第6章 供配电系统的继电保护

1、第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 第六章第六章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.1 继电保护的基本内容继电保护的基本内容 6.2 熔断器和低压断路器保护熔断器和低压断路器保护 6.3 常用的保护继电器常用的保护继电器 6.4 电力线路的继电保护电力线路的继电保护 6.5 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护 6.6 高压电动机的继电保护高压电动机的继电保护 6.7 610kV电容器的继电保护电容器的继电保护思考题与习题思考题与习题第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.1 继电保护的基本内容继电保护的基本内容 v1. 供配电系统的保护供配

2、电系统的保护 在供配电系统的运行过程中，由于人为或大自然的因素，可能会发生各种形式的故障和不正常运行状态，最常见、最危险的是发生各种形式的短路。 在电力部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置单元组成的继电保护系统。继电保护装置就是指能反应电力系统中电气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化设备。熔断器和低压断路器保护也属供配电系统的保护装置。6.1.1 供配电系统保护的概述及任务供配电系统保护的概述及任务第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2. 继电保护的任务继电保护的任务 v(1) 故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从

3、电力系统中切除，使无故障部分设备恢复正常运行，故障部分设备免遭毁坏。v(2) 异常状态时，反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护条件(如有无经常值班人员)动作于发信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作或由于干扰而引起的误动作。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.6 继电保护的要求继电保护的要求 v1选择性 继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障器件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 6.1.1 供配电系统保护的概述及任务供配电系统保护的概

4、述及任务第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.1 继电保护装置动作选择性示意图 在图6.1所示网络接线中，当k1点发生短路时，应由距短路点最近的保护1和保护2动作跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的线路继续供电。而当k3点短路时，保护6动作跳闸，切除线路CD，此时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断向用户供电。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2速动性v快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减小故障器件的损坏程度。速动性是指在发生故障

5、时，保护装置力求尽可能快速动作切除故障。v电力系统允许保护装置在切除故障时带有一定的延时，因此，对继电保护速动性的具体要求应根据电力系统的接线以及被保护器件的具体情况来确定。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s。一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3灵敏性v继电保护的灵敏性是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置，应该是在事先规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置在何处

6、，短路的类型如何，系统是否发生振荡以及短路点是否有过渡电阻，都应敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性通常用灵敏系数来衡量，它主要取决于被保护器件及电力系统的参数和运行方式。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 对于反应数值上升而动作的过量保护装置，如过电流保护，其灵敏系数为v 即 v (6-1)v 式中：为被保护区内最小运行方式下的最小短路电流；为保护装置的一次侧动作电流。v 对于反应数值降低而动作的欠量保护装置，如低电压保护，其灵敏系数为vv 即 (6-2)v 式中：为被保护区内发生短路时，该保护装置母线上的最大残余电压；为保护装置的一次动作电压，即保护装置动作电压换算

7、到一次电路的电压，单位都为V。 senK保护范围末端发生多层性短路时故障参数的最小计算值保护装置的动作参数k.minsenopIKIsenK保护装置的动作参数保护范围末端发生多层性短路时故障参数的最大计算值opsenk.maxUKU第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 4可靠性v 保护装置的可靠性是指在所规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在该保护不该动作的情况下，则不误动作。因此可靠性包括两方面的内容：可靠不拒动和可靠不误动。v 为了保证继电保护的可靠性，必须考虑继电保护或断路器拒绝动作的可能性，因此，除主保护外，还需要考虑后备保护和辅助保护的问

8、题。v 如图6.1所示，当k3点短路时，距短路点最近的保护6本应动作，切除故障，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒动，故障不能消除。此时，如果其前面一条线路的保护5能动作，故障也可消除。能起保护5这种作用的保护称为相邻器件(线路)的后备保护。同理，保护1和保护3又应该作为保护5和保护7的后备保护。按以上方式构成的后备保护是在远处实现的，因此又称远后备保护。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1继电保护装置的基本原理v 电力系统不同电气器件故障或不正常运行时的特征是不同的，发生短路故障之后总是伴随着电流增大，电压降低，电流、电压间的相位发生变化，测量阻抗发生变化等，利

9、用正常运行时这些基本参数与故障后的稳定值间的区别，可以构成不同稳态原理的继电保护(简称稳态保护)。例如反映电流增大的过流保护，反映电压降低的低电压保护，反映故障点到保护安装处之间距离(或阻抗)的距离保护，反映电流、电压间相位的方向保护等。v 随着微机保护发展，出现了瞬间故障特征量的瞬态保护，如输电线路行波保护，基波突变量保护，故障分量距离、故障分量方向、故障分量电流差动保护等。 6.1.1 继电保护的基本工作原理与类型继电保护的基本工作原理与类型 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 构成各种继电保护装置时，可使它们反映每相中的某个或几个基本电气参数(如相电流或相电压等)，

10、也可以使之反映这些基本参数的一个或几个对称分量(如负序、零序或正序量)，例如利用零序构成接地保护，利用负序构成相间保护。还可以使其反映基本参数的某次谐波分量。v 除反映各电气器件电气量的保护外，还有根据各电气设备的特点实现反映非电量的保护，例如变压器油箱内部绕组短路时，反映油被分解产生气体而构成的瓦斯保护，反映电动机绕组温度升高而构成的过热保护等。v 此外，还有保护定值随运行环境、运行方式、故障类型等因素的变化而实时自动调整或自动生成的自适应保护；以引入保护装置的现场物理量位置而分为单端信息保护、多端信息保护和基于网络通信的网络化保护等名目繁多的分类和称谓。 第第6章章 供配电系统的继电保护供

11、配电系统的继电保护 v2继电保护装置的组成v尽管继电保护装置的分类繁多，但其基本结构主要包括现场信号输入部分、测量部分、逻辑判断部分和输出执行部分。继电保护装置的基本原理结构框如图6.2所示。v图6.2 继电保护装置基本原理结构框图第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 3继电器的分类继电器的分类 v 继电器是一种在其输入的物理量(包括电气量和非电气量)达到规定值时，其电气量输出电路被接通或分断的自动电器。v 按其用途分，有控制继电器和保护继电器两大类。前者用于自动控制电路，后者用于继电保护电路。v 继电器按其输入量的性质分，有电气继电器和非电气继电器两大类。v 有“测量继电

12、器”和“有或无继电器”两类。测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级，用来反应被保护元件(电气设备或线路)的特性量变化，当其特性量达到预先整定的动作值时就动作。它在保护装置中属于主继电器(基本继电器)，也称为启动继电器。有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者有无电气量而动作的电气继电器，包括时间继电器、中间继电器、信号继电器等。它在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能，属于辅助继电器，也称为逻辑继电器。v 保护继电器按其组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型三大类。保护继电器按其反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率继电器、气体继电器等。保护继电器按其反应的数量变化分，有过

13、量继电器和欠量继电器，如过电流继电器和欠电压(低电压)继电器等。保护继电器按其在保护装置中的用途分，有启动继电器、时间继电器、信号继电器、中间(出口)继电器等。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1继电保护装置的接线方式图6.4 两相两继电器式接线 图6.5 两相一继电器式接线 6.1.4 继电保护的接线方式和接线系数继电保护的接线方式和接线系数 w1Kw3,2CABBCK一次侧三相短路时；，一次侧A、 两相短路时；1，一次侧 、 或 、 两相短路时。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2继电保护装置的操作方式v1) 直接动作式v2) “去分流跳闸”的

14、操作方式 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.2 熔断器和低压断路器保护熔断器和低压断路器保护 v1熔断器在供配电系统中的配置v熔断器的配置要能使故障范围缩小到最低限度。 6.2.1 熔断器保护熔断器保护 图6.9 熔断器在低压放射式配电系统中的配置 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v熔断器的配置要能使故障范围缩小到最低限度。图6.9所示是熔断器在低压放射式配电系统中合理配置的方案，既可满足选择性的要求，又使配置的熔断器数量较少。图6.9中熔断器FU5用来保护电动机及其支线。当k-5处发生短路时，FU5熔断。熔断器FU4主要用来保护动力配电箱母线。当

15、k-4处发生短路时，FU4熔断。同理，熔断器FU3主要用来保护配电干线，FU2主要用来保护低压配电屏母线，FU1主要用来保护电力变压器。在k-1至k-3处短路时，也都是靠近短路点的熔断器熔断。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2熔断器熔体电流的选择v1) 保护电力线路的熔断器熔体电流的选择v保护电力线路的熔断器熔体电流应满足下列条件。v(1) 熔体额定电流应不小于线路的计算电流，以使熔体在线路正常运行时不致熔断，即v (6-4)v(2) 熔体额定电流还应躲过线路的尖峰电流，以使熔体在线路上出现正常的尖峰电流时也不致熔断。由于尖峰电流是短时最大电流，而熔体加热熔断需一定时间

16、，所以满足的条件为v (6-5)v式中： 为小于1的计算系数。 N.FEcIIN.FEpkIKIK第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v(3) 熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔体不熔断的事故，因此还应满足条件v (6-6)v2) 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择v保护电力变压器的熔断器熔体电流，根据经验，应满足下式要求：v =(1.52.0) (6-7)v式中： 为变压器的一次侧额定电流。 N.FEkolIKN.FEIN.TIN.TI第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1低压断路器的配置v

17、低压断路器(自动开关)在低压供配电系统中的配置通常有3种方式。v 1)单独接低压断路器或低压断路器刀开关的方式v (1)对于只装一台主变的变电所，低压侧主开关采用低压断路器，如图6.10(a)所示。v (2)对于装有两台主变的变电所，低压侧主开关采用低压断路器时，低压断路器容量应考虑到一台主变压器退出工作时，另一台主变压器要供电给变电所60%70%以上的负荷及全部一、二级负荷，而且这时两段母线都带电。为了保证检修主变和低压断路器的安全，低压断路器的母线侧应装设刀开关或隔离开关，如图6.10(b)所示，以隔离来自低压母线的反馈电源。v (3)对于低压配电出线上装设的低压断路器，为保证检修配电出线

18、和低压断路器的安全，在低压断路器母线侧应加装刀开关，以隔离来自低压母线的电源，如图6.10(c)所示。 6.2.2 低压断路器保护低压断路器保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.10 低压断路器的配置方式QF低压断路器；QK刀开关；QKF刀熔开关；KM接触器；KH热继电器第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 2)低压断路器与磁力启动器或接触器配合的方式v 对于频繁操作的低压电路，宜采用图6.10(d)所示的接线方式。这里的低压断路器主要用于电路的短路保护，而磁力启动器或接触器用作电路频繁操作的控制，其上的热继电器用作过负荷保护。v 3)低压断路器

19、与熔断器配合的方式v 如果低压断路器的断流能力不足以断开电路的短路电流时，可采用如图6.10(e)所示的接线方式。这里的低压断路器作为电路的通断控制及过负荷和失压保护，它只装热脱扣器和失压脱扣器，不装过电流脱扣器，而是利用熔断器或刀熔开关来实现短路保护。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 2低压断路器脱扣器的选择和整定v 1)低压断路器过电流脱扣器额定电流的选择v 过电流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即v (6-12)v 2)低压断路器过电流脱扣器动作电流的整定v (1) 瞬时过电流脱扣器动作电流的整定。v 瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流，即v

20、 (6-13)v (2) 短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定。v 短延时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路短时间出现的负荷尖峰电流，即v (6-14)N.ORcIIop.cIrelpkK I op.srelIKpkI第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v(3) 长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定。v长延时过电流脱扣器主要用于过负荷保护，因此其动作电流只需躲过线路的最大负荷电流即计算电流，即v (6-15)v(4) 过电流脱扣器与被保护线路的配合要求。v为了不致发生因过负荷或短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而低压断路器不跳闸的事故，低压断路器过电流脱扣器的动作电流应

21、满足条件v (6-16)op.lrelIKcI第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.3 常用的保护继电器v 常用的机电式继电器分电磁型和感应型两种。继电器型号的含义如下。v 一般国产继电器的型号命名由4部分组成，前两部分用汉语拼音字母表示继电器的动作原理和主要功能代号，如表6.2所列。设计序号及主要规格代号用阿拉伯数字表示，继电器的主要规格代号常用来表示触点的形式和数量。例如DL-11/10即表示电磁型电流继电器，其中第一个数字“1”表示设计序号(10系列)，第二个“1”表示有一对动合触点，横隔后的“10”表示最动作电流10A。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的

22、继电保护 v 表6.2 继电器的动作原理和主要功能代号第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v1电磁式电流继电器v电磁式电流继电器在继电保护装置中通常用作启动元件，因此又称启动继电器。常用的DL-10系列电磁式继电器的基本结构如图6.11所示，其内部接线和图形符号如图6.12所示。 v由图6.11所示，当线圈3通过电流时，电磁铁1中产生磁通，力图使Z形钢舌簧片2向凸出磁极偏转。与此同时，转轴4上的反作用弹簧5又力图阻止钢舌簧片偏转。当继电器线圈中的电流增大到使钢舌簧片所受到的转矩大于弹簧的反作用力矩时，钢舌簧片便被吸近磁极，使常开触点闭合，常闭触点断开，这就称为继电器的动作或启

23、动。 6.3.1 电磁式继电器电磁式继电器 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.11 DL-10系列电磁式电流继电器的内部结构 1电磁铁；2钢舌簧片；3线圈；4转轴；5反作用弹簧；6轴承；7标度盘(铭牌)；8启动电流调节转杆；9动触点；10静触点 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.12 DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v能使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用 表示(对于欠量继电器，其动作电压则为继电器线圈中的使继电器动作的最大电压)。v使继电器由动作状态返

24、回到起始位置的最大电流称为继电器的返回电流，用 表示(对于欠量继电器，其返回电压则为继电器线圈中的使继电器返回的最小电压)。v继电器返回电流与动作电流的比值称为继电器的返回系数，即v (6-23)v对于过量继电器返回系数总是小于1的(欠量继电器则大于1)，返回系数越接近于1，说明继电器越灵敏，如果返回系数过低，可能使保护装置误动作。DL-10系列继电器的返回系数一般不小于0.8。opIreIrereopIKI第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2电磁式时间继电器v电磁式时间继电器在继电保护装置中用作时限元件，使保护装置的动作获得一定的延时。vDS型电磁式时间继电器由电磁系统

25、、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统组成。DS-110/120系列的内部接线和图形符号如图6.14所示。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.14 DS-110/120系列时间继电器的内部接线和图形符号 (d) 带延时闭合触点的时间继电器 (e) 带延时断开触点的时间继电器 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 3电磁式信号继电器v 电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号，指示保护装置已经动作，提醒运行值班人员注意。供电系统中常用的DX-11型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种，两者线圈阻抗和反应参量不同。电流型可串联在二次回路中而

26、不影响其他二次元件的动作。电压型因线圈阻抗大，必须并联在二次回路内。DX-11型信号继电器的内部接线和图形符号如图6.15所示，其中线圈符号为GB 4728规定的机械保持继电器线圈，其触点上附加符号表示定位或非自动复位。v 图6.15 DX-11型电磁式信号继电器的接线与图形符号 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 4电磁式中间继电器v 电磁式中间继电器主要用于各种保护和自动装置中，以增加保护和控制回路的触点数量和触点容量。它通常用在保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，故又称为出口继电器。v 工厂供电系统中常用的DZ-10系列中间继电器一般采用吸引衔铁式结构。

27、当线圈通电时，衔铁被快速吸合，常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电时，衔铁被快速释放，触点全部返回起始位置。其内部接线和图形符号如图6.16所示，其中线圈符号为GB 4728规定的快吸和快放线圈。v v v(a)DZ-15型 (b) DZ-16型 (c) DZ-17型 (d) 图形符号v图6.16 DZ-10系列中间继电器的内部接线和图形符号第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 6.4 电力线路的继电保护电力线路的继电保护 v (1)作为线路的相间短路保护，主要采用瞬时动作的电流速断保护和带时限的过电流保护。如果过电流保护动作时限不大于0.50.7s，可不装设电流速断保护。相

28、间短路保护应动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。v (2)作为线路的单相接地保护有两种方式：绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号；有选择性的单相接地保护(零序电流保护)，也动作于信号，但是当单相接地故障危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。对可能经常过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，动作于信号。v 根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流保护有无时限电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护、阶段式电流保护、电流电压连锁保护、反时限过电流保护。v 对于单侧电源网络的相间短路保护主要采用三段式电流保护，即第一段为无时限电流速断保护，第二段为

29、限时电流速断保护，第三段为定时限过电流保护。前两者构成主保护，第三段作为后备保护。 6.4.1 电力线路的常见故障和保护配置电力线路的常见故障和保护配置 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v为了供配电系统的稳定和保证重要用户供电的可靠性，在简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上保护装置动作切除故障的时间总是越短越好。因此，在各种电气元件上应装设力求快速动作的继电保护。对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护，又称为电流段保护。 6.4.2 电流速断保护电流速断保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1工作原理v 对于图6.18所示的单

30、侧电源辐射形电网，为切除故障线路，需在每条线路的电源侧装设断路器和相应的保护装置，即无时限电流速断保护，分别装设在线路L1、L2的电源侧(也称为线路的首端)。当线路上任一点发生三相短路时，通过被保护元件(即线路)的电流为v v (6-25)v 式中： 为系统等效电源的相电势，也可以是母线上的电压； 为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，即系统阻抗； 为线路单位长度的正序阻抗，单位为/km； 为短路点至保护安装处之间的距离，单位为km。 (3)sks1kEIZZ LsEsZ1ZkL第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.18 单侧电源辐射形电网电流速断保护工作原理图第第6章章

31、 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2保护范围校验 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3原理接线图 v 电流速断保护的单相原理接线如图6.19所示。v 图6.19 电流速断保护单相原理接线图v 由图6.19可见，电流继电器KA接于电流互感器TA的二次侧，当流过它的电流大于它的动作电流后，电流继电器KA动作，启动中间继电器KM，KM触点闭合后，经信号继电器KS线圈、断路器辅助触点QF接通跳闸线圈YR，使断路器跳闸。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 由于无时限电流速断保护不能保护线路全长，

32、当被保护线路末端附近短路时，必须由其他的保护来切除。为了满足速动性的要求，保护的动作时间尽可能短。为此，可增加一套带时限的电流速断保护，用以切除无时限电流速断保护范围以外的短路故障，并作为无时限电流速断保护的后备保护。这种带时限的电流速断保护称为限时电流速断保护，又称为电流段保护。该保护应与下一线路的电流速断保护在保护范围和动作时限上相配合，即保护范围不超过下一线路电流速断保护的保护范围，动作时限比下一线路电流速断保护高出一个时限级差。 6.4.3 限时电流速断保护限时电流速断保护第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v1工作原理与动作电流 图6.20 限时电流速断保护工作原理

33、及动作时限的配合关系第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 Iop.2IIrelK(3)k3.maxI 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2动作时限的整定 v由图6.20可知，保护1限时电流速断保护的保护范围已延伸至下一线路电流速断保护的保护范围，为保证选择性，要求限时电流速断保护的动作时限要高于下一线路电流速断保护的动作时限一个时限级差，即v (6-32) 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3灵敏系数校验 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 过电流保护通常是指

34、其启动电流按躲过最大负荷电流来整定的保护，它分为两种类型：一种是保护启动后，出口的动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；另一种是出口动作时间与过电流的倍数有关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。反时限电流保护实际上包含了电流速断和反时限特性，当短路电流大于速断时会瞬时动作，其余情况下为反时限动作。本节只介绍定时限过电流保护。v 定时限过电流保护(可简称为过电流保护)在正常运行时不应该动作；当电网发生短路时，则能因电流的增大而动作。由于短路电流一般比最大负荷电流大得多，所以保护的灵敏性较高，不仅能保护本线路的全长，作本线路的近后备保护，而且还能保护相邻线路全长，作相邻线路的

35、远后备保护。 6.4.4 定时限过电流保护定时限过电流保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v1工作原理和动作电流v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，过电流保护的动作电流应大于该线路上可能出现且通过保护装置的最大负荷电流，即；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复时负荷自启动电流作用下保护装置必须能够可靠返回，即返回电流应大于负荷自启动电流。 图6.22 过电流保护动作电流整定说明图 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2动作时限的整定 v过电流保护的动作时限是按阶梯原则来选择的。

36、从离电源最远的保护开始，如图6.23中保护4处于电网的末端，只要发生故障，它不需要任何选择性方面的配合，可以瞬时动作切除故障，所以只是保护装置本身的固有动作时间，即t 0s。为保证选择性，保护3的动作时间t3应比t4高一个时间级差，即 。v依此类推，可以得到t1和t2，可以看出，保护的动作时间向电源侧逐级增加至少一个 ，只有这样才能充分保证动作的选择性。 tt第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3灵敏系数校验 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.23 单侧电源辐射形电网过电流保护动作时限选择说明图 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护

37、 v 1阶段式电流保护的构成v 无时限电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应于电流增大而动作的保护，它们之间的区别主要在于按照不同的原则来整定动作电流。电流速断保护是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，它虽能无延时动作，但却不能保护本线路全长；限时电流速断保护是按照躲开下级线路各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定，它虽能保护本线路的全长，却不能作为相邻线路的后备保护；而定时限过电流保护则是按照躲开本线路最大负荷电流来整定，可作为本线路及相邻线路的后备保护，但动作时间较长。为保证迅速、可靠而有选择性地切除故障，可将这3种电流保护，根据需要组合在一起构成一整套保护，称为阶段式

38、电流保护。v 具体应用时，可以采用电流速断保护加定时限过电流保护，或限时电流速断保护加定时限过电流保护，也可以三者同时采用。应用较多的就是三段式电流保护，其各段的动作电流、保护范围和动作时限的配合情况如图6.24所示。当被保护线路始端短路时，由第段瞬时切除；该线路末端附近的短路，由第段经0.5s延时切除；而第段只起后备作用，所以装有三段式电流保护的线路，一般可在0.5s左右时限内切除故障。 6.4.5 阶段式电流保护的应用及评价阶段式电流保护的应用及评价 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.24 阶段式电流保护的配合说明图 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继

39、电保护 v 2阶段式电流保护的配合v 现以图6.24为例来说明阶段式电流保护的配合。在电网最末端的线路上，保护4采用瞬时动作的过电流保护即可满足要求，其动作电流按躲过本线路最大负荷电流来整定，与电网中其他保护的定值和时限上都没有配合关系。在电网的倒数第二级线路上，保护3应首先考虑采用0.5s动作的过电流保护；如果在电网中线路CD上的故障没有提出瞬时切除的要求，则保护3只装设一个0.5s动作的过电流保护也是完全允许的；但如果要求线路CD上的故障必须快速切除，则可增设一个电流速断保护，此时保护3就是一个速断保护加过电流保护的两段式保护。而对于保护2和1，都需要装设三段式电流保护，其过电流保护要和下

40、一级线路的保护进行配合，因此动作时限应比下二级线路中动作时限最长的再长一个时限级差，一般要整定为11.5s。所以，越靠近电源端，过电流保护的动作时限就越长。因此必须装设三段式电流保护。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v610kV电网为小接地电流系统。中性点不接地系统发生单相接地故障时，只有很小的接地电容电流，而线电压值不变，故障相对地电压为零，非故障相的电压要升高为原对地电压的倍，所以对线路的绝缘增加了威胁，如果长此下去，可能引起非故障相对地绝缘击穿而导致两相接地短路，这时将引起线路开关跳闸，造成停电。为此，对于中性点不接地的供电系统，一般应装设绝缘监察装置或单相接地保护

41、装置，用它来发出信号，使值班人员及时发现和处理。 6.4.6 单相接地保护单相接地保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1工作原理v 单相接地保护又称“零序电流保护”，它利用单相接地故障线路的零序电流(较非故障电流大)通过零序电流互感器，在铁芯中产生磁通。二次侧相应地感应出零序电流，使电流继电器动作，接通信号回路，发出报警信号。在电力系统正常运行及三相对称短路时，因在零序电流互感器二次侧由三相电流产生的三相磁通相量之和为零，即在零序电流互感器中不会感应出零序电流，继电器不动作。当发生单相接地时，就有接地电容电流通过，此电流在二次侧感应出零序电流，使继电器动作，并发出信

42、号。v 架空线路的单相接地保护，一般采用由3个电流互感器同极性并联所组成的零序电流互感器，如图6.25(a)所示。但一般供电用户的线路不长，很少采用。对于电缆线路，则采用图6.25(b)和专用零序电流互感器的接线。注意电缆头的接地线必须穿过零序电流互感器的铁芯，否则零序电流(不平衡电流)不穿过零序电流互感器的铁芯，保护就不会动作。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.25 零序电流保护装置 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2动作电流的整定 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3灵敏系数校验 第第6章章 供配电系统的继电保护供配

43、电系统的继电保护 6.5 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护 v 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。由于大容量的电力变压器是十分昂贵的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。v 变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内部发生故障所产生的电弧将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸。因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接

44、地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。v 变压器的不正常运行状态主要有两种：由于变压器外部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。v 此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁芯的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。v 根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。 6.5.1 电力变压器的常见故障和保护配置电力变压器的常见故障和保护配置 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1瓦斯保护v

45、对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应油箱内部所产生的气体或油流动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。v 2纵联差动保护或电流速断保护v 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据容量的不同，应装设差动保护或电流速断保护。纵联差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300kVA以上；单独运行的变压器，容量为10000kVA以上；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300kVA以上。v 电流速断保护用于10000k

46、VA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s。对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵联差动保护。v 3外部相间短路时的保护v 对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护。v (1)过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。v (2)复合电压启动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上。v (3)负序电流及单相式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。v (4)阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用(2)、(3)的保护不能满足灵敏

47、性和选择性要求时，可采用阻抗保护。第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 4外部接地短路时的保护v 对于中性点直接接地电力网，由于外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应该设零序电流保护。v 对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。v 当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行，应根据具体情况装设专用的保护装置，如零序过压保护、中性点装放电间隙加零序电流保护等。v 5过负荷保护v 对400kVA以上的变压器，当数台

48、并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。v6过励磁保护v 高压侧电压为500kV及以上的变压器，频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应实际工作磁密和额定工作磁密之比(称为过励磁倍数)而动作。v 7其他保护v 对于变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统的故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。

49、第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1变压器的电流速断保护v 变压器电流速断保护的组成、原理、动作电流的整定计算公式与电力线路的电流速断保护相同。只是被保护元件的短路电流改为变压器二次侧母线的三相短路电流周期分量有效值换算到一次侧的短路电流值，即变压器电流速断保护的速断电流应按躲过其二次侧母线三相短路电流来整定。v 变压器电流速断保护的灵敏度，按保护装置安装处在系统最小运行方式下发生两相短路时的短路电流来检验，要求 1.52。v 变压器的电流速断保护与电力线路的电流速断保护一样，也有“死区”，弥补的措施也是配备带时限的过电流保护。v 变压器在空载投入或突然恢复电压时出现一

50、个冲击性的励磁涌流，为避免保护误动作，在整定后将变压器空载试投若干次，检验变压器的电流速断保护是否误动作。 6.5.2 变压器的电流保护变压器的电流保护 senK第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 2变压器的过电流保护 v 无论采用过电流继电器还是过电流脱扣器，也无论是定时限还是反时限，变压器过电流保护的组成、原理与前面讲述的电力线路过电流保护的组成、原理相同。v 变压器过电流保护动作电流的整定也与电力线路过电流保护的整定基本相同，只是最大负荷电流应取为(1.53)倍变压器的额定一次电流。变压器过电流保护动作时间的整定也与电力线路过电流保护的整定相同，也按“阶梯原则”整定

51、。但对电力系统的终端变电所如车间变电所的变压器来说，其动作时间可整定为最小值(0.5s)。v 变压器过电流保护的灵敏度，按变压器二次侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时换算到一次侧的短路电流值来检验，要求灵敏系数 1.5。如果达不到要求，则同样可采用低电压闭锁的过电流保护。 senK第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v3变压器的电流保护综合 图6.26 变压器定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护综合电路图 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 4变压器低压侧的单相短路保护v 1)变压器低压侧装设三相均带过电流脱扣器的低压断路器保护v 这种低压断

52、路器，既可作为低压侧的主开关，操作方便，且便于自动投入，供电可靠性高，又可用来保护变压器低压侧的相间短路和单相短路。这种保护方式在工厂和车间变电所中应用最为普遍。v 2)变压器低压侧三相均装设熔断器保护v 变压器低压侧三相均装设熔断器，既可保护变压器低压侧的相间短路，又可保护其单相短路，简单经济。但熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而影响连续供电，所以采用熔断器保护只适用于供不重要负荷的小容量变压器。v 3)在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护v 在变压器低压侧中性点的引出线上装设零序电流保护的电路如图6.27所示。其动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定，其整定计算公式为

53、v (6-45) reldsqop.02N.TiK KIIK第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v零序电流保护的动作时间一般取0.50.7s。v零序电流保护的灵敏度按低压干线末端发生单相短路来检验。对架空线， ；v对电缆线， 。采用这种零序电流保护，灵敏度较高，但投资较前两种方式多，故一般工厂供电系统中较少采用。 图6.27 变压器的零序电流保护QF高压断路器；TAN零序电流互感器；KA电流继电器(GL型)；YR跳闸线圈sen1.5Ksen1.25K第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 气体保护(Gas Protection)又称瓦斯保护，是保护油浸式电力

54、变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置。按GB 500621992规定，800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设气体继电保护。v 瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器(Gas Relay，又称气体继电器，文字符号KG)，它装设在油浸式变压器的油箱与储油柜之间的联通管中部，如图6.29所示。为了使油箱内部产生的气体能够顺畅地通过瓦斯继电器排往储油柜，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有2%4%的倾斜度。 6.5.3 变压器的气体保护变压器的气体保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.29 瓦

55、斯继电器在油浸式变压器上的安装1变压器油箱；2联通管；3瓦斯继电器；4储油柜 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 1瓦斯继电器的结构和工作原理v 瓦斯继电器主要有浮筒式和开口杯式两种类型，现在广泛应用的是开口杯式。FJ1-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图如图6.30所示。开口杯式与浮筒式相比，其抗震性较好，误动作的可能性大大减少，可靠性大大提高。v 在变压器正常运行时，瓦斯继电器的容器内包括其中的上、下开口油杯都是充满油的，而上、下油杯因各自平衡锤的作用而升起，如图6.31(a)所示。此时上下两对触点都是断开的。v 当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体

56、慢慢升起，进入瓦斯继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于转轴的另一端平衡锤的力矩而降落，如图6.31(b)所示。这时上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，称为“轻瓦斯动作”。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 1盖板；2容器；3上油杯；4永久磁铁5上动触点；6上静触点7下油杯；8永久磁铁9下动触点；10下静触点11支架；12下油杯平衡锤13下油杯转轴；14挡板15上油杯平衡锤；16上油杯转轴；17放气阀；18接线盒 图6.30 FJ-80型瓦斯继电器的结构示意图第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.

57、31 瓦斯继电器动作说明 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.31 瓦斯继电器动作说明(续)1上开口油杯；2下开口油杯 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 当变压器油箱内部发生严重故障时，如相间短路、铁芯起火等，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入储油柜。这大量的油气混合体在经过瓦斯继电器时，冲击挡板，使下油杯下降，如图6.31(c)所示。这时下触点接通跳闸回路(通过中间继电器)，使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号(通过信号继电器)，称为“重瓦斯动作”。v 如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器容器内的油也慢慢流尽，如图6.

58、31(d)所示。先是瓦斯继电器的上油杯下降，上触点接通，发出报警信号；接着其下油杯下降，下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v2变压器瓦斯保护的接线 图6.32 变压器瓦斯保护的接线T电力变压器；KG瓦斯继电器；KS信号继电器；KM中间继电器；QF断路器；YR跳闸线圈；XB切换片 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v1变压器纵联差动保护的原理v对于双绕组和三绕组变压器实现纵联差动保护的原理接线如图6.33所示。v由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵联差动保护正确地工作，就必须适当选择两侧电流

59、互感器的变比，使得在正常运行和外部发生故障时两个二次电流相等。现分3种情况说明变压器纵联差动保护的基本原理。 6.5.4 变压器的差动保护变压器的差动保护 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 图6.33 变压器纵联差动保护的原理接线 第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v (1) 正常运行时各侧电流的参考方向如图6.33所示。合理选择互感器变比和接线方式，保证变压器两侧对应相的电流之和 ，即当两侧互感器流过负荷电流时，其二次电流幅值相等，相位差为180，功率方向一侧为正，另一侧为负。此时差动保护不动作。v (2) 在变压器外部(M侧或N侧)发生短路或过负荷时，两侧电流互感器二次电流的幅值和相位关系与(1)相同，差动保护不会动作。v (3) 当变压器内部发生短路时，由于两侧电源向故障点提供短路电流，这时的电流实际方向与参考方向一致，即两侧电流方向基本相同，且幅值均较大，故有 0，使差动继电器动作，从而切除故障。 11( )( )0I tI t11( )( )I tI t第第6章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 v 2变压器纵联差动保护的整定计算原则 v (1)避开保护范围外部短路时的最大不平衡电流，此时继电器的启动电流为v (6-46)v 可靠系数，采用1.3； 为保护外部短路时的最大不平衡电流。v (2)按上述原则考虑变