继电保护技术讲座.docx
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继电保护技术讲座
继电保护技术讲座
一、继电保护装置的任务及基本任务
二、35KV进线柜保护
三、主变压器保护
四、配电变压器保护
五、小电流接地系统的接地保护
六、二次回路
七、短路电流计算及SGNEC保护定值核查
八、1KV以下低压电网中短路电流计算
继电保护装置
一、继电保护装置的任务和基本要求
〈一〉继电保护装置的任务:
1、电力系统不正常运行状态和事故
(1)不正常状态:
例如变压器过负荷,温度上升,油面下降,轻瓦斯动作,电动机过负荷,油压下降,PT回路断线,直流回路断线,小电流接地系统中的单相接地短路。
(2)事故:
即两相、三相短路,大电流接地系统中的单相接地短路。
2、继保的任务
(1)在不正常运行时及时发出报警信号。
(2)减少事故损失,防止事故扩大。
当系统发生事故,及时准确的切除事故。
(3)可实现自动化。
例如重合闸,备用电源自投,自动减载,自动同期等。
〈二〉对继电保护的基本要求
对继电保护有四个基本要求。
即选择性、灵敏性、速动性、可靠性,简称“四性”。
1、选择性
电力系统中某一部分发生故障时,继电保护有选择的动作,只断开有故障的部分,保留无故障的部分继续工作(运行),这就是选择性。
如下图说明。
F1ABCDF2
K1K2K3K4K5K6K7K8
M
当M点发生故障时,距故障点最近的开关K2、K3保护动作开关断开,影响K2和K3之间的用电户,其余部分保持继续运行,(但由于故障引起的系统电压降下,对非故障用户有些影响)这就是选择性。
如果K2、K3开关与其余任一开关同时动作,或是K2、K3开关在未断开前,其余任一开关先断开,就是无选择性。
在系统故障时,对该动的保护不动称为“拒动”,对不该动的保护动作称为“越级”,两者均属误动作。
误动作的原因可分:
设计误动、(例如95年9月10日锅炉房
(二)线电缆被民建挖短路,本线断开了,645开关也断开了,这就是设计上的误动作。
)安装错误、整定错误、装置质量不良、运行维护过失,等等。
实现选择性必须满足两个条件,一是相邻的上下级保护在时限上有配合,二是相邻的上下级保护在定值上有配合。
综合说来,就是从故障点向电流方向的各级保护,其动作时限逐级增长,定值逐级增大。
△t时限级差:
≥0.5
k1k2k3
t
△t
△t
L
2、灵敏性
在保护装置保护范围内发生故障,保护反映的灵敏程度叫灵敏性,又叫灵敏度。
灵敏度用灵敏系数衡量,用km表示。
IDmin最小短路电流
ICP保护动作值
电流保护km=
主保护对km要求≥2
后备保护对km要求≥1.5最小不得小于1.2
3、速动性
保护装置快速切除故障称之为速动性,它与选择性在某些意义上有矛盾,一般是保证选择性的原则上实现速动性。
4、可靠性
用正确动作率衡量,正确次数/动作次数=正确动作率
正确动作率达到100%,才算真正达到可靠性,也就是说:
该动的就动,不该动的不动,拒动、误动=0。
〈三〉主保护、后备保护
1、主保护:
被保护设备(线路)的主要保护:
例如:
变压器,瓦斯、差动是主保护,线路的电流速断保护、高频保护等为主保护。
2、后备保护:
分近、远后备保护:
(1)近后备保护:
被保护设备的主保护拒动时,由该设备的另一种保护动作切除故障,称为近保护。
例如:
变压器过流保护是瓦斯、差动保护的近后备保护。
输电线距离保护是高频保护的近后备保护。
(2)远后备保护:
相邻元件的保护,作为本元件的后备,称之为远后备保护。
8#站:
主变有近后备,而无远后备(进线只有速断,没有过流)。
主变过流是6kv配出线过流保护的远后备。
二、31路、32路、35kv进线柜保护
31路、32路、35kv进线柜保护共计有两种:
时限速断保护和低电压保护。
应再增加一种过电流保护,作为主变的远后备。
1、低电压保护
(1)保护范围
根据定值计算保护范围(略)
(2)整定原则
电压一般取额定电压的60%即60v(PT二次),核算到35kv侧为21kv。
动作时限的整定原则:
大于电源时限速断t+重合闸动作t。
(3)设计原理图
1~3FU
1ym
2ym
(4)设计存在的问题及改进措施
没有PT回路断线闭锁(及保险熔断闭锁)。
PT的一次保险或二次保险随时都有灼断的可能。
例如仪表引起的故障,二次回路老化引起的故障,检修人员在二次线上工作碰连短路引起故障,以及35KV单相接地,等等。
都可能灼一次或二次保险,一旦保险灼断,低电压保护就动作,进线柜就掉闸。
这些情况都属于误动作。
因为不是供电系统真正发生了低电压,因此结合95年9月20日~25日35kvPT更换,加装PT回路电压断线闭锁。
2、
时限速断保护
(1)保护范围:
进线开关CT至主变一部分。
(见下图)
(2)整定计算原则:
躲过主变二次侧最大短路电流,也就是说主变6KV侧短路保护不动作。
短路电流计算:
根据供电局贾工提供的杏石口35KV短路参数为:
3.993KA(IDmax)2001.4提供
15.6/3.993=3.91(标幺电抗)
计算主变二次短路电流IDmax
3.910.99*0.4239.75
电缆0.12/KM换算到标幺电抗0.12×1000/372=0.09
IDmax=15.6/13.6981=1.14KA(按杏石口参数计算)
1.3×1140
400/5
.
时限速断电流定值:
ICP==18.5A(杏石口)
我们31、32定值18A,0.5”(为什么取0.5”,做主变差动后备)
*如果345开关同意我们恢复,而且同意并路倒闸,那么在并路倒闸过程中,系统阻抗参数变小,短路电流增大,18A就可能伸到主变6KV侧。
需要重新核对保护定值。
(3)灵敏度核对:
按35KV母线最小IDMIN考虑:
15.6
4.7181
IDmin==3.3KA
√3/2×3300
18×400/5
Km==2(2符合要求)
杏石口变电所出线定值
三、主变压器保护:
1、瓦斯保护:
瓦斯保护与纵差保护共同构成变压器的主保护,但保护范围不同。
目前国内采用的有三种型号:
A、浮筒式FJ-22型
B、挡板式QJ-80型
C、开口杯与挡板构成的复合式FJ3-80型
(1)瓦斯保护:
反映变压器内部轻微的匝间故障,或分接开关接触不良或是穿芯螺丝绝缘破坏,铁心对穿芯螺丝放电。
上述故障都产生轻微的电弧,因电弧使绝缘物气化,产生的气体进入瓦斯继电器,上浮子动作,报警,定值250~300毫升。
*当故障轻微时,差动保护及过流保护都动作不了。
(2)重瓦斯
当故障严重时,一般是内部严重的匝间短路、或相间短路,气化是猛烈的,油产生流速流向油枕,冲动下浮子或挡板作用于掉闸。
整定1.0米/秒,对强迫油循环的整定为1.2米/秒。
(3)坡度的要求及测量方法
变压器安装要求有一个坡度,即油枕侧是高一些,坡度为2~4%
(4)瓦斯保护的校验
一)绝缘电阻的摇测。
用1000伏摇表。
二)用打气的方法校验传动轻瓦斯保护动作,用顶针传动重瓦斯动作。
以保证二次回路接线正确。
三)检查瓦斯继电器安装方向及阀门是否打开。
(5)对重瓦斯保护安装的要求
一)控制电缆禁止用橡胶电缆,或加接线盒。
接线端子防油侵,端子至重瓦斯继电器的导线用塑料绝缘的导线。
二)露天变压器的瓦斯继电器加防雨罩。
三)重瓦斯动作为保证动作可靠,在回路中加装自回路或加装电压启动电流保持的跳闸回路。
防止由于冲动而引气的接点抖动现象。
2、差动保护纵差保护
差动保护是变压器的重要保护之一,它可保护变压器的内部相间短路或较严重的匝间短路,以及变压器引线至CT之间的相间短路。
在大电流接地系统中,还可以保护内部及引线的单相接地故障。
容量在6300KVA以上应装放差动保护,即纵差保护。
(1)
变压器的接线组别
一)向量的运算(+-法)向量只能平移,不能转动。
二)连接组别
电力系统中,变压器常见的接线组别有三种Y0/△-11、Y/△-11、Y/Y0-12,分子表示高压线圈的连接方式,分母表示低压线圈的连接方式,后面的数字表示高低压线圈线电势的相位差,就是组别。
高低压绕组线电势的相位差均是30°的倍数,所以,其线电势的向量图所构成的连接组别共计12种。
连接组别可用时钟表示,分针:
高压电势向量,时针:
低压电势向量。
(2)差动保护的保护范围
变压器两侧CT之间。
两侧CT之间的故障称之为区内故障,两侧CT以外的故障称之为区外故障,又称穿越性故障。
区内故障差动保护应动作,区外故障不应动作。
区内,包括变压器内部,引出线至CT。
CT安装在电源的开关上火,负荷开关的下火。
(3)纵差保护的原理
在正常运行中或穿越性故障时,继电器的电流等于I1`+I2`,如果I1`I2`电流值相等,相位差180°,那么I1`+I2`=0。
如何才能达到I1`I2`电流值相等,相位差180°呢?
就拿我们的住变压器来讲,变压器的变比为35KV/6.3KV,接线组别为Y/△-11,一次电流为165A,二次电流为916A。
那么如何解决I1`I2`电流值相等,相位差180°呢?
一)决电流值相等的方法
选CT解决I1`I2`值近似相等
变压器二次916A选1000/5I2`=4058A
变压器一次165A选200/5I1`=√3×4.12=7.1A不行
选300/5I1`=√3×2.75=4.77A
用差动继电器补偿匝数解决I1`与I2`所产生的磁场强度再进一步近似相等。
WC:
工作线圈
WP1:
平衡1线圈
WP2:
平衡2线圈
WC+WP1(WP2)起助磁作用
I1`4.77A×6匝=28.62安匝
I2`4.58A×6匝=27.48安匝
如果低压侧I2`再补偿1匝,WC+WP2=6+1=7匝
I2`4.58A×7匝=32.06安匝结论:
不能补
28.62-27.48
27.48
=4.1%
一般两侧安匝数不大于5%,则认为平衡,也可以说I1`I2`近似相等
二)解决相位差180°方法
I2`从CT端子上正引负封,CT接成Y形,将I1`的向量顺时针转150°(5组接线法)。
怎么才能把I1`转150°呢,将I1`的CT接成△形(5组接线法)。
即+B-A=I1`A、+C-B=I1`B、+A-C=I1`C。
I2`从CT端子上负引正封,CT接成Y形,将I1`的向量顺时针转330°(11组接线法)。
将I1`的CT接成△形(11组接线法)。
即+A-B=I1`A、+B-C=I1`B、+C-A=I1`C。
实际接线
(4)纵差保护代负荷向量检查
测试方法及步骤,用相位表法:
A、分别测量A、a、电流值,以便分析两侧电流是否近似相等。
B、测量A、a、电流相位差,以便分析两侧电流是否φ≈180°U1接-电压(100V即可),测量U1与A的相位差,例40°,再用U1测量U1与a的相位差,应是40°+180°=220°,允许差±5°。
C、用两侧电流大小,核对差动继电器的整定匝数
I1`(A)×(平1+差动匝数)=安匝1(AW1)
I2`(a)×(平2+差动匝数)=安匝2(AW2)
AW1-AW2
AW2
≤5%为合格
3、过电流保护
(1)作用:
是主变及二次出线的后备保护,也是主变低压侧母线的后备保护。
(2)保护范围:
保护到6KV侧线路末端,或6KV侧变压器二次出口。
(3)整定原则:
取以下四种情况,其中最大值。
第一、按将过并列运行的变压器,突然断开一台变压器,全部符合加在一台变压器上。
ICP=1.2*最大符合电流/0.85
第二、按将过自启动电流整定(系统压降、恢复时自启动电流)
ICP=Kh×Kg×Ie
Kh:
1.2~1.3
Kg:
自启动系数。
35KV取1.5~2,6~10KV取1.5~2.5
Ie:
主变额定电流
8#主变按此
第三、按低压侧自投整定
ICP=1.2×(最大负荷电流+Kg*最大负荷电流)
第四、按相邻保护配合整定
ICP=(1.2~1.5)×出线最大定值
时限整定:
比上级小一个△t,杏石口过流1.5″,我们取1″。
4、过负荷保护
过负荷保护的作用,是预报性质,原则上不整定过大,按变压器正常允许过负荷倍数整定,一般取1.25倍。
Kh1.05
Kf0.85
IDE=×Ie
时限,一般取9~10″,保守一些取6″
变压器允许过负荷倍数及时间。
(北京地区变压器运行规程)
自然式风冷却油侵式变压器,负荷倍数与允许时间
倍数
过负荷上层油的温升(℃)(时间:
分)
18°
24°
30°
36°
46°
48°
1.1
3:
50
3:
25
2:
50
2:
10
1:
25
0:
10
1.2
2:
05
1:
40
1:
15
0:
45
1.3
1:
10
0:
50
0:
30
1.4
0:
40
0:
25
1.5
0:
15
油侵变压器允许事故过负荷倍数和时间
过负荷倍数
1.30
1.45
1.60
1.75
2.00
允许时间(分)
120
80
45
20
10
干式变压器允许事故过负荷倍数和时间
过负荷倍数
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
允许时间(分)
60
45
32
18
5
四、配电变压器的保护
1、过电流保护
(1)作用:
作为变压器低压侧母线主保护,也是变压器速断及低压侧出线的后备保护。
(2)范围:
到低压侧出线。
(根据导线截面不同,保护范围有区别)
(3)整定原则:
第一、CT.的1.5倍
第二、按启动电流整定
Icp=1.2×2×Ie
时限整定,按上级小一个△t
2、速断保护
(1)作用:
主保护
(2)范围:
变压器的一部分,按二次短路电流×1.3计算
例如:
1250KAV变,阻抗电压6.16%
1000
1.25
标幺电抗X*=6.16%=49.82
3.910.09×0.4329.7549.28
91.6
61.9781
ID
ID==1.478KA
1.3×1478
150/5
Icp==64A(现整定值70A)
现定值:
1250KVA150/515A0.5″70A0″
1000KVA150/515A0.5″60A0″
800KVA100/515A0.5″70A0″
五、小电流接地系统的接地保护
小电流接地系统中发生单相接地后,各相之间的线电压不变,因此可以继续运行。
(规程规定是接地时间不应超过1~2小时)所以应尽快查找故障点,进行处理。
为此单相接地只列为不正常运行状态。
发生单相接地后,中性点电位升高,若发生金属性接地,则中性点电位升高为相电压,接地相电压为零,非接地相对地电压升高√3倍。
如果发生间歇性电弧接地,而引起网络过电压,很可能发生第二点接地,导致两相或三相接地短路,因此要装设保护,尽快发现及处理单相接地。
1、缘监察装置:
接线原理图如下
在6~10KV电压级网络中,常采用三相五柱电压互感器(或三只单相且二次为双绕组的电压互感器)来取得零序电压,构成母线绝缘监察装置。
如上图,开口三角处端子上取得的即是零序电压,ULN=UA+UB+UC。
正常运行时,三相之和为零,继电器不动作。
当发生例如A相接地UA=0,UB′、UC′数值上升高√3,相位上相差为60°,所以ULN=UB+UC=3UO,ULN=100伏。
因PT设计时,开口处UA=UB=UC=1/3线电压。
2、配出线零序电流保护
(1)变压器低压侧装零序电流保护
(2)高压侧装零序电流保护
3、零序功率保护
4、小电流接地系统
接地电容电流计算:
U(35LL+Lg)
350
U:
额定电压KV
IDO=LL:
电缆长度Km
Lg:
架空线长度Km
SGNEC接地电容电流(LL约4.5Km,Lg=0)
6(35×4.5+0)
350
IDO==2.7A
六、二次回路
1、概述:
在变配电所中,连接电气设备的回路分为一次回路和二次回路
〈一〉次回路
又叫主回路、主接线、一次接线或一次系统。
它是由一次设备:
包括母线、隔离开关、断路器、负荷开关、电力电缆、电压互感器、电流互感器、避雷器、输电线路、变压器、电动机等等。
属于高电压大电流设备。
它担负着变换电压,输送电能,分配电能的作用。
〈二〉二次回路
又叫做二次接线,二次系统。
它是由二次设备:
包括继电器、信号装置、测量表计、控制开关、控制电缆、控制电源、各种小母线等,它担负着对一次设备进行监视、测量、控制、保护及发出信号。
反映一次回路的工作状态,控制一次设备安全稳定运行,属于低电压小电流设备。
〈三〉二次回路的分类
(1)交流电压回路,(PT二次回路)分测量和保护回路。
(2)交流电流回路,(CT二次回路)分测量和保护回路。
(3)直流回路:
分为合闸回路、控制回路、信号回路,信号回路又分位置信号、状态信号、事故信号、预告信号。
2、二次回路接线图
二次回路接线图是将二次设备元件,按照国家统一规定的图形符号、文字符号、数字编号连接而成的图纸。
〈一〉接线图(简称原理图)
是将一次回路和二次回路划在一起。
对比较简单的回路还可以,但对较复杂的回路绘制起来相当麻烦,所以目前很少用。
〈二〉展开接线图:
目前我国应用最广泛(简称展开图)
(1)左边给出一次接线示意图
(2)展开图将交流回路和直流回路分开绘制;交流回路又将电压和电流回路分开绘制;直流回路又将控制和信号分开绘制;信号回路又将事故和预告回路分开绘制,各个回路比较清晰易阅读。
(3)同一仪表、继电器的不同用途的线圈和接点,分别绘制在不同的回路中,同一元件的线圈和接点,用相同的文字符号表示。
(4)相同用途的元件,在文字符号前面加数字序号来区分。
如:
1LJ、2LJ。
(5)各个回路右边标有文字说明,以表明回路的作用。
(6)回路编号按照等电位原则来表示。
(7)某些主要的线段电位点,采取国家规定的固定数字编号。
例如:
合闸3、103、203,跳闸33、133、233等。
(8)不同用途的交流回路,直流回路,按国家规定的数字标号。
(9)交流回路自左至右,经一设备线圈或接点变一个号。
(10)
直流回路自上至下、自左至右,经一设备线圈或接点按奇数变,例如:
1、7、9……(从正极)。
分别从负极按偶数变,例如:
2、4、6……。
全压降线圈右侧未直接与负极连接时,例如:
+0104-
02
(11)各种小母线以文字符号和数字符号来区别,例如:
交流小母线1yma、b、c,2yma、b、c、。
(12)图右边应列出所有设备的型号及技术参数。
〈三〉屏面布置图
是二次设备在屏面上的布置情况,一般应按照设备的尺寸,相互距离,相互位置,按照一定比例绘制的。
它是绘制安装接线图的重要文件。
(1)对所有的二次设备进行安装单位编号。
用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。
例如:
柜、台、屏。
(2)
I3
KA
I2
2KA
I1
1KA
同一安装单位的设备,应从上到下,从左到右进行设备标志和编号,例如:
〈四〉安装接线图:
又称屏背面接线图(也有屏前接线图)简称安装图。
它是制造产生产屏、箱、柜过程中配线的依据,也是施工和运行时的重要图纸,它是以展开图、屏面布置图、端子排图为原始资料设计的。
1、设备排列原则
屏背面:
安装各种控制、保护、信号等元件。
屏侧:
端子排。
(在不影响端子排的情况下,也可以装一些小元件)
屏顶:
安装各种小母线、熔断器、附加电阻、警铃、蜂鸣器等。
2、安装接线图中的标号
〈1〉安装图上的设备符号和编号应与展开图、平面布置图一致。
〈2〉设备安装单位编号
安装单位编号以罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……表示。
例:
开关柜、控制台、返回屏、继保屏等。
〈3〉同型号设备的顺序
例如:
有三块同型号继电器1LJ、2LJ、3LJ,
1KA、2KA、3KA。
〈4〉设备的顺序号
即在屏上的位置顺序号:
从左到右,从上到下的顺序。
设备的标号在设备图形的左上角划一圆圈。
I:
设备安装单位编号
1:
设备的顺序号
3:
同型号设备顺序号
LJ:
设备符号
〈5〉设备元件的接线端子顺序号
背面:
左侧由上到下,②④……
②①
⑩⑨
④③
⑥⑤
⑧⑦
右侧由上到下,①③……
3、端子排
端子排的画法:
(排列原则)
(1)当同一屏上有几个安装单位,则每一个安装单位应有独立的端子排,并留有2~5个备用端子,并装终端端子。
(2)端子的选择应根据具体情况而定,交流电流回路应使用实验端子,信号和预告回路及其它需要断开的回路,应使用特殊端子。
(3)合闸或跳闸端子与正端子应隔开一个空端子。
(4)一个端子螺丝只能压一根导线,特殊情况不得超过两根而且不得大于6mm2。
(5)回路自上到下排列顺序,交流电流回路、交流电流回路、信号回路、控制回路、其他回路。
4、安装接线图中的接线方法:
——对应编号法
安装接线图其连接的表示方法采用“相对编号法”。
例如,I1、I2两设备需要连接,在I1设备端子上标明I2设备接线端子的编号。
例如
交流回路数字标号组
回路名称
互感器的
文字符号
回路标号组
U组
V组
W组
中性线
零序
保护装置
及测量表计
的电流回路
TA
U401~409
V401~409
W401~409
N401~409
1TA
U411~419
V411~419
W411~419
N411~419
2TA
U421~429
V421~429
W421~429
N421~429
保护装置
及测量表计
的电压回路
TV
U601~609
V601~609
W601~609
N601~609
1TV
U611~619
V611~619
W611~619
N611~619
2TV
U621~629
V621~629
W621~629
N621~629
控制、保护
信号回路
U1~339
V1~339
W1~339
N1~339
直流回路数字标号组
回路名称
数字标号组
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
+电源回路
1
101
201
301
-电源回路
2
102
202
302
合闸回路
3-31
103-131
203-231
303-331
绿灯或合闸回路监视继电器的回路
5
105
205
305
跳闸回路
33-49
133-149
233-249
333-349
红灯或跳闸回路监视继电器的回路
35
135
235
335
备用电源自动合闸回路
50-69
150-169
250-26
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- 保护 技术讲座