供电技术(余建明)4_供电系统的继电保护

1、西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 内容提要：内容提要：概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题 首先简要说明继电保护的基本概念；首先简要说明继电保护的基本概念； 然后介绍单端供电网络的保护，然后介绍单端供电网络的保护， 电力变压器的保护，电力变压器的保护， 低压配电系统的保护；低压配电系统的保护； 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 第一节第一节 继电保护的基本概念继电保护的基本概念 第二节第二节 单端供电网络的保护单端供电网络的保护 第三节第三节 电力变压器的保护电力变压器的保护 第四节第四节 低压配电系统的保

2、护低压配电系统的保护 第五节第五节 供电系统的微机保护供电系统的微机保护 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 第一节第一节 继电保护的基本概念继电保护的基本概念 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 一、一、 供电系统的保护供电系统的保护 1供电系统中保护装置的作用与类型 在供电系统中需装设不同类型的保护装置，在发生故障时能自动在供电系统中需装设不同类型的保护装置，在发生故障时能自动 检测出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除，以免检测出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除，以免 系统设备继续遭到破坏。当系统处于不正常运行，如过载、

3、欠电压等系统设备继续遭到破坏。当系统处于不正常运行，如过载、欠电压等 情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。 供电系统中常见的保护装置类型主要有如下三种：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、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，其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系

4、统中。或发出信号的自动装置，其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2) 熔断器保护熔断器保护 广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单广泛适用于高、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。供电可靠性较高的场所不宜用。 (3) 低压断路器保护低压断路器保护 又称低压自动开关保护，由于

5、低压断路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。高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 2继电保护装置的基本要求 v 选择性选择性 v 快速性快速性 v 可靠性可靠性 v 灵敏性灵敏性 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (1) 可靠性可靠性 保护装置在

6、其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不保护装置在其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不 应拒绝动作，在不该动作的情况下就不应该误动作。应拒绝动作，在不该动作的情况下就不应该误动作。 为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力 求减少继电器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的求减少继电器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的 接线，所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工，都接线，所有辅助元件如连接端子、连接导线以及安装施工，都 应当十分可靠。应当十分可靠。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2)

7、 灵敏性灵敏性 保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能 力称为灵敏性，如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能力称为灵敏性，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，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵 敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks）来衡量。）来衡量。 以过电流保护为例，灵敏系数表示为：以过电流保护为例，灵敏系数表示为： op mink. s I I k 系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流

8、；系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流； 保护装置一次侧动作电流。保护装置一次侧动作电流。 min.k I op I 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 被保护的电气设备被保护的电气设备 继电保护装置类型继电保护装置类型 最低灵敏度最低灵敏度ks 变压器、线路等变压器、线路等 所有电气设备所有电气设备 过电流保护过电流保护 5 （如满足此要求将使保护复杂时，（如满足此要求将使保护复杂时， 灵敏度可降为灵敏度可降为1.25） 电流速断保护电流速断保护 2.0 后备保护后备保护 1.2 （如满足此要求将使保护过分复（如满足此要求将使保护过分复 杂或在技术上难以实现时，可仅杂

9、或在技术上难以实现时，可仅 按常见的运行方式和故障类型校按常见的运行方式和故障类型校 验灵敏度）验灵敏度） 变压器变压器 纵联差动保护纵联差动保护 2.0 310kV电缆线路电缆线路 中性点不直接接地电中性点不直接接地电 力网中的零序电流保力网中的零序电流保 护护 1.25 310kV架空线路架空线路 1.50 继电保护装置灵敏度继电保护装置灵敏度 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (3) 选择性选择性 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，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，满足这一要切除

10、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。求的动作就叫有选择性。 k点点 故故 障障 QF2 动动 作作 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (4) 速动性速动性 保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以 减少对用电设备的影响，如果故障能在减少对用电设备的影响，如果故障能在0.2s内切除，则一般电内切除，则一般电 动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度，减动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对系统的破坏程度，减 轻对元件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停电轻对元

11、件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停电 时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 二、继电器与继电特性二、继电器与继电特性 1继电器 继电器是组成继电保护装置的基本元件。继电器是组成继电保护装置的基本元件。它是一种能自动执行断、续控制它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化，如触

12、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 “通通”、“断断”控制的作用。控制的作用。 v 按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器 v 按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式 v 按继电器在保护回路中所起的作用分为：按继电器在保护回路中所起的作用分为：量度继电器、时间继电器、量度继电器、时间继电器、 中间继电器、信号继电器、出口继电器中间继电器、信号继电器、出口继电器 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 例如例如过电流继电器过电流继电器 来自电流

13、互感器二次侧的电流来自电流互感器二次侧的电流I，加入到过电流继电器的输入端。，加入到过电流继电器的输入端。 当电流当电流I大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值Iop 时，比较环节有输出。时，比较环节有输出。在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩驱动在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩驱动 机械触点的转动与闭合，需要一定的功率和时间，继电器有自身固有机械触点的转动与闭合，需要一定的功率和时间，继电器有自身固有 动作时间（几毫秒），一般的干扰不会造成误动；动作时间（几毫秒），一般的干扰不会造成误动；在数字型继电器中，在数字型继电器中，

14、由于其动作速度快、功率小，为提高动作的可靠性并防止干扰信号引由于其动作速度快、功率小，为提高动作的可靠性并防止干扰信号引 起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间超过起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值的持续时间超过 23ms时，继电器才能动作于输出。时，继电器才能动作于输出。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 2继电特性 为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波动时输为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波动时输 出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。 例如过电流

15、继电器，流过正常状态下的电流例如过电流继电器，流过正常状态下的电流I时不时不 动作，输出高电平动作，输出高电平E0（或其触点是开的）；只有其流（或其触点是开的）；只有其流 过的电流大于动作电流过的电流大于动作电流Iop时才能够迅速起动、稳定可时才能够迅速起动、稳定可 靠地输出低电平靠地输出低电平E1（或闭合其触点）；一旦流过继电（或闭合其触点）；一旦流过继电 器的电流减小，并小于返回电流器的电流减小，并小于返回电流Ire（其值能够确保继（其值能够确保继 电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出 高电平高电平E0（或触点重新打开）。无论起动和返

16、回，继（或触点重新打开）。无论起动和返回，继 电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间 位置，这种动作特性常称之为位置，这种动作特性常称之为“继电特性继电特性”。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 其中，返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数返回系数kre， 为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器的返 回系数恒小于1。 在实际应用中，常常要求过电流继电器有较高的 返回系数，如0.850.95。 re re op I k I 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 三、继电保

17、护用的电流互感器三、继电保护用的电流互感器 1电流互感器的10%误差曲线 供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对电流互感器的两个重要方面进行介绍 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 100% 1 12TA I IIk I 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X TA11 II 2 Z 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 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 2电流互感器与电流继电器的接线方式 为了表述继电器电流为了表述继电

18、器电流Ik与电流互感器二次侧电流与电流互感器二次侧电流 的关系，的关系， 特引入一个接线系数特引入一个接线系数kkx 式中式中 流入电流互感器的电流；流入电流互感器的电流； 电流互感器二次侧电流。电流互感器二次侧电流。 KTA 2 II KX k K I TA.2 I TA 2 I 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 电流互感器与电流继电器之间的接线方式有：电流互感器与电流继电器之间的接线方式有： 三相三继电器式完全星形接线三相三继电器式完全星形接线 两相两继电器式不完全星形接线两相两继电器式不完全星形接线 两相三继电器式不完全星形接线两相三继电器式不完全星形接线 两相一继

19、电器电流差式接线两相一继电器电流差式接线 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (1) (1) 三相三继电器式接线三相三继电器式接线 1 kx k 所用保护元件最多所用保护元件最多 所有短路电流都会通过所有短路电流都会通过 继电器反映出来，产生相继电器反映出来，产生相 应的保护动作。应的保护动作。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2) (2) 两相两继电器式接线和两相三继电器式接线两相两继电器式接线和两相三继电器式接线 两相式接线两相式接线 所用元件较少所用元件较少 未接互感器的单相短路故障不能保护未接互感器的单相短路故障不能保护 采用两相三继电器接

20、线提高灵敏度采用两相三继电器接线提高灵敏度 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (3) (3) 两相一继电器式接线（两相差式接线）两相一继电器式接线（两相差式接线） 流入继电器的电流为两相流入继电器的电流为两相 电流互感器二次侧电流之差电流互感器二次侧电流之差 不同短路电流通过继电器不同短路电流通过继电器 有不同的灵敏度。有不同的灵敏度。 不能反应出第三相（不能反应出第三相（B B相）相） 的单相接地短路故障的单相接地短路故障 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 接线系数接线系数kkx的值的值 项 目 三相三继电器 两相两继电器 两相一继电器 两相三继电

21、器 三相短路 111 A、C相短路 1121 A、B或B、C相短路 1111 3 引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器 电流的关系为：电流的关系为： kx k TA2TA1 k I KIKI 式中式中 KTA 电流互感器的变流比；电流互感器的变流比； I1、I2 电流互感器一次侧、二次侧电流；电流互感器一次侧、二次侧电流； Ik 流入电流继电器的电流。流入电流继电器的电流。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 第二节单端供电网络的保护第二节单端供电网络的保护 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课

22、件 X 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、过电流保护一、过电流保护 当流过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。 1. 定时限过电流保护定时限过电流保护 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 由电流继电器由电流继电器1KA与与2KA、 时间继电器时间继电器KT和信号继电器和信号继电器KS 组成。其中，组成。其中，1KA、2KA是测量是测量 元件，用来判断通过线路电流是元件，用来判断通过线路电流是 否超过预设值；否超过预设值；K

23、T为延时元件，为延时元件， 它以适当的延时来保证装置动作它以适当的延时来保证装置动作 有选择性；有选择性；KS用来发出保护动作用来发出保护动作 的信号的信号 定时限过电流保护的原理图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的原理接线 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 正常运行时，1KA、2KA、 KT、KS的触点都是断开的，当 被保护区故障或电流过大时， 1KA或2KA动作，通过其触点起 动时间继电器KT，经过预定的延 时后，KT的触点闭合，将断路器 QF的跳闸线圈YR接通，QF跳闸， 同时起动了信号继电器KS，信号 牌掉下，并接通灯光

24、或音响信号。 这样，不正常状态或故障被切除。 定时限过电流保护的展开图定时限过电流保护的展开图 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 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，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， 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部故障切除后电压恢复，负荷自起荷电流；同时还必须考虑在外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

25、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。此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。 (2) 定时限过电流保护的工作原理定时限过电流保护的工作原理 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 定时限过电流保护的动作电流定时限过电流保护的动作电流 式中式中 Iop 继电器的动作电流（一次侧）；继电器的动作电流（一次侧）； 保护装置的可靠系数，保护装置的可靠系数，一般取一般取1.151.25 ； 自起动系数，由负荷性质及线路接线决定，一般取自起动系数，由负荷性质

26、及线路接线决定，一般取1.53； Kre 保护装置的返回系数，保护装置的返回系数，工程上一般采用工程上一般采用0.850.95 ； 计算负荷电流。计算负荷电流。 re Mstk k kk C I op I K k st.M k C I 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (3) 按选择性要求整定过电流保护的动作时限按选择性要求整定过电流保护的动作时限 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 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 定时限过电流保护的动作时限整定和配合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

27、性，在后一级保护装置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，对于定时限保护装置，一 般取般取0.5s（对于微机型过电流保护，对于微机型过电流保护，常取常取0.35s）。 t 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (4) 过电流保护灵敏系数的校验过电流保护灵敏系数的校验 mink I )2( mink I 定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流 与

28、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 s k op )2( mink II = 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (1) 反时限过电流保护的原理接线反时限过电流保护的原理接线 2. 反时限过电流保护反时限过电流保护 a) 原理图 b) 展开图 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2) 反时限过电流保护的整定配合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 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课

29、件 X q 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。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。 q 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。在靠近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。在靠近 电源处短路时，保护装置的动作时间太长。电源处短路时，保护装置的动作时间太长。 q 反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接线简单，所用保护设反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接线简单，所用保护设 备数量

30、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备数量少，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。线路上用得较多。 q 反时限过电流保护的缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差反时限过电流保护的缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差 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。长了故障持续时间。 3、定时限与反时限过电流保护的比较、定时限与反时限过电流保护的比较 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 二、电流速断

31、保护二、电流速断保护 定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下图所示， 当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时间必须经过 才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围， 当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电 流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。 0 2tt 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 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电流速断保护的动作

32、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。行方式下发生的短路电流来整定。 max.k )3( TA kxk op.k I k kk I 式中式中 Iop.k速断保护动作电流；速断保护动作电流； kk 可靠系数，一般可取可靠系数，一般可取1.21.3； 被保护线路末端短路时的最大短路电流。被保护线路末端短路时的最大短路电流。 (3) k max I (2) k min I s k (2) k minop II 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Iop之比，即 = 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 线路电流

33、速断保护的保护区线路电流速断保护的保护区 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 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，出现一段保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区死区”。 速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。 为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设

34、电流速断保护的线路上，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。护为基本保护。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 例 某工厂10kV供电线路，已知计算负荷电流 =180A， =1.5，在

35、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。 C I Mst k (3) maxk1 I (3) maxk2 I (3) mink1 I (3) mink2 I 解： 1) 过电流保护整定如下： Mst k C I=1.5180A=270A，选用300/5A电流互感器， TA k =300/5=60。 保护动作一次侧电流 op I re Mstk k kk C I381AA180 85. 0 5 . 12 . 1 = 继电器1

36、KA动作电流 = op.K I TA k k k op IA 60 3811 =6.35A, 取6.5A= 时间继电器的整定时限 (0.5+0.5)s=1s o ttt 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 保护灵敏度 s k op )2( mink1 I I 381 2200 2 3 515= 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 op I )3( maxk1k Ik A230025. 1 A2875= 继电器2KA的动作电流 op K I op TA kx I k k A2875 60 1 A9 .47 = = ，取48A 速断保

37、护的灵敏度 s k op )2( mink2 I I 2875 4400 2 3 325. 1= = 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 三、低电压保护三、低电压保护 1.低电压闭锁的过电流保护低电压闭锁的过电流保护 定时限过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。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 2. 用于电动机的低电压保护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，将不重要的或不允许自起动的电动机

38、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 Kop U TV N )7 . 06 . 0( k U = 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 Kop U TV N )55.05.0( k U = 西安理工大学自动化与信息工程学

39、院 供电技术电子课件 X 四、中性点非有效接地系统的单相接地保护四、中性点非有效接地系统的单相接地保护 用户供电系统采取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IC由线路相对地的分布电容决定（IC为正常时每相 对地电容电流的3倍），比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压 仍然保持对称，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。但是，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，如果流过故障点的接地电 流数值较大，就会在接地点产生间歇性电弧以致引起约3.5倍的过电 压、损坏绝缘，故障有可能进一步扩大成为相间或两相对地短路。

40、此 时，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；特别是，当单相接地对人身和设备的安全有危险时，则应 动作于跳闸。 因此，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。 3 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 1. 绝缘监视装置绝缘监视装置 其利用供电系统单相接地后出 现的零序电压给出信号。在中性点 非有效接地的供电系统中，只要本 级电压网络中发生单相接地故障， 则在同一电压等级的所有母线上都 将出现数值较高的零序电压。利用 这一特点，在变电所的母线上一般 装设网络单相接地的绝缘监视装置，

41、 它利用接地后出现的零序电压，带 延时动作于信号，表明本级电压网 络中出现了单相接地。 在供电系统中常用三相五芯柱式 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 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 绝缘监视装置的绝缘监视装置的保护方法简单，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

42、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。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 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。 当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都会出现 不平衡的电容电流（零序电流），而这些非故障线路属于正常线路， 其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流应至少 大于本线路的电容电流。 2. 零序电流保护零序电流保护 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 五五 过负荷保护过负荷保护 其动作电流整定其动作电

43、流整定为为 c I k I TA op 3 . 12 . 1 Ic所保护线路的计算电流。所保护线路的计算电流。 对于可能时常出现过负荷的电缆线路，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 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 第三节电力第三节电力变压器的保护变压器的保护 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 一、一、 概述概述 1 1变压器易产生的故障和不正常工作状态变压器易产生的故障和不正常工作状态 变压器故障变压器故障 及不正常工作状态及不正常工作状态 变压器故障变压器故障不正常工作状态不正常工作状态 内部故

44、障内部故障 线圈的相间短线圈的相间短 路、匝间或层路、匝间或层 间短路、单相间短路、单相 接地短路以及接地短路以及 烧坏铁心等。烧坏铁心等。 外部故障外部故障 套管及引出线套管及引出线 上的短路和接上的短路和接 地。地。 过负荷、温升过过负荷、温升过 高以及油面下降高以及油面下降 超过了允许程度超过了允许程度 等。等。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 2 2电力变压器上常见的继电保护装置电力变压器上常见的继电保护装置 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：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差

45、动保护或电流速断保护 反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳 闸。闸。 (2) 瓦斯保护瓦斯保护 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。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) 过电流保护过电流保护 反应变压器外部短路引起的过电流，带时限动作于跳闸，反应变压器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。可作为上述保护的后备。 (4) 过负荷保护过负荷保护 反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。 (5) 温度保护温度保护 反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统的

46、故障，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。动作于信号或跳闸。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 二电力变压器的瓦斯保护二电力变压器的瓦斯保护 1. 1. 瓦斯保护工作原理瓦斯保护工作原理 电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油 箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝 缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速

47、度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置， 称为瓦斯保护。称为瓦斯保护。 对于容量在对于容量在800kVA及以上的油浸式变压器和及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的户及以上的户 内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 瓦斯继电器（气体继电器），安装于瓦斯继电器（气体继电器），安装于 变压器油箱与油枕之间的连通管上，如变压器油箱与油枕之间的连通管上，如 图图4-18a)所示。为让变压器的油箱内产所示。为让变压器的油箱内产 生

48、的气体顺利通过与瓦斯继电器连接的生的气体顺利通过与瓦斯继电器连接的 管道流入油枕，应保证连通管对变压器管道流入油枕，应保证连通管对变压器 油箱顶盖有油箱顶盖有2%4%的倾斜度，变压器的倾斜度，变压器 安装应取安装应取1%1.5%的倾斜度。的倾斜度。 2. 2. 瓦斯继电器的安装瓦斯继电器的安装 图图4-18 a)瓦斯继电器在变压器上的安装瓦斯继电器在变压器上的安装 1 变压器油箱变压器油箱 2 联通管联通管 3 瓦斯继电器瓦斯继电器 4 油枕油枕 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 图图4-18 b) FJ3-80FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图型开口杯式瓦斯继

49、电器的结构示意图 1 1盖；盖；2 2容器；容器；3 3上油杯；上油杯；4 4永久磁铁；永久磁铁；5 5上动触点；上动触点；6 6上静触点；上静触点； 7 7下油杯；下油杯；8 8永久磁铁；永久磁铁；9 9下动触点；下动触点；1010下静触点；下静触点；1111支架；支架；1212下下 油杯平衡锤；油杯平衡锤；1313下油杯转轴；下油杯转轴；1414挡板；挡板；1515上油杯平衡锤；上油杯平衡锤；1616上油上油 杯转轴；杯转轴；1717放气阀；放气阀；1818接线盒接线盒 3. 3. 瓦斯继电器的结构瓦斯继电器的结构 。 瓦斯继电器有瓦斯继电器有浮筒式浮筒式和和开口杯式开口杯式 开口杯式结构

50、及工作：开口杯式结构及工作： (1) (1) 变压器变压器正常运行正常运行时，上开时，上开 口杯口杯3及下开口杯及下开口杯7都浸在油内，均受都浸在油内，均受 到浮力。因平衡锤的重量所产生的力到浮力。因平衡锤的重量所产生的力 矩大于开口杯（包括杯内的油重）一矩大于开口杯（包括杯内的油重）一 侧的力矩，开口杯处于向上倾斜的位侧的力矩，开口杯处于向上倾斜的位 置，此时上、下两对触点都是断开的。置，此时上、下两对触点都是断开的。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2) (2) 变压器内部发生变压器内部发生轻微故障轻微故障时，产生的气体聚集在继电器的上时，产生的气体聚集在继电器的

51、上 部，迫使继电器内油面下降，上浮子的开口杯部，迫使继电器内油面下降，上浮子的开口杯3逐渐露出油面，浮力逐渐露出油面，浮力 逐渐减小，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡逐渐减小，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，这时上接点闭合而接通信号回路，这称之为锤的力矩而降落，这时上接点闭合而接通信号回路，这称之为“轻轻 瓦斯动作瓦斯动作”。 (3) (3) 当变压器内部发生当变压器内部发生严重故障严重故障时，产生的大量气体或强烈的油时，产生的大量气体或强烈的油 流将冲击挡板流将冲击挡板14，使下开口杯，使下开口杯7立刻向下转动，使下触点接通跳闸立刻向下转动，

52、使下触点接通跳闸 回路，这称之为回路，这称之为“重瓦斯动作重瓦斯动作”。 (4) (4) 如果变压器如果变压器油箱漏油油箱漏油，使得瓦斯继电器内的油也慢慢流尽，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，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。使断路器跳闸。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 4. 4. 变压器瓦斯保护动作后的故障分析变压器瓦斯保护动作后的故障分析 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

53、接线柱及引线绝缘是否良好；回路和瓦斯继电器的接线柱及引线绝缘是否良好； 检查油位、油温、油色有无变化；检查油位、油温、油色有无变化； 检查防爆管是否爆裂喷油；检查防爆管是否爆裂喷油； 检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油；检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油； 如果经检查未发现任何异常，而确定是因二次回路故障引起误如果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；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； 在瓦斯保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。在瓦斯保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。 西安

54、理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 三、三、 变压器的电流保护变压器的电流保护 1 1变压器的过电流保护和电流速断保护变压器的过电流保护和电流速断保护 规程规定，电压规程规定，电压10kV及以下、容量在及以下、容量在10MVA及以下的变压器，对及以下的变压器，对 其内部、套管及引出线的短路故障应采用电流速断保护；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用过电流保护。同时，

55、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。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 路保护的基本相同路保护的基本相同 。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 图图4-19 Dyn11变压器低压侧变压器低压侧ab相间短路电流分布及相量图相间短路电流分布及相量图 (1)(1)电流互感器的接线方式对电流互感器的接线方式对变压器电流保护的影响变压器电流保护的影响 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 3 )2( k I

56、3 )2( k I 通过对电流相量图的分析可以得出，当变压器低压侧通过对电流相量图的分析可以得出，当变压器低压侧ab相间短路时，相间短路时，流流 若变压器保护用电流继电器采用非全星形结线，则由于若变压器保护用电流继电器采用非全星形结线，则由于A、C相都是流相都是流 过较小的故障电流，因此灵敏度较低。过较小的故障电流，因此灵敏度较低。 过变压器高压侧过变压器高压侧A、C相的故障电流均为相的故障电流均为，且方向相同。而且方向相且方向相同。而且方向相 同。而同。而B相流相流流过的故障电流为流过的故障电流为23 )2( k I，由此可见：由此可见： 若电流互感器采用全星形结线或两相三继电器结线，则总有

57、一个继电器若电流互感器采用全星形结线或两相三继电器结线，则总有一个继电器 若电流互感器采用两相电流差结线，则通过继电器的故障电流为零，保若电流互感器采用两相电流差结线，则通过继电器的故障电流为零，保 护装置不动作。护装置不动作。 流过的故障电流为流过的故障电流为2 ，因此比非全星形结线灵敏度高。因此比非全星形结线灵敏度高。 因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常采用全星形或非全星形因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常采用全星形或非全星形 。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X (2) (2) 过电流保护和电流速断保护的整定过电流保护和电流速断保护的整定 1 1

58、）变压器过电流保护动作电流整定）变压器过电流保护动作电流整定 max.L re kxk op I KK Kk I TA 式中式中 IL.max (1.53)I1N.T ； ； I1N.T 变压器一次侧的额定电流。变压器一次侧的额定电流。 其动作时间也按其动作时间也按“阶梯原则阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。整定，与线路过电流保护完全相同。 对车间变电所来说，其动作时间可整定为最小值（对车间变电所来说，其动作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。电流

59、换算到高压侧来校验。 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 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。路等进行保护。 动作电流整定计算公式动作电流整定计算公式 max.k TA kxk op I K kk I 式中式中 Ik.max 变压器低压侧母线的三相短路电流换算变压器低压侧母线的三相短路电流换算 到高压侧的穿越电流值。到高压侧的穿越电流值。 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。要求发生两相短路

60、的短路电流值来校验。要求k ks s1.51.5。 2 2）变压器）变压器电流速断保护电流速断保护保护动作电流整定保护动作电流整定 西安理工大学自动化与信息工程学院 供电技术电子课件 X 变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理：变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理： 1）检查母线及母线上的设备是否有短路；）检查母线及母线上的设备是否有短路； 2）检查变压器及各侧设备是否短路；）检查变压器及各侧设备是否短路； 3）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作；）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作； 4）确认母线无电时，应拉开该母线所带的线路；）确认母线无电时，应拉开该