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《工厂供配电技术》

学习子领域 : 工厂供配电系统的保护

工作任务 5-1 ：工厂高压线路的保护

方案设计

本领域主要论述了工厂高压线路的保护，其中重点讲述了工厂高压线路的继电保护和电力变压器的保护。

主要内容

1 、线路过电流保护 2 、电流速断保护 3 、单相接地保护

知识准备

（一） 定时限过电流保护装置组成和原理

当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。这种保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为定时限。定时限过电流保护在工厂供电系统中多采用两相式接线。

1 、线路过电流保护

图 4.1 定时限过电流保护装置原理电路图

正常情况下，断路器 QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障时，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器 KA瞬时动作，启动时间继电器 KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型） KS和中间继电器 KM动作， KS触点闭合接通报警线路， KM触点闭合，接通跳闸线圈 YR回路，使断路器 QF跳闸，切除短路故障。在短路故障切除后，继电保护装置除 KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而 KS需手动复位。

工作原理

（二）反时限过电流保护装置的组成和原理

反时限过电流保护就是通过保护装置的故障电流越大，动作时间越短，而故障电流越小，动作时间就越长。这种保护装置由 GL型电流继电器组成。

工作原理：在正常情况下，电流继电器通过正常工作电流，其动断触点闭合，动合触点断开，断路器的跳闸线圈不会得电。发生短路时，电流继电器 KA 中流过的电流增大，到达其动作值，动合触点闭合，接通 YR ，动断触点断开，去掉分流使 YR 得电带动断路器跳闸。

1 、线路过电流保护

图 4.2 交流操作的反时限过电流保护装置原理图

1 、线路过电流保护

(三）过电流保护装置的动作原理和整定

（ 1 ）保护要求

线路 WL2 的首端 k点发生短路时，由于短路电流远远大于

线路上的所有负荷电流，所以沿线路的过电流保护装置包括

KA1 、 KA2 均应启动。按照保护选择性的要求，应是靠近故障

点 k的保护装置 KA2 首先断开 QF2 ，切除故障线路 WL2 。而 KA

1 应立即返回，不至于断开 QF1 。

工作原理1 、线路过电流保护

图 4.3 过电流保护动作原理图

1 、线路过电流保护

max.Lre

wrelop I

KK

KKI

i

继电器的动作电流

保护装置的可靠系数，对 DL 型继电器取 1.2 ，对 GL型继电器取 1.3

3

保护装置的接线系数，三相式、两相式接线取 1 ，两相差式接线取

保护装置的返回系数，对 DL 型继电器取 0.85 ，对GL 型继电器取 0.8

电流互感器变比

线路的最大负荷电流，可取为 (1.5～ 3)I30

保护动作电流的整定

（ 2）过电流保护的动作时限整定和配合

① 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，对于定时限保护装置，一般取 0.5s 。

② 反时限过电流保护的动作时限整定和配合。 为了保证各保护装置动作的选择性，反时限过电流保护装置也应该按照阶梯原则来选择。对反时限过电流保护装置， t 一般取 0.7s 。

1 、线路过电流保护

（ 3）过电流保护装置的灵敏度

op

)2(mink.w

p IK

IKS

i

≥1.5

被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流

1 、线路过电流保护

(4) 定时限和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，不会因短路电流小而动作时间长 ;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 ;缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。

1 、线路过电流保护

（一）电流速断保护的组成及整定

图 4.4 电流速断保护的原理图

2 、电流速断保护

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。

max.kwrel

qb IK

KKI

i

断保护动作电流

可靠系数，对 DL系列电流继电器可取 1.2 ～ 1.3 ，对GL 系列电流继电器可取 1.4 ～ 1.5

被保护线路末端短路时的最大短路电流

2 、电流速断保护

图 4.5 线路电流速断保护的保护区

2 、电流速断保护

（二）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。 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。

2 、电流速断保护

（一） 绝缘监察装置

绝缘监察装置是利用单相接地后出现零序电压而发出信号的，在工厂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，其接线如图 4.6所示。

3 、单相接地保护

图 4.6 绝缘监察装置原理图

3 、单相接地保护

（二）零序电流保护装置

系统正常运行时，各相电流对称，电流继电器线圈电流为零，继电器不动作，当出现单相对地短路故障时，产生零序电流，继电器动作并发出信号。

图 4.7 由三个电流互感器构成的零序电流过滤器

3 、单相接地保护

在三相对称运行以及三相和两相短路时，二次侧三相电路电流矢量和为零，即没有零序电流，继电器不动作。当发生单相接地时，有零序电流通过，此时在二次侧感应出电流，使继电器动作发出信号。

图 4.8 由三个电流互感器构成的零序电流过滤器

3 、单相接地保护

小 结

电流速断保护装置可以克服过电流保护的缺陷，但其保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。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。

工厂低压供电线路主要采用熔断器保护和低压断路器保护。

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资讯资讯

决策决策 计划计划

评价评价检查检查

实施步骤 实施实施

工作任务——工厂高压线路的保护方案设计实施步骤

资 讯

分析工厂高压线路的保护任务书 学习分析工厂高压线路的保护系统原理图通过实物、录像详细了解常用低压配电的电器及设备 通过查找资料了解工厂高压线路的保护的意义、要求学会使用供配电实训仿真系统，认识常用电工仪表

决 策

分析采用什么样的方式方法了解工厂高压线路保护的基本知识，了解工厂高压线路保护的组成、工作原理等，通过什么样的途径学会v如何进行工厂高压线路保护，认识常用电工仪表。初步确定工作任务方案。

小组讨论并完善工作任务方案。

计 划

制定实施工作任务的计划书。根据分析，需要通过动手操作、实物认识、图片搜集、视频播放、查找资料等形式完成本次任务。

通过工厂高压线路保护现场认识电动机 在老师的指导下分析工厂高压线路保护原理图学会进行工厂高压线路保护，认识并使用常用电工仪表。

通过实物、图片演示、视频播放、现场参观等形式认识各种类型的工厂高压线路保护设备。

根据任务要求进行工厂高压线路保护。

实 施

检 查

学生自己独立检查或小组之间互相交叉检查

检查学习目标是否达到，相关任务是否完成、是否根据任务要求学会进行工厂高压线路保护，认识并能正确使用常用电工仪表。

评 估

可从以下几方面评估整个工作过程：对学生的认识过程进行评价，指出学生错误的地方，讨论哪些错误会重复出现，导致哪些后果，如何避免。

评估整个计算、整定过程，是否有需要改进的方法。