电力工程第6章

1、电力工程基础第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护制作制作 孙丽华孙丽华2022-4-29122022-4-29第第6章章 电力系统继电保护电力系统继电保护n 6.1 继电保护的基本知识n 6.2 常用保护继电器n 6.3 线路的电流电压保护n 6.4 电网的方向电流保护 n 6.5 输电线路的接地保护n 6.6 距离保护简介n 6.7 电力变压器的保护n 6.8 电动机保护n 6.9 电力电容器的保护n 6.10 微机保护简介32022-4-296.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气电力系统继电保护装置是一种能反应电力系统中电气元件

2、发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。发出信号的一种自动装置。 一、继电保护的作用一、继电保护的作用自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障部分迅速恢复正常运行非故障部分迅速恢复正常运行. . 能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求发出报警信号、减负荷或延时跳闸。报警信号、减负荷或延时跳闸。它的基本任务是：它的基本任务是：42022-4-29测量部分：测量部分：从被保护对象输入有关信号，并与

3、给定的整定从被保护对象输入有关信号，并与给定的整定值进行比较，决定保护是否动作；值进行比较，决定保护是否动作；逻辑部分：逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；定保护装置是否应该动作；执行部分：执行部分：根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所担负的任务（跳闸或发信号）。负的任务（跳闸或发信号）。 二、继电保护的基本原理二、继电保护的基本原理图图6-1 继电保护装置组成方框图继电保

4、护装置组成方框图52022-4-29 三、对继电保护的基本要求三、对继电保护的基本要求u 选择性：选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。非故障部分继续运行。u 速动性：速动性：继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。从电网中切除。图图6-2 电力系统继电保护选择性说明图电力系统继电保护选择性说明图62022-4-29u 灵敏性：灵敏性：指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运指

5、保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。行状态的反映能力。 保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量。来衡量。 对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：对于反应故障时参数量增加的保护（如过电流保护）：保保护护动动作作的的整整定定值值的的最最小小值值保保护护区区内内故故障障时时反反应应量量sK对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：对于反应故障时参数量降低的保护（如低电压保护）：的的最最大大值值保保护护区区内内故故障障时时反反应应量量保保护护动动作作的的整整定定值值sKu 可靠性：可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误指

6、保护装置该动时不能拒动；不该动时不能误动。动。72022-4-29 一、电磁型继电器（一、电磁型继电器（DL型）型）1电磁型电流继电器电磁型电流继电器u 结构：如图结构：如图6-3所示。所示。 u工作原理：当在继电器线圈中工作原理：当在继电器线圈中通入电流通入电流IK时，电磁铁产生的电时，电磁铁产生的电磁转矩磁转矩Fem为：为：222mKKemRNIKM 当当Mem克服弹簧的反作用转克服弹簧的反作用转矩矩Msp和摩擦转矩和摩擦转矩Mfr时，继电时，继电器动作。器动作。 图图6-3 电磁式电流继电器结构图电磁式电流继电器结构图1线圈线圈 2电磁铁电磁铁 3钢舌片钢舌片 4静触点静触点 5动触点动

7、触点 6起动电流调节转杆起动电流调节转杆7标度盘（铭牌）标度盘（铭牌） 8轴承轴承 9反作用弹簧反作用弹簧 10转轴转轴6.2 常用保护继电器常用保护继电器 82022-4-29因此，欲使继电器动作的必要条件是：因此，欲使继电器动作的必要条件是： MemMsp+ Mfr KMMNRKMNRIfrspKmemKmKop.动作电流：动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器能使继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流，用的动作电流，用Iop.K表示。表示。调整继电器动作电流的方法有：调整继电器动作电流的方法有： 改变继电器线圈匝数改变继电器线圈匝数NK（级进调节）；（级进调节）； 调

8、节反作用弹簧的松紧，即调节调节反作用弹簧的松紧，即调节Msp（平滑调节）；（平滑调节）； 调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节调整衔铁与电磁铁之间的气隙长度，即调节Rm。 92022-4-29返回电流：返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为能使继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用继电器的返回电流，用Ire.K表示。表示。返回系数：返回系数：是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用是指继电器的返回电流与动作电流的比值，用Kre表示，即表示，即 继电器动作后，减小继电器动作后，减小IK就能使继电器返回原位。欲使继就能使继电器返回原位。欲使继电器返回的必要条件是：电

9、器返回的必要条件是： Msp Mem+ Mfr KopKrereIIK.说明：说明：过电流继电器的返回系数过电流继电器的返回系数Kre Iop.3 Iop.5，t1 t3 t5Iop.6 Iop.4 Iop.2，t6 t4 t2方向电流保护必须采用方向电流保护必须采用按相起动按相起动接线方式。接线方式。KP3KP2QFKSKTYRKP1KA3KTWCWC-+KA2KA1按相起动：按相起动：只有当同一相的功率方只有当同一相的功率方向元件和电流元件同时起动时，保向元件和电流元件同时起动时，保护才能动作跳闸。护才能动作跳闸。572022-4-296.5 输电线路的接地保护输电线路的接地保护 一、概述

10、一、概述n大接地电流系统中的单相接地短路保护：大接地电流系统中的单相接地短路保护：采用完全星形接线的相间电流电压保护采用完全星形接线的相间电流电压保护灵敏度常常灵敏度常常不能满足要求；不能满足要求；装设专门的接地短路保护装设专门的接地短路保护反映零序电流、零序电压反映零序电流、零序电压和零序功率的保护。和零序功率的保护。n小接地电流系统中的单相接地短路保护：当单相接地电流小接地电流系统中的单相接地短路保护：当单相接地电流较大时，应装设单相接地保护，使之动作于信号，以便让较大时，应装设单相接地保护，使之动作于信号，以便让运行人员及时采取措施消除故障。运行人员及时采取措施消除故障。582022-4

11、-29二、大接地电流系统中的接地保护二、大接地电流系统中的接地保护1. 零序电流、零序电压和零序功率的分布（图零序电流、零序电压和零序功率的分布（图6-32）图图6-32 接地短路时的零序等效网络接地短路时的零序等效网络592022-4-29由图由图6-32可见，零序分量具有以下特点：可见，零序分量具有以下特点：故障点的零序电压最高，变压器中性点接地处的零序电压故障点的零序电压最高，变压器中性点接地处的零序电压为为0。保护安装设处母线。保护安装设处母线A、B的零序电压分别为的零序电压分别为 和和 ; 10010TAXI jU20020TBXI jU零序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关。零

12、序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关。 在图在图6-32所示网络中发生单相接地短路时，有所示网络中发生单相接地短路时，有)(0210XXXjEI200210012002001TTTXXXXXXII）（其中其中 001II若变电所若变电所B内的变压器中性点不接地，则内的变压器中性点不接地，则,20TX602022-4-29零序功率零序功率 。由于故障点的零序电压最高，所以故。由于故障点的零序电压最高，所以故障点的零序功率也最大。障点的零序功率也最大。000IUS 注意：注意：由于在故障线路上，零序功率的方向是由线路指向母线（与正序功率由于在故障线路上，零序功率的方向是由线路指向母线（与正序功

13、率相反），因此，零序功率方向继电器都是在负值零序功率下动作的。相反），因此，零序功率方向继电器都是在负值零序功率下动作的。 2. 零序分量的获取方法零序分量的获取方法n零序电流的获取零序电流的获取架空线路：用零序电架空线路：用零序电流滤过器（图流滤过器（图6-33a）。）。电缆线路：用零序电电缆线路：用零序电流互感器（图流互感器（图6-33b）。）。 图图6-33 零序电流的获取零序电流的获取a）零序电流滤过器）零序电流滤过器 b）零序电流互感器）零序电流互感器612022-4-29n零序电压的获取：通过电压互感器获得零序电压的获取：通过电压互感器获得 。将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口

14、三角形绕组来将三个单相电压互感器的副方绕组接成开口三角形绕组来获取（图获取（图6-34a）从三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组来获取从三相五柱式电压互感器二次侧的开口三角形绕组来获取（图（图6-34b）图图6-34 零序电压互感器零序电压互感器 a）三单相式）三单相式 b）三相五柱式）三相五柱式622022-4-29 3. 大接地电流系统的零序电流保护大接地电流系统的零序电流保护 通常采用三段式零序电流保护。第通常采用三段式零序电流保护。第段为无时限零序电段为无时限零序电流速断保护，第流速断保护，第段为带时限零序电流速断保护，第段为带时限零序电流速断保护，第段为段为定时限零序过电流保护

15、，其原理接线图如图定时限零序过电流保护，其原理接线图如图6-35所示。所示。 图图6-35 三段式零序电流保护原理接线图三段式零序电流保护原理接线图632022-4-29动作电流：动作电流：躲过下一级相邻线路首端发生短路时，流过保躲过下一级相邻线路首端发生短路时，流过保护安装处的最大零序电流，即护安装处的最大零序电流，即r 无时限零序电流速断保护无时限零序电流速断保护max. 03IKIrelop式中，式中，Krel取取1.21.3。灵敏度校验：灵敏度校验：零序电流零序电流I段的保护范围也应不小于本线路段的保护范围也应不小于本线路全长的全长的15%20%。 注意：注意：由于线路的零序阻抗比正序

16、阻抗大，故由于线路的零序阻抗比正序阻抗大，故 的曲线较陡，的曲线较陡，因此，零序电流因此，零序电流I段的保护范围比一般的电流段的保护范围比一般的电流I段大得多，且保护范围也段大得多，且保护范围也比较稳定。比较稳定。 )(30lfI 计算计算3I0.max 的运行方式是：故障点的运行方式是：故障点的的 最小，保护安装侧变压器中最小，保护安装侧变压器中性点接地最多，线路末端变压器不性点接地最多，线路末端变压器不接地。当接地。当 时，采用单相接时，采用单相接地短路，反之则采用两相接地短路地短路，反之则采用两相接地短路1Z1Z0Z642022-4-29r 带时限零序电流速断保护带时限零序电流速断保护动

17、作电流：动作电流：应与下一级线路的零序应与下一级线路的零序I段相配合。但是，当段相配合。但是，当两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，两个保护之间的变电所母线上接有中性点接地的变压器时，如图如图6-36所示，应考虑该变压器的影响。所示，应考虑该变压器的影响。 2 .1 .opbrelopIKKI因此因此 式中，式中，Krel取取1.11.2； Kb为分支系数。为分支系数。 图图6-36 带时限零序电流速断保护的作用原理带时限零序电流速断保护的作用原理等于下一级线路零序电流速断等于下一级线路零序电流速断保护范围末端接地短路时，流保护范围末端接地短路时，流过故障线路和被保护线路的零过

18、故障线路和被保护线路的零序电流之比，即序电流之比，即 ，应取最小值应取最小值。00IIKb652022-4-29r零序过电流保护零序过电流保护动作时间：动作时间：与下一级线路零序与下一级线路零序I段相配合，一般取段相配合，一般取0.5s。min. 03I灵敏度校验：灵敏度校验：按最小运行方式下被保护线路末端发生接地按最小运行方式下被保护线路末端发生接地短路时，流过保护的最小短路时，流过保护的最小3倍零序电流倍零序电流 来校验，要求来校验，要求Ks1.31.5。 若灵敏度不满足要求，可与下一级线路的零序电流若灵敏度不满足要求，可与下一级线路的零序电流II段相配合。段相配合。动作电流：动作电流：躲

19、过下一线路首端三相短路时，流过保护装置躲过下一线路首端三相短路时，流过保护装置的最大零序不平衡电流的最大零序不平衡电流 ，即，即max.dsqrelopIKI式中，式中，Krel取取1.21.3。 662022-4-29min. 03I灵敏度校验：灵敏度校验：按被保护范围末端发生接地短路时，流过保按被保护范围末端发生接地短路时，流过保护的最小护的最小3倍零序电流倍零序电流 来校验，作近后备时（本线路来校验，作近后备时（本线路末端短路），要求末端短路），要求Ks1.31.5；作远后备时（相邻线路末端；作远后备时（相邻线路末端短路），要求短路），要求Ks1.2 。 动作时间：动作时间：按阶梯原则整

20、定，如图按阶梯原则整定，如图6-37所示。所示。图图6-37 零序过电流保护的动作时限零序过电流保护的动作时限由图可知，同一线路上由图可知，同一线路上零序过电流保护的动作零序过电流保护的动作时限比相间短路过电流时限比相间短路过电流保护的动作时限小。保护的动作时限小。672022-4-294. 方向性零序电流保护方向性零序电流保护 在双电源和多电源的大接地电流系统中，为了保证接地在双电源和多电源的大接地电流系统中，为了保证接地故障时零序电流保护动作的选择性，要加装零序功率方向继故障时零序电流保护动作的选择性，要加装零序功率方向继电器，以构成零序功率方向保护。电器，以构成零序功率方向保护。 n零序

21、功率方向继电器的接线（图零序功率方向继电器的接线（图6-38a）03IIK03UUK 而电力系统中而电力系统中实际使用的零序功率方向继电器最大最灵敏角为实际使用的零序功率方向继电器最大最灵敏角为70 85， 由于在规定的电流、电压正方向下，当被保护线路正方由于在规定的电流、电压正方向下，当被保护线路正方向发生接地短路时，向发生接地短路时， 超前超前 约约90 110，03I03U因此，在使用零序功率方向继电器时，若以正极性端接入继因此，在使用零序功率方向继电器时，若以正极性端接入继电器电流线圈的极性端，则必须以负极性端接入继电器电压电器电流线圈的极性端，则必须以负极性端接入继电器电压线圈的极性

22、端，这时接入继电器的电流和电压分别为：线圈的极性端，这时接入继电器的电流和电压分别为：即继电器的最大灵敏即继电器的最大灵敏角为角为90110 682022-4-29 由图由图6-38b的相量图可以看出，此时的相量图可以看出，此时 滞后滞后 70，即，即 ，则正方向发生接地故障时继电器最灵敏。，则正方向发生接地故障时继电器最灵敏。 KIKU70sK03I03U图图6-38 零序功率方向继电器的接线零序功率方向继电器的接线a）接线原理图）接线原理图 b）接入）接入 和和 的相量图的相量图03I03U 692022-4-29n零序功率方向继电器的灵敏度校验零序功率方向继电器的灵敏度校验min00)3

23、3(1IUSKopSmin00)33(IU 式中，式中， 为保护区末端接地短路时，为保护区末端接地短路时，保护安装处保护安装处的最的最小零序功率；小零序功率； 为零序功率方向继电器的动作功率。为零序功率方向继电器的动作功率。opS说明：说明：由于接地故障点的零序电压最高，所以当接地故障位于保护安由于接地故障点的零序电压最高，所以当接地故障位于保护安装处附近时，不会出现零序方向继电器的电压死区。装处附近时，不会出现零序方向继电器的电压死区。 根据规程要求，作近后备时（本线路末端接地短路），根据规程要求，作近后备时（本线路末端接地短路），Ks1.5；作远后备时（相邻线路末端接地短路），；作远后备时

24、（相邻线路末端接地短路），Ks2 。 702022-4-29三、小接地电流系统的接地保护三、小接地电流系统的接地保护1. 小接地电流系统中单相接地时电容电流的分布（图小接地电流系统中单相接地时电容电流的分布（图6-39）图图6-39 小接地电流系统中单相接地时电容电流的分布小接地电流系统中单相接地时电容电流的分布712022-4-29由图由图6-39可知，电容电流分布的特点如下：可知，电容电流分布的特点如下：发生单相接地，全系统都会出现零序电压。发生单相接地，全系统都会出现零序电压。非故障线路的非故障线路的C相对地电容电流为零，只有相对地电容电流为零，只有A相和相和B相有电相有电容电流；而故障

25、线路的容电流；而故障线路的C相对地电容电流不为零。相对地电容电流不为零。 非故障线路的零序电流为该线路本身对地的电容电流，其非故障线路的零序电流为该线路本身对地的电容电流，其方向由母线指向线路。方向由母线指向线路。对故障线路对故障线路WL3而言，而言，C相中有相中有 从线路流向母线，从线路流向母线，B、C相中有相中有 从母线流向线路，所以，故障线路始端所反应的零从母线流向线路，所以，故障线路始端所反应的零序电流为：序电流为：CI3CI2133213)(CCCCCCCCIIIIIIII上式说明，故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电流之和，其上式说明，故障线路的零序电流为所有非故障线路零序电流

26、之和，其方向是从由线路流向母线。方向是从由线路流向母线。722022-4-292. 小接地电流系统的单相接地保护小接地电流系统的单相接地保护n绝缘监视装置：绝缘监视装置：发生单相接地故障时，利用母线电压互感发生单相接地故障时，利用母线电压互感器二次侧开口三角形端子上零序电压来起动过电压继电器，器二次侧开口三角形端子上零序电压来起动过电压继电器，动作于信号。动作于信号。n零序电流保护：零序电流保护：根据故障线路零序电流大于非故障线路零根据故障线路零序电流大于非故障线路零序电流这一特点，可以构成有选择性的零序电流保护，并可序电流这一特点，可以构成有选择性的零序电流保护，并可动作于信号或跳闸。动作于

27、信号或跳闸。对于架空线路：采用零序电流滤过器，动作电流为：对于架空线路：采用零序电流滤过器，动作电流为： iCdsqrelKopKIIKI.特点：保护比较简单，但给出的信号没有选择性。特点：保护比较简单，但给出的信号没有选择性。 为正常负荷电流为正常负荷电流产生的不平衡电流产生的不平衡电流 dspI说明：说明：按上式确定的动作电流，一般不能躲开本线路外部三相短路时所出现的不平衡电流，按上式确定的动作电流，一般不能躲开本线路外部三相短路时所出现的不平衡电流，因此应加装时限元件来保证选择性，其动作时限应比相间短路的过电流保护大一个因此应加装时限元件来保证选择性，其动作时限应比相间短路的过电流保护大

28、一个 。t动作电流动作电流732022-4-29对于电缆线路：采用零序电流互感器对于电缆线路：采用零序电流互感器 ，其动作电流为：，其动作电流为： iCrelKopKIKI.电缆线路正常运电缆线路正常运行时的不平衡电行时的不平衡电流流 很小，可忽略很小，可忽略灵敏度校验灵敏度校验： KopiCCIKIIK.S式中，式中， 为本线路单相接地时，非故障线路对地电容电为本线路单相接地时，非故障线路对地电容电流的总和，应取最小值。对架空线路，要求流的总和，应取最小值。对架空线路，要求Ks1.5；对电缆；对电缆线路，要求线路，要求Ks 1.25。CCIIn零序功率方向保护：零序功率方向保护：利用故障线路

29、和非故障线路的保护安利用故障线路和非故障线路的保护安装处零序功率方向相反的特点来实现有选择性的保护，动作装处零序功率方向相反的特点来实现有选择性的保护，动作于信号或跳闸。适用于零序电流保护的灵敏度不满足要求和于信号或跳闸。适用于零序电流保护的灵敏度不满足要求和接线复杂的网络中。接线复杂的网络中。742022-4-296.6 距离保护简介距离保护简介一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念 距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。 正常工作时

30、，保护安装处测量到的电压为正常工作时，保护安装处测量到的电压为 ，电流为负，电流为负荷电流荷电流 ，比值，比值 基本上是负荷阻抗，其值较大。基本上是负荷阻抗，其值较大。当系统短路时，保护安装处测量到的电压为残余电压当系统短路时，保护安装处测量到的电压为残余电压 ，电，电流为短路电流流为短路电流 ，比值，比值 为短路阻抗，其值较小。为短路阻抗，其值较小。 wULILLwZIUkUkIkkkZIUn距离保护的工作原理距离保护的工作原理距离保护的距离保护的优点优点：由于：由于 只与短路点到保护安装处的距离有关，因此，用只与短路点到保护安装处的距离有关，因此，用 构成的距离保护构成的距离保护，其保护范

31、围基本上不受运行方式变化的影响。其保护范围基本上不受运行方式变化的影响。 ZIUkZ752022-4-29n距离保护的保护范围距离保护的保护范围 距离保护的保护范围用整定阻抗距离保护的保护范围用整定阻抗Zset值的大小来表示。值的大小来表示。 当线路发生短路时，若距离保护的测量阻抗当线路发生短路时，若距离保护的测量阻抗Zm小于整定小于整定阻抗，即阻抗，即ZmZset，保护动作；若，保护动作；若Zm Zset，则保护不动作。，则保护不动作。因此，距离保护实质上是一种因此，距离保护实质上是一种低量动作低量动作保护。保护。 二、距离保护的时限特性二、距离保护的时限特性采用三段式阶梯延时特性，如图采用

32、三段式阶梯延时特性，如图6-40所示。所示。 v第第I段：段：保护范围为本线路全长的保护范围为本线路全长的80%85%，动作时限为，动作时限为继电器本身的固有时间。继电器本身的固有时间。tv第第II段：段：保护范围为本线路全长的保护范围为本线路全长的125%，其动作时限应比，其动作时限应比下一线的第下一线的第I段保护动作时限大段保护动作时限大 。 762022-4-29v第第III段：段：保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至更远，其动作时限应比下一线路第更远，其动作时限应比下一线路第III段的动作时限大段的动作时限大 。t图图6-40 距离保护的

33、时限特性距离保护的时限特性772022-4-29三、距离保护的主要组成元件三、距离保护的主要组成元件 三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图6-41所示。所示。图图6-41 三段式距离保护的组成元件框图三段式距离保护的组成元件框图782022-4-29起动元件：起动元件：采用过电流继电器或阻抗继电器。采用过电流继电器或阻抗继电器。测量元件：测量元件：采用带方向性的阻抗继电器。采用带方向性的阻抗继电器。时间元件：时间元件：采用时间继电器或延时电路。采用时间继电器或延时电路。四、阻抗继电器的基本构成原理与动作特性四、阻抗继电器的基本构成原理与动作特性 图图6-42

34、中，设中，设BC线路距离线路距离段的整定阻抗段的整定阻抗Zset=0.85ZBC ，并设并设 ，则阻抗继电器的动作特性应是在，则阻抗继电器的动作特性应是在Zset范围内的范围内的一条线段，由于受短路点过渡电阻和互感器角误差的影响一条线段，由于受短路点过渡电阻和互感器角误差的影响，通常用包含该线段在内的一个圆来表示。通常用包含该线段在内的一个圆来表示。 lset792022-4-29图图6-42 阻抗继电器的动作特性阻抗继电器的动作特性1全阻抗继电器特性圆全阻抗继电器特性圆 2方向阻抗继电器特性圆方向阻抗继电器特性圆802022-4-29全阻抗继电器：全阻抗继电器：以以B点为圆心，以点为圆心，以

35、Zset为半径得到的圆为半径得到的圆1，称，称为全阻抗继电器的特性圆。为全阻抗继电器的特性圆。方向阻抗继电器：方向阻抗继电器：以以B点为圆心，以点为圆心，以Zset为直径得到的圆为直径得到的圆2，称为方向抗继电器的特性圆。称为方向抗继电器的特性圆。lset 由特性圆由特性圆2可以看出，当方向阻抗继电器的整定阻抗角与可以看出，当方向阻抗继电器的整定阻抗角与线路的阻抗角相等，即线路的阻抗角相等，即 时，继电器的动作阻抗时，继电器的动作阻抗Zop最最大（等于圆的直径），保护范围最长，继电器最灵敏。此时大（等于圆的直径），保护范围最长，继电器最灵敏。此时的整定阻抗角称为阻抗继电器的最大灵敏角，用的整定

36、阻抗角称为阻抗继电器的最大灵敏角，用 表示。表示。 s注意：注意：全阻抗继电器在线路反方向短路时也动作，即继电器没有方向全阻抗继电器在线路反方向短路时也动作，即继电器没有方向性，因此，必须和方向元件配合使用使以其反方向短路时不动作。性，因此，必须和方向元件配合使用使以其反方向短路时不动作。 812022-4-29五、阻抗继电器的接线方式五、阻抗继电器的接线方式KUKIKUKIKUKIKUKIABUBAIIABUBIABUAIAU03IKIABCUCBIIBCUCIBCUBIBU03IKIBCAUACIICAUAICAUCICU03IKICKZ3KZ2KZ1 （30） （30） （0）IUIUI

37、U03IKIU表表6-2 阻抗继电器的常用接线方式阻抗继电器的常用接线方式 接线方接线方 式式继电继电器器要求要求: :输入到阻抗继电器的电压和电流应使其比值输入到阻抗继电器的电压和电流应使其比值 正比于故障点至保护安装处的距离正比于故障点至保护安装处的距离, ,且与故障类型无关。且与故障类型无关。 mmmIUZ822022-4-29 经分析知，在不同短路情况下，不同接线方式的阻抗继经分析知，在不同短路情况下，不同接线方式的阻抗继电器的测量阻抗是不同的。电器的测量阻抗是不同的。 （0接线）只在接线）只在 、 和和 时，测量阻抗为时，测量阻抗为 Z1l，因此，这种接线多用于相间距离保护；，因此，

38、这种接线多用于相间距离保护； )3(k)2(k)1 , 1(kIU 接线只在接线只在 、 和和 时，测量阻抗为时，测量阻抗为 Z1l，因此，这种接线多用于接地距离保护；，因此，这种接线多用于接地距离保护； ）（03IKIU)3(k)1 (k)1 , 1(k30（ 和和 ）接线方式的阻抗继电器在不同）接线方式的阻抗继电器在不同故障类型时，其测量阻抗的数值与相位均不相同，因此，这故障类型时，其测量阻抗的数值与相位均不相同，因此，这种接线方式可应用于圆特性方向阻抗继电器。种接线方式可应用于圆特性方向阻抗继电器。 IUIU832022-4-296.7 电力变压器的保护电力变压器的保护一、电力变压器的故

39、障类型和应装设的保护一、电力变压器的故障类型和应装设的保护n故障类型故障类型内部故障内部故障绕组的匝间短路绕组的匝间短路绕组的相间短路绕组的相间短路单相接地短路单相接地短路外部故障外部故障相间短路相间短路单相接地短路单相接地短路异常运行状态异常运行状态变压器过负荷变压器过负荷外部短路引起的过电流外部短路引起的过电流油箱漏油引起的油面过低油箱漏油引起的油面过低外部接地故障引起的中性点过电压外部接地故障引起的中性点过电压变压器油温升高变压器油温升高842022-4-29n应装设的保护应装设的保护主保护主保护瓦斯保护瓦斯保护轻瓦斯轻瓦斯动作于信号动作于信号重瓦斯重瓦斯动作于跳闸动作于跳闸纵联差动保护

40、或电流速断保护纵联差动保护或电流速断保护后备保护后备保护辅助保护辅助保护过电流保护过电流保护复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护负序过电流保护负序过电流保护单相接地保护单相接地保护过负荷保护过负荷保护过励磁保护过励磁保护温度保护温度保护852022-4-29二、瓦斯保护二、瓦斯保护n瓦斯继电器的结构和工作原理瓦斯继电器的结构和工作原理 瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如图瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如图6-43所示。所示。一对触点在变压器油箱内发一对触点在变压器油箱内发生轻微故障时动作，作用于信生轻微故障时动作

41、，作用于信号号轻瓦斯动作；轻瓦斯动作；另一对触点在变压器油箱内另一对触点在变压器油箱内发生严重故障时动作，作用于发生严重故障时动作，作用于跳闸跳闸重瓦斯动作。重瓦斯动作。 瓦斯继电器有两对灵敏的触点：瓦斯继电器有两对灵敏的触点：图图6-43 瓦斯继电器安装示意图瓦斯继电器安装示意图1变压器油箱变压器油箱 2连接管连接管3瓦斯继电器瓦斯继电器 4油枕油枕862022-4-29 图图6-44为目前在我国电力为目前在我国电力系统中推广应用的是开口杯挡系统中推广应用的是开口杯挡板式瓦斯继电器的内部结构。板式瓦斯继电器的内部结构。图图6-44 FJ3-80型瓦斯继电器的结构示意图型瓦斯继电器的结构示意图

42、1盖盖 2容器容器 3上油杯上油杯 4永久磁铁永久磁铁 5上动触点上动触点6上静触点上静触点 7下油杯下油杯 8永久磁铁永久磁铁 9下动触点下动触点 10下静触点下静触点 11支架支架 12下油杯平衡锤下油杯平衡锤 13下油杯转轴下油杯转轴 14挡板挡板 15上油杯平衡锤上油杯平衡锤 16上油杯转轴上油杯转轴 17放气阀放气阀 18接线盒接线盒正常运行：正常运行：上、下触点均断开。上、下触点均断开。油箱内部发生轻微故障：油箱内部发生轻微故障：上触上触点合，发出信号点合，发出信号轻瓦斯动作。轻瓦斯动作。油箱内部发生严重故障：油箱内部发生严重故障：下触下触点闭合，发出跳闸脉冲点闭合，发出跳闸脉冲重

43、瓦重瓦斯动作。斯动作。变压器漏油使油面降低：变压器漏油使油面降低：首先首先是上触点闭合发出报警信号，然是上触点闭合发出报警信号，然后下触点闭合发出跳闸脉冲。后下触点闭合发出跳闸脉冲。872022-4-29n变压器瓦斯保护的接线图（图变压器瓦斯保护的接线图（图6-45）F优点：优点：动作迅速、灵敏动作迅速、灵敏度高、能反应油箱内部度高、能反应油箱内部发生的各种故障。发生的各种故障。F缺点：缺点：不能反应变压器外部端子上的故障。不能反应变压器外部端子上的故障。图图6-45 瓦斯保护原理接线图瓦斯保护原理接线图注意：注意：由于重瓦斯保护由于重瓦斯保护是靠油流的冲击而动作是靠油流的冲击而动作的，而油流

44、速度的不稳的，而油流速度的不稳定可能造成触点的抖动，定可能造成触点的抖动，为使断路器能可靠跳闸，为使断路器能可靠跳闸，出口中间继电器出口中间继电器KM必必须有须有自保持回路自保持回路。 882022-4-29三、电流速断保护三、电流速断保护对于容量较小的变压器，应在电源侧装设电流速断保护。对于容量较小的变压器，应在电源侧装设电流速断保护。 n动作电流动作电流躲过变压器二次侧母线短路时的最大短路电流，即躲过变压器二次侧母线短路时的最大短路电流，即 )3(max. krelopIKI式中，式中，Krel取取1.21.3。 躲过变压器空载合闸时的最大励磁涌流，即躲过变压器空载合闸时的最大励磁涌流，即

45、 NTopII)53(说明：说明：当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相三继电器式接线。三继电器式接线。892022-4-29n灵敏度校验：灵敏度校验：按保护装置安装处（一次侧）的最小两相短按保护装置安装处（一次侧）的最小两相短路电流来校验，即路电流来校验，即opkSIIK)2(min.2.0式中，式中， 为变压器一次侧的最小两相短路电流。为变压器一次侧的最小两相短路电流。)2(min. kI四、变压器的纵联差动保护四、变压器的纵

46、联差动保护1. 纵联差动保护的基本原理纵联差动保护的基本原理双绕组变压器差动保护的原理接线如图双绕组变压器差动保护的原理接线如图6-46所示。所示。若灵敏度不满若灵敏度不满足要求，可改足要求，可改用差动保护用差动保护v正常运行或外部短路时（正常运行或外部短路时（k1点）：点）：021IIIK继电器不动作。继电器不动作。 902022-4-29v内部短路时（内部短路时（k2点）点）21IIIK1IIK或或 继电器动作。继电器动作。 图图6-46 变压器差动保护原理接线图变压器差动保护原理接线图双侧电源双侧电源单侧电源单侧电源912022-4-292. 差动保护的不平衡电流差动保护的不平衡电流由变

47、压器两侧绕组接线不同而产生的不平衡电流由变压器两侧绕组接线不同而产生的不平衡电流补偿方法为：补偿方法为：将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器接成星形（见图将变压器三角形侧的电流互感器接成星形（见图6-47） 。 星形侧电流互感器的变比为：星形侧电流互感器的变比为： 53. 1TNiIK三角形侧电流互感器的变比为：三角形侧电流互感器的变比为： 5. 2 TNiIK由于由于Yd11接线变压器两侧线电流之间有接线变压器两侧线电流之间有30的相位差，如果两的相位差，如果两侧的电流互感器采用相同的接线方式，将会在差动回路中产生侧的电

48、流互感器采用相同的接线方式，将会在差动回路中产生很大的不平衡电流。很大的不平衡电流。922022-4-29图图6-47 Y，d11接线变压器差动保护接线和相量图接线变压器差动保护接线和相量图a）接线图）接线图 b）相量图）相量图932022-4-29由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流解决办法：解决办法：利用具有速饱和铁心的差动继电器中的利用具有速饱和铁心的差动继电器中的平衡线平衡线圈圈来进行补偿。来进行补偿。解决办法：解决办法：在整定计算时引

49、入一个在整定计算时引入一个同型系数同型系数Ksam ，若两侧，若两侧TA型号不同取型号不同取1；两侧；两侧TA型号相同取型号相同取0.5。由于电流互感器变比的标准化，使各侧电流互感器的实际变比由于电流互感器变比的标准化，使各侧电流互感器的实际变比大于计算变比。因此，正常运行时差动回路中将会有不平衡有大于计算变比。因此，正常运行时差动回路中将会有不平衡有电流流过。电流流过。两侧的电流互感器的型号不同，它们的磁化特性也就不同，因两侧的电流互感器的型号不同，它们的磁化特性也就不同，因此，在差动回路中将产生不平衡电流。此，在差动回路中将产生不平衡电流。 942022-4-29由由带负荷调整变压器的分接

50、头而产生的不平衡电流带负荷调整变压器的分接头而产生的不平衡电流 由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 励磁涌流波形中含有很大的非周期分量，它偏于时间轴的励磁涌流波形中含有很大的非周期分量，它偏于时间轴的一侧，并迅速衰减；一侧，并迅速衰减；涌流波形中含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主；涌流波形中含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主；波形之间出现间断。波形之间出现间断。改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比，因此，电改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比，因此，电流互感器二次侧电流将会改变，从而将就会产生一个新的不平流互感器二次侧电流将会改变，从而

51、将就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。衡电流流入差动回路。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，就可能产生当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，就可能产生很大的励磁电流（励磁涌流）。很大的励磁电流（励磁涌流）。 952022-4-29 在差动保护中，减小励磁涌流影响的方法有：在差动保护中，减小励磁涌流影响的方法有： 采用具有速饱和铁心的差动继电器（采用具有速饱和铁心的差动继电器（BCH-2型）。型）。采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。护。利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。3. 带

52、速饱和中间变流器的差动保护（带速饱和中间变流器的差动保护（BCH-2型）型）n速饱和变流器的工作原理速饱和变流器的工作原理结论：结论：变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采取措施减小其影响，用以提高差动保护的灵敏度是完全可以的。取措施减小其影响，用以提高差动保护的灵敏度是完全可以的。 速饱和变流器是一个铁心截面很速饱和变流器是一个铁心截面很小，易于饱和的中间变流器小，易于饱和的中间变流器962022-4-29当速饱和变流器的一次线圈中流过只有周期分量电流时，当速饱和变流器的一次线圈中流过只有周期分量电流时，在二次线圈中感应的

53、电势很大，故周期分量容易变换到二次在二次线圈中感应的电势很大，故周期分量容易变换到二次侧（图侧（图6-48a）。）。当一次线圈中流过暂当一次线圈中流过暂态不平衡电流时，由于态不平衡电流时，由于它含有很大的非周期分它含有很大的非周期分量，电流偏于时间轴的量，电流偏于时间轴的一侧，在二次侧感应的一侧，在二次侧感应的电势很小，故非周期分电势很小，故非周期分量不易变换到二次侧量不易变换到二次侧（图（图6-48b）。）。图图6-48 速饱和变流器的工作原理说明图速饱和变流器的工作原理说明图a）通过周期分量电流）通过周期分量电流 b）通过非周期分量电流）通过非周期分量电流972022-4-29nBCH-2

54、型差动继电器（图型差动继电器（图6-49）B柱截面是柱截面是A、C柱截面的柱截面的2倍；倍；Nb1 、Nb2为两个完全相同的平衡线圈，用来平衡差动回路为两个完全相同的平衡线圈，用来平衡差动回路中的不平衡电流；中的不平衡电流；Nd为差动线圈；为差动线圈；kNkN kkNN2 和和 为短路线圈，且为短路线圈，且 ，两线圈反极性，两线圈反极性串联，用来增强躲过励磁涌串联，用来增强躲过励磁涌流的能力；流的能力； N2为二次线圈。为二次线圈。 图图6-49 BCH-2型差动继电器结构简图型差动继电器结构简图982022-4-29令令v 工作原理：当在差动线圈工作原理：当在差动线圈Nd中流过差动电流中流过

55、差动电流Id时，在铁心时，在铁心中产生磁通中产生磁通 ，使线圈使线圈 和和 均感应电势，并在两个短均感应电势，并在两个短路线圈中产生环流路线圈中产生环流 Ik，同时产生感应磁通，同时产生感应磁通 。则。则 dkNkN kACCBBABkkCBBcBAkkACRRRRRRRNIRRRRRRNI /ACCBBAAkkddCAACABkkddBCRRRRRRRNINIRRRRRRNINI)(/AACCBBAmRRRRRRRR）（，则，则mkkddABmkkBCACCRNINIRRRNI 992022-4-29将将Ik归算到一次侧，并以归算到一次侧，并以 表示，即表示，即 ，则，则kIdkkkNNII

56、mABkkdkmdkmddCRRRNNNIRNIRNI 当短路线圈开路时：当短路线圈开路时： ，则，则 ，此时的，此时的BCH-2型差动继电器与普通带速饱和变流器的差动继电器相同。型差动继电器与普通带速饱和变流器的差动继电器相同。0kImddCRNI 当短路线圈圈闭合时：当短路线圈圈闭合时：由于由于 ， ，则，则mddCRNI BARR2kkNN 2 ，即两个短路线圈中的共同作用使继电器的动作，即两个短路线圈中的共同作用使继电器的动作安匝不变，一般为安匝不变，一般为60安匝。安匝。1002022-4-29当变压器外部短路当变压器外部短路（或空载投入变压器）时，流入差动线圈（或空载投入变压器）时

57、，流入差动线圈中的暂态电流电流中含有大量非周期分量，它不易传变到二中的暂态电流电流中含有大量非周期分量，它不易传变到二次侧，而是作为励磁电流使铁心速饱和，从而增大磁阻次侧，而是作为励磁电流使铁心速饱和，从而增大磁阻RA、 RB 、RC ，使，使 和和 都减小，但由于二次传变作用使都减小，但由于二次传变作用使 减小更显著。综合看来减小更显著。综合看来 减小了，由减小了，由N2产生的感应电势随之产生的感应电势随之减小，继电器不易动作。减小，继电器不易动作。 ACBCACCkkNN 2 若同时增加若同时增加 和和 ，但仍保持，但仍保持 ，短路线圈，短路线圈 和和 产生的磁通增大，使产生的磁通增大，使

58、B柱的综合磁通减少，即减少了柱的综合磁通减少，即减少了B柱柱进入进入C柱的份额，而增大了柱的份额，而增大了A柱进入柱进入C柱的份额，柱的份额， 相应减小，相应减小，更有利于躲开励磁涌流的影响。更有利于躲开励磁涌流的影响。 kN kNkNkN C1012022-4-29v双绕组变压器差动保护单相接线图（图双绕组变压器差动保护单相接线图（图6-50） 图图6-50 双绕组变压器差动保护原理接线图双绕组变压器差动保护原理接线图 两个短路线圈同名端的匝两个短路线圈同名端的匝数比保持为数比保持为2，大变压器，大变压器可选用较少匝数，中小型可选用较少匝数，中小型变压器选用较多匝数。变压器选用较多匝数。10

59、22022-4-29nBCH-2型差动保护整定计算型差动保护整定计算确定基本侧：确定基本侧：按额定电压和变压器的额定容量计算出各侧按额定电压和变压器的额定容量计算出各侧一次额定电流一次额定电流IN1，并按，并按KwIN1选择各侧电流互感器变比，则选择各侧电流互感器变比，则各侧二次回路额定电流为：各侧二次回路额定电流为： 12NiwNIKKI确定保护的一次动作电流确定保护的一次动作电流躲过变压器的励磁涌流，即躲过变压器的励磁涌流，即 NTrelopIKI式中，式中，Krel取取1.3； INT为变压器基本侧的额定电流。为变压器基本侧的额定电流。 取取IN2最大侧为基本侧，该侧电流即为基本侧电流最

60、大侧为基本侧，该侧电流即为基本侧电流Iba。1032022-4-29躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即max.max.)(kbisamnpreldsqrelopIfUfKKKIKI式中，式中，Krel取取1.3；Ik.max为外部短路时，流过变压器基本侧的为外部短路时，流过变压器基本侧的最大短路电流；最大短路电流；Knp为非周期分量影响系数，取为非周期分量影响系数，取1；Ksam为电为电流互感器的同型系数，两侧流互感器的同型系数，两侧TA型号不同时取型号不同时取1，型号相同时，型号相同时取取0.5；fi为电流互感器的为电流互感器的10%误差，取误差