供配电系统的保护.ppt

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1、第8章供配电系统的保护,8.1 继电保护的任务和要求 8.2 常用的保护继电器及其接线方式 8.3 高压电力线路的继电保护 8.4 电力变压器的保护 8.5 高压电动机的继电保护 8.6 熔断器保护 8.7 低压断路器保护 8.8 微机继电保护 基本技能训练 变压器保护装置实例 思考题与习题,8.1 继电保护的任务和要求1.继电保护装置的任务供配电系统在运行中可能会发生一些故障或处于不正常运行状态。故障中最常见、危害最大的是各种类型的短路，如系统相间短路、接地短路以及变压器和电动机等设备发生的匝间或层间局部短路。不正常运行状态主要指过负荷、温度过高等。故障和不正常运行状态若得不到及时处理或处理

2、不当，就可能引起事故。为了保证能安全可靠地供电，供配电系统的主要电气设备及线路都要装设保护装置。继电保护的基本任务如下所述。,(1)故障时动作于跳闸。当被保护设备或线路发生故障时，保护装置能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，并保证该系统中非故障元件迅速恢复正常运行。(2)不正常状态时发出报警信号。当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置能根据运行维护的具体条件和设备的承受能力发出信号、减小负荷或延时跳闸。,2.对继电保护的基本要求1)选择性选择性指的是当供配电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置将动作，切除故障，以保证无故障设备继续运行。例如，图8-1中k2点发生短路故障时，

3、按照选择性的要求，应由距短路点最近的保护动作，使断路器QF6跳闸以切除故障，变电所A、B、C及其用户仍照常运行。如果QF6不动作，其他断路器跳闸，则称为失去选择性动作。2)速动性速动性是指过电流保护装置的动作速度要快。快速切除故障可以提高供配电系统并列运行的稳定性；加速系统电压的恢复，为电动机自启动创造条件；避免扩大事故，减轻故障组件的损坏程度。,图8-1 单侧电源网络中继电保护选择性动作说明图,3)灵敏性灵敏性是指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。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，则说明保护装置的灵敏性高。灵敏性通常用灵敏系数Ksen来衡量。灵敏系

4、数应按实际可能出现的最不利于保护装置动作的运行方式和故障类型来计算。对于反应故障时参数上升而动作的保护装置来说，其灵敏系数为对于反应故障时参数下降而动作的保护装置来说，其灵敏系数为无论是反映故障参数上升还是下降的保护装置，对灵敏系数的要求均大于1，一般要求不小于1.22。,4)可靠性可靠性是指在规定的保护范围内发生故障时，保护装置应可靠动作，不应拒动；而在保护范围外发生故障以及在正常运行时，保护装置不应误动。保护装置的可靠程度与保护装置的元件质量、接线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关。以上四项基本要求是研究继电保护的基础，它们之间既相互联系又相互矛盾，应根据电力系统的接线和运行的特点

5、以及实际情况，合理地确定被保护线路及电气设备的保护方案，在选择保护装置时应力求技术先进、经济且合理。,8.2 常用的保护继电器及其接线方式8.2.1 常用的保护继电器继电器是一种在输入的物理量(电量或非电量)达到规定值时，其电气输出电路被接通(导通)或分断(阻断)的自动电器。供配电系统的继电保护装置由各种保护继电器构成。继电器的分类方法很多，按其输入量的性质可分为电气量继电器(如电流继电器等)和非电气量继电器(如气体继电器)；按其工作原理可分为机电式(电磁式和感应式)、整流式和晶体管式。,保护继电器按其功能可分为测量继电器(又称量度继电器)和有或无继电器两大类。测量继电器用来反应被保护元件的特

6、性量变化，如电流保护中的电流继电器，当其特性量达到动作值时即开始动作。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为零时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，在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能，属辅助继电器。下面分别介绍几种常用的机电型继电器。,1.电磁式电流继电器和电压继电器电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为启动组件，属于测量继电器。电流继电器的文字符号为KA，电压继电器为KV。DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图8-2所示。当继电器的线圈1通过电流时，电磁铁2中将产生磁通，力图使Z形钢舌片3向凸出磁极方向偏转。与此同时，轴10上的反作

7、用弹簧9又力图阻止钢舌片偏转。当继电器线圈中的电流增大到使钢舌片所受的转矩大于弹簧的反作用力矩时，钢舌片将被吸近磁极，使得动合触点闭合，动断触点断开，这个过程叫做继电器动作。过电流继电器动作后，减小线圈电流到一定值时，钢舌片在弹簧作用下将返回起始位置，该过程叫做继电器返回。,图8-2 DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构,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。使继电器由动作状态返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值称为继电器的返回系数，用Kre表示，即(8-1)DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号如图8

8、-3所示。当继电器的线圈不带电时，动合触点将断开，动断触点将闭合。对于过量继电器(例如过电流继电器)，Kre总小于1，一般为0.85。Kre越接近于1，说明继电器越灵敏。,图8-3 DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号(a)DL-11型；(b)DL-12型；(c)DL-13型；(d)集中表示的图形；(e)分开表示的图形,DL-10系列电磁型电流继电器其动作电流的调整可采用以下两种办法。(1)改变线圈的连接方式。利用连接片可以将继电器的两个线圈接成串联或并联，由于继电器的动作磁动势是一定的，因此当线圈串联时，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

9、电器电流的12，所以必须使流入继电器的电流增加一倍才能获得与串联时相同的磁动势。,(2)通过调整把手来改变弹簧的反作用力矩。要注意的是：调整把手的刻度盘的标度不一定准确，需要进行实测；同时当采用并联接法时，刻度盘的数值应该乘以2。附表18-1列出了DL型电磁式电流继电器的主要技术数据，供参考。电磁型电压继电器的基本结构与DL-10相同。当在线圈上加电压Ur时，电流IrUr/Z(Z是线圈阻抗)，继电器的电磁力矩为(8-2)即在线圈阻抗不变的情况下，M与成正比。当Ur足够大，达到启动所需的最小动作电压时，电压继电器动作。电压继电器分为低电压继电器和过电压继电器两种。过电压继电器的动作电压、返回电压

10、和返回系数的概念同过电流继电器相似。,低电压继电器是一种欠量继电器，它与过电流继电器和过电压继电器等过量继电器在许多方面不同。DJ-122是典型的低电压继电器，具有一对动断触点，在正常情况下，继电器加的是电网的工作电压(电压互感器二次电压)，触点断开。当电压降低到动作电压时，继电器动作，触点闭合，使继电器动作的最大电压称为继电器的动作电压，当电压再继续增大时，使继电器触点重新打开的最小电压称为继电器的返回电压。显然，此时低电压继电器的返回系数大于1，一般为1.25。,2 电磁式时间继电器在继电保护装置中，电磁式时间继电器用来使保护装置获得所要求的延时(时限)。时间继电器的文字符号为KT。电磁式

11、时间继电器的内部结构如图8-4所示，其图形符号如图8-5所示。电磁式时间继电器主要由电磁部分、时钟部分和触点组成。当继电器的线圈1通电时，电磁铁2产生磁场，衔铁3在磁场作用下向下运动，时钟机构10开始计时，动触点11随时钟机构而旋转，延时的大小取决于动触点11旋转至静触点12所转过的角度，这一延时可从刻度盘13上粗略地估计。图8-4中4为返回弹簧，当线圈1失压时，时钟机构将在返回弹簧4的作用下返回。,图8-4 电磁式时间继电器的内部结构,图8-5 电磁式时间继电器的图形符号(a)时间继电器的缓吸线圈及延时闭合触点；(b)时间继电器的缓放线圈及延时断开触点,3 电磁式信号继电器信号继电器在保护装

12、置中用来发出指示信号，以提醒值班人员注意。接通的回路可能是灯光信号，也可能是音响信号。信号继电器的触点为自保持，应由值班人员手动复归或电动复归。信号继电器的文字符号为KS。,供配电系统常用的DX-11型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种。电流型信号继电器的线圈为电流线圈，阻抗小，串联在二次回路中，不影响其他二次组件的动作；电压型信号继电器的线圈为电压线圈，阻抗大，必须并联使用。该信号继电器的内部结构如图8-6所示，在正常状态时，其信号牌是被衔铁支持住的。当继电器线圈通电时，衔铁3克服弹簧6的拉力而被吸引，信号牌9失去支撑而落下，并保持在垂直位置，动静触点闭合，从信号牌显示窗口可以看到掉牌。信

13、号继电器的触点自保持，手动旋转复归按钮后才能将信号牌和触点复归。信号牌恢复到水平位置后由衔铁3支持，准备下一次动作。DX-11型信号继电器的图形符号如图8-7所示。,图8-6 DX-11型电磁式信号继电器的内部结构,图8-7 DX-11型信号继电器的图形符号,4 电磁式中间继电器中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，起中间桥梁的作用，以弥补主继电器触点数量和触点容量的不足。中间继电器通常在保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸线圈，所以又称为出口断路器。其文字符号建议采用KM。供配电系统中常用的DZ-10系列中间继电器一般采用吸引衔铁结构，其工作原理与电流继电器基本相同。中间继电器的图

14、形符号如图8-8所示。,图8-8 中间继电器的图形符号,5.感应式电流继电器供配电系统中常用的GL-10、20系列感应式电流继电器的内部结构如图8-9所示。这种电流继电器由两组元件构成：一组为感应元件，另一组为电磁元件。感应元件主要包括线圈1、带短路环3的电磁铁2以及装在可偏转铝框架6上的转动铝盘4。电磁元件主要包括线圈1、电磁铁2和衔铁15。线圈1和电磁铁2在两组元件中共用。,图8-9 GL-10、20系列感应式电流继电器的内部结构,当线圈1有电流通过时，电磁铁2在短路环3的作用下，产生相位一前一后两个磁通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 s

15、in(8-3)铝盘在该转矩的作用下转动后，铝盘切割制动永久磁铁8的磁通，在铝盘上产生涡流，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。当铝盘转速n增大到某一定值时，M1M2，这时铝盘匀速转动。铝盘受力时有使铝框架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时，铝盘受到的力也将增大到可克服弹簧阻力的程度，这时铝盘带动框架前移，使蜗杆10与扇形齿轮9啮合，即继电器动作。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，从观察孔内可看到红色或白色的信号指示，表示继电器已经动作。线圈

16、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，因此动作时间也就越短，这就是感应组件产生的反时限(或反比延时)特性，如图8-10所示动作特性曲线中的abc部分。当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流时，电磁铁2瞬时将衔铁15吸下，使触点12切换，同时也使信号牌掉下。可见，电磁元件使感应式电流继电器兼有电流速断特性，如图8-10所示bbd部分。GL-11、15、21、25型电流继电器的图形符号如图8-11所示。,图8-10 感应式电流继电器的动作特性曲线,图8-11 感应式电流继电器的图形符号,8.2.2 继电保护装置的接线方式 继电保护装置的接线方式是指电流继电器与电流互感器

17、之间的连接方式，为了表示继电器电流IKA与电流互感器二次电流I2的关系，现引入接线系数KW，即(8-4),1.三相三继电器完全星形接线如图8-12所示为三相三继电器完全星形接线。在被保护线路的每一相上都装有电流互感器和电流继电器，三个电流继电器的触点并联，相当于逻辑回路中的任何一个电流继电器动作均可使下面的时间继电器或中间继电器动作。这种接线方式对各种形式的短路都可起到保护作用。当发生任何形式的相间短路时，有两相流过短路电流，使两个继电器动作。在中性点直接接地系统中，当发生单相接地时，有一相流过短路电流，对应相的继电器动作。这种接线方式的接线系数KW=1。,图8-12 三相三继电器完全星形接线

18、,三相三继电器完全星形接线方式有设备多、接线杂、投资大等缺点，但其灵敏度不会因故障类别不同而变化，故这种接线方式主要用于大接地电流系统的相间短路保护及发电机、变压器的保护接线。,2.两相两继电器不完全星形接线如图8-13所示，一般电流互感器与继电器都装在A、C两相上，可反应A相和C相电流的变化。当相间短路时，接线系数KW1。由于B相没有装设电流互感器和电流继电器，因此它不能反应单相短路。这种接线方式主要用于小接地电流系统的相间短路保护。,图8-13 两相两继电器不完全星形接线,3.两相一继电器电流差接线如图8-14所示，流入继电器的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差，即。在不同的短路类型

19、中，流过继电器的电流与互感器二次电流不同，因此其接线系数也不同，不同相间短路时的向量分析如图8-15所示。在正常运行和三相短路时，因为三相对称，各相电流的相量关系如图8-15(a)所示，所以流入继电器的电流为电流互感器二次电流的倍，其接线系数。,图8-14 两相一继电器电流差接线,图8-15 两相一继电器电流差接线在不同相间短路时的相量分析(a)三相短路；(b)A、C两相短路；(c)A、B两相短路；(d)B、C两相短路,当A、C两相短路时，电流的相量图如图8-15(b)所示，此时，流入继电器的电流为互感器二次电流的2倍，故KW2。当A、B或B、C两相短路时，电流的相量关系如图8-15(c)、(

20、d)所示，或，此时，流入继电器的电流为互感器的二次电流，其接线系数KW1。可见，两相一继电器电流差接线能反应各种相间短路故障，但保护灵敏度有所不同，有的甚至相差一倍，因此不如两相两继电器不完全星形接线。但两相一继电器电流差接线少用一个继电器，较为简单经济。这种接线主要用于高压电动机保护。,8.3 高压电力线路的继电保护8.3.1 电力线路保护的配置供配电系统的电力线路其电压等级一般为635 kV。由于线路较短，容量不是很大，因此继电保护装置通常比较简单。GB500621992电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对366 kV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路

21、的相间短路保护，电力线路保护主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于0.50.7 s，则可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸，以切除短路故障。,作为线路的单相接地保护，电力线路保护有两种方式：(1)绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护(也称零序电流保护)，一般动作于信号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。,8.3.2 带时限的过电流保护带时限的过电流保护按其动作时间特性可分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。定时限过电流保护是指保护装置的动作时间按整定的动作时间固定不变，与故障电流

22、大小无关；反时限过电流保护是指保护装置的动作时间与故障电流的大小成反比关系，故障电流越大，动作时间越短。1.定时限过电流保护1)保护装置的原理定时限过电流保护装置的原理电路如图8-16所示，其中图(a)为接线图，图(b)为展开式原理电路图(展开图)。,图8-16 定时限过电流保护的原理电路图(a)接线图(按集中表示绘制)；(b)展开图(按分开表示法绘制),当线路过电流保护范围内发生相间短路时，电流继电器KA瞬时动作，触点闭合，接通时间继电器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，其指示牌掉下或指示灯亮，同时接通信号回路，给出灯光

23、信号和音响信号。KM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可手动或电动复位。,2)保护的时限特性图8-17为定时限过电流保护的时限特性原理图。当线路上k2点发生短路故障时，由于短路电流流经保护装置1、2、3，且其值大于各保护装置的动作电流，因而上述各保护装置的电流继电器均启动；但按选择性要求，只应保护装置3动作，使QF3跳闸，故障切除后保护装置1、2返回，因此各保护装置的动作时限应满足t1 t2 t3。定时限过电流保护的选择性是依靠保护的时限特性来保证的，离电源较近的上一级保护的动作时限比离电源

24、较远的下一级保护的动作时限要长，即tnt(n-1).max+t(8-5)式中，t为时限级差，通常取为0.5 s。,图8-17 定时限过电流保护的时限特性原理图(a)单电源辐射网络；(b)时限特性,保护装置越接近电源，动作时间就越长，将形成阶梯形的时限特性。由于各保护装置的动作时限是固定的，与电流大小无关，因而称为定时限过流保护。若下一级线路有n条并行的出线，那么上一级保护的动作时限应与下一级线路中最大的时限相配合。保护装置除保护本线路外，还应对下一相邻线路起后备保护的作用。当因某种原因下一级保护装置拒动时，上一级保护应动作。,3)定时限过电流保护其动作电流的整定计算定时限过电流保护的动作电流一

25、般按以下原则来确定。(1)在被保护线路中流过最大负荷电流的情况下，保护装置不应动作，即Iopl IL.max(8-6)式中，Iopl为保护的动作电流(指保护装置动作时所对应的电流互感器一次电流值)；IL.max为被保护线路的最大负荷电流。,IL.max要考虑电动机的自启动电流，如图8-17所示，为k1点故障时，保护装置1、2中的电流继电器都要启动，应首先由保护装置2动作切除故障线路，保护装置1的电流继电器立即返回。此时通过保护装置1的电流继电器的最大电流不再是正常运行时的最大电流，这是因为短路时母线电压将降低，B母线上所接电动机(图8-17中未画)转速将降低或停转。k1点故障由保护装置2切除后

26、，当电压恢复时，仍接于电网中的电动机将出现自启动过程。电动机自启动电流大于正常运行时的额定电流，其前方线路的最大负荷电流也大于正常值IR，即IL.maxKastIR(8-7)式中，Kast为电动机自启动系数，一般取1.53；IR为线路正常运行时的额定电流，可取计算电流I30。,(2)为保证相邻线路上的短路故障在切除后，保护装置能可靠地返回，则返回电流Ire应大于外部短路故障切除后流过保护装置的最大自启动电流，即Ire KcotILmax(8-8)IreKrelKcoILmax(8-9)又因 故,继电器的动作电流为(8-10)式中，Krel为可靠系数，一般DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.

27、3；KW为保护装置的接线系数；Kast为自启动系数，可取1.53；Kre为继电器的返回系数，一般DL型继电器的返回系数取0.85，GL型继电器取0.8；Ki为电流互感器的变流比。保护装置灵敏系数的校验公式为(8-11)式中，Ksen为灵敏系数，作为主保护时要求Ksen1.5，作为后备保护时要求Ksen1.2；作为主保护时，采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的短路电流，作为相邻线路的后备保护时应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的短路电流。,2.反时限过电流保护1)保护装置的原理图8-18为反时限过电流保护的原理电路图。当线路发生相间短路时，电流继电器KA动作，经过一定延时后其动合触点

28、闭合，紧接着其动断触点断开。这时断路器因跳闸线圈YR分流而跳闸，从而切除了短路故障部分。在GL型继电器分流跳闸的同时，其信号牌将自动掉下，指示保护装置已经动作。在短路故障被切除后，继电器将自动返回，其信号牌可手动恢复。,图8-18 反时限过电流保护的原理电路图(a)接线图(集中表示)；(b)展开图,感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，可用于过电流保护以及电流速断保护，从而大大简化了继电保护的接线。图8-18中的电流继电器增加了一对动合触点，与跳闸线圈串联，其目的是防止电流继电器的动断触点在一次电路正常运行时由于外界振动等偶然因素使之断开而导致断路

29、器误跳闸的事故。增加这对动合触点后，即使动断触点偶然断开，也不会造成断路器误跳闸。但是，继电器的这两对触点的动作程序必须是动合触点先闭合，动断触点后断开，即采用先合后断的转换触点。否则，动断触点先断开将造成电流互感器二次侧带负荷开路，这是不允许的，同时会使继电器失电返回，起不到保护作用。,2)反时限过电流保护的时限配合反时限过电流保护的原理特点是：保护装置的动作时间与故障电流的大小成反比。在同一条线路上，当靠近电源侧的始端发生短路时，短路电流大，其动作时限短；反之当末端发生短路时，短路电流较小，动作时限较长。在反时限过电流保护中，由于GL型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

30、标度的，因此反时限过电流保护的动作时间要根据前后两级保护的GL型继电器的动作特性曲线来整定。,由于反时限过电流保护的动作时限随电流大小的变化而变化，因此，整定的时间必须指出是某一电流值或动作电流的某一倍数下的动作时间。为了达到时限上的配合，整定时应首先选择配合点，在配合点上两套保护装置的动作时限级差最小。如图8-19所示的线路保护，保护KA1、KA2的配合点应选在L2的始端k点，因为此点短路时，同时流过保护KA1、KA2的短路电流最大，动作时限的级差最小。此时保护装置的动作时限可满足t1t2t(t可取0.7 s)。,图8-19 反时限过电流保护的时限整定说明,假设如图8-19所示的线路中，后一

31、级保护KA2的10倍动作电流的动作时间已经整定为t2，现在要确定前一级保护KA1的10倍动作电流的动作时间t1，如图8-20所示。整定计算的步骤如下所述。(1)计算L2始端的三相短路电流Ik反应到KA2中的电流值，即(8-12)式中，KW(2)为KA2与电流互感器相连的接线系数；Ki(2)为电流互感器TA2的变流比。,图8-20 反时限过电流保护的动作特性曲线,(2)计算对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即(8-13)(3)确定KA2的实际动作时间。在如图8-20所示KA2的动作特性曲线的横坐标轴上，找出n2，然后向上找到该曲线上的a点，该点所对应的动作时间就是KA2在通过时的实际动作时间

32、。(4)计算KA1的实际动作时间。根据保护装置选择性的要求，KA1的实际动作时间,(5)计算L2始端的三相短路电流Ik反应到KA1中的电流值，即(8-14)式中，KW(1)为KA1与电流互感器相连的接线系数；Ki(1)为电流互感器TA1的变流比。(6)计算对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即(8-15),(7)确定KA1的10倍动作电流的动作时间。从如图8-20所示KA1的动作特性曲线的横坐标轴上，找出n1，从纵坐标轴上找出，然后找到n1与相交的坐标b点。b点所在曲线对应的10倍动作电流的动作时间t1即为所求。有时n1与相交的坐标点不在给出的曲线上，而在两条曲线之间，这时可从上下两条曲线来

33、粗略估计10倍动作电流的动作时间。反时限过电流保护装置的动作电流及灵敏度的计算公式与定时限过电流保护的相同。,3)反时限过电流保护与定时限过电流保护比较(1)定时限过电流保护的优点是保护装置的动作时间不受短路电流大小的影响，动作时限比较准确，整定计算简单。其缺点是所需继电器数量较多，接线复杂，且需直流操作电源；靠近电源处的保护装置其动作时限较长。(2)反时限过电流保护的优点是继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，因此投资少，接线简单，适于交流操作。其缺点是动作时限的整定比较麻烦，继电器动作的误差较大，当短路电流较小时，其动作时间较长。反时限过电流保护在中小型工厂供配电系统中应用广泛。

34、,3.低电压闭锁过电流保护当过电流保护装置的灵敏系数达不到要求时，可采用低电压继电器闭锁的过电流保护装置来提高灵敏度，如图8-21所示。测量启动组件由低电压继电器和过电流继电器组成。只有当两种继电器都动作时，保护装置才会启动。在系统正常运行时，母线电压接近于额定电压，而低电压继电器KV的触点是断开的，即使电流继电器动作，使其触点闭合，保护装置也不会跳闸。因此，在整定电流继电器的动作电流时，只需按躲过线路的计算电流I30来整定，当然保护装置的返回电流也应躲过I30。此时过电流保护其动作电流的整定计算公式为(8-16)式中，各系数的取值与式(8-10)相同。可见，保护装置的动作电流较小，从而提高了

35、灵敏度。,图8-21 具有低电压闭锁的过电流保护装置的原理电路图,上述低电压继电器KV的动作电压应按躲过母线正常最低工作电压Umin来整定，当然其返回电压也应躲过Umin。因此低电压继电器其动作电压的整定计算公式为(8-17)式中，Umin为母线最低工作电压，取(0.850.95)UN；UN为线路额定电压；Krel为保护装置的可靠系数，取为1.2；Kre为低电压继电器的返回系数，一般取1.25；Ku为电压互感器的变压比。,【例8-1】某10 kV电力线路如图8-19所示。已知TA1的变流比为100 A5 A，TA2的变流比为50 A5 A。L1和L2的过电流保护均采用两相两继电器接线，继电器均

36、为GL-15/10型。KA1已经整定，其动作电流为7 A，10倍动作电流的动作时间为1 s。L2的计算电流为28 A，L2首端k点的三相短路电流为500 A，其末端k-1的三相短路电流为200 A。试整定KA2的动作电流和动作时间，并检验其灵敏度。已知GL-15型感应式电流继电器的电流时间特性曲线如图8-22所示。,图8-22 GL-15型感应式电流继电器的电流时间特性曲线,解：(1)整定KA2的动作电流。取Kast2，Krel1.3，Kre0.8，Ki50/510，故根据GL-15/10型继电器的规格，动作电流整定为9.1 A。,(2)整定KA2的动作时间。先确定KA1的实际动作时间。由于k

37、点发生三相短路时KA1中的电流为 故对KA1的动作电流倍数为利用n1=3.6和KA1整定时限t11 s，查图8-22的动作特性曲线，得KA1的实际动作时间为。,KA2的实际动作时间应为由于k点发生三相短路时KA2中的电流为 故对KA2的动作电流倍数为利用n25.6和KA2的实际动作时间，查附表18-2和图8-22的动作特性曲线，得KA2的10倍电流动作时间t20.8s。,(3)KA2的灵敏度检查。KA2保护的线路L2末端k-1点的两相最小短路电流为因此，KA2保护的灵敏度为可见，KA2的整定值满足灵敏度的要求。,8.3.3 电流速断保护过电流保护装置是按躲过最大负荷的电流来整定其动作电流的，其

38、保护范围可延伸到下一条线路。当发生短路时，越靠近电源处其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源其值越大，危害也越严重。因而规定，当过电流保护的动作时限超过0.50.7 s时，应装设电流速断保护。电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护。,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如图8-23所示，其中KA1、KA2与KT、KS1、KM组成定时限过电流保护，而KA3、KA4与KS2、KM组成电流速断保护。当电流速断保护范围内出现故障时，电流继电器启动后，将首先启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，则可利用该继电器的电磁元件来实

39、现电流速断保护，而其感应元件则用来作反时限过流保护。,图8-23 线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图,如图8-24所示，前一段线路L1末端k1点的三相短路电流，实际上与后一段线路L2首端k2点的三相短路电流是近乎相等的(因两点之间距离很短)。为了避免在后一级线路首端发生三相短路时前一级速断保护误动作，电流速断保护的动作电流Iqb应躲过其所保护线路末端的最大三相短路电流Ik.max来整定，即Iqb1 Ik.max继电器的动作电流为(8-18)式中，Krel为可靠系数，DL型继电器取1.21.3，GL型继电器取1.82。,图8-24 无时限电流速断保护的动作特性分析,图8-24中，曲线1表

40、示在最大运行方式下流过保护安装处的三相短路电流随短路点变化的曲线，曲线2表示在最小运行方式下流过保护安装处的最小两相短路电流曲线。由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此电流速断保护一般不能保护线路全长，且在系统不同运行方式下其保护范围不同。电流速断保护不动作区，称为死区。为了弥补死区得不到保护的缺陷，一般装有电流速断保护的线路应配备带时限的过电流保护。电流速断保护的灵敏系数应满足：(8-19)式中，为保护安装处(即线路首端)在系统最小运行方式下的两相短路电流；Iqb为电流速断保护继电器的动作电流值。,8.3.4 单相接地保护当小接地电流系统发生单相接地时，只有很小的接地电

41、容电流，但线电压仍然是对称的。由于非故障相的对地电压要升高为原来对地电压的倍，因此对线路绝缘是一种威胁，如果长此下去，可能会引起非故障相的对地绝缘击穿，进而导致两相接地短路，这将引起开关跳闸，线路停电。因此，我国规程规定：当中性点不接地系统发生一相接地故障时，允许继续运行12 h。在系统发生单相接地故障时，必须通过无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置发出报警信号，以便值班人员及时发现和处理。,1.中性点不接地系统单相接地保护中性点不接地系统单相接地保护如图8-25所示。若L3出线的A相发生了单相接地，则该相的对地电压为零，该相电容电流也为零。L1、L2、L3出线B、C相的对地电容

42、和电流都流过接地故障点，经分析可以得出以下几点结论。,图8-25 中性点不接地系统单相接地(a)电容电流的分布；(b)电流电压相量图,(1)当发生单相金属性接地故障时，故障相的对地电压为零，非故障相的对地电压为电网的线电压。电网将出现零序电压，其大小等于电网正常的相电压。(2)在非故障线路的保护安装处通过的零序电流等于非故障相的对地电容电流之和，方向从母线流向线路，其相位超前于零序电压90。(3)故障线路保护通过的零序电流等于全部非故障线路充电电流的总和，其方向从线路指向母线，相位落后于零序电压90。(4)接地故障处电流的大小等于全部线路接地充电电流的总和，其相位超前于零序电压90。,2.中性

43、点不接地系统单相接地保护1)绝缘监视装置利用发生单相接地时系统会出现零序电压这一特征而组成的绝缘监视装置，是最简单实用的中性点不接地系统单相接地保护方式。对于单相接地故障的检测，传统的方法是采用二次侧接成开口三角形的三相五芯电压互感器来进行检测。如图8-26所示，当系统发生单相接地故障时，开口三角形端将出现将近100 V的零序电压，使过电压继电器动作，启动中央信号回路的电铃和光字牌即可反映出电网上发生了单相接地故障。值班人员根据这个信号结合电压表的指示，就可以判定接地的相别。如要查寻接地线路，运行人员可依次断开线路，根据零序电压信号是否消失来找到故障线路。,图8-26 绝缘监视装置的原理接线图

44、,2)有选择的单相接地保护(零序电流保护)利用故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，就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。零序电流可以从零序电流滤过器(见图8-27)中取得，也可从零序电流互感器(见图8-28)中取得。,图8-27 零序电流滤过器,图8-28 零序电流互感器(a)结构图；(b)接线图,对于采用电缆引出的线路，可通过广泛采用零序电流互感器来取得零序电流。零序电流互感器套在电缆的外面，其一次绕组是从铁芯窗口穿过的电缆，二次侧输出零序电流信号，可接入零序电流继电器或其他测量部件。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(

45、8-20)式中，Krel为可靠系数，保护装置带时限时取1.52，保护装置不带时限时取45；IC为本线路的零序电容电流；Iop(E)为继电器动作电流。,灵敏系数按本线路发生单相接地时，保护应可靠动作进行校验，即(8-21)式中，IC为在最小运行方式下单相接地时网络总的电容电流。当发生单相接地时，故障线路的零序电流较大，保护将动作并发出信号，非故障线路的零序电流较小，保护将不动作。因此零序电流保护是有选择性的，并且当网络馈线越多，总电容电流越大时，灵敏系数就越容易满足要求。因此，在线路数较多的配电系统中，零序电流保护可得到较多应用。,8.4 电力变压器的保护8.4.1 电力变压器的故障、异常状态及

46、保护配置变压器的故障可分为油箱内和油箱外两种。油箱内的故障主要有绕组的相间短路、绕组的匝间短路和绕组的接地短路及铁芯烧损等。变压器油箱外的故障最常见的是绝缘套管和引出线上发生的相间短路与接地短路。变压器的异常(不正常)运行状态主要有过负荷、外部短路引起过电流、外部接地短路引起中性点过电压以及油箱的油面降低等。为了保证电力系统安全可靠地运行，针对上述故障和异常运行状态，电力变压器应装设如下所述的保护。,1)瓦斯保护 800 kVA及800 kVA以上的油浸式变压器和400 kVA及400 kVA以上的车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应油箱内部短路故障及油面降低，其中轻瓦斯保护动

47、作于信号，重瓦斯保护动作于跳开各电源侧断路器。2)过电流保护400 kVA以下的变压器多采用高压熔断器保护，当400 kVA以上的变压器高压侧装有高压断路器时，应装设带时限的过电流保护装置。对车间变压器来说，过电流可作为主保护。如果过电流保护的时限超过0.5 s，而且容量不超过800 kVA，则应装设电流速断作为主保护，而过电流保护则作为电流速断的后备保护。电流速断与过电流保护均动作于跳闸。,3)纵差动保护或电流速断保护纵差动保护或电流速断保护用来反应变压器内部绕组、绝缘套管以及引出线相间短路的主保护。较小容量的变压器可用电流速断保护来代替纵差动保护。保护动作于跳开各电源侧断路器。纵差动保护适

48、用于6300 kVA及6300 kVA以上并列运行的变压器、工业企业中的重要变压器、10 000 kVA及10 000 kVA以上单独运行的变压器。低于上述容量的变压器，当其后备保护的动作时限大于0.5 s时，一般应采用电流速断保护。但是，对于2000 kVA及2000 kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不满足要求时，也应装设纵差动保护。,4)过负荷保护对于400 kVA及400 kVA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，应装设过负荷保护。过负荷保护经延时动作于信号。在无人值班的变电所内，也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。,8.4.2 电力变压器的瓦斯保

49、护在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧会使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体(含有瓦斯成分)并从油箱向油枕流动，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的测量继电器为气体继电器。气体继电器安装于变压器油箱和油枕的通道上，如图8-29所示。为了便于气体的排放，安装时需要有一定的倾斜度：变压器顶盖与水平面间应有1%1.5%的坡度；连接管道应有2%4%的坡度。,图8-29 气体继电器安装示意图,1)气体继电器的结构和工作原理气体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气体继电器，其内部结构如图8-30所示。在变压器正常运行时，气体继电器的容器内包括其中的上、

50、下开口油杯都充满油，而上、下油杯因各自平衡锤的作用而升起，此时上、下两对触点都是断开的。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由于故障而产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，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，发出音响和灯光信号，这个过程称为轻瓦斯动作。,图8-30 FJ-80气体继电器结构示意图,当变压器油箱内部发生严重故障时，由于故障产生的气体很多，因此这些气体会带动油流迅猛地由油箱通过连通管进入油枕。当大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降，此时下触点接通跳闸回路(通过中间继电器