供电系统的继电保护
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及 高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出 ，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整 定为15V。
2. 零序电流保护
利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点 ，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护 。
在供电系统中常用 三相五芯柱式电压互感器或 三只三绕组单相电压互感器 作中性点不接地系统的绝缘 监测装置
绝缘监视装置的保护方法简单，但给出信号没有选择性，值 班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断 开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即 表明故障是在该线路上。
这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切 断的供电网中。
=18
0电A流，分别为=1.5，在最＝大23运00行A，方Ik(13式)ma下xIC 末端＝和4I6k(2k3)始0msta0Mx 端A；的在短最路小
运行方式时，I (3) k1 m in
I＝k(23)m2in200A，
＝4400A，
线路末端出线保护动作时间为0.5s，线路首端保护的继
电器解为：非1全) 星过形电联流结保，护试整整定定如该下保：护各个参数。
in
，故
k I I s =
(2) kmin
op
2. 反时限过电流保护
(1) 反时限过电流保护的原 理接线
a) 原理图
b) 展开图
(2) 反时限过电流保护的整定配合
路点距离与动作时间的关系
b) 反时限动作特性曲
3、定时限与反时限过电流保护的比较
定时限过电流保护的优点是：动作时间准确，容
易整定。而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不
因此，根据中性点非有效接地系统发生单相接地时的特点， 对供电系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。
1. 绝缘监视装置
其利用供电系统单相接地 后出现的零序电压给出信号。在中 性点非有效接地的供电系统中，只 要本级电压网络中发生单相接地故 障，则在同一电压等级的所有母线 上都将出现数值较高的零序电压。 利用这一特点，在变电所的母线上 一般装设网络单相接地的绝缘监视 装置，它利用接地后出现的零序电 压，带延时动作于信号，表明本级 电压网络中出现了单相接地。
会因短路电流小而动作时间长。
定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多，
接线比较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时
间太长。
反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接 线简单，所用保护设备数量少，因此这种方式简单经济， 在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。
二、电流速断保护
定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变
定时限过电流保护的动作电流
I I kkk stM
op
kre
C
式中 Iop ——继电器的动作电流（一次侧）；
kK
5~1.k2st.5M ；
——保护装置的可靠系数，一般取1.1
——自起动系数，由负荷性质及线路 接线I决C 定，一般取1.5~3；
Kre
——保护装置的返回系数，工程上一般
采用0.85~0.95 ；
为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上， 必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主 保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保 护为基本保护。
定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图
例 某工厂10kV供电线路，已知计算负荷电流
定时限过电流保护的展开图
(2) 定时限过电流保护的工作原理
为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作， 显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负 荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起 动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自 起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因 此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。
般取0.5s（对于微机型过电流保护，常取0.35s）。
(4) 过电流保护灵敏系数的校验
定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流 Ikmin 与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks≥1.3~1.5。对于中性点不接地的供 电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电
流
I (2) km
kstM I C =1.5× 180A=270A，选用30=0/5A电流互感器，kTA =300/5=60。
保护动作一次侧电流
I op
=
kk k stM kre
IC
= 1.21.5 180A 381A 0.85
继电器1KA动作电流
I op.K
=
kk kTA
I op
= 1 381A =6.35A, 取6.5A 60
——计算负荷电流。
(3) 按选择性要求整定过电流保护的动作时限
各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的
定时限过电流保护的动作时限整定和配合
为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置 的线路首端k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间应比后一
级保护的动作时间要大一个时间差 t ，对于定时限保护装置，一
时间继电器的整定时限
t to t (0.5+0.5)s=1s
保护灵敏度
ks =
I (2) k1m in Iop
=
3 2200 2
381
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=5
> 15
2) 因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，
其整定计算如下：一次动作电流
I op
=
k I (3) k k1m ax
= 1.25 2300A = 2875A
电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大
运行方式下发生的短路电流来整定。
式中
I op.k
kk kkx kTA
I (3) k.max
Iop.k——速断保护动作电流；
kk ——可靠系数，一般可取1.2～1.3；
I (3) kmax
——被保护线路末端短路时的最大短路电流。
速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电 流 Ik(2m) 与in 其动作电流Iop之比，即
为(60%~70%) UN、时限为0.5~1.5s的低电压保护，即
U opK = (0.6 ~ 0.7) U N kTV
2) 对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许“长期”失电
后再自起动的电动机，可装设动作电压为(50%~55%) UN、时限
为(5~10)s的低电压保护。即
= U opK
(0.5 ~ 0.55) U N kTV
四、中性点非有效接地系统的单相接地保护
用户供电系统采取中性点非有效接地方式，当发生单相接地
时，流经故障点的电流IC由线路相对地的分布电容决定（IC为正常时
每相对地电容电流的3倍），比负荷电流小得多，而且三相之间的线 电压仍然保持对称，对接于线电压上负荷的供电没有影响，因此在一 般情况下允许系统再继续运行1~2h。但是，在单相接地以后，故障相 对地电压为零，非故障相对地电压升高3到 倍，如果流过故障点的 接地电流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约3.5倍 的过电压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短 路。此时，应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采 取措施予以消除；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时， 则应动作于跳闸。
k= s
I (2) kmin
Iop
线路电流速断保护的保护区
电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流 来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得 保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。
速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。
当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都 会出现不平衡的电容电流（零序电流），而这些非故障线路属于正常 线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流 应至少大于本线路的电容电流。
五 过负荷保护 对于可能时常出现过负荷的电缆线路，
应装设过负荷保护，延时动作于信号，必要时可 动作于跳闸。
其动作电流整定为
I op
1.2 ~ 1.3 kTA
Ic
Ic——所保护线路的计算电流。
动作时间一般整定为10~15s
感谢下 载
继电器2KA的动作电流
I opK
=
k kx kTA I op
= 1 2875A = 47.9A
60
速断保护的灵敏度
，取48A
ks
I (2)
=
k2 min
Iop
=
3 4400 2 2875
= 1.325
三、低电压保护
1.低电压闭锁的过电流 保护
定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定 的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压 闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。
供电系统的保护
第二节 单端供电网络的保护
一、过电流保护
当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个 数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使 断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保 护。
1. 定时限过电流保护
所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是 固定的，与通过其上 电流的大小无关。
(1) 定时限过电流保护的原理接线
由电流继电器1KA与2KA、 时间继电器KT和信号继电器KS组 成。其中，1KA、2KA是测量元件， 用来判断通过线路电流是否超过 预设值；KT为延时元件，它以适 当的延时来保证装置动作有选择 性；KS用来发出保护动作的信号
定时限过电流保护的原理图
正常运行时，1KA、2KA、 KT、KS的触点都是断开的，当被 保护区故障或电流过大时，1KA或 2KA动作，通过其触点起动时间继 电器KT，经过预定的延时后，KT 的触点闭合，将断路器QF的跳闸 线圈YR接通，QF跳闸，同时起动 了信号继电器KS，信号牌掉下， 并接通灯光或音响信号。这样， 不正常状态或故障被切除。
2. 用于电动机的低电压保
护
电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值 时，低电压保护动作，将不重要的或不允许自起动的电动机从电网切 除，以保证重要电动机在电网电压恢复时顺利地自起动。
1) 在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失， 当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺 利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压
动，如下图所示，
t0 2t
当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时
间必须经过
才能动作，达不到速动性的目
的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流
保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬
时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短
路故障能迅速地被切除。
具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图
2. 零序电流保护
利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点 ，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护 。
在供电系统中常用 三相五芯柱式电压互感器或 三只三绕组单相电压互感器 作中性点不接地系统的绝缘 监测装置
绝缘监视装置的保护方法简单，但给出信号没有选择性，值 班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断 开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即 表明故障是在该线路上。
这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切 断的供电网中。
=18
0电A流，分别为=1.5，在最＝大23运00行A，方Ik(13式)ma下xIC 末端＝和4I6k(2k3)始0msta0Mx 端A；的在短最路小
运行方式时，I (3) k1 m in
I＝k(23)m2in200A，
＝4400A，
线路末端出线保护动作时间为0.5s，线路首端保护的继
电器解为：非1全) 星过形电联流结保，护试整整定定如该下保：护各个参数。
in
，故
k I I s =
(2) kmin
op
2. 反时限过电流保护
(1) 反时限过电流保护的原 理接线
a) 原理图
b) 展开图
(2) 反时限过电流保护的整定配合
路点距离与动作时间的关系
b) 反时限动作特性曲
3、定时限与反时限过电流保护的比较
定时限过电流保护的优点是：动作时间准确，容
易整定。而且不论短路电流大小，动作时间是一定的，不
因此，根据中性点非有效接地系统发生单相接地时的特点， 对供电系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。
1. 绝缘监视装置
其利用供电系统单相接地 后出现的零序电压给出信号。在中 性点非有效接地的供电系统中，只 要本级电压网络中发生单相接地故 障，则在同一电压等级的所有母线 上都将出现数值较高的零序电压。 利用这一特点，在变电所的母线上 一般装设网络单相接地的绝缘监视 装置，它利用接地后出现的零序电 压，带延时动作于信号，表明本级 电压网络中出现了单相接地。
会因短路电流小而动作时间长。
定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多，
接线比较复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时
间太长。
反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接 线简单，所用保护设备数量少，因此这种方式简单经济， 在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用得较多。
二、电流速断保护
定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变
定时限过电流保护的动作电流
I I kkk stM
op
kre
C
式中 Iop ——继电器的动作电流（一次侧）；
kK
5~1.k2st.5M ；
——保护装置的可靠系数，一般取1.1
——自起动系数，由负荷性质及线路 接线I决C 定，一般取1.5~3；
Kre
——保护装置的返回系数，工程上一般
采用0.85~0.95 ；
为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上， 必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主 保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保 护为基本保护。
定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图
例 某工厂10kV供电线路，已知计算负荷电流
定时限过电流保护的展开图
(2) 定时限过电流保护的工作原理
为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作， 显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负 荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起 动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自 起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因 此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。
般取0.5s（对于微机型过电流保护，常取0.35s）。
(4) 过电流保护灵敏系数的校验
定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流 Ikmin 与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks≥1.3~1.5。对于中性点不接地的供 电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电
流
I (2) km
kstM I C =1.5× 180A=270A，选用30=0/5A电流互感器，kTA =300/5=60。
保护动作一次侧电流
I op
=
kk k stM kre
IC
= 1.21.5 180A 381A 0.85
继电器1KA动作电流
I op.K
=
kk kTA
I op
= 1 381A =6.35A, 取6.5A 60
——计算负荷电流。
(3) 按选择性要求整定过电流保护的动作时限
各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的
定时限过电流保护的动作时限整定和配合
为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置 的线路首端k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间应比后一
级保护的动作时间要大一个时间差 t ，对于定时限保护装置，一
时间继电器的整定时限
t to t (0.5+0.5)s=1s
保护灵敏度
ks =
I (2) k1m in Iop
=
3 2200 2
381
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=5
> 15
2) 因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，
其整定计算如下：一次动作电流
I op
=
k I (3) k k1m ax
= 1.25 2300A = 2875A
电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大
运行方式下发生的短路电流来整定。
式中
I op.k
kk kkx kTA
I (3) k.max
Iop.k——速断保护动作电流；
kk ——可靠系数，一般可取1.2～1.3；
I (3) kmax
——被保护线路末端短路时的最大短路电流。
速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电 流 Ik(2m) 与in 其动作电流Iop之比，即
为(60%~70%) UN、时限为0.5~1.5s的低电压保护，即
U opK = (0.6 ~ 0.7) U N kTV
2) 对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许“长期”失电
后再自起动的电动机，可装设动作电压为(50%~55%) UN、时限
为(5~10)s的低电压保护。即
= U opK
(0.5 ~ 0.55) U N kTV
四、中性点非有效接地系统的单相接地保护
用户供电系统采取中性点非有效接地方式，当发生单相接地
时，流经故障点的电流IC由线路相对地的分布电容决定（IC为正常时
每相对地电容电流的3倍），比负荷电流小得多，而且三相之间的线 电压仍然保持对称，对接于线电压上负荷的供电没有影响，因此在一 般情况下允许系统再继续运行1~2h。但是，在单相接地以后，故障相 对地电压为零，非故障相对地电压升高3到 倍，如果流过故障点的 接地电流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约3.5倍 的过电压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短 路。此时，应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采 取措施予以消除；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时， 则应动作于跳闸。
k= s
I (2) kmin
Iop
线路电流速断保护的保护区
电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流 来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得 保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。
速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。
当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都 会出现不平衡的电容电流（零序电流），而这些非故障线路属于正常 线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流 应至少大于本线路的电容电流。
五 过负荷保护 对于可能时常出现过负荷的电缆线路，
应装设过负荷保护，延时动作于信号，必要时可 动作于跳闸。
其动作电流整定为
I op
1.2 ~ 1.3 kTA
Ic
Ic——所保护线路的计算电流。
动作时间一般整定为10~15s
感谢下 载
继电器2KA的动作电流
I opK
=
k kx kTA I op
= 1 2875A = 47.9A
60
速断保护的灵敏度
，取48A
ks
I (2)
=
k2 min
Iop
=
3 4400 2 2875
= 1.325
三、低电压保护
1.低电压闭锁的过电流 保护
定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定 的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压 闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。
供电系统的保护
第二节 单端供电网络的保护
一、过电流保护
当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个 数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使 断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保 护。
1. 定时限过电流保护
所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是 固定的，与通过其上 电流的大小无关。
(1) 定时限过电流保护的原理接线
由电流继电器1KA与2KA、 时间继电器KT和信号继电器KS组 成。其中，1KA、2KA是测量元件， 用来判断通过线路电流是否超过 预设值；KT为延时元件，它以适 当的延时来保证装置动作有选择 性；KS用来发出保护动作的信号
定时限过电流保护的原理图
正常运行时，1KA、2KA、 KT、KS的触点都是断开的，当被 保护区故障或电流过大时，1KA或 2KA动作，通过其触点起动时间继 电器KT，经过预定的延时后，KT 的触点闭合，将断路器QF的跳闸 线圈YR接通，QF跳闸，同时起动 了信号继电器KS，信号牌掉下， 并接通灯光或音响信号。这样， 不正常状态或故障被切除。
2. 用于电动机的低电压保
护
电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值 时，低电压保护动作，将不重要的或不允许自起动的电动机从电网切 除，以保证重要电动机在电网电压恢复时顺利地自起动。
1) 在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失， 当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺 利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压
动，如下图所示，
t0 2t
当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时
间必须经过
才能动作，达不到速动性的目
的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流
保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬
时动作的电流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短
路故障能迅速地被切除。
具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图