而KA1應(yīng)立即返回，不至于

30、斷開Q F1。如果KA1在整定其返回電流時沒有躲過線路WL1的最大負(fù)荷電流，盡管KA2切除WL2后，WL1恢復(fù)正常運行，但KA1繼續(xù)保持啟動狀態(tài)，從而達(dá)到它所整定的時限后，必將錯誤地斷開QF，造成WL 1停電，擴(kuò)大了事故停電的范圍，這是不允許的。所以保護(hù)裝置的返回電流也必須躲過線路的最大負(fù)荷電流ILmax。線路的最大負(fù)荷電流應(yīng)根據(jù)線路實際的過負(fù)荷情況，特別是尖峰電流(包括電動機(jī)的自啟動電流)情況而定。過電流保護(hù)動作電流的整定公式為下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 (9-7)式中:IOP為繼電器的動作電流;Kre1為保護(hù)裝置的可靠系數(shù)，對DL型繼電器取1.2，對GL型繼電器取1.3

31、 ; KW為保護(hù)裝置的接線系數(shù)，三相式、兩相式接線取1，兩相差式接線取廳;保護(hù)裝置的返回系數(shù)，對DL型繼電器取0.85，對GL型繼電器取0.8 ; Ki為電流互感器變比;I Lmax為線路的最大負(fù)荷電流，可取為(1.53)I30。 如果用斷路器手動操作機(jī)構(gòu)的過電流脫扣器YR作過電流保護(hù)，則脫扣器動作電流按下式進(jìn)行整定，即 (9-8)下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算式中:Kre1為保護(hù)裝置YR的可靠系數(shù)，取22.5。 由式(9-9)求得繼電器動作電流計算值，確定其動作電流整定值。保護(hù)裝置一次側(cè)的動作電流為 (9-9) 動作時間的整定 定時限過流保護(hù)裝置的時限整定應(yīng)遵守時限的“階梯原

32、則”。為了使保護(hù)裝置以可能的最小時限切除故障線路，位于電網(wǎng)末端的過電流保護(hù)不設(shè)延時元件，其動作時間等于電流繼電器和中間繼電器本身固有的動作時間之和，約為0.070.09s。 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 為了保證前后兩級保護(hù)裝置動作的選擇性，在后一級保護(hù)裝置的線路首端即k點發(fā)生三相短路時，前一級保護(hù)的動作時間t2，應(yīng)比后一級保護(hù)的動作時間t1要大一個時間差t，即 (9-10) 靠近電源側(cè)的各級保護(hù)裝置的動作時間，取決于時限級差t的大小t越小，各級保護(hù)裝置的動作時限越小。但t不可過小，否則不能保證選擇性。在確定出時，應(yīng)考慮到斷路器的動作時間，前一級保護(hù)裝置工作時限可能發(fā)生提前動

33、作的負(fù)誤差，后一級保護(hù)裝置可能發(fā)生滯后動作的正誤差，為了保證前后級保護(hù)的動作選擇性，還應(yīng)該考 慮加上一個保險時間，t大約在0.50.7s之間。下一頁上一頁 對于定時限過電流保護(hù)，可取t=0.5s;對于反時限過電流保護(hù)，可取位t=0.7。 例9-1如圖9-20所示，某廠10kV供電線路，保護(hù)裝置接線方式為兩相式接線。已知WL2的最大負(fù)荷電流為60A, TA1的變比為150/5, TA2的變比為100/5，繼電器均為DL型電流繼電器。已知TA1已整定，其動作電流為10A,動作時間為1s。試求整定保護(hù)裝置TA2的動作電流、一次側(cè)動作電流和動作時間。解整定KA 2的動作電流。取 ，已知 ，故 任務(wù)一

34、電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 查表9-2, KA2選擇DL-10/10型電流繼電器，線圈串聯(lián)，動作電流整定為4A。KA2的一次側(cè)動作電流為 (2)整定KA2的動作時間。 保護(hù)裝置KA1的動作時限應(yīng)比保護(hù)裝置KAz的動作時限大一個時間階段t,取t=0.5 s，因為KA1的動作時間是t1=1s，所以KAz的動作時間為 (2)反時限過電流保護(hù)反時限就是指保護(hù)裝置的動作時間與反映到繼電器中的短路電流的大小成反比關(guān)系，短路電流越大，動作時間越短。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 反時限過電流保護(hù)的基本元件是GL型感應(yīng)式電流繼電器。晶體管繼電器也可

35、組成反過流保護(hù)裝置。這種保護(hù)的特點是在同一線路的不同地點時，由于短路電流大小不同，因此保護(hù)具有不同的動作時限。短路點越靠近電源端，短路電流越大，動作時限越短。 圖9-21是由GL型感應(yīng)式電流繼電器構(gòu)成的反時限過電流保護(hù)裝置(不完全星形接線)接線圖。圖中，KA1,KA2為GL型感應(yīng)式帶有瞬時觸電的反時限過電流繼電器，繼電器本身帶有時限，并有動作及指示信號牌，所以回路不需要時間繼電器和信號繼電器。 當(dāng)一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KA1,KA2至少有一個動 作，經(jīng)過一定的延時后(延時時間與短路電流大小成反比關(guān)系)，下一頁上一頁 其常開觸點閉合，緊接著其常閉觸點斷開，斷路器跳閘線圈YR因“去分流

36、”而通電，使斷路器跳閘，切除故障部分。在繼電器去分流跳閘的同時，其信號牌自動掉下，指示保護(hù)裝置已經(jīng)動作。在故障切除后，繼電器自動復(fù)位，信號牌則需要手動復(fù)位。 注意:GL型感應(yīng)式電流繼電器的常開、常閉觸點的動作先后順序是:常開觸點先閉合，常閉觸點后斷開(與一般的繼電器觸點狀態(tài)變化正好相反)。這樣不僅保證了繼電器的可靠動作，而且還保證了在繼電器觸點轉(zhuǎn)換過程中，電流互感器二次側(cè)不會帶負(fù)荷開路。 動作電流的整定 反時限過電流保護(hù)裝置的動作電流整定計算與定時限過電流保護(hù)任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算裝置相同，只是kre1取1.3，此處不再贅述。 例9-2

37、某高壓線路的計算電流為100A，線路末端的三相短路電流為1300A，采用GL-15型電流繼電器組成兩相電流差接線的相間短路保護(hù)，電流互感器的變比315/5。試整定此繼電器的動作電流。 解取 ，根據(jù)公式有 查表9-2，根據(jù)GL-15/10型感應(yīng)式繼電器的規(guī)格，動作電流可整 定為8A。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 動作時限的整定 為了保證動作的選擇性，反時限過電流保護(hù)也應(yīng)滿足時限的“階梯原則”。但由于感應(yīng)電流繼電器的動作時限與短路電流的大小有關(guān)，繼電器的時限調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是按10倍動作電流來標(biāo)度的，而實際通過繼電器的電流一般不會正好就是動作電流的10倍，所以，必須據(jù)繼電器的動作特性曲線

38、來確定。 假定圖9-22所示線路中的KA2的10倍動作電流時間已整定為t2，現(xiàn)在要求整定前一級保護(hù)KA1的10倍動作電流時間t1，整定計算步驟如下: (1)計算KL2首端三相短路電流Ik反映到KA2中的電流值，即下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 (9-11)式中:KW(2)為KA2與TA2的接線系數(shù);Ki(2)為TA2的變比。 (2)計算Ki(2)對KA2的動作電流倍數(shù)，即 (9-12) (3)確實KA 2的實際動作時間。在圖9-23所示的KA2的動作特性曲線的橫軸上，找出n2，然后往上找到該曲線上的b點，該點所對應(yīng)的動作時間t 2就是KA2通過Ik(2)時的實際動作時間。 (4

39、)計算KA1的實際動作時間，即下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 (9-13)(5)計算WL2首端三相短路電流Ik反映到KA1中的電流值，即 (9-14)式中:KW(1)為KA1與TA1的接線系數(shù);Ki(1)為TA1的變比。 (6)計算K k(1)對KA1的動作電流倍數(shù)，即 (9-15)式中:IOP(1)為KA1已整定的動作電流。 (7)確定KA1的10倍電流動作時間。下一頁上一頁 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算從圖9-23所示的KA，的動作特性曲線的橫坐標(biāo)找出n1，在根據(jù)n1與KA1的實際動作時間t1，從KA1的動作特性曲線的坐標(biāo)圖上找出其坐標(biāo)點a點，則此點所在曲

40、線的10倍動作電流的動作時間t1即為所求。 定時限和反時限過電流保護(hù)的比較 定時限過電流保護(hù)的優(yōu)點是:動作時間準(zhǔn)確，容易整定。而且不論短路電流大小，動作時間是一定的，不會因短路電流小而動作時間長。 定時限過電流保護(hù)的缺點是:繼電器數(shù)目較多，接線比較復(fù)雜。在靠近電源處短路時，保護(hù)裝置的動作時間太長。 反時限過電流保護(hù)的優(yōu)點是:可采用交流操作，接線簡單， 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算所用保護(hù)設(shè)備數(shù)量少，因此這種方式簡單經(jīng)濟(jì)，在工廠供電系統(tǒng)中的車間變電所和配電線路上用得較多。 反時限過電流保護(hù)的缺點是:整定、配合較麻煩，繼電器動作時限誤差較大，當(dāng)距離保護(hù)裝置安裝處較遠(yuǎn)的地方發(fā)生短路

41、時，其動作時間較長，延長了故障持續(xù)時間。 由以上比較可知，反時限過電流保護(hù)裝置具有繼電器數(shù)目少，接線簡單以及可直接采用交流操作電源等優(yōu)點，所以在610kV供配電系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。 過電流保護(hù)裝置的靈敏度 過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 (9-16)式中: 為被保護(hù)線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。按規(guī)定，靈敏系數(shù)Sp1.5，當(dāng)過電流保護(hù)作后備保護(hù)時，滿足不了要求，可以取Sp1.2。 例9-3校驗例題9-1中保護(hù)裝置KAZ的靈敏度。 解KA2保護(hù)的線路WL2末端是k-2點的兩相短路電流為其最小短路電流，即KA2靈敏度為 任務(wù)一 電力線路繼電

42、保護(hù)整定計算 由此可見，靈敏度滿足要求。 越級跳閘的處理 如果是WL2的保護(hù)裝置動作，斷路器QF2拒絕跳閘造成越級，則應(yīng)在拉開拒跳段路器QF2兩側(cè)的隔離開關(guān)后，將其他非故障線路送電。 如果是因為WL2的保護(hù)裝置未動作造成越級跳閘，則應(yīng)將各線路斷路器斷開，合上越級跳閘的斷路器QF1，再逐條線路試送電，發(fā)現(xiàn)故障線路后，將該線路停電，拉開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再將其他 非故障線路送電。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 如果是保護(hù)裝置動作，斷路器QF2跳閘，則應(yīng)拉開斷路器QF2兩側(cè)的隔離開關(guān)，然后再查找保護(hù)裝置動作的原因。 2)電流速斷保護(hù) 從上節(jié)帶時限的過流保護(hù)可看出，為了保證動作的選

43、擇性，前一級保護(hù)的動作時限要比后一級保護(hù)的動作時限延長一個時限t。這樣，越靠近電源處，其保護(hù)裝置的動作時限越長，而越接近電源發(fā)生短路時的短路電流越大，因此短路的危害就更加嚴(yán)重。所以，一般過電流保護(hù)裝置的動作時限如果超過0.50.7s ,還需裝設(shè)電流速斷保護(hù)。 (1)電流速斷保護(hù)的組成和工作原理電流速斷保護(hù)是一種不帶時限 的過電流保護(hù)，實際中電流速斷保護(hù)常與過電流保護(hù)配合使用。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算電流速斷保護(hù)的原理圖如圖9-24所示。圖中，TA1、TA2為電流互感器，KA1,KA2為電磁式過電流繼電器，作為過電流保護(hù)的啟動元件;KS為信號繼電器，KM為中間繼電器，作為保

44、護(hù)的執(zhí)行元件;YR為斷路器的跳閘線圈，作為執(zhí)行元件;QF為斷路器操作機(jī)構(gòu)控制的輔助常開觸點。保護(hù)采用兩相兩繼電器式接線方式。 當(dāng)線路發(fā)生短路，流經(jīng)繼電器的電流大于電流速斷的動作電流時，電流繼電器動作，其常開觸點閉合，接通信號繼電器KS和中間繼電器KM回路，KM動作，其常開觸點閉合，接通斷路器跳閘線圈YR回路，斷路器QF跳閘，將故障部分切除;同時，KS常開觸點閉合，接通信號 回路發(fā)出燈光和音響信號。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 (2)電流速斷保護(hù)的整定 由于電流速斷保護(hù)不帶時限，為了保證速斷保護(hù)動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時，電流速斷保護(hù)不應(yīng)動作。所以，電流速

45、斷保護(hù)的動作電流必須按躲過它所保護(hù)線路末端在最大運行方式下發(fā)生的短路電流來整定。 如圖9-25所示的電路中，WL1末端k-1點的三相短路電流，實際上與其后一段WL2首端k-2點的三相短路電流幾乎是相等的。因此，電流速斷保護(hù)動作電流(速斷電流)的整定計算公式為 (9-17)下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 式中:Iab為速斷保護(hù)動作電流;凡l為可靠系數(shù)，對DL系列電流繼電器可取1.21.3，對系列電流繼電器可取1.41.5;IK.max為被保護(hù)線路末端短路時的最大短路電流。 (3)電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”及其彌補 由于電流速斷保護(hù)的動作電流是按躲過線路末端的最大短路電流來整定的，因此

46、，在靠近線路末端的一段線路上發(fā)生的不一定是最大短路電流時，速斷保護(hù)就不會動作。也就是說，電流速斷保護(hù)實際不能保護(hù)線路的全長，這種保護(hù)裝置不能保護(hù)的區(qū)域，就稱為“死區(qū)”。如圖9-25所示。 為了彌補“死區(qū)”得不到保護(hù)的缺點，在裝設(shè)電流速斷保護(hù)的下一頁上一頁 線路上，必須配備帶時限的過電流保護(hù)。在電流速斷的保護(hù)區(qū)內(nèi)，速斷保護(hù)為主保護(hù)，時限不超過0.1 s，過電流保護(hù)為后備保護(hù);而在電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”內(nèi)，過電流保護(hù)為基本保護(hù)。 (4)電流速斷保護(hù)的靈敏度 電流速斷保護(hù)的靈敏度必須滿足的條件是: (9-18)式中: 為線路首端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。 例9-4圖9-26所示的10kV線

47、路中，WL1和WL2都采用GL-15 /10電流繼電器構(gòu)成兩相兩繼電器接線的過電流保護(hù)和速斷保護(hù)。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算已知TA，的變比為100/5A ,TA2的變比為75/SA,WL1的過電流保護(hù)動作電流整定9A, 10倍動作電流倍數(shù)為1s, WL2的計算電流為36A, WLZ首端三相短路電流為900A，末端三相短路電流為320A，試整定線路WL2的保護(hù)。 解線路由GL-15/10感應(yīng)式電流繼電器構(gòu)成兩相式的過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)。 (1)過電流保護(hù)。 動作電流的整定步驟如下: 查表9-2，整定繼電器動作電流8A，過電流保護(hù)一次側(cè)動

48、作電流為下一頁上一頁 動作時限的整定。由線路WL1和WL2保護(hù)短路點k1，整定WL2的電流繼電器的動作時限。計算k1點短路，WL1保護(hù)的動作電流倍數(shù)n1和動作時限t1。由n1=5查GL-15電流繼電器t|n=10=1s的特性曲線得t1=1.4s。計算k1點短路，WL2保護(hù)的動作電流倍數(shù)t2。任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 由n2=7.5、t2=0.7S，從GL-15電流繼電器動作特性曲線查得，10倍動作電流時限為0.6。靈敏度校驗。WL2過電流保護(hù)整定滿足要求。(2)電流速斷保護(hù)的整定。 動作電流的整定。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定

49、計算靈敏度校驗。WL2電流速斷保護(hù)整定滿足要求。4.中性點不接地的單相接地保護(hù) 工廠企業(yè)363 kV供電系統(tǒng)，電源中性點的運行方式采用小接地電流系統(tǒng)。當(dāng)這種電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，故障電流往往比負(fù)荷電 流要小得多，并且系統(tǒng)的相間電壓仍保持對稱，所以不影響電網(wǎng)下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算的繼續(xù)運行。但是單相接地后，非故障相對地電壓升高，長期運行，將危害系統(tǒng)絕緣，甚至擊穿對地絕緣，引發(fā)兩相接地短路，造成停電事故。因此，線路必需裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)裝置或無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置，動作于信號或跳閘。 1)多線路系統(tǒng)單相接地分析 供電系統(tǒng)中有若干條線路，現(xiàn)分析如圖9-27所示的具有

50、三回出線的供配電系統(tǒng)在線路WL2的C相發(fā)生接地時的電容電流和接地電流的分布。全系統(tǒng)該相對地電壓為零，所有流經(jīng)該相的對地電容電流也為零。各線路上的非故障相(A, B)的電容電流和I C1、IC2、IC3都通過故障線路流過接地點構(gòu)成回路，如圖9-27中的箭頭所示。下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算單相接地時每回線路的電容電流為 (9-19) (9-20) (9-21)式中:下標(biāo)1,2,3為線路的編號;IC0為正常情況下的每相的電容電流; I C1、IC2為流經(jīng)非故障相線路WL1, WL2的電流互感器TA1, TA2的電容電流。 流經(jīng)故障線路WL3的電流互感器TA3的是接地故障電流片 ,

51、即 (9-22)下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算 它是非故障線路正常電容電流IC0之和的3倍，電流的流向由線路指向母線。 2)絕緣監(jiān)視裝置 在變電所中，一般均裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置來監(jiān)視電網(wǎng)對地的絕緣狀況。圖9-28所示電是網(wǎng)絕緣監(jiān)視裝置的原理接線圖。該裝置由三相五柱式電壓互感器、三個電壓表和一個電壓繼電器組成。 三相五柱式電壓互感器有五個鐵芯柱，三相繞組繞在其中的三個鐵芯柱上，如圖9-29所示。原繞組接成星形，副繞組有兩組，其中一個副繞組接成星形，三個電壓表接在相電壓上。另一個副繞組接成開口 三角形，開口處接入一個電壓繼電器，用來反應(yīng)線路單相接地時下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保

52、護(hù)整定計算出現(xiàn)的零序電壓。為了使電壓互感器反應(yīng)出電網(wǎng)單相接時的零序電壓，電壓互感器的中性點必須直接接地。 正常運行時，電網(wǎng)三相對地電壓對稱，無零序電壓產(chǎn)生，三個電壓表讀數(shù)相同且指示的是電網(wǎng)的相電壓，接在開口三角處電壓繼電器的電壓接近零值，電壓繼電器不動作。 3)有選擇性的單相接地保護(hù) (1)單相接地保護(hù)和工作原理單相接地保護(hù)利用故障線路零序電流比非故障線路零序電流大的特點，實現(xiàn)有選擇性保護(hù)。 如圖9-30所示，在系統(tǒng)正常運行或發(fā)生三相對稱短路時，由三相 電流產(chǎn)生的三相磁通向量之和在零序電流互感器二次側(cè)為零，下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算所以在電流互感器中不會感應(yīng)產(chǎn)生零序電流，繼

53、電器不動作。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，就有接地電容電流通過，此電流在零序互感器二次側(cè)感應(yīng)出零序電流，使繼電器動作，并發(fā)出信號。 這種單相接地保護(hù)裝置能較靈敏地監(jiān)察小接地電流系統(tǒng)對地絕緣，而且從各條線路的接地保護(hù)信號中可以準(zhǔn)確判斷出發(fā)生單相接地故障的線路。它適用于高壓出線較多的供電系統(tǒng)。 對于架空線路，保護(hù)裝置可接在一個電流互感器構(gòu)成的零序電流過濾回路中，如圖9-30(a)所示。對于電纜線路，零序電流通過零序電流互感器取得，如圖9-30(b)所示。零序電流互感器有一個環(huán)狀鐵芯， 套在被保護(hù)的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算環(huán)狀鐵芯上與電流繼電器

54、連接。 (2)單相接地保護(hù)動作電流的整定保護(hù)裝置的動作電流整定必須保證選擇性。當(dāng)電網(wǎng)某線路發(fā)生單相接地故障時，因為非故障線路流過的零序電流是其本身的電容電流，在此電流作用下，零序電流保護(hù)不應(yīng)動作。因此，其動作電流應(yīng)為 (9-23)式中:U 為電網(wǎng)的相電壓，單位為V；C0為本線路每相的對地電容，單位為F;Kre1為可靠系數(shù)，它的大小與動作時間有關(guān)，如果保護(hù)為瞬時動作，Kre1取45;如果保護(hù)為延時動作，Kre1取1.52。 (3)單相接地保護(hù)的靈敏度保護(hù)裝置的靈敏度按被保護(hù)線路上下一頁上一頁 下一頁上一頁 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算發(fā)生單相接地故障時流過保護(hù)裝置的最小零序電流來校驗，即 (

55、9-24)式中:SP為靈敏系數(shù)，電纜線路SP1.25，架空線路SP1.5; CO為電網(wǎng)在最小運行方式下各線路每相對地電容之和，單位為F。 對于電纜線路，在發(fā)生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導(dǎo)電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜的導(dǎo)電外皮流動。這部分電流不僅降低了故障線路接地保護(hù)的靈敏度，有時還會造成接地保護(hù)裝置的誤動作。因此，應(yīng)將電纜終端盒的接地線穿過零序電流 互感器的鐵芯，如圖9-30 (b)所示。 任務(wù)一 電力線路繼電保護(hù)整定計算使愷裝電纜外皮流過的零序電流，再經(jīng)接線盒的接地線回流穿過零序電流互感器，防止引起零序電流保護(hù)的誤動作。任務(wù)實施填寫任務(wù)實施表9-3。評價總結(jié)根據(jù)整定及

56、結(jié)果分析，進(jìn)行評議總結(jié)，并填寫成績評議表(表9-4)。 返 回上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算相關(guān)知識1.電力變壓器的繼電保護(hù) 變壓器是供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它運行較為可靠，故障機(jī)率較小。但在運行中，仍可能發(fā)生內(nèi)部故障、外部故障及不正常運行狀態(tài)。這對工廠企業(yè)的正常供電和安全運行將帶來嚴(yán)重的影響，同時會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須根據(jù)變壓器的容量大小及重要程度裝設(shè)專用的保護(hù)裝置。 變壓器的內(nèi)部故障主要有繞組的相間短路、繞組匝間短路和單相接地短路等。內(nèi)部故障是很危險的，因為短路電流產(chǎn)生的電弧不僅會破 壞絕緣，燒壞鐵芯，還可能使絕緣材料和變壓器油受熱而產(chǎn)生下一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)

57、備繼電保護(hù)整定計算大量氣體，引起變壓器油箱爆炸。 變壓器常見的外部故障是引出線和絕緣套管的相間短路或接地短路等。變壓器的不正常運行狀態(tài)有:由外部短路引起的過電流、過負(fù)荷及油面過低和溫度升高等。 對于變壓器的正常運行狀態(tài)，變壓器應(yīng)設(shè)置以下保護(hù)裝置:對容量不大的小型變壓器，保護(hù)應(yīng)力求簡化。首先，可考慮用熔斷器保護(hù);其次，可考慮采用定時限或反時限的過流保護(hù)，其整定方法與單端供電線路情況相同。當(dāng)動作時限大于0.7s時，可裝設(shè)速斷保護(hù)。容量為800kVA及以上的油浸式變壓器和容量為400 kVA及以上的室內(nèi)油 浸式變壓器，還需裝設(shè)瓦斯保護(hù)。下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算對有可能過負(fù)

58、荷的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)用于信號。 對容量較大的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和瓦斯保護(hù)，同時還應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。如果單臺運行的變壓器容量在1000 kVA及以上或兩臺并列運行的變壓器容量在6300 kVA及以上時，必須裝設(shè)差動保護(hù)。 1)變壓器的瓦斯保護(hù) 當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，短路電流所產(chǎn)生的電弧將使變壓器油和其他絕緣物分解生成大量的氣體，利用這種氣體作為信號實現(xiàn)保護(hù)的裝置稱為瓦斯保護(hù)裝置。瓦斯保護(hù)的主要元件是瓦斯繼電器。 (1)瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理目前，國內(nèi)采用的瓦斯繼電器上一頁下一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算有三種類型:浮筒式、擋板式和復(fù)合式

59、。前兩種類型的瓦斯繼電器由于存在抗震性能較差和動作不快等缺點，逐漸被淘汰。近年來推廣使用FJ3-80、叫QJ1-80型復(fù)合式瓦斯繼電器。圖9-31為FJ3-80型復(fù)合式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。 變壓器正常運行時，上油杯3及下油杯7都浸在油內(nèi)，均受到浮力。因平衡錘的重量所產(chǎn)生的力矩大于油杯(包括杯內(nèi)的油重)一側(cè)的力矩，油杯處于向上傾斜的位置，此時上、下兩對觸點都是斷開的。 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，產(chǎn)生的氣體聚集在繼電器的上部，迫使繼電器內(nèi)油面下降，上浮的上油杯3逐漸露出油面，浮力逐漸減 小，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計

60、算力矩而降落，這時上觸點閉合而接通信號回路，這稱為“輕瓦斯動作”。 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，產(chǎn)生的大量氣體或強烈的油流將沖擊擋板14，使下油杯7立刻向下轉(zhuǎn)動，使下觸點接通跳閘回路，這稱為“重瓦斯動作”。 如果變壓器油箱漏油，使得瓦斯繼電器內(nèi)的油也慢慢流盡，先是繼電器的上油杯下降，發(fā)出信號，接著繼電器的下油杯下降，使斷路器跳閘。 (2)瓦斯保護(hù)的接線瓦斯保護(hù)的接線原理如圖9-32所示。KG為瓦 斯繼電器，KS為信號斷電器，KM為帶串聯(lián)自保持電流線圈的下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算中間繼電器。輕瓦斯繼電器動作，其上觸點閉合，發(fā)出輕瓦斯信號。重瓦斯電器動作，其下觸點閉合，由

61、KS發(fā)出重瓦斯信號，同時繼電器KM吸合使變壓器兩側(cè)的斷路器跳閘。由于重瓦斯保護(hù)是按油的流速大小動作的，而油的流速在故障中往往是不穩(wěn)定的。因此，重瓦斯動作后必須有自保持回路，以保證有足夠的時間使斷路器可靠地跳閘。為此，KM應(yīng)具有串聯(lián)自保持電流線圈。變壓器在運行中進(jìn)行濾油、加油、換硅膠時，必須將重瓦斯經(jīng)切換片XB改接信號燈HL，防止重瓦斯動作，斷路器跳閘。 (3)瓦斯保護(hù)的安裝和運行瓦斯繼電器安裝在變壓器油箱和油枕的 連接管處，如圖9-33所示。下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算內(nèi)部故障時，油箱內(nèi)氣體流向油枕并驅(qū)動瓦斯繼電器動作。為了使氣體易于流進(jìn)油枕及防止氣泡聚集在變壓器的油箱

62、頂蓋下，在安裝具有瓦斯繼電器的變壓器時，要求變壓器的油箱頂蓋與水平面具有1% 1.5%的坡度，通往油枕的連通管與水平面間有2%4%的坡度。為了使瓦斯繼電器可靠動作。在安裝瓦斯繼電器時，一定要使瓦斯繼電器的箭頭標(biāo)志指向油枕方向。 變壓器瓦斯保護(hù)動作后，運行人員應(yīng)立即對變壓器進(jìn)行檢查，查明原因，可在瓦斯繼電器頂部打開放氣閥，用干凈的玻璃瓶收集氣體(收集時人體不得靠近帶電部分)，通過分析氣體性質(zhì)可判斷發(fā)生故障 的原因和處理要求，如表9-5所示。下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點是:動作迅速，靈敏度高，接線和安裝簡單，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類型的故障。特別是當(dāng)變壓

63、器繞組匝間短路的匝數(shù)很少時，雖然故障回路電流很大，可能造成嚴(yán)重過熱，而反應(yīng)到外部的電流變化卻很小，其他保護(hù)裝置都不能動作。因此，瓦斯保護(hù)對于切除這類故障有特別重要的意義。 瓦斯保護(hù)的缺點是:不能反應(yīng)外部套管和引出線的短路故障，因而還必須與其他保護(hù)裝置配合使用。 2)變壓器的速斷保護(hù) 瓦斯保護(hù)雖然能很好地反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的故障，但由于它不能 反應(yīng)油箱外部套管和引出線的故障。下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算因此，對容量較小的變壓器在電源側(cè)設(shè)電流速斷保護(hù)，它與瓦斯保護(hù)互相配合，就可以對變壓器內(nèi)部和電源側(cè)套管及引出線上全部故障作出反應(yīng)。 變壓器的電流速斷保護(hù)原理接線圖如圖9-34

64、所示。電源側(cè)為大電流接地系統(tǒng)時，保護(hù)采用完全星形接線;電源側(cè)為小電流接地系統(tǒng)時，則可采用兩相不完全星形接線。 電流速斷保護(hù)的動作電流，按躲過變壓器外部故障(如k-2點)的最大短路電流來整定，即 (9-25) 式中:Kre1、KW、Ki為與線路速斷保護(hù)電流整定公式中的意義下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算相同;IK.max為低壓母線三相短路電流周期分量有效值換算到高壓側(cè)的電流值。 另外，變壓器速斷保護(hù)的動作電流還應(yīng)躲過變壓器空載投人時的勵磁涌流。運行經(jīng)驗證明，一般動作電流應(yīng)大于變壓器額定電流的35倍。 電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)為 (9-26)式中: 為保護(hù)裝置安裝處(k-1)最小

65、運行方式下的兩相短路電流，單位為A。 下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算 變壓器電流速斷保護(hù)的優(yōu)點是接線簡單，動作迅速。但還存在下述缺點，從式(9-19)看出，由于電流速斷保護(hù)的啟動電流是按躲開變壓器二次側(cè)時最大短路電流整定的，因此它僅能保護(hù)變壓器繞組的一部分，其余部分繞組及非電源側(cè)套管及引出線則不能保護(hù)，有“死區(qū)”，也必須以帶有時限的過電流保護(hù)來彌補“死區(qū)”。 3)變壓器的過電流保護(hù) 變壓器的過電流保護(hù)裝置安裝在變壓器的電源側(cè)，它既能反應(yīng)變壓器的外部故障，又能作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，同時也作為下一級線路的后備保護(hù)。圖9-35為變壓器過電流保護(hù)的單相原理接 線圖，當(dāng)過電

66、流保護(hù)裝置動作后，斷開變壓器兩側(cè)的斷路器。下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算過電流保護(hù)的動作電流，應(yīng)按躲過變壓器的最大負(fù)荷電流IL.max來整定，即 (9-27)式中， 與線路過電流保護(hù)動作電流整定公式中的意義相同。 (9-28)式中:I INT為變壓器額定一次電流。 保護(hù)裝置的靈敏度應(yīng)按下式校驗: (9-29)下一頁上一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算式中: 為變壓器低壓側(cè)母線在系統(tǒng)最小運行方式時發(fā)生兩相短路電流換算到高壓側(cè)的電流值，單位為A。 靈敏度的要求SP1.5;當(dāng)作為后備保護(hù)時，SP1.2。 保護(hù)裝置的動作時限仍按“階梯原則”整定，與線路過電流保護(hù)完全相同。即比下一級保護(hù)裝置大一個時限階段t。對車間變電所來說，其動作時間可整定為最小值(0.5s)。 例9-5某降壓變電所裝有一臺10/0.4 kV,1000 kVA的電力變壓器。已知變壓器低壓母線三相短路電流 =13KA，高壓側(cè)繼電保護(hù)用CT的電流比為100/5(A)，繼電器采用GL-25型，接成兩 相兩繼電器式。上一頁下一頁 任務(wù)二 電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)整定計算試整定該繼電器的反時限過電流保護(hù)的動