供电技术ch4-供电系统的保护课件

1、第4章 供电系统的保护第一节 继电保护的基本概念第二节 单端供电网络的保护第三节 电力变压器的保护第四节 低压配电系统的保护第五节 供电系统的微机保护第一节 继电保护的基本概念 供电系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障：相间短路、接地短路，变压器、电动机一相绕组的匝间短路等。不正常运行状态：过负荷、小接地电流系统中的单相接地等。故障原因：外部原因： （如雷击、污闪等）内部原因： （如绝缘老化、损坏等）误操作：（运行时）故障后果:损坏设备、缩短设备使用寿命；破坏系统运行的稳定性；用户电压下降，破坏工作稳定，影响产品质量；供电质量：电压、频率、谐波。 针对故障要求尽快将故障部分切除

2、；针对不正常运行状态，要求能够让值班人员知道。继电保护装置供电系统中常见的保护装置类型主要有如下三种：(1)继电保护装置：适用于供电可靠性较高要求的高压供电系统中。(2)熔断器保护：广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。(3)低压断路器保护：又称低压自动开关保护，由于低压断路器带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。 1继电保护、继电保护装

3、置及其任务继电保护装置:是一种能反映供电系统中电气元件（线路、变压器、母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。继电保护:泛指继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统。具体包括：继电保护的设计、配置、整定、调试等技术；从获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸线圈的一整套设备。如需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。2继电保护的工作原理供电系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的变化等。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成不同原理和类型的继电保护。分成两类：反应电气量变化的

4、保护,反映非电气量变化的保护。反应电气量变化的保护原理：利用短路时电流增大的特征，可构成过电流保护；利用电压降低的特征，可构成低电压保护；利用电压和电流比值的变化，可构成阻抗（距离）保护；利用电流和电压之间相位关系的变化，可构成方向保护；利用比较被保护设备各端电流大小和相位的差别可构成差动保护等。3继电保护装置的构成 4对继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：可靠性灵敏性选择性速动性（1）可靠性不误动；不拒动。可靠性是绝对要求的。装置不可靠还不如不装。（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置 例如：低电压保护的灵敏系数为 kSUopUk(n) Uk(n)保护区内故障

5、的最大残压值 Uop保护装置动作电压（一次侧）0 Ukmin Ukmax Uop UN U Uop 保护装置的动作电压Ukmax 保护区末段金属性短路时故障电压的最大计 算值 故障区动作区（3）选择性 当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。 k点故障QF2动作（4）速动性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。 注意：必须在满足选择性的基础上 四个基本要求之间的关系四个方面相互联系又相互矛盾。可靠性最重要

6、。灵敏性直接影响可靠性。快速性是尽量要求的，有时不要求选择性影响快速性。选择性通过装置的可靠性和时间的合理配合实现，能最大限度地减小停电范围。继电器的定义和分类按动作原理：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等继电器。按反应的物理量：电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器和频率继电器等。按作用：起动继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器和出口继电器等。继电器是一种能自动执行断、续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。5.继电器与继电特性

7、电磁式继电器起动电流的调整方法：（1）改变线圈匝数（串联，并联）（2）改变弹簧张力实验课上可进行调整。 动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。返回系数：过电流型：kre = Ire / Iop； 低电压型：kre = Ure / Uop；低电压型其动作和返回概念与过电流相反：动作电压为能使低电压继电器动作即使其常闭接点闭合的最大电压；返回电压为能使低电压继电器返回即使其常闭接点断开的最小电压；继电保护规定：过流继电器的不应低于0.85；低电压继电器的应不大于1.25。尽量接近于1。电磁型继电器电磁型电压继电器：

8、过电压、低电压电磁型时间继电器在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。电磁型中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8S) 。电磁型信号继电器用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器 其他电磁型继电器 感应式电流继电器当继电器线圈中的电流大到一定数值时，其动作时间与通入电流的平方成反比，通入的电流越大，动作时间越短，这也就是感应式电流继电器的“反时限特性” 。 当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，呈现 “电流速断特性”。速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流与感

9、应元件的动作电流之比称速断电流倍数nqb。6、继电保护用的电流互感器 (1)电流互感器的10%误差曲线 电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际电流I1的相对误差百分值，即 规程规定：保护用电流互感器的电流误差范围为10。 所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器的电流误差为10%时一次电流对其额定电流的倍数 k= 与二次侧负荷阻抗 的关系曲线(2)电流互感器的接线方式 电流互感器的接线方式是指作为相间短路的过电流保护用的电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。分为三种：三相完全星形接线方式两相不完全星形接线 两相电流差接线接线系数kkx ：指通过继电器的电流 IK与电流互感

10、器二次电流 ITA.2的比值， 即： kkx IKITA.2 。 三相完全星形接线方式三相完全星形接线方式是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的。可以反映任何形式短路故障。所用保护元件最多。kkx 1 两相不完全星形接线两相不完全星形接线方式是在 A、C两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障。可见： kkx 1两相电流差接线 两相电流差接线方式由两台电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，通过继电器的电流 为：两相电流差接线的接线系数不同的相间短路时，接线系数是不一样的。正常和三相短路时接线系数为 ；AC相短路时接线系数为2；AB相或BC

11、相短路时接线系数为1。各种接线方式的评价完全星型接线方式能保护任何相间短路和单相接地短路。不完全星型和两相电流差接线方式能保护各种相间短路，但在没有装设电流互感器的一相发生单相接地短路时，保护装置不会动作。两点接地短路在小接地电流电网中，单相接地时允许继续运行不超过2小时，故不同相的两点接地时，只需切除一个接地点。L1的B相和L2的C相发生单相接地时的动作情况完全星型接线，线路l1,l2将同时切除。不完全星型接线，只切l2，l1可继续运行。 接地相继电器安装Ka,KbKb.KcKc,KaA,BB,CC,A结论不完全星型接线有2/3的机会只切除一条故障线路；有1/3的机会切除两条故障线路。（继电

12、器按照同名相安装）但若继电器不按照同名相安装，则在发生不同相的两点接地故障时，有1/2的机会要同时切除两条故障线路，有1/6的机会保护装置不动作，只有1/3的机会切除一条故障线路。因此，用不完全星型接线时，必须将保护按照同名相安装。不按照同名相安装时的动作情况假设L1保护安装在A、C相； L2保护安装在B、C相；Ka,KcKa,KbKb,KcL1-KaL2-KcL1-KcL2-KaL1-KaL2-KbL1-KbL2-KaL1-KbL2-KcL1-KcL2-Kb全切切L1全切不动作切L2全切辐射式线路纵向两点接地时L1的B相，L3的C相发生两点接地采用不完全星型接线，此时L3的保护动作，切除L3

13、。造成无选择动作。采用完全星型接线，此时可利用上下两级的动作时间差来保证选择性。即此时L1的保护、L3的保护都同时起动，但L3的保护动作延时长，所以L1先动作，L1动作之后，L3保护返回。几种接线方式的比较继电器和互感器数量接线系数是否反映相间短路是否反映单相短路是否反映两相接地短路完全星形3个互感器3个继电器1能够反映能够反映检测到并全部切除不完全星形2个互感器2个继电器1或0能够反映不能全部对中性点不接地系统特殊两相电流差2个互感器1个继电器多种能够反映不能全部对Y/d 变压器特殊两相三继电器2个互感器3个继电器多种能够反映能够反映同不完全星形各种接线的应用小接地电流系统中，多采用不完全星

14、型接线，原因：节省设备、平行线路上不同相两点接地机率较高。大接地电流系统中，采用完全星型接线，原因：为适应单相接地短路保护。小接地电流系统中，当保护范围内接有星-三角接线的变压器时，为提高两相短路保护的灵敏度，可采用两相三继电器接线。第二节单端供电网络的保护 单端供电网络，即全部负荷只能由一个电源来供电的网络。GB500621992电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定，供电线路的相间短路、单相接地或异常运行应设下述保护：过电流保护电流速断保护低电压保护中性点非直接接地系统中单相接地保护过负荷保护 所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的大小无关。一、过电流保护 当流过

15、被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。 定时限过电流保护电流继电器1KA与2KA、时间继电器KT和信号继电器KS1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号 。定时限过电流保护的原理图 (1) 定时限过电流保护的原理接线 定时限过电流保护装置工作原理定时限过电流保护动作电流整定为保证在正常情况下过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外

16、部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。 各级过电流保护中时间继电器KT的延时时限是按阶梯原则来整定的 。定时限过电流保护动作时限整定 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（对于微机型过电流保护，常取0.35s）。 (4) 过电流保护灵敏系数的校验 定时限过电流保护的

17、灵敏系数是以其保护末端最小短路电流Ikmin与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks1.31.5。对于中性点不接地的供电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流， 故 ：= 说明：越靠近电源动作时间t越长缺点；属于后备保护；t与整定电流无关；靠时间来保证保护的选择性。定时限过电流保护装置2.反时限过电流保护装置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，其常闭接点闭合，常开接点断开，断路器的跳闸线圈不会得电。发生短路时，电流继电器KA中

18、流过的电流增大，到达其动作值，常开接点闭合，接通YR，常闭接点断开，去掉分流使YR得电带动断路器跳闸。 交流操作的反时限过电流保护装置反时限过电流保护的整定配合 a) 短路点距离与动作时间的关系 b) 反时限动作特性曲线反时限过电流保护整定步骤1）保护装置和动作电流Iop.kI和Iop.k的整定与定时限过电流保护一样。保护装置动作时限的整定，首先应从距离电源最远的保护装置开始。2)根据已知的保护装置的继电器动作电流Iop.kI 和动作时限，选择相应的电流继电器的动作特性曲线。3)根据线路l1首端k1点的短路电流 ，计算出保护装置的继电器动作电流倍数n1=Ik1(3)/Iopk。根据n1在保护装

19、置的特性曲线上查到保护装置在k1点短路时的实际动作时间t1，而线路l1其他各点短路时，保护装置的动作时间可以用同样的方法求得。这样便可画出线路l1中各点短路时保护装置的动作时间曲线。如图中曲线1所示。4)根据k1点短路时流经保护装置的继电器的电流 ，计算出动作电流倍数n2 当k1点短路时，保护装置也将起动，为了满足保护装置动作的选择性，保护装置所需的动作时限t2应比保护装置I的动作时限大一个时限t n2和t2的坐标交点为P，过P的特性曲线为保护装置的继电器动作特性曲线。由曲线又可得线路上其他各点短路时保护装置的时限特性，如图4-11a中的曲线2。从图中可知：当k1点发生短路时，其t较线路l1上

20、其他各地短路时小，所以，如果k1点短路的时限配合能达到要求，则其他各点短路时，必定能保证动作的选择性，这也是选择该点为配合点的原因。3.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。定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多，接线比较复杂。继电器触电容量小。在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太长。定时限过电流保护的选择性是靠纵向动作时限阶梯原则来保证。越靠近电源端，保护动作时间越长，不能快速切除靠近电源处发生的最严重的故障。为了克服这个缺点可加装电流速断保护。二、电流速断保护（段）问题的提

21、出定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动。当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3需经过t0+2t才能动作。当保护动作时限大于0.7S时，需增加瞬时动作的保护。反应电流增大而瞬时动作的电流保护就叫电流速断保护。当A-B线路发生短路故障时，流经保护2的电流增大，保护2瞬时动作。当B-C线路发生短路故障时，流经保护2和1的电流都增大；按照保护选择性的要求，保护1瞬时动作，保护2不动作。当k1点短路，保护2瞬时动作切除故障，而当相邻线路BC的始端k2点短路时(习惯上称线路出口处)，按照选择性要求速断保护2就不应该动作。但实际上k1和k2点短路时，流过保护2的短路电流的数值几乎一样。因此希望k1

22、点短路时保护2能动作，而k2点短路时又不动作的要求就不可能同时得到满足。解决办法：优先保证动作的选择性：从整定值上保证下一条线路出口处短路时不起动。在继电保护技术中，这又称为按躲开下一条线路出口处短路的条件整定。优先快速切除故障：采用无选择性的速断保护，以自动重合闸来纠正这种无选择性动作。电流速断保护的原理图 lb运行方式对电流速断保护的影响 分别为最大运行方式下三相短路电流和最小运行下两相短路电流随距离变换的曲线； 为保护2的速段保护的整定值。速断保护的动作电流的确定：为了保证保护装置的选择性，在下一段线路上发生最大短路电流时保护装置不应动作。在本段线路内发生最小短路电流时，保护装置应动作。

23、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。 由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数kk后，速断保护动作电流大于被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，因此速断保护不能单独作为主保护去使用。kk：1.2-1.3速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流之比。电流速断保护灵敏度的校验-方法1方法2 按保护区间长度与被保护线路全长的百分比来表示。一般不小于15。特点：只能保护本线路的一部分t=0保护范围受系统运行方式影响，当运行方式变化很大时，可能很小。当线路较长时其始端与末端短路电流差别较大，保

24、护范围 较大；当线路较短时其始端与末端短路电流差别较小，保护范围较小，所以：短线路更受运行方式影响。电流速断保护电流速断保护的“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”。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。或者采用其他新的保护。具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图定时限过电流保护与电流速断保护配

25、合的动作时间示意图例 某工厂10kV供电线路，已知计算负荷电流 =180A， =1.5，在最大运行方式下末端和始端的短路电流分别为 2300A， 4600A；在最小运行方式时， 2200A， 4400A，线路末端出线保护动作时间为0.5s，线路首端保护的继电器为非全星形联结，试整定该保护各个参数。 解： 1) 过电流保护整定如下： =1.5180A=270A，选用300/5A电流互感器，=300/5=60。 保护动作一次侧电流 = 继电器动作电流 =6.35A, 取6.5A=时间继电器的整定时限 保护灵敏度 = 2) 因动作时限大于0.7s，需加速断保护装置，其整定计算如下：一次动作电流= 继

26、电器2KA的动作电流 =，取48A速断保护的灵敏度= 限时电流速断保护装置由于电流速断保护不能保护线路的全长，在其保护范围之外发生故障时，需增加带时限的电流速断保护装置，用以保护电流速断保护不到的那段线路上的故障，并作为电流速断保护的后备保护。时限电流速断保护装置要保护线路的全长，则其保护范围必须要延伸到下一级线路，为了满足保护装置动作的选择性和速动性要求，在电流速断保护的基础上增加一时限级差（0.5S），便构成限时电流速断保护装置。由速断保护装置和限时电流速断装置组成的保护装置称为两阶段速断装置，电流速断保护又称为电流保护段，限时电流速断保护又称为电流保护段。两段式速断保护图解 为了保证动作

27、的选择性，电流保护段的保护范围应不超过下一级瞬时速断的保护范围，所以，线路WL1的限时电流速断保护的动作电流要比WL2线路的速断保护装置的动作电流大些，即 限时电流速断装置的灵敏度，应按照线路末端最小两相短路电流校验，其值应不小于1.25。三段式电流保护将三种保护组合在一起，相互配合构成的保护叫作三段式过流保护。第I段为电流速断，第II段为时限电流速断，第III段为定时限过电流。第I、II段构成本线路的主保护，第III段保护对本线路的主保护起后备保护作用，称为近后备，另外还对相邻线路起后备保护作用，称为远后备。在某些情况下，也可采用两段式电流保护。三、低电压保护低电压闭锁的过电流保护 定时限过

28、电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度要求。为此，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。整定原则过电流继电器的动作电流不必按躲过线路的最大负荷电流（一般为线路计算负荷电流的1.5-3倍）来整定，而只需按躲过计算负荷电流IC来整定。低电压继电器的动作电压Uopk按照躲过正常最低工作电压Umin来整定，即：灵敏度校验其中的过电流继电器灵敏度校验，与不带低电压闭锁的过电流保护一样。低电压继电器(反应电压下降而动作)的灵敏度的校验，按下式：2. 用于电动机的低电压保护 电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值时，低电压保护动作，将不重要的或不允

29、许自起动的电动机从电网切除，以保证重要电动机在电网电压恢复时顺利地自起动。 1) 在电网发生故障时往往伴随着电压暂时下降甚至消失，当故障切除后系统电压又恢复时，为了保证重要电动机此时能顺利自起动，对不重要和不准许自起动的电动机，可装设动作电压为(60%70%) UN、时限为0.51.5s的低电压保护，即 =2) 对于由于生产工艺或技术、安全的要求不允许“长期”失电后再自起动的电动机，可装设动作电压为(50%55%) UN、时限为(510)s的低电压保护。即=四、中性点非有效接地系统的单相接地保护中性点非有效接地方式，当发生单相接地时，流经故障点的电流比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压仍然保

30、持对称，对接于线电压上负荷的供电没有影响，因此在一般情况下允许系统再继续运行12h。在单相接地以后，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高到 倍。应及时发出信号，以便工作人员查找发生接地的线路，采取措施予以消除；当单相接地对人身和设备的安全有危险时，应动作于跳闸。根据中性点非有效接地系统发生单相接地时的特点，对供电系统应当装设绝缘监测装置，必要时还装设零序电流保护。 1. 绝缘监视装置 利用供电系统单相接地后出现的零序电压给出信号，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。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绝缘监视装置的保护方法简单

31、，但给出信号没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即表明故障是在该线路上。这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为15V。 利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护。 2. 零序电流保护 八 过负荷保护 其动作电流整定为 Ic所保护线路的计算电流。 对于可能时常出现过负荷的

32、电缆线路，应装设过负荷保护，延时动作于信号，必要时可动作于跳闸。 动作时间一般整定为1015s 第三节电力变压器的保护 变压器易产生的故障和不正常工作状态 变压器故障及不正常工作状态变压器故障不正常工作状态内部故障线圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路等。 外部故障套管及引出线的相间短路和单相接地。 过负荷、温升过高以及油面下降超过了允许程度等。 对于电力变压器的常见故障及异常运行状态，一般应装设下列保护： (1) 差动保护或电流速断保护 反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳 闸。 (2) 瓦斯保护 反应变压器的内部故障或油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。 (3) 过电流保护 反应变压器

33、外部短路引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备。 (4) 过负荷保护 反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。 (5) 温度保护 反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统的故障，动作于信号或跳闸。原理油箱内部发生故障（包括匝间短路、经电阻的接地等故障）故障点电流、电弧 变压器油及其它绝缘材料受热分解 产生气体流向油枕的上部。 当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体，气体夹杂着油流冲向油枕的上部。反映上述气体或油流而动作的保护瓦斯保护1、气体与油的混合物重（严重故障）反应油流速度 跳闸2、气体与油的混合物轻（不正常 or 少数匝间）气体体积 发信号一、电力变压器的瓦斯保护 轻瓦斯：

34、反应油面降低，匝数很少的匝间故障重瓦斯：严重故障跳闸特点：内部保护之一，反应油箱内部故障H2：潮气 CO、CO2：固体绝缘材料分解C2H2(乙炔)：放电故障 CH4（甲烷）、C2H4（乙烯）：过热性通过瓦斯气体分析，诊断变压器潜伏性故障对于容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的户内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。一、电力变压器的瓦斯保护 瓦斯继电器（气体继电器），安装于变压器油箱与油枕之间的连通管上。一、电力变压器的瓦斯保护 变压器正常运行时，上、下两对触点都是断开的。 当变压器内部发生轻微故障时，上接点闭合而接通信号回路，这称之为“轻瓦斯动作”。当变压器内部发生严重故障

35、时，下接点闭合而接通信号回路，这称之为“重瓦斯动作”。如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器内的油也慢慢流尽，先是继电器的上油杯下降，发出信号，接着继电器的下油杯下降，使断路器跳闸。FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图1容器；2盖；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 瓦斯保护的原理接线图瓦斯保护的原理接线图当变压器内部轻微故障时，瓦斯继电器KG动作，上触点闭合，发出轻瓦斯动作预告信号。当变压器内部发生严重故障时，瓦斯继电器

36、KG下触点闭合，起动中间继电器KM，使断路器跳闸线圈YR动作，断路器跳闸，同时信号继电器KS发出重瓦斯跳闸信号。为了避免重瓦斯动作时，瓦斯继电器因油气混合物冲击引起下触点“抖动”，利用中间继电器触点1-2进行“自保持”，以保证断路器可靠跳闸。变压器在运行中进行滤油、加油、换硅胶时，必须将重瓦斯经切换片XB改接信号灯HL，防止重瓦斯误动作，断路器跳闸。 1、优点： 灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障2、缺点： 动作速度慢，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。 瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。需要和其他种类的保护配合使用。电力变压器的瓦斯保护 二、变压器的电流

37、保护1.过电流保护和电流速断保护 规程规定，电压10kV及以下、容量在10MVA及以下的变压器，对其内部、套管及引出线的短路故障应采用电流速断保护；3566kV及以下中小容量的降压变压器，对其外部相间短路引起的过电流，宜采用过电流保护。同时，对于供电系统中单侧电源的双绕组或三绕组变压器，过电流保护宜安装于变压器的各侧。变压器过电流保护和电流速断保护的工作原理、整定原则与线路保护的基本相同 。影响变压器电流保护的因素由于变压器绕组接线不同，当低压侧发生不同类型的短路故障时，反映到高压侧的故障电流分布就不同；变压器保护用电流互感器采用不同的接线方式，流过保护继电器的电流也不相同。都会影响变压器电流

38、保护的参数计算和灵敏度。Y,D变压器后两相短路的情况公式推导过程结论对于星-三角接线的变压器在三角形侧发生两相短路时（以A、B为例），反映到星型侧，A、C两相短路电流相等且同相位，但大小只有B相电流的1/2。此时，采用不完全星型接线（继电器安装在A、C两相），则它的保护灵敏度只有完全星型的一半。若采用两相电流差接线（继电器安装在A、C两相）则保护装置不动作。(2) 过电流保护和电流速断保护的整定1）变压器过电流保护动作电流整定 式中 IL.max (1.53)I1N.T ； I1N.T 变压器一次侧的额定电流。 其动作时间也按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。对车间变电所来说，其动作

39、时间可整定为最小值（0.5s）。 灵敏度按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路电流换算到高压侧来校验。 变压器电流速断保护主要是对变压器的内部故障，如相间短路等进行保护。 动作电流整定计算公式 式中 Ik.max 变压器低压侧母线的三相短路电流换算 到高压侧的电流值。 灵敏度按保护装置安装处（高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流值来校验。要求ks1.5。 2）变压器电流速断保护保护动作电流整定 2零序电流保护 零序电流保护整定零序电流保护灵敏度校验 一次侧接入10kV及以下非有效接地系统中Yyno联结的变压器，对低压侧单相接地短路，可以选择在低压侧中性点回路装设零序电

40、流保护。 3变压器的过负荷保护 对于400kVA及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用电源的单台运行变压器，根据实际可能出现过负荷情况，一般应装设过负荷保护。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，只需在一相中安装一个电流继电器即可构成过负荷保护装置。对经常有人值班的变电所，过负荷保护作用于信号；在无经常值班人员的变电所，过负荷可动作于跳闸或切除部分负荷。三、变压器的差动保护问题的提出过流保护动作时限较长电流速断保护存在死区瓦斯保护只能反应油箱内部故障故规程规定：对容量在10MVA及以上单独运行的变压器或两台并列运行、每台容量在6.3MVA以上的变压器，对于电压为10kV的重要的变压器

41、当电流速断保护灵敏度不满足要求时，均应装设变压器的差动保护。（一）变压器差动保护的工作原理。 在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，流入继电器回路的电流，如图所示。此时继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。原理：1、正常和外部故障时2、内部故障保护特点：保护整个变压器与其它保护无配合关系可实现整个Tr的快速保护与运行方式无关必须选择合适的CT变化使

42、 与 接近即变压器变比即提高Klm的关键：如何减小IbP成为纵差保护的关键。（1）由于变压器一、二次侧结线不同引起的不平衡电流 Y/-11接线的变压器原副边相位相差30，因此必须补偿回来。补偿方法为：变压器电流互感器备注Y两种三角形接法必须相同Y（二）变压器差动保护的不平衡电流及限制方法（2）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流变压器在运行时，往往采用改变分接头位置(即改变高压线圈的匝数)进行调压。因为分接头的改变，就是变压器变比的改变，电流互感器二次侧电流因而改变，引起新的不平衡电流。 通过提高保护动作电流躲过。按“0”分接头整定，考虑5%的变动。（二）变压器差动保护的不平衡电流及限制方法（

43、3）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般不超过额定电流的210。在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流(即励磁涌流)。（二）变压器差动保护的不平衡电流及限制措施 励磁涌流有下列特点： （1）含有的非周期分量幅值很大，最大值可达变压器额定电流的4-8倍，常使励磁涌流偏于时间轴的一侧； （2）含有大量的高次谐波，尤其是二次谐波为主，其初值约为基波的40-60，0.5-1s后衰减至25-50，但完全衰减需要数十秒； （3）波形间有明显的间断角。 依据上述特点，在变压器差动保护中可采用具有速饱和铁心的差动继电器，以减少减小励磁涌流非周期

44、分量的影响微机保护中采用二次谐波或波形间断角的方法来鉴别内部故障和励磁涌流，使涌流出现时差动保护可靠不动作，从而完全躲开励磁涌流的不利影响。（二）变压器差动保护的不平衡电流及限制措施（三）变压器差动保护动作电流的一般整定原则 1) 躲过变压器外部故障时的最大不平衡电流 2) 躲过变压器的最大励磁电流 3) 躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流 = kkIop=kk ke IN = kk（四）变压器差动保护的灵敏度校验ks= 变压器区内端部故障时流经差动继电器的 最小差动电流所对应的一次侧故障电流；ks灵敏度，一般不应低于2。当按上述整定原则计算的动作电流不能满足灵敏度要求时，需要采用具有制动

45、特性的差动继电器，在微机保护中还可以采用鉴别励磁涌流而构成的差动保护，这些内容将在本章最后一节中进行介绍。 第四节 低压配电系统的保护 第六节 低压配电系统的保护 熔断器保护低压断路器保护（一）熔断器及其安秒特性曲线熔断器包括熔管(又称熔体座)和熔体。通常它接在被保护的设备前或接在电源引出线上。当被保护区出现短路故障或过电流时，熔断器熔体被熔断，使设备与电源隔离，免受过电流损坏。熔断器结构简单、使用方便、价格低廉，所以应用广泛。一、熔断器保护 （一）熔断器及其安秒特性曲线熔断器的技术参数：熔断器(熔管)的额定电压和额定电流，分断能力。熔体的额定电流和熔体的安秒特性曲线。决定熔体熔断时间和通过其

46、电流的关系曲线t=f(I)称为熔断器熔体的安秒特性曲线。250V和500V是低压熔断器，3110kV是高压熔断器。一、熔断器保护 决定熔体熔断时间和通过其电流的关系曲线称为熔断器熔体的安秒特性曲线。该曲线由实验得出，它只表示时限的平均值，其时限相对误差会高达50。（二）熔断器的选用及其与导线的配合熔断器应在各配电线路的首端装设；熔断器只装在各相相线上，中性线不允许装设熔断器。图4-25 低压配电系统示意图a) 放射式 b) 变压器干线式1 干线 2 分干线 3 支干线 4 支线 Q 低压断路器(自动空气开关)对保护电力线路和电气设备的熔断器，其熔体电流的选用按以下条件进行1)熔断器熔体电流应不

47、小于线路正常运行时的计算电流Ic。2)熔断器熔体电流还应躲过由于电动机起动所引起的尖峰电流Ipk，以便线路出现正常的尖峰电流而不致熔断。k:选择熔体时用的计算系数。k值应根据熔体的特性和电动机的起动情况来决定。轻载起动且起到时间不超过3s，k=0.250.4；轻载起动且起到时间不超过3s，k=0.250.4；重载起动且起到时间为3 8s，k=0.350.5；超过8s的重载起到或频繁起到、反接制动等， k=0. 50.6；Ipk尖峰电流。单台电机： Ipk=kstMINM； Ipk=Ic+(kstMax-1)INMax；3)为使熔断器可靠地保护导线和电缆不致在线路短路或过负荷损坏甚至起燃，熔断器

48、的熔体额定电流IN,FE必须和导线或电缆的允许电流Ial相配合： 对于保护电力变压器的熔断器，其熔体电流可按下式选定保护电压互感器的熔断器额定电流通常为0.5A。kr：比例系数。设计规范规定，对电缆或穿管绝缘导线取2.5；对明敷绝缘导线取1.5；对已经装有其他过负荷保护的绝缘导线、电缆线路而又要求用熔断器进行短路保护时取1.25。（三）熔断器保护灵敏度校验熔断器保护的灵敏系数ks计算如下：Ikmin(n)：熔断器保护线路末端在系统最小运行方式下的短路电流。INFE:熔断器熔体的额定电流。为了保证动作选择性，也就是保证最接近短路点的熔断器熔体先熔断，以避免影响更多的用电设备正常工作，必须要考虑上

49、下级熔断器熔体的配合。前后熔断器的选择性配合，宜按它们的保护特性曲线（安秒特性曲线）来校验。设上一级熔体的理想熔断时间为t1，下一级为t2，因熔体安秒特性曲线误差约为50，为了保证可靠期间，设上一级熔体为负误差即实际熔断时间t1=0.5t1，下一级熔体为正误差即实际熔断时间t2=1.5t2，如欲使某一电流下t1 t2，就应使t13t2。按这个条件可从熔体的安秒特性曲线上分别查出这两个熔体的额定电流。一般使上下级熔体额定值差2个等级即可满足选择性的要求。（四）上下级熔断器的相互配合（四）上下级熔断器的相互配合（五）熔断器的选择和校验选择熔断器时应满足下列条件：（1）熔断器的额定电压应不小于装置安

50、装处的工作电压。（2）熔断器的额定电流应不小于它所装设的熔体额定电流。（3）熔断器的类型应符合安装处条件（户内或户外）及被保护设备的技术要求。（4）熔断器的断流能力应进行校验。（5）熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不至于发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔断器不熔断的事故。 熔断器的分断能力应满足IoffFE：额定电压下能安全切断的最大故障电流。 Ish(3)：流经熔断器的短路冲击电流有效值。熔断器的选择和校验图4-26 低压断路器的原理结构和结线1 主触头 2 跳钩 3 锁扣 4 分励脱扣器 5 失电压脱扣器 6 过电流脱扣器 7 热脱扣器 8 加热电阻丝 9、10 脱扣

51、按钮当线路上发生短路故障时，过流脱扣器6动作于瞬时跳闸；当线路出现过负荷时，加热元件(电阻丝)使热脱扣器7动作于延时跳闸；当线路电压下降或失压时，失压脱扣器5动作同样作用于跳闸。当按下按钮9或10时，使失压脱扣器失压动作或分励脱扣器4通电，便能远距离操纵使开关瞬时跳闸。1.低压断路器的原理结构和结线二、 低压断路器保护 2低压断路器的选择要求 （1）低压断路器的额定电压应不小于保护线路的额定电压。（2）低压断路器的额定电流应不小于它所装设的脱扣器额定电流。（3）低压断路器的类型应符合安装处条件、保护性能及操作方式的要求。（4）低压断路器的断流能力应进行校验。 为了满足前后低压断路器的选择性要求

52、，前一级低压断路器的脱扣器动作电流应比后一级低压断路器的脱扣器动作电流大一级以上；而前一级低压断路器宜采用带短延时的过电流脱扣器，后一级低压断路器则采用瞬时过电流脱扣器。 3低压断路器的运行维护 （1）检查所带的正常最大负荷是否超过断路器的额定值；（2）检查分、合闸状态是否与辅助触点所串接的指示灯信号相符合；（3）监听断路器在运行中有无异常响声；（4）检查断路器的保护脱扣器状态，例如整定值指示位置有无变动；（5）如较长时间的负荷变动（增加或减少），则需要相应调节过电流脱扣器的整定值，必要时应更换；（6）断路器发生短路故障掉闸或遇有喷弧现象时，应对断路器进行解体检修。检修完毕，应作几次传动试验，

53、检查是否正常。 第五节供电系统的微机保护 随着计算机技术的发展和变电所综合自动比系统的实现以及变电所无人值班的运行方式，系统对保护的要求更高，使现有的模拟式继电保护难以满足。主要表现在以下几个方面:动作速度慢，一般超过0.02s。没有自诊断和自检功能，保护装置中的元件损坏不能及时发现，易造成严重后果。保护的每一种方式都是靠相应的硬件相连线来实现，所以保护装置的功能灵活性差。对于供电系统中一些复杂的保护方式（如变压器的差动保护）。参数整定繁琐，调试工作量大，灵活性差，容易发生误动和拒动。微机保护的定义及发展：所谓微机保护：就是基于可编程数字电路技术、实时数字信号处理技术并通过微型计算机实现的继电

54、保护。20世纪60年代，国外提出了用计算机实现继电保护的设想；为微机保护奠定了基础。20世纪70年代中后期，微处理器技术快速发展，微机性价比和可靠性大为提高，为微机保护实用化打下了硬件基础。20世纪80年代，微机保护趋于成熟；我国出现了第一套微机保护装置。20世纪90年代，微机保护在我国逐步推广应用。、微机保护的特点 微机具有强大的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，在应用软件的配合下有极强综合分析和判断能力，不仅可以实现各种继电保护原理，而且可以解决传统保护装置无法解决的问题，不仅可以实现复杂原理的保护，而且为原理算法的完善和发展提供了良好的实现条件； 微机保护的动作特性和功能主要是

55、由软件决定的，可以通过改变软件程序以获取所需要的保护性能，使得保护性能的选择和调试都很方便，具有很大的灵活性、适应性； 可用相同的硬件实现不同原理的保护，使得保护装置的制造大为简化，生产标准化批量化，硬件可靠性高； 可以不断地对本身硬件软件自检，发现装置异常情况并排除干扰和通知运行维护中心，使得保护装置工作可靠性很高，大大减轻维护的工作量； 微机保护还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录等辅助功能，微机保护装置设有的通信接口，可以方便地将各地的继电保护装置纳入融测量、控制、保护和数据通信为一体的变电站综合自动化系统，这对于保护的运行管理与远方监控、电网事故分析与处理、实现无人值班与提高系统运

56、行的自动化水平等具有重要意义。对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件比较容易过时； 微机保护与传统保护有根本性的差别，后者每个部分都是硬件构成，保护的接线和整个动作过程直观易理解，使用者对装置的动作原理、接线及维护较易掌握；而微机保护的软件只有专门的设计人员才能改写或调试，使用者较难掌握它的操纵和维护过程。因此，为适应微机保护的普及应用，必须培养更多专业化的微机保护工作人员。图4-30 微机保护装置的硬件系统示意框图二、微机保护装置的基本构成 1.模拟量输入部分 模拟量输入部分就是将互感器输入的模拟电信号正确地变换成离散化的数字量，也称为数据采集系统。按信号传递顺序，交流模拟量输入部分又主要包括

57、以下几部分：(1) 输入变换及电压形成 它接受来自电力互感器二次侧的电压、电流信号，并将这些信号进一步变小，同时使互感器与保护装置内部之间实现电气隔离和电磁屏蔽，以保障保护装置内部弱电元件的安全和减少来自高压设备对弱电元件的干扰。信号的变换对交流电压可直接采用电压变换器，对于交流电流，由于通常使用的弱电电子器件为电压输入型器件，因此还需将电流信号转换为电压信号，这个转换过程称为电压形成。(2) 低通滤波器 作用是抑制输入信号中对保护无用的较高频率的成分，以便采样时易于满足采样定理的要求。低通滤波器可采用简单的有源或无源低通滤波电路。(3) 采样保持器S/H 所谓采样保持，就是在某一时刻抽取输入

58、模拟信号的瞬时值，并维持适当时间不变。如果按固定的时间间隔重复地进行这种采样保持操作，就将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散的模拟信号序列。 (4) 多路转换器 它可由CPU通过编码控制将多通道输入信号（由S/H送来）依次与一路输出端连通，其输出端与模数变换器的输入端相连。此时，只用一路模数变换器即可实现所有通道的模数变换，能大大简化电路和降低成本。(4) 模数变换器A/D 它将由S/H抽取并保持的输入模拟信号的瞬时值变换为相应的数字值，实现模拟量到数字量的变换，通常采用逐次逼近型A/D变换器。输入变换、电压形成及模拟低通滤波三部分电路合起来通常又被称为信号调理回路。采样保持器、多路转换

59、器以及模数变换器既有各自独立的、也有组合在一起的集成电路芯片，需要根据具体设计指标来选择。 2.开关量输入部分开关量泛指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合”或“分”闸状态、开关或继电器触点的“通”或“断”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。这些状态正好对应二进制数字的“1”或“0”，所以开关量可作为数字量读入（每一路开关量信号占用二进制数字的一位）。开关量输入部分就是为开关量提供输入通道，并在保护装置内外部之间实现光电隔离，以保证内部弱电电路的安全和减少外部干扰。3.微型机主系统微型机主系统执行编制好的程序，对由数据采集部分输入的原始数据进行分析处理，并指挥各种外围接口

60、部件的运转，从而实现继电保护和测量、逻辑、控制等功能。微型机主系统一般由中央处理器CPU、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交换和操作控制。 (1) CPU 它是整个微机保护的指挥中枢，程序的运行依赖于CPU来实现。当前，应用于微机保护装置的CPU主要有单片微处理器、通用微处理器、数字信号处理器几种类型，而多采用16位单片微处理器构成供电系统大功率电力设备的微机保护装置。(2) 存储器 它用来保存程序和数据。根据微机保护中所需的数字信息类型，相应采用三种不同的存储器件：随机存储器RAM，暂存一些临时数据；紫外线可擦除且电可编程的