模块六供配电系统的继电保护

1、模块一模块六 供配电系统的继电保护单元一 认知继电保护 Sub Title掌握常用继电保护器的类型、结构，掌握继电保护装置的接线方式，掌握继电保护装置操作电源的工作方式。能力目标了解继电保护的任务，掌握继电保护的基本要求，掌握继电保护的基本原理。 知识目标一 继电保护的任务及要求在供配电系统中，由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或者遭受雷击、工作人员误操作等原因，运行中的供配电系统可能会发生故障或出现不正常的运行情况。在供配电系统中最常见的故障和不正常的运行状态为断线、短路、接地及过负荷。为了保证系统能够安全可靠地运行，避免过负荷引起的过电流或短路产生的故障电流对系统的影响，需要在系统的主要电气

2、设备及线路中装设不同类型的保护装置。一 继电保护的任务及要求 继电保护的任务1.在被保护线路或电气设备发生故障时，能够自动迅速地检测出故障，并且有选择性地将故障元件从供配电系统中切除，以免故障线路元件继续遭到破坏。在供配电系统出现不正常运行状态，如过负荷、欠电压等情况时，能够及时发出报警信号，以便运行人员采取措施，保证安全可靠地供电。与供配电系统的其他自动装置（如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等）配合，缩短故障停电时间，提高供配电系统的运行可靠性。 （1） （2） （3）一 继电保护的任务及要求 继电保护的要求2. 选择性1）如图6-1所示，当K-1处发生短路故障时，应使距离故障点最近的

3、断路器QF1跳闸，切除故障，而其他断路器不应跳闸，以免事故扩大；同样地，当K-3处发生短路故障时，也应由距离故障点最近的断路器QF3跳闸，切除故障，而其他断路器不应跳闸。断路器QF3处的保护就对其下一级线路起着后备保护的作用，这种情况下QF3的动作是有选择性的。一 继电保护的任务及要求 快速性 2）当供配电系统发生故障时，为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除，缩小故障范围，以减小对电气设备的破坏程度。但是当快速性与选择性发生矛盾时，要首先满足选择性，然后再考虑快速性。一 继电保护的任务及要求 灵

4、敏性 3）保护装置对其保护范围内发生故障或出现不正常运行状态的反应能力称为灵敏性。各种保护装置的灵敏性常用灵敏度Sp来衡量。对于过电流保护装置，灵敏度为Sp=Ik.min/Iop.1(6-1）式中，Ik.min为系统在最小运行方式（指电力系统处于短路阻抗为最大，短路电流为最小的状态时的一种运行方式）时保护范围末端的短路电流；Iop.1为保护装置一次侧的动作电流。一 继电保护的任务及要求 可靠性 4）可靠性是指保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作状态时，必须准确动作，不应拒动作，而在不该动作时不应该误动作。对于某个具体保护装置来说，上述基本要求不一定是同等重要的，往往侧重某个方面。

5、例如，电力变压器是供配电系统最关键的设备，对它的保护装置的灵敏度要求高。而对一般电力线路的保护装置，灵敏度要求低一些，但对选择性要求较高。这些基本要求之间既相互联系又相互矛盾，在选择保护装置时应力求技术先进、经济且合理。二 继电保护的基本原理二 继电保护的基本原理 测量部分。测量被保护设备的一个或几个物理量7，并和保护装置已给的整定值进行比较，从而判断被保护设备是否发生了故障，保护装置是否应该起动。逻辑部分。逻辑部分根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或者它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，然后把输出信号传到执行部分。执行部分。执行部分根据逻辑部分输出的信号，完成保护装置所担负

6、的任务（如使断路器跳闸、发出信号或不动作等）。原理原理三 常用的继电保护及接线方式 供配电系统的分类按保护类型按动作时限按操作电源过电流保护低电压保护差动保护瓦斯保护定时限保护反时限保护直流操作交流操作常用的继电保护类型及结构1.三 常用的继电保护及接线方式 继电器结构原理按保护功能电磁式感应式数字式微机式时间继电器信号继电器中间继电器三 常用的继电保护及接线方式 DL-10系列电磁式电流继电器的内部结构1线圈； 2电磁铁； 3Z形钢片； 4静触头； 5动触头； 6动作电流调整杆；7标度盘； 8轴承； 9反作用弹簧； 10轴三 常用的继电保护及接线方式 当电流通过继电器的线圈1时，电磁铁2中将

7、产生磁通，使Z形钢片3向磁极方向转动一个角度。与此同时，轴 10上的反作用弹簧9又阻止钢片偏转。当继电器线圈中的电流增大到使钢片所受的转矩大于弹簧的反作用力矩时，钢片转动一个角度被吸近磁极，使常开触点闭合，常闭触点断开。当线圈电流减小到一定值时，钢片被弹簧拉回到原来位置，继电器恢复到起始状态。工作原理三 常用的继电保护及接线方式 使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop表示。当继电器动作后，线圈的电流减小到某一电流值时，钢片在弹簧的作用下回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用Ire表示。继电器的返回电流与动作电流的比称为继电器的返回系数，用Kre表示，即过电流继电器的Kr

8、e小于1，电磁式电流继电器的返回系数一般为0.85。Kre越接近1，继电器越灵敏。IIKoprere三 常用的继电保护及接线方式 DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号三 常用的继电保护及接线方式 改变线圈的连接方式。利用连接片把继电器的两个线圈接成串联或并联。当线圈串联时，流入继电器的电流与通过线圈的电流相等；当改为并联时，通过线圈的电流是流入继电器电流的一半，继电器的动作电流增大一倍。 通过改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力。需要注意的是，调整杆标度盘的标度不一定准确，需要进行实测；当采用并联接法时，标度盘的数值应该乘以2。调节电磁式电流继电器的动作两种方调节电磁式电流继电

9、器的动作两种方法法三 常用的继电保护及接线方式 （2）电磁式电压继电器。电磁式电压继电器的结构和工作原理与电磁式电流继电器基本相同。不同之处在于电压继电器的线圈为电压线圈，与电压互感器的二次绕组并联。电磁式电压继电器分为欠电压和过电压继电器两种。欠电压继电器的返回系数Kre大于1，通常取1.25；过电压继电器的返回系数Kre小于1，通常取0.8。电压继电器的文字符号为KV。返回系数Kre越接近1，继电器越灵敏。三 常用的继电保护及接线方式 （3）电磁式时间继电器。电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来使保护装置获得所需要的延时，其文字符号为KT。DS系列电磁式时间继电器的内部结构如图6-5所示

10、，其主要由电磁系统、传动系统、钟表系统、触头系统和时间调整系统等组成。 DS系列电磁式时间继电器的内部结构 1线圈； 2电磁铁； 3铁心； 4返回弹簧； 5、6瞬时静触点； 7绝缘件； 8瞬时动触点； 9压杆； 10平衡锤； 11摆动卡板； 12扇形齿轮； 13传动齿轮； 14主动触点； 15主静触点； 16刻度盘； 17拉引弹簧； 18弹簧拉力调节器； 19摩擦离合器； 20主动轮；21小齿轮； 22掣轮； 23、24钟表机构传动齿轮三 常用的继电保护及接线方式 当时间继电器的线圈1通电时，电磁铁2产生磁场，铁心3 被吸入，压杆9失去支持，瞬时触点6、8断开，5、8接通。 扇形齿轮12在拉引

11、弹簧17的作用下顺时针转动，通过传动齿轮13使延时的主动触点14开始转动，同时摩擦离合器19带动钟表机构只转过一定角度，经过整定的时间，继电器的主触点14、15闭合。当继电器的线圈断电时，在返回弹簧4的作用下，通过压杆9使扇形齿轮12返回，离合器和钟表机构返回，所有触点返回起始位置。工作原理三 常用的继电保护及接线方式 DS系列时间继电器的内部接线和图形符号 三 常用的继电保护及接线方式 （4）电磁式中间继电器。中间继电器触头数量较多（一般为8对），触头容量较大（510 A）。在继电保护装置中，中间继电器的作用是增加触点的数目或增大触点的容量。 DZ-10系列中间继电器的内部结构1线圈； 2电

12、磁铁； 3弹簧； 4衔铁； 5动触点； 6、7静触点； 8连线； 9接线端子； 10底座三 常用的继电保护及接线方式 当线圈1通电时，衔铁4吸向电磁铁2，使触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。当继电器的线圈断电时，衔铁4释放，触点返回起始位置。工作原理三 常用的继电保护及接线方式 DZ-10系列中间继电器的内部接线和图形符号三 常用的继电保护及接线方式 （5）电磁式信号继电器。信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号，作为保护装置的指示器。接通的回路可以是灯光信号或者音响信号。常用的DX-11型电磁式信号继电器的内部结构如图6-9所示。 DX-11型电磁式信号继电器的内部结构 1线圈； 2

13、电磁铁； 3弹簧； 4衔铁； 5信号牌； 6玻璃窗孔；7复位旋钮； 8动触点； 9静触点； 10接线端子三 常用的继电保护及接线方式 当信号继电器线圈1未通电时，信号牌5被衔铁4支持住。当线圈通电时，电磁铁2吸合衔铁4，信号牌5失去衔铁的支撑而落下，从玻璃窗孔6中可以看到掉牌。随着信号牌的转动带动转轴，使固定在转轴上的动触点8与静触点9接通，起动信号回路，发出信号。要解除信号，需旋动外壳上的复位旋钮7，使常开触点断开，同时使信号牌复位。工作原理三 常用的继电保护及接线方式 DX-11型信号继电器的内部接线和图形符号三 常用的继电保护及接线方式 GL-10、GL-20系列感应式电流继电器的内部结

14、构1线圈； 2电磁铁； 3短路环； 4转动铝盘； 5钢片； 6铝框架； 7调节弹簧；8制动永久磁铁； 9扇形齿轮； 10蜗杆； 11扁杆； 12继电器触点；13时限调节螺杆； 14速断电流调节螺钉；15衔铁； 16动作电流调节插销三 常用的继电保护及接线方式 当线圈1通电时，电磁铁2在短路环3的作用下产生两个相位不同的磁通量1、2（它们的相位差为），穿过转动铝盘4。这时作用于铝盘上的转矩M1为M1K112 sin (6-3）铝盘在转矩M1的作用下转动后，切割制动永久磁铁8的磁通，在铝盘内产生涡流，该涡流又与永久磁铁的磁通作用，产生一个与M1反向的制动力矩M2，M2与铝盘转速n成正比，即M2=K

15、2n(6-4）三 常用的继电保护及接线方式 当铝盘转速n增大到一定值时，M1M2，则铝盘匀速转动。铝盘受力有使铝框架6绕轴顺时针方向偏转的趋势，但会受到调节弹簧7的阻力。当线圈电流增大到继电器的动作电流Iop时，铝盘受到的推力也将增大到克服弹簧阻力，使铝盘带动框架前移，使蜗杆10与扇形齿轮9啮合，即继电器动作。由于铝盘继续转动使得扇形齿轮沿着蜗杆上升，最后使继电器触点12切换，同时使信号牌掉下，从继电器外壳上的观察孔内可看到信号牌红色或白色的信号指示，表示继电器已经动作。三 常用的继电保护及接线方式 继电器线圈中的电流越大，铝盘转动得越快，扇形齿轮沿蜗杆上升的速度也越快，因此动作时间也越短，这

16、是感应式电流继电器的反时限特性，如图6-12所示动作特性曲线的abc部分。反时限特性由其感应元件产生。GL电流继电器的动作特性曲线三 常用的继电保护及接线方式 当继电器线圈中的电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，电磁铁2瞬时吸下衔铁15，使继电器触点12切换，同时也使信号牌掉下，这是感应式电流继电器的电流速断特性，如图6-12 所示的bbd部分，电流速断特性由电磁元件产生。图6-12所示动作特性曲线上对应于开始速断时间的动作电流倍数nqb，称为速断电流倍数，即式中，Iqb为继电器线圈中使电流速断元件动作的最小电流，即速断电流；Iop为继电器的动作电流。IIopqbqbn三 常用的继电保护及

17、接线方式 GL-10、GL-20系列感应式电流继电器的速断电流倍数nqb=28。感应式电流继电器的图形符号如图所示。三 常用的继电保护及接线方式 继电保护装置的接线方式2.为了表述继电器电流IKA与电流互感器二次电流I2的关系，引入接线系数Kw，即Kw=IKA/I2(6-6）这种接线方式又称为三相完全星形接线，如图所示。 三相三继电器式接线1）三 常用的继电保护及接线方式 将三只电流继电器分别与三只电流互感器连接，可以反映 每相电流的变化。当发生三相短路、两相短路或中性点直 接接地系统发生单相短路时，至少有一个继电器动作，使 一次电路的断路器断闸。这种接线方式能反映所有形式的 故障，但是所用设

18、备较多，接线比较复杂。其接线系数Kw=1， 主要用于110 kV及以上中性点直接接地的系统中，作为相间短路和单相短路的保护装置。特点三 常用的继电保护及接线方式 两相两继电器式接线和两相三继电器式接线2）三 常用的继电保护及接线方式 由于B相没有装设电流互感器，当该相接地时，保护装置不能起到保护作用。当一次电路发生三相短路或任意两相短路时，至少有一个继电器动作。可见它不能反映单相短路，但能保护各种相间短路。这种接线方式的接线系数 Kw1，主要用于610 kV小接地电流系统的相间短路保护。 特点三 常用的继电保护及接线方式 两相三继电器式接线如图所示，是在两相两继电器式接线的公共中线上接入第三个

19、继电器。实际上流入该继电器的电流为流入其他两个继电器电流之和。这一电流在数值上与第三相（B相）电流相等，这样就使过电流保护的灵敏度提高了。三 常用的继电保护及接线方式 两相一继电器式接线3）两相一继电器式接线如图所示，流入继电器线圈中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差。这种接线方式又称两相差式接线。三 常用的继电保护及接线方式 在不同的短路类型中，流过继电器的电流与互感器二次电流不同，其接线系数也不同，不同相间短路时的电流相量分析图如图所示。三 常用的继电保护及接线方式 在一次电路发生三相短路时，电流的相量图如图所示，流入继电器的电流为电流互感器二次电流的3倍，其接线系数为Kw 。3三

20、 常用的继电保护及接线方式 在一次电路的A、C两相发生短路时，电流的相量图如图所示，流入继电器的电流为电流互感器二次电流的2倍，故Kw2。三 常用的继电保护及接线方式 在一次电路的A、B或B、C两相短路时，电流的相量图如图所示，此时流入继电器的电流只有一相（A相或C相）电流互感器的二次电流，其接线系数为Kw1。三 常用的继电保护及接线方式 继电保护装置的操作电源3. 直流操作电源1）现在工厂变配电所很少采用铅酸蓄电池组。虽然它与交流供电系统无直接联系，工作可靠，但是须设置专门的蓄电池室，而且腐蚀性较强。镉镍蓄电池组不受供电系统运行情况的影响，工作可靠，腐蚀性小，无须专用房间，充放电控制方便，现

21、在在大中型工厂变配电所中应用广泛。带电容储能的晶闸管整流装置设备投资少，减少了运行维护的工作量，但是电容器有漏电问题，容易损坏，可靠性比镉镍蓄电池组差。 （1） （2） （3）三 常用的继电保护及接线方式 交流操作电源2）直接动作式过电流保护电路三 常用的继电保护及接线方式 利用断路器跳闸线圈YR作为过电流继电器直接动作于跳闸，可以接成两相两继电器式或两相一继电器式。正常运行时，跳闸线圈YR中流过的电流小于动作电流，因此断路器不动作。当一次电路发生相间短路时，短路电流反映到电流互感 器的二次侧，流过跳闸线圈YR的电流达到或超过动作电流值，使断路器QF跳闸。这种操作方式设备最少，接线简单，但受脱

22、扣器型号的限制，保护灵敏度较低，实际上很少使用。工作原理三 常用的继电保护及接线方式 去分流跳闸式过电流保护电路三 常用的继电保护及接线方式 正常运行时，电流继电器的常闭触点将跳闸线圈YR短路，YR中无电流流过，因此断路器不会跳闸。当一次电路发生相间短路时，继电器KA动作，其常闭触点断开，使跳闸线圈YR的短路分流支路被去掉，电流互感器二次侧的电流全部流过YR，因此断路器跳闸。这种接线方式简单，灵敏度较高，但要求继电器的触点容量比较大。这种接线方式在工厂企业中应用广泛。 工作原理三 电力系统的基本要求 学生为什么三相三继电器式接线可以用于单相短路保护装置中，而两相两继电器式接线和两相一继电器式接

23、线不能用于单相短路保护装置中？老师因为三相三继电器式接线中三只电流继电器分别与三只电流互感器连接，可以反映每相电流的变化。当中性点直接接地系统发生单相短路时，至少有一个继电器动作，使一次电路的断路器断闸。而两相两继电器式接线将两个电流继电器分别与装在A、C两相上的电流互感器连接，可以反映A相和C相电流的变化。由于B相没有装设电流互感器，当该相接地时，保护装置不能起到保护作用。三 电力系统的基本要求 两相一继电器式接线流入继电器线圈中的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差。这种接线方式能反映各种相间短路故障，而不能完全反映单相短路。由于供电系统中常见一些断线、短路、过载及接地等故障，为了在发

24、生故障时能迅速地将故障区域切除，需要装设保护装置。当系统处于不正常运行状态时能够发出报警信号。保护装置必须满足选择性、快速性、可靠性和灵敏性，这四项基本要求之间既相互联系又相互矛盾，在选择保护装置时应力求技术先进、经济而且合理。问题与思考 问题1 继电保护装置的任务是什么？对继电保护装置有哪些基本要求？ 思考并回答: 问题2 电磁式电流继电器、电磁式时间继电器、电磁式信号继电器及电磁式中间继电器在保护装置中的作用分别是什么？ 思考并回答: 模块一模块六 供配电系统的继电保护单元二 线路的继电保护 Sub Title掌握线路过电流保护、电流速断保护、单相接地保护、线路过负荷保护的组成和工作原理。

25、能力目标了解线路继电保护的分类及适用范围等知识。 知识目标一 线路的过电流保护作为线路的相间短路保护，通常采用带时限的过电流保护和电流速断保护两种方式。如果过电流保护的时限不大于0.50.7 s，则可以不装设电流速断保护。在供配电系统中，当被保护线路发生短路时，为了具有选择性，带时限的过电流保护按其动作时间的特性分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。一 线路的过电流保护定时限过电流保护装置的组成和动作原理1.定时限过电流保护装置的原理接线图如图所示，其中，图6-21（a）所示为集中表示的原理接线图，图6-21（b）所示为展开式电路图。从原理分析的角度来看，展开式原理电路图简明清晰，在二次回路

26、中应用最普遍。定时限过电流保护装置的原理接线图 QF断路器； KA电流继电器（DL型）； KT时间继电器（DS型）； KS信号继电器（DX型）； KM中间继电器（DZ型）； YR跳闸线圈一 线路的过电流保护 定时限过电流保护装置电流继电器时间继电器时间继电器中间继电器一 继电保护的任务及要求 正常运行时，断路器QF闭合，供电正常，线路中流过正常电流。当一次电路发生相间短路时，电流继电器KA瞬时动作，触点闭合，使时间继电器KT接通，KT经过整定的时限后，其延时触点 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动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM

27、动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。短路故障被切除后，继电保护装置除KS外的其他继电器均自动返回起始状态，而KS须手动或电动复位。工作原理一 继电保护的任务及要求 反时限过电流保护装置的组成和动作原理2.反时限过电流保护装置就是通过保护装置的故障电流越大，动作时间越短，即保护装置动作的时限随通过保护装置电流大小的变化而成反时限的变化。这种保护装置由GL型电流继电器组成，图所示为反时限过电流保护的原理图和展开图。反时限过电流保护装置的原理图和展开图一 继电保护的任务及要求 在正常情况下，电流继电器通过正常工作电流，其常开触点闭合，常闭触点断开，断路器的跳闸线圈不会得电。

28、当一次电路发生相 间短路时，电流继电器KA中流过的电流增大，经过一定的延时后，达到其动作值，其常闭触点闭合，接通跳闸线圈YR，常开触点断开，去掉分流使YR得电带动断路器跳闸，切除短路故障，同时GL 型继电器的信号牌掉下。短路故障切除后，电流继电器自动返回，信号牌可手动复位。工作原理一 继电保护的任务及要求 过电流保护动作电流的整定3.一 继电保护的任务及要求 当线路上WL2的k点发生短路故障时，由于短路电流远远大于线路上的所有负荷电流，所以沿线路的所有过电流保护装置（包括KA1、KA2）都要起动。为保证保护装置选择性的要求，应该是靠近故障点k的保护KA2首先断开QF2，切除故障线路WL2。这时

29、线路WL1就可恢复正常运行，保护装置KA1立即返回，不至于断开QF1。若KA1的返回电流未躲过线路WL1的最大负荷电流，即KA1的返回系数过低时，在KA2切除WL2以后，KA1可能不返回而继续保持起动状态，从而达到它所整定的时限后，错误地断开QF1，造成WL1停电，使故障停电范围扩大，这是不允许的。所以保护装置的返回电流也必须躲过线路的最大负荷电流。 工作原理一 继电保护的任务及要求 过电流保护动作电流的整定 1）过电流保护动作电流按式（6-8）整定。式中，Iop 为继电器的动作电流；Krel为保护装置的可靠系数，对DL系列继电器取1.2，对GL系列继电器取1.3；Kw为保护装置的接线系数，三

30、相三继电器式、两相两继电器式和两相三继电器式接线取1，两相一继电器式接线取3；Kre为保护装置的返回系数，对DL系列继电器取0.85，对GL系列继电器取0.8；Ki为电流互感器变比；IL.max为线路的最大负荷电流，可取为（1.53）I30。IKKKKILireWerlOPmax.一 继电保护的任务及要求 过电流保护动作时限的整定 2）过电流保护装置的动作时间，应按阶梯原则进行整定，以保证前后两级保护装置动作时间的选择性。当在后一级保护装置所保护的线路首端如图6-23（a）中的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中最长的动作时间t2都要大一个时间级差t，如图6-23(b）和图

31、6-23(c）所示，即 t1t2t（6-9）一 继电保护的任务及要求 线路过电流保护整定说明一 继电保护的任务及要求 对定时限过电流保护装置t取0.5 s，对反时限过电流保护装置t取0.7 s。定时限过电流保护的动作时间利用时间继电器整定。反时限过电流保护的动作时间，由于GL系列电流继电器的时限调节机构是按10倍动作电流的动作时间来标度的，因此要根据前后两级保护的GL系列继电器的动作特性曲线来整定。一 继电保护的任务及要求 过电流保护装置的灵敏度3）过电流保护装置的灵敏度Sp由式（6-10）确定。式中， 为被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流。 过电流保护装置的灵敏度Sp必须满足的

32、条件为Sp1.5，如果过电流保护作为后备保护时，则Sp1.2即可。IKIKSopikwpmin.Ik)2(min.一 继电保护的任务及要求 低电压闭锁的过电流保护4）装有低电压闭锁的过电流保护的动作电流整定计算公式为由于Iop的减小，能有效地提高保护灵敏度。IKKKKIirewrelop30一 继电保护的任务及要求 定时限过电流保护和反时限过电流保护的比较4.定时限过电流保护的优点是动作时间比较准确，容易整定，而且不论短路电流大小，动作时间都是一定的，不会因短路电流小而动作时间长；其缺点是所需继电器数目较多，接线复杂。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间较长。反时限过电流保护的优点是可采用交

33、流操作，接线简单，所用继电器数量少，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；其缺点是动作时限整定复杂，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。 一 继电保护的任务及要求 例6-1 如图如图6-246-24所示，某厂所示，某厂10 kV10 kV电力线路，保护装置接线方电力线路，保护装置接线方式为两相两继电器式接线。已知式为两相两继电器式接线。已知WLWL2 2的最大负荷电流为的最大负荷电流为56 A56 A，TATA1 1的变比为的变比为100/5100/5，TATA2 2的变比为的变比为75/575/5，继电器均

34、为，继电器均为DL-11/10DL-11/10型电流继电器。型电流继电器。KAKA1 1已整定，其动作电流为已整定，其动作电流为9 A9 A，动作时间为，动作时间为1 s1 s。k-1k-1点的三相短路电流为点的三相短路电流为800 A800 A，k-2k-2点的三相短路电流点的三相短路电流为为320 A320 A。试整定。试整定KAKA2 2的动作电流和动作时间，并检验其灵敏的动作电流和动作时间，并检验其灵敏度。度。一 继电保护的任务及要求 例6-1解解 （1 1）整定）整定KAKA2 2的动作电流。的动作电流。 取取K Krelrel=1.2=1.2，K Krere=0.85=0.85，K

35、 Kw w=1=1，K Ki i =75/5=15 =75/5=15，已知，已知I IL.maxL.max=56 A=56 A，故故取整数，动作电流整定为取整数，动作电流整定为5 A5 A。AIKKKKILierwrelop27. 5561585. 012 . 1max.)2(一 继电保护的任务及要求 例6-1（2 2）整定）整定KAKA2 2的动作时间。保护装置的动作时间。保护装置KAKA1 1的动作时限应比保护的动作时限应比保护装置装置KAKA2 2的动作时限大的动作时限大tt，取，取t=0.5 st=0.5 s，由于，由于KAKA1 1的动作时的动作时间为间为1 s1 s，所以，所以KA

36、KA2 2的动作时间为的动作时间为t t2 2=1=10.5=0.5 s0.5=0.5 s。（3 3）KAKA2 2的灵敏度校验。的灵敏度校验。KAKA2 2保护的线路保护的线路WLWL2 2末端末端k-2k-2点的两相点的两相短路电流为其最小短路电流，即短路电流为其最小短路电流，即由此可见，灵敏度满足要求。由此可见，灵敏度满足要求。AIIkk277320866. 023)3(2)2(min.5 . 169. 35152771)2(min.IKIKSOPikwP二 电流速断保护 当发生短路时，越靠近电源处保护装置动作时间越长，而 短路电流则是越靠近电源其值越大，危害也越大。为此，当过电流保护的

37、动作时限超过0.50.7 s时，应装设电流速断保护装置。电流速断保护实质上是一种瞬时动作的过电流保护。带时限的过电流保护装置的不足之处二 电流速断保护 图所示为线路上同时装有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图。图中，KA1、KA2、KT、KS1和KM组成定时限过电流保护，而KA3、KA4、KS2和KM组成电流速断保护。二 电流速断保护 当电流速断保护范围内出现故障时，电流继电器起动后，将首先起动信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器的触点接通继电器的跳闸回路。如果采用GL系列电流继电器，则利用该继电器的电磁元件来实现电流速断保护，其感应元件则用来实现反时限过流保护，非常经济。工作原理二

38、电流速断保护为保证电流速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时前一级电流速断保护装置不应动作，因此电流速断保护的动作电流Iqb必须按躲过它所保护线路末端的最大短路电流（末端三相短路电流）Ik.max来整定。线路电流速断保护电路如图6-26所示。 二 电流速断保护 电流速断保护的动作电流整定公式为式中，Iqb为电流速断保护动作电流；Krel为可靠系数，对DL系列电流继电器可取1.21.3，对GL系列电流继电器可取1.41.5；Ik.max为被保护线路末端短路时的最大短路电流。 IKKKIkiwrelqbmax.二 电流速断保护 由于电流速断保护装置的动作电流是按被保护线路末端的最

39、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。从图6-26可以看出，Iqb.1 Ik.max，前一段线路WL1末端k-1点的三相短路电流，实际上与后一段线路WL2首端k-2点的三相短路电流是近似相等的。因而这使得保护装置不能保护线路的全长，出现一段死区。二 电流速断保护 为了弥补死区得不到保护的缺陷，一般在装有电流速断保护的线路上应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。二 电流速断保护 如果配电线路较短，配电线路可只装过电流保护，不装电流速断保护。电流速断保护的灵敏度按其安装处（

40、线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流作为最小短路电流来校验。电流速断保护的灵敏度应满足5.1)2(IKIKSqbikwp二 电流速断保护 例6-2试整定例试整定例6-16-1中中KA2KA2继电器的速断电流倍数，并校验其灵敏度。继电器的速断电流倍数，并校验其灵敏度。 解解 （1 1）整定）整定KA2KA2继电器的速断电流倍数。按式（继电器的速断电流倍数。按式（6-126-12），），电流速断保护的动作电流为电流速断保护的动作电流为已知已知KAKA2 2的的I Iopop=5 A=5 A，因此，因此KAKA2 2的速断电流倍数应整定为的速断电流倍数应整定为n nqbqb=I=Iqbqb/

41、 /I Iopop=285=5.6=285=5.6AIKKKIkiwrelqb283201513 . 1max.二 电流速断保护 例6-2（2 2）校验）校验KAKA2 2电流速断保护的灵敏度。电流速断保护的灵敏度。KAKA2 2保护的线路保护的线路WLWL2 2首端首端k-1k-1点的两相短路电流为点的两相短路电流为由此可见，由此可见，KAKA2 2的电流速断保护的灵敏度基本满足要求。的电流速断保护的灵敏度基本满足要求。AkkII692800866. 0)3(1)2(min.235 . 165. 128156921)2(min.IKIKSqbikwp三 单相接地保护 单相接地保护装置1. 架

42、空线路的单相接地保护装置1）对架空线路一般在各相均装设电流互感器组成零序电流过滤器，如图所示。当三相对称运行或三相(或两相)短路时，流入继电器的电流为零，继电器不动作。当出现单相接地故障时，零序电流流过继电器，继电器动作并发出信号。三 单相接地保护 电缆线路的单相接地保护装置2）电缆线路的单相接地保护一般采用零序电流互感器，如图所示。零序电流互感器的一次侧即电缆线路的三相，其铁心套在电缆的外面，二次绕组绕在零序电流互感器的铁心上，并与过电流继电器相连接。零序电流互感器1零序电流互感器； 2电缆； 3接地线； 4电缆头 三 单相接地保护 当三相对称运行及三相和两相短路时，二次侧三相电路电流矢量和

43、为零，即没有零序电流，继电器不动作。当发生单相接地故障时，有零序电流通过，此时在零序电流互感器的二次侧感应出电流，使继电器动作并发出信号。工作原理三 单相接地保护 单相接地保护装置动作电流的整定3）保护动作电流在整定时，要躲过其他线路上发生单相接地时在本线路上引起的电容电流，即式中，Iop(E）为继电器的动作电流；Ic为其他线路发生单相接地时，在被保护线路上产生的电容电流；Ki为零序电流互感器的变流比；Krel为可靠系数，保护装置不带时限时取45，保护装置带时限时取1.52。IKKIcirelEop)(三 单相接地保护 单相接地保护装置动作电流的灵敏度4）灵敏度按本线路发生单相接地时，保护装置

44、应可靠动作进行校验，即式中，Ic.为流经接地点的总接地电容电流。5 . 1)(.IKIISEopiccp三 单相接地保护 绝缘监察装置2.绝缘监察装置是利用发生单相接地后系统会出现零序电压而发出信号的，在工厂供电系统中，绝缘监测装置可以采用一个三相五芯柱式电压互感器或三个三绕组单相电压互感器，其原理如图所示。绝缘监察装置原理图四 线路的过负荷保护 线路的过负荷保护只对可能出现过负荷的电缆线路予以装设，它一般延时动作于信号，如图所示。过负荷保护装置的动作电流按躲过线路的计算电流I30来整定，其动作电流整定为IKIiop303.12.1线路过负荷保护电路图三 电力系统的基本要求 学生电流速断保护用

45、在什么场合？老师通常采用带时限的过电流保护和电流速断保护方式作为线路的相间短路保护。如果过电流保护的时限大于0.50.7 s，则须装设电流速断保护。电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护，相当于定时限过电流保护装置中抽取了时间继电器。但要注意的是，电流速断保护不能单独使用，要与带时限的过电流保护配合使用。问题与思考 什么是线路的过电流保护？什么是电流速断保护？思考并回答: 问题2 定时限过电流保护和反时限过电流保护的优缺点分别有哪些？思考并回答: 模块一模块六 供配电系统的继电保护单元三 电力变压器的继电保护 Sub Title掌握电力变压器的过电流保护、电流速断保护、过负荷保护、 瓦斯保护、

46、差动保护、单相保护等继电保护方式的原理及构成。能力目标了解电力变压器的继电保 护类型及使用范围等知识。 知识目标一 变压器的继电保护变压器的继电保护类型1.变压器故障油箱内部故障油箱外部故障绕组相间短路绕组匝间短路绕组单相接地短路铁心烧坏绝缘线短路引出线短路一 变压器的继电保护变压器故障过负荷温升过高外部短路引起过电流外部接地短路引起中性点过电压油箱油面降低超过了允许程度一 变压器的继电保护（1）带时限的过电流保护装置。 （2）电流速断保护装置。（3）瓦斯保护装置。变压器应安装的保护装置一 变压器的继电保护 （4）过负荷保护装置。 （5）温度保护装置。 （6）差动保护装置。（7）零序电流保护。

47、变压器应安装的保护装置一 变压器的继电保护变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护2. 变压器的过电流保护 1）变压器过电流保护装置的组成和工作原理与线路过电流保护装置的组成和工作原理相同，如图所示。一 变压器的继电保护 动作电流整定公式为 （6-17）式中，IL.max为(1.53）I1N.T，I1N.T为变压器一次侧的额定电流。灵敏度的校验公式为式中， 为变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时的高压侧穿越电流。要求灵敏度Ksen1.5，如果不能满足要求，可采用低电压闭锁的过电流保护。IKKKKILireWrelopmax.IKIKKOPikwsen)2(min.Ik)2(m

48、in.一 变压器的继电保护 变压器的电流速断保护 2） 对于小容量的变压器，可以在其电源侧装设电流速断保护来代替纵联差动保护。电源侧为大电流接地系统时，保护采用三相三继电器接线方式。电源侧为小电流接地系统时，则采用两相三继电器或两相两继电器接线方式。 一 变压器的继电保护 其动作电流整定为式中，Ik.max为低压侧母线的三相短路电流换算到高压侧的穿越电流值；Krel为可靠系数，取为1.21.3；Kw为保护装置的接线系数。IKKKIkiWrelqbmax.一 变压器的继电保护 变压器的过负荷保护 3）变压器的过负荷保护的组成、工作原理与线路过负荷保护的完全相同。变压器过负荷大多数都是三相对称的，

49、因而过负荷保护只要在一相上安装一个电流继电器就可以实现。过负荷保护一般经过延时作用于信号。为了防止外部短路时保护装置误发信号，过负荷保护的动作时间应大于变压器的过电流保护时间。在实际应用中，过负荷保护的动作时间通常为1015 s。一 变压器的继电保护过负荷保护的动作电流为 Iop=（1.21.3）/KiI30 (6-20）式中，I30为变压器的额定电流。变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图如图6-32所示。 一 变压器的继电保护 变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图二 变压器的瓦斯保护 在变压器油箱内发生匝间或层间短路故障时，短路点电流产生的

50、电弧会使变压器油及其他绝缘物分解，产生大量的气体（含有瓦斯成分）并从油箱向油枕流动，如果解决不及时，会对变压器的安全运行极为不利。由于此时电流较小，因而过电流保护或电流速断保护不能起作用。瓦斯保护是反映变压器内部故障最有效、最灵敏的保护装置。二 变压器的瓦斯保护瓦斯保护的测量继电器为瓦斯继电器，安装于变压器油箱与油枕之间的连通管上，如图6-33所示。为了使变压器的油箱内产生的气体能够顺利通过与瓦斯继电器连接的管道流入油枕，应保证连通管对油箱顶盖有2%4%的倾斜度，而变压器安装时应取1%1.5%的倾斜度。 瓦斯继电器安装示意图1变压器油箱； 2连通管； 3瓦斯继电器； 4油枕二 变压器的瓦斯保护

51、瓦斯继电器的结构和工作原理 1）瓦斯继电器主要有浮筒式和开口杯式两种。目前广泛应用的是开口杯式继电器，FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的内部结构如图所示。 FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的内部结构1盖； 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 二 变压器的瓦斯保护在变压器正常运行时，气体继电器的容器内包括其中的上开口杯、下开口杯都充满油，而上开口杯、下开口杯因各自平衡锤的作用而升起（平衡锤

52、的重力所产生的力矩大于油杯一侧的力矩），此时上、下两对触点都是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，由于故障产生的少量气体慢慢升起，聚集在继电器的上部，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另一端平衡锤的力矩而降落，此时上触点接通信号回路，发出声响和灯光信号，这个过程称为轻瓦斯动作。 （1） （2）二 变压器的瓦斯保护变压器内部发生严重故障时，由于故障产生的气体很多，气体或强烈的油流将冲击挡板，使下开口杯立刻向下转动，此时下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发出声响和灯光信号，这个过程称为重瓦斯动作。如果变压器油箱漏油，将会引起瓦斯继电器内的油也慢慢流尽，

53、先是上油杯下降，接通上触点，发出轻瓦斯报警信号；随后下油杯下降，下触点接通，使断路器跳闸，切除变压器，同时发出重瓦斯动作信号。 （3） （4）二 变压器的瓦斯保护 2）变压器瓦斯保护的接线变压器瓦斯保护的接线图如图所示。当变压器内部发生轻微故障时，瓦斯继电器KG的上触点1、2将闭合，动作于报警信号。当变压器内部发生严重故障时，KG的下触点3、4将闭合，经中间继电器KM，跳开变压器两侧断路器，同时经过信号继电器KS发出跳闸信号。变压器瓦斯保护的接线图二 变压器的瓦斯保护 （2）检查油位、油温、油色有无变化。 （3）检查防爆管是否爆裂喷油。 （4）检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油。 分析故

54、障原因的过程（1）收集瓦斯继电器内的气体做色谱分析，如无气体，应检查二次回路和瓦斯继电器的接线柱及引线绝缘是否良好。（5）若经检查未发现任何异常，而确定是因二次回路故障引起误动作时，可退出瓦斯保护，投入其他保护，试送变压器，并密切监视。（6）在瓦斯保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。 二 变压器的瓦斯保护（2）若气体是可燃的，说明变压器内部有故障，应根据瓦 斯继电器内积聚的气体性质来鉴定变压器内部故障的性质。若气体为黄色不易燃的，为木质绝缘损坏，应停电检修。 当外部检查未发现变压器有异常时，应查明瓦斯继电器中气体的性质（1）若积聚在瓦斯继电器内的气体不可燃，而且是无色无臭的，说明是空气进入继

55、电器内，此时变压器可继续运行。若气体为灰色和黑色易燃的，有焦油味，闪点降低，则说 明油因过热分解或油内曾发生过闪络故障，必要时停电检修。若气体为浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸质绝缘损坏，应立即停电检修。 三 变压器的差动保护 变压器的过电流保护装置、电流速断保护装置、瓦斯保护装置等各有优点和不足之处。变压器的差动保护装置正是为了解决这一问题而设置的。差动保护分为纵联差动保护和横联差动保护两种，纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。按规定，单台运行的变压器容量为10 000 kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6 300 kVA及以上时，都应装设纵联差动保护。三 变压器的差动保护变

56、压器差动保护的工作原理1.变压器差动保护的工作原理图如图所示。差动保护装置是根据被保护元件两侧电流差而动作的保护装置。把变压器两侧的电流互感器按同极性串联起来，使继电器KA跨接在两连线之间，则流入电流互感器的电流就是两侧电流互感器二次侧电流之差，即IKA=I1-I2。变压器差动保护的工作原理图三 变压器的差动保护在变压器正常运行或保护区外发生短路时，电流互感器TA1和TA2的二次电流同时增大，流入继电器的动作电流 为零或差值很小，继电器KA不动作，如图6-36（a）所示。 当变压器差动保护区内发生故障时，在单电源供电的情况 下I2=0，流入继电器回路的电流IKA=I1，如图6-36（b） 所示

57、。此时继电器回路的电流超过继电器KA整定的动作电 流，KA动作，使断路器QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。工作原理三 变压器的差动保护 由于变压器差动保护装置具有动作迅速、选择性 好的优点，所以在工厂企业的大中变电所中应用 较广。差动保护装置还可用于线路和高压电动机的保护。应用范围三 变压器的差动保护变压器差动保护动作跳闸后的检查和处理2.（2）如果变压器差动保护范围内的设备无明显故障，应检查继电 保护及二次回路是否有故障，直流回路是否有两点接地的现象。（3）经以上检查无异常时，应在切除负荷后立即试送一次，试送后又跳闸，不得再送。（4）如果是因继电器或二次回路故障、直流两点接地造成的误动作，

58、应将差动保护退出运行，将变压器送电后，再处理二次回路故障及直流接地。（1）检查变压器本体有无异常，检查差动保护范围内的瓷瓶是否有闪络、损坏，引线是否有短路现象。 （5）差动保护及重瓦斯保护同时动作使变压器跳闸 时，不经内部检查和试验，不得将变压器投入运行。 四 变压器的单相保护在变压器低压侧装设三相都带过流脱扣器的低压断路器，该低压断路器既作为低压主开关，又可用来保护低压侧的相间短路和单相短路，操作方便。（2） 在变压器低压侧中性点引出线上装设专门的零序电流保护装置。采用两相三继电器式或三相三继电器式接线，提高变压器低压侧发生单相短路时的保护灵敏度。在变压器低压侧装设熔断器，同样可用来保护低压

59、侧的相间短路和单相短路，但熔断器不能作为开关用，而且它熔断后需更换熔体才能恢复供电，因此它只适用于不重要负荷的变压器。 （1） （3） （4）四 变压器的单相保护在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护的工作原理图如图所示。零序电流保护装置由零序电流互感器和过电流继电器组成，当变压器低压侧发生单相接地短路时，零序电流经电流互感器使电流继电器动作，可使变压器高压侧断路器跳闸，切除故障。变压器零序电流保护的工作原理图四 变压器的单相保护零序电流保护的动作电流按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定，即 式中，Krel为保护装置的可靠系数，取1.2；Ki为零序电流互感器的变比；I2N.T为变压器低

60、压侧额定电流。零序电流保护的动作时间取0.50.7 s。灵敏度按变压器低压侧干线末端最小单相短路电流来校验。对于架空线路,Sp1.5；对于电缆线路，Sp1.2。采用此种保护措施，灵敏度较高，但投资较大。 在上述四种措施中，第一种措施在工厂供电系统中应用最广泛。IKKITNirelKAop.2.25. 0三 电力系统的基本要求 学生电力变压器的保护与工厂高压线路的继电保护相同吗？老师电力变压器的保护与工厂高压线路的继电保护基本相同，此外，变压器还有其特殊的保护瓦斯保护。轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳闸。瓦斯保护能反映变压器的内部故障，不能反映变压器外部短路故障。瓦斯保护的主要组件是瓦斯