继电保护基本概念继电保护基本概念

继电爱护基本概念继电爱护基本概念

继电爱护

一.基本概念

I.起动电流：对反应于电流上升而动作的电流速断爱护而言，能使该爱护装置起动的

最小电流值称为爱护装置的起动电流。

2,返回电流：继电器动作后能够返回的条件是：Mdc<Mth-Mm,对应于这一电磁转矩、能使继电器返回

原位的最大电流值称为继电器的返回电流0

3,继电特性：无论起动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不行能停留在某•个中间位置，这种

特性我们称之为“继电特性

4,系统最大运行方式：对每一套爱护装宣来讲，通过该爱护装苴的短路电流为最大的

方式，称之为系统最大运行方式。

5,系统最小运行方式：对每一套爱护装置来讲，通过该爱护装置的短路电流为最小的

方式，称之为系统最小运行方式。

6,电压死区：功率方向继电器当其正方向出口四周发生三相短路、A-B或A-C两相接地短路，以及A

相接地短路时，由于Ua约等于0或数值很小，使继电器不能动作，这称为继电器的“电压死区”。

二、基本原理：

1,电流速断爱护，仅反应于电流增大而瞬时动作

a.动作特性：见图2-5

图2-5

b.整定原则：依据电力系统短路的分析，当电源电势肯定时，短蹄电流的大小取决于短路点和电源之间的

总阻抗Z,三相短路电流可表示为：Id=E?Z=E/Zs+Zd

式中E——系统等效电源的相电势

Zd——短路点至爱护安装代之间的阻抗

Zs——爱护安装处到系统等效电源之间的阻抗

在肯定的系统运行方式下，E和Zs等于常数，此时【d将随Zd的增大而减小，如图2-5所示。当系统运行

方式及故障类型转变时，Id都将随之转变。对不同安装地点的爱/装置，应依据网络接线的实际状况选取

其最大和最小运行方式。

在最大运行方式下三相短路时，通过爱护装置的短路电流为最大，而在最小运行方式下两相短路时，则短

路电流为最小。这两种状况卜短路电流的变化如图2-5中的曲线1和曲线2所不。

为了保证电流速断爱护动作的选择性，对爱护1来讲，其起动电流Idz.l必需整定得大于d4点短路时，可

能消失的最大短路电流，即在最大运行方式下变电所C母线上三相短路时的电流，亦即

引入可*系数Kk=121.3,则上式即可写为

Idz.l=Kk*Id.c.max(2-11)

对爱护2来讲，依据同样的原则，其起动电流应整定得大于<12点短路时的最大短路电流Idbmax,因

起动电流与Zd无关，所以在图2-5上是直线，它与曲线I和曲线H各有一个交点。在交点以前短路时，由

于短路电流大于起动电流，爱护装置都能动作。而在交点以后短路时，由于短路电流小于起动电流，爱护

将不能起动，由此可见，有选择性的电流速断爱护不行能爱护线路的全长。

因此，速断爱护对被爱护线路内部故障的反应力量(即灵敏性)，只能用爱护范围的大小来衡量，此爱护

范围通常用线路全长的百分数来表示。由图2-5可见，当系统为最大运行方式时，电流速断的爱护范围为

最大，当消失其他运行方式或两相短路时，速断的爱护范围都要减小，而当消失系统最小运行方式下的两

相短路时，电流速断的爱护范围为最小。一般状况卜.,应按这种运行方式和故障类型来校验其爱护范围。

c.优缺点：优点是简洁可3动作快速；缺点是不行能爱护线路的全长，并且爱护范

国直接受系统运行方式变化的影响。

*应用中间继电器的缘由：一是由于电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸

线圈，故先起动中间继电器，然后再由中间继电器的触点去跳闸；二是由于中间继电器

可增大爱护装置的固有动作时间，可防止线路上管型避雷器放电E、j引起速断爱护误动作。

2.限时电流速断爱护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断

的后备爱护。

a.动作特性：见图2-10

图2-10

b.整定原则：设爱护1装有电流速断，其起动电流按(2-11)式计算后为Idz.l,它与短路电流变化曲线的交

点M即为爱护I电流速断的爱护范围。当在此点发生短路时，短路电流即为Idz.l,速断爱护刚好动作。

依据以，分析，爱护2的限时电流速断不应超过爱护1电流速断的范围，囚此在单侧电源供电的状况下，

它的起动电流就应当整定为

I"dz.2>Idz.l

上式中不行取等号，由于爱护1和爱护2的安装地点不同，使用的电流互感器和继电器不同，故它们之间

的特性很难完全一样，会导致其中之一误动作。引入可*系数Kk,则得Idz,2=Kk*Idz.l

其中Kk一般取为1.1-1.2o

从以上分析中已经得出，限时速断的动作时限2应选择得比下一条线路速断爱护的动作时限d高出一个时

间阶段，即

现以线路A-B上发生故障时，爱护1和爱护2的协作关系为例，说明确定的原则如下：1）应包括故障线

路DL的跳闸时间，由于在这一段时间里，故障并未消退，因此爱护2在故障电流的作用下仍处丁•起动状态。

2）应包括故障线路爱护1中时间继电器的实际动作时间比整定值要大才能动作。

3）应包括爱护2中时间继电器可能比预定时间提早动作闭合它的触点。

4）假如爱护2中的测量元件i电流继电器）在外部故障切除后，由于的影响而不能马上返回时，则中还应

包括测量元件延迟返回的惯性时间。

5）考虑肯定的裕度，再增加•个裕度时间ty,就得到⑵'和tl”之间的关系为

或=++++

或=++++

对于通常采纳的断路器和间接作用的二次式继电器而言，位于之间，通常多取为0.5$。

c.优缺点：

*应用时间继电器的缘由：采纳了时间继电器，则当电流继电器动作后还必需经过一

段延时t2才能动作与跳闸，而假如在以前故障已经切除，则电流继电器马上返回，整个保

护随即恢复原状，而不会误动作。

3,定时限过电流爱护：其起动电流依据躲开最大负荷电流来整定，正常时不应当起动

而在电网发生故障时，则能反应丁电流的增大而动作，在一般状况下，它不仅能够爱护本

线路的全长，而且也能爱护相邻线路的全长，以起到后备爱护的作用。

a.工作原理及整定原则：见图2-14

为保证在正常运行状况下过电流爱护绝不动作，明显爱护装置的起动电流必需整定得大于该线路上可能

消失的最大负荷电流If.max。然而，在实际上确定爱护装置的起动电流时，还必需考虑在外部故障切除后，

爱护装置是否能够返回的问题。

在故障切除后电压恢狂时，电动机耍有一个自起动的过程。电动机的自起动电流要大丁它正常工作的电流，

因此,引入一个自起动系数Kzq来表示自起动时最大电流Izq.max与正常运行时最大负荷电流If.max之比，

即

lzq.max=Kzq*lf.max

爱护4和5在这个电流的作用下必需马上返回。为此应使爱护装置的返回电流Ih大于Izq.maxo引入可*系

数Kk,则

Ih=Kk*Izq.max=Kk*Kzq*If.max

由于爱护装置的起动与返回是通过电流继电器来实现的。因此，继电器返回电流与起动电流之间的关系也

就代衣着爱护装置返回电流与取得道路之间的关系。引入继电器的返回系数Kh,则爱护装置的起动电流即

为

Idz=Ih/Kh=Kk*Kzq*If.max/Kh

式中Kk——可*系数，一般采纳：

Kzq——自起动系数，数值大于1,应由网络详细接线和负荷性质确定；

Kh——电流继电器的返回系数，一般采纳0.85.

由这一关系可见，当Kh越小时，则爱护装置的起动电流越大，因而其灵敏性就越差。这是不利的。这就

是为什么要求过电流继电器应有较高的返回系数的缘由。

b.灵敏性的校验：参见式2-18,当过电流爱护作为本线路的主爱护时，应采纳最小运行方式下本线路末端

两相短路时的电流进行校验，要求：当作为相邻线路的后备爱护时，则应采纳最小运行方式下相邻线路末

端两相短路时的电流进行校验，此时要求klm>1.2.

此外，在各个过电流爱护之间，还必需要求灵敏系数相互协作，即对同一故障点而言，要求越*近故障点的

爱护应具有越高的灵敏系数。

在后备爱护之间，只有当灵敏系数和动作时限都相互协作时，才能切实保证动作的选择性。这一点在简单

网络的爱护中，尤其应当留意。

c.缺陷：当故障越*近电源端时，短路电流越大，此时过电流爱护动作切除故障的时限反而越长，所以过电

流爱护较少用来作主凭护.

4,阶段性电流爱护总体评价：

电流速断、限时电流速断和过电流爱护都是反应于电流上升而动作的爱护装置。它们之间的区分主

要在于依据不同的原则来选择起动电流，即速断是依据躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是依

据躲开前方各相邻元件电流速断爱护的动作电流而整定。而过电流爱护则是依据躲开最大负荷电流来整定。

由于电流速断不能爱护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备爱护，因此，为保证快速而有

选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流爱护组合在一起，构成阶段式电流爱护。详

细应用时，可以只采纳速断加过电流爱护，或限时速断加过电流爱护，也可以三者同时采纳。

使用I段、【I段或III段组成的阶段式电流爱护，其最主要的优点就是简洁、可3并且在一般状况下也能

够满意快速切除故障的要求。因此在电网中特殊是在35kv及以下的较低电压的网络中获得了广泛的应用。

爱护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方式变化的影响，例如整定值必需按系统最大运行方

式来选择，而灵敏性则必需用系统最小运行方式来校验，这就使它往往不能满意灵敏系数或爱护范围的要

求。

四、基本接线方式：

电流爱护的接线方式，即指爱护中电流继电器与电流互感器：次线圈之间的连接方式。对•相间短路的电流

爱护，目前广泛应用的是三相星形接线和两相星形接线。

(一)三相星形接线如图2-1所示，是将三个电流互感器与三个电流图2-1

继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中线上流回的电流为la+Ib+Ic,正常时此电流

为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流310°三个继电器的触点是并联接线的，相当于“或”回路当其中

任一触点闭合后均可动作与跳闸或起动时间继电器等。由于在每相上均有电流继电器，因此，它可以反应

各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。

(二)两相星形接线如图2-2所示，用装设在A、C相上的两个电流互感器与两个电流继电器分别按相连接在

一起，它和三相星形接线的主要区分在于B相上不装设电流互感器和相应的继电器，因此，它不能反应B

相中所流过的电流。在这种接线中，中线上流回的电流是IA+IC。当采纳以上两种接线方式时，流入继电

器的电流IJ就是互感器的二次电流12,设电流互感器的变比为川=11/⑵则IJ=I2=Il/nL.因此，当爱护

装置的起动电流整定为1DZ时，则反映到继电器上的起动电流即应为：lDZJ=IDZ/nl。

(三)两种接线方式的经济性比较：三相星形接线需要三个电流互感器、三个电流继电器和四根二次电缆，

相对来讲是简单和不经济的。详细使用状况如下：三相星形接线广泛应用于发电机、变压器等大型珍贵电

力设施的爱护中，由于它能提高爱护动作的可*性和及敏性。此外，它也可用于中性点直接接地电网中，作

为相间短路和单相接地短路的爱护。然而，实际应用中为达上述目的而采纳三相星形接线方式的并不多。

由于两相星形接线较为简洁经济，因此在中性点直接接地电网和井直接接地电网中，都是广泛地采纲它作

为相间短路的爱护，此外在分布很广的中性点非直接接地电网中，两点接地短路发生在图2-1所示线路上

的可能性要比图2-2的可能性大得多。，采纳两相星形就可以保证有2/3的机会只切除一条线路，这一点比

之用三相星形接线是有优越性的。当电网中的电流爱护采纳两相星形接线方式时，应在全部的线路上将爱

护装置安装在相同的两相上，以保证在不同线路上发生两点及多点接地时，能切除故障。

电力变压器的继电爱护

一、基本概念

1,励磁涌流：当变压滞空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能消失数值很大的励磁电流，即为励

磁涌流。这是由于在稳态工作状况下，如图6-2(a)所示。铁心中的磁通不能突变，因此，将消失一个非

周期重量的磁通，其幅值为这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2①m,如图6-2(b)。

其数值最大可达额定电流的6—8倍，如图6-2(c)所示。请看励磁电流淌态演示图

2,最小起动电流：如图6-1所示，当中没有电流时，为使差动继电器起动，需在工作线圈中加入一个电流，

由此电流产生的蜒通在中感应肯定的电势，它刚好能使执行兀件动作，此电流称作继电端的最小起动电流。

二、爱护类型

1.故障类型及不正常运行状态

a.变压器的内部故障可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

间短路以及铁心的烧损，油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。(上述接地短路

均系对中性点直接接地电力网的一侧而言)

b.变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和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缘由而引起的油面降低。

2.相应爱护类型

a.瓦斯爱护：针对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低而装设，反应于油箱内部所产生的气体或油

流而动作。其中轻瓦斯爱护动作与信号，重瓦斯爱护动作于跳开变压器各电源侧的短路器。应装设瓦斯爱

护的变压器容量界限是：800kVA及以上的油浸式变压器河400kVA及以上的车间内油浸式变压器。

b.纵差动爱护：

(1)基本接线如图6-3,由图可知，要实现变压器的纵差动爱护就适当地选择两侧电流互感器的变比，使其

比值等于变压器的变比。

(2)爱护特点：需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。不平衡电流产生的缘由和消退方法详见表6-lo

(3)差动继电器类型：带有速饱和变流器的差动继电器及具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器。

c.电流和电压爱护：依据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现爱护的方式有：过电流爱护、低

电压起动的过电流爱护，更合电压起动的过电流俎护以及负序过电流爱护等.

d.零序爱护：对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引述过电流时，如变压器中性点接地运行则

应装设零序电流爱护，当有选择性要求时应增设零序方向元件。

e.过负荷爱护：对400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，

应依据可能过负荷的状况装设过负荷爱护。

£过励磁爱护：高压侧电压为500KVA及以上的变压器，对频率.降低和电压上升而引起的变压器励礴电

流的上升，应装设过励磁爱护。

母线爱护

一.装设母线爱护的基本原则发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故

障时，将使连接在故障母线上的全部元件在修夏故障故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行

以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严峻

的后果。一般说来，不采纳特地的母线爱护，而采用供电元件的爱护装置就可以把母线故障切除。当双母

线同时运行或埒线分段单母线时，供电兀件的爱护装置则不能保让有选择性地切除故障母线，因此应装设

特地的母线爱护，详细状况如下：

I）在110KV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的

故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能连续进行，应装设特地的母线爱护。

2）I10KV及以上的单母线，重要发电厂的35KV母线或高压恻为110KV及以上的重要降压变电所的3

5KV母线，依据装设全线速动爱护的要求必需快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线爱护。为满意

速动性和选择性的要求，母线爱护都是按差动原理构成的。所以不管母线上元件有多少，实现差动爱护的

基本原则仍是适用的，即：

a）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上全部连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或

表示为I总=0;b）当母线上发生故障时，全部与电源连接元件都向故障点供应短路电流，而在供电给

负荷的连接元件中电流等于零，因此，I总=Id.

c）如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时.，至少有一个元件中的电流相

位和其余元件中的电流相位是相反的，详细地说，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相

反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。

二.完全电流差动母线爱护原理接线如图8-4所示，在母线的全部连接元件上装设具有相同变比和特性的

电流互感器。由于在一次侧电流总和为零时，母线爱护用电流互感器必需具有相同的变比nL才能保证二

次侧的电流总和也为零。全部互感器的二次线圈在母线侧的端子相互连接，另•端的端子也相互连接，然

后接入差动继电器。这样，继电器中的电流Ij即为各个二次电流的向量和。在正常运行及外部故障时，流

入继电器的是山丁各互感器的特性不同二引起的不平衡电流Ibp：而当母线上（如图中d点）故障时，则仝

部与电源连接的元件都向d点供应短路电流，于是流入继电器的电流为Id即为故障点的全部短路电流，此

电流足够使继电器2动作而起动出口继电器3,使断路器DL1、DL2和DL3跳闸。差动继电器的起动电流

应按如下条件考虑，并选择其中较大的一个：

I）躲开•外部故障时所产生的最大不平衡电流，当全部电流互感器均按10%误差曲线选择，且差动维电

器采纳具有速饱和铁心的继电器时，起动电流Idz.j可按下式计算：式中Kk为可*系数，取为1.3：Id.max

为在母线范围外任一连接元件，短路时，流入差动爱护电流互感器的最大短路电流：川为母线爱护用电流

互感器的变比。

2）由于母线差动爱护电流向路中连接的元件较多，接线简单，因此，电流互感器二次回路断线的机率

就比较大，为了防止在正常运行状况下，任一电流互感器二次回路断线时，引起爱护装置误动作，起动电

流应大于任一连接元件中最大的负荷电流If.max,即：

Idz.j=Kk*If.max/nl当爱护范围内部故障时，应采纳下式校验灵敏系数，其值一股应不低于

2

Klm=Id.niin/Idz.j*nl式中Id.min应采纳实际与中可能消失的连接元件最少时，在母线上发

生故障的最小短路电流值。这种爱护方式适用与单母线或双母线常常只有一组母线运行的状况。

自动重合闸

一.基本概念

(1)瞬时性故障：在线路被继电爱护快速断开后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新恢复，外界物体

也被电弧烧掉而消逝，此时，假如把断开的线路断路器再合上，就能恢复正常的供电，因此称这类故障为“瞬

时性故障”。(2)永久性故障：在线路被断开以后，故障仍旧存在，这时即使再合上电源，由于故障仍旧

存在，线路还要被继电爱护再次断开，因而就不能恢复正常的供电。此类故障称为“永久性故障”。

二.基本要求

1,在下列状况下，重合闸不应动作：

I)由值班人员手动操作或通过遥控装宣将断路器断开时.：

2)手动投入断路器，由于线路上有故障，而随即被继电爱护将其断开时。由于在这种状况卜\故障是

属于永久性的，它可能是由于检修质量不合格、隐患未消退或者保安的接地线遗忘拆除等缘由所产生，因

此再重合一次也不行能胜利。

2,除上述条件外，当断路器曰继电爱护动作或其它缘由而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。

3,为r能够满意第I、2项所提出的要求，应优先采纳由掌握开关的位置与断路器位置不对应的原则来起

动重合闸，即当掌握开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的状况下，使重合闸起动，这样就可以保

证不论是任何缘山使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合.当用手动操作掌握开关使断路器跳闸以后，

掌握开关与断路器的位置仍IH是对应的。因此，重合闸就不会起动.

4,自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次式市合闸就应当只动作一次，当重合于永久性故

障而再次跳闸以后，就不应当在动作；对二次式重合闸就应当能够动作两次，当其次次重合于永久性故障

而跳闸以后，它不应当再动作。

5,自动重合闸在动作以后，一般应能自动复归，预备好下一次再动作。但对10KV及以下电压的线路，如

当地有值班人员时，为简化重合闸的实现，也可采纳手动发归的方式。采纳手动狂归的缺点是：当重合闸

动作后，在值班人员未准时复归以前，而又一次发生故障时，重合闸将拒绝动作，这在雷雨季节，雷害活

动较多的地方尤其可能发生。

6,自动重合闸装置应有可能在市合闸以前或重合闸以后加速继电爱护的动作，以便更好地与继电爱护相协

作加速故障的切除。

7,在双侧电源的线路上实现直合闸时，应考虑合闸时两侧电源彼同步问题，并满意所提出的要求。8,当

断路器处于不正常状态（如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合

闸装置锁闭。

三.重合闸与继电爱护的协作

1,前加速爱护：重合闸前加速爱护一般又简称为“前加速爱护如图5-11所示的网络接线，假定在每条

线路上均装设过电流爱护，其动作时限按阶梯型原则来协作。因而在*近电源端爱护3处的时限就很长。为

了能加速故障的切除，可在爱护3处采纳前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由爱

护3瞬时动作予以切除。假如故障是在线路A-B以外（如d点），则爱护3的动作都是无选择性的。但断

路渊3跳闸后，即起动重合闸重新恢复供电，从而订正了上述无选择性动作。假如此时的故障是瞬时性的，

则在重合闸以后就恢复「供电。假如故障是永久性的，则由爱护1或2切除，当爱护2拒动时则爱护3其

次次就按有选择性的时限13动作于跳闸。为了使无选择性的动作范围不扩展的太长，一般规定当变后器低

压侧短路时，爱护3不应动作。因此，其起动电流还应依据躲开相邻变压器低压侧的短路（d2）来整定。

采纳前加速的优点是：

a.能够快速地切除瞬时性故障；

b.可能使瞬时性故障来不及进展成永久性故障，从而提高市合闸的胜利率：

c.能保证发电厂和重要变电所的母线倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量：

d.使用设施少，只需装设•套重合闸装置，简洁、经济。采纳前加速的缺点是：

a.断路器工作条件恶劣，动作次数较多：

b.垂合丁•永久性故障上时，故障切除时间可能较长：

c.假如重合闸装置或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围。甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接

在这条线路上的全部用户停电。前加速爱护主要用于35KV以下由发电J.或市要变电所引出的直配线路上，

以便快速切除故障，保证母线电压。在这些线路上一般只装设简洁的电流爱护。

2,后加速爱护重合闸后加速爱护•般又简称为“后加速”。所谓