继电器在电力系统中应用的设计--毕业论文

1、继电器在电力系统中应用的设计摘要 在国家加大基础设施建设力度的大背景之下，对作为基础能源部门的电力部门，建设力度也得到不断加强。随着国民经济的不断发展，对电力的需求越来越大，电力供应开始出现紧张，在很多地方出现了供电危机，使其不得不采取限电、停电等措施，以缓解电力供应的紧张局面。因而，加强电力系统的安全保护及其应用与发展至关重要，继电器对电力系统的保护有着重大意义。因此，加大变配电站（所）电气保护系统研发力度，提高其安全保护能力，可以最大限度地减少停电故障发生时间，提高变配电站（所）的平均无故障运行时间，提高变配电站（所）供电可靠性。随着输变电技术的日臻完善，电力系统变得更加巨大和庞杂，对变配

2、电站（所）的运行保障能力要求也越来越高，各类用户对电力供应的可靠性要求也越来越高。变配电站（所）安全保护系统必须能够实现当变配电站（所）运行过程中发生三相短路、两相短路、单相接地等故障，以及出现过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等不正常现象时，能够快速反应 ，实现选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围，减轻对电气设备造成的破坏，确保电力系统安全、稳定运行。关键词：继电器、主保护、母线保护、继电保护、输电线路保护、距离保护design and application of relay in electric power systemabst

3、ractunder the background of national infrastructure construction, as of the power sector based energy sector, construction has been strengthened. with the continuous development of the national economy, growing demand for electricity, power supply began to appear nervous, in many places appeared the

4、 power supply crisis, to take power brownouts, power outages and other measures to alleviate the tense situation on the power supply. therefore, to strengthen the safety and its application and development is essential to the protection of power system, is of great significance to the electrical pow

5、er system relay protection. therefore, increase the transformer substation and power distribution station) electrical protection system research and development efforts, improve the safety protection ability, can maximally reduce outage time, improve the power transformer and distribution station of

6、 (the) average failure free operation time, improve the power transformer and distribution station of (the) power supply reliability.with the gradual improvement of the technological transformation, power system become larger and more complex, of substation and power distribution station operation s

7、upport capability requirements are also getting higher and higher, all types of users of electricity supply reliability requirements are also getting higher and higher. substation and power distribution station safety protection system must be able to achieve when substation and power distribution s

8、tation operation occurred during three phase short circuit, phase to phase short circuit, single-phase grounding fault, as well as the emergence of a load, over voltage, low voltage, low frequency, gas, ultra temperature, controlling and measuring circuit disconnection etc. is not a normal phenomeno

9、n, can rapid response to achieve selective issue a trip command will be removing the fault or alarm, so as to reduce the fault caused by the power cut scope, and reduce the damage caused to the electrical equipment to ensure the security and stability of power system operation.keywords: relay, main

10、protection, busbar protection, relay protection, transmission line protection, distance protectionii目录1绪论12变电站综合自动化系统的展望22.1对于电力系统自动化保护装置的研究及现状22.2电力系统保护装置的技术分析及研究3 2.2.1智能化继电器的发展3 2.2.2智能化自动化重合器的研究32.3 自动化控制电力保护装置的研究42.4 变电站综合自动化系统的发展趋势43主保护53.1 变电站主要电气设备53.2 变压器主保护53.3 主变保护63.4 220kv电压等级的变压器保护配置要求

11、63.5 220kv变电站主要保护双重化保护技术配置原则64电力系统继电保护84.1 电力系统继电保护的概述84.2 瓦斯保护84.3 变压器纵联差动保护104.4 零序过电流保护134.5 过负荷保护145输电线路保护155.1 输电线路保护的配置原则165.2 对成套线路保护装置的功能要求165.3 输电线路保护对电流、电压方向的规定166纵联方向（距离）保护176.1 纵联方向（距离）保护的概述176.2 纵联方向（距离）保护的故障判别原理176.3 纵联方向（距离）保护的方向继电器187母线保护197.1 母线保护的功能配置要求197.2 母线保护的基本要求197.3 母线保护必须解决

12、的两个共性问题207.4 3/2断路器接线方式的母线保护207.5 双母线接线方式的母线保护208电网电流保护 228.1 限时电流速断保护228.2 定时限过电流保护228.3 电流保护的接线方式22总结与展望24致谢25参考文献26 iv1绪论 随着电力系统规模的日益扩大，对保证电网安全、经济运行和电能质量的要求在不断提高，继电保护和安全自动装置作为电力系统的卫士，成为电力系统中不可缺少的重要组成部分。电力系统在正常运行的过程中，可能发生各种故障和不正常运行状态。发生故障的原 因主要有：雷电、鸟兽跨越电器设备、电气设备维修当或操作错误、电气设备绝缘强度下降等。最危险的故障时发生各种形式的短

13、路，发生短路时可能产生以下的后果：（1） 通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，会损坏故障元件；（2） 短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的 使用寿命；（3） 电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品量；（4） 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，过负荷就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘材料的老化和损坏，进一步可能发展成故障。系统中出现功率缺额而引起的频率

14、降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压、电力系统震荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。为了提高供电可靠性，防止造成上述严重后果，一是对电气设备进行正确的设计、制造、安装、维护和检修，力求减少发生故障的可能性；二是对异常运行状态必须及时发现，并采取措施予以消除；三是一旦发生故障，必须迅速并有选择性地切除故障元件。 继电保护装置是指能反映电力系统中电气元件发生的故障或不正常远行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。

15、它的基本任务是： （1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，是故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。 （2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发生信号、减负荷或跳闸。一般情况下不要保护迅速动作，而是根据电力系统及其元件的危害程度经一定的延时动作于信号。2变电站综合自动化系统的展望 变电站综合自动化系统是一门综合多专业、多学科的综合技术,它给我们带来了技术应用上质的飞跃,给电力系统的高质量运行提供了便宜和技术保证。伴随着电网规模日新月异的发展,自动化设备性能的完善和提高,变电站综合自动化必然会是变电站今后发展、应用的主要模式。经过多年

16、的实际应用,微机保护原理和算法目前也日趋成熟。但是电力系统是个复杂的非线性系统,目前的算法仍然没有很好的同时解决电力系统继电保护所要求的快速性、安全性、可靠性。目前对微机保护算法的研究仍需继续深入。变电站的综自设计还缺乏相关的规程规范,变电站自动化应用受生产厂家影响巨大。如何配置系统功能,使它将现场监控、远方监控、保护、自动化以及一次设备有机地配合到一起,向计算机化、网络化、智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展,最大限度地发挥它资源共享、信息共享、数字通信的优势,同时,让综合自动化这种新技术更好地适应目前的电力系统管理模式,执行各项反事故措施要求,值得我们充分的探讨和研究。 无论

17、是在电能的运输、使用、分配等各个环节中，均可能发生电力系统故障，进而影响电能的使用质量。为了能够改变这种现状，电力保护装置得到了快速的发展，古老的电力保护系统包括普通的继电保护系统、刀闸系统、空气开关等等，其中对于继电保护的研究起步较晚，在二十世纪五六十年代，仍旧需要采用进口的电力保护装置。但是随着我国信息技术以及电力控制技术的不断发展，对于电力系统的保护技术也基本实现了自动化、智能化，特别是针对于继电保护方面来说，自动化、智能化继电保护装置已经在电力系统中得到了广泛的应用。2.1 对于电力系统自动保护装置的研究现状 目前，我国对于电力系统的保护技术研究已经有了一定的起色，特别是计算机技术、网

18、络控制技术的应用，对于电力保护方面已经提高了一定的效率。电力系统的继电保护装置的研究时电力系统保护装置研究中的核心部分。不同点在于保护装置也包括电力系统运行监控平台的建立，远程电力系统的控制以及监控等等，其对于保障电力系统的稳定具有重要的意义。我国现有的电力系统自动保护装置，包括自动整合限流器，自动重合开关、自动限压器等等，这些装置中已经包含了较为先进的电力控制以及监测技术，并且能够在电力系统暂态的情况下迅速的确定电力系统的故障类别进而有利于对相关的电力故障进行排除。 如今，电力系统自动保护装置的发展已经趋向于网络化、智能化，且计算机通信技术的应用，也实现了对电力系统的实时监控以及保护，电力系

19、统的整个保护装置其实就像一台多功能、复杂的科研计算机，并可以看成整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。电力系统的继保护装置不但可从网上获取电力系统运行和故障的各种停息和数据，还可以将它所获得的被保护元件的任何数据以及信息传送给网络控制终端，所以，现代化的电力系统自动保护装置能够将控制、保护、数据通信、测量集中于一体。一般来说，对于电力系统自动保护装置的研究不仅限于保护电能使用、运输电能等环节，对于电能分配的优化模式、故障检测、排除装置都需要进行较为细致的研究。2.2 电力系统保护装置的技术分析及研究2.2.1 智能化继电器的发展 继电保护系统对于维护电力系统的稳定性具有重要的价值意义，当电力

20、系统运作出现一定的问题以后，可通过自动继电保护系统对故障点进行相关的安全控制，也可以向电力监控警报系统发送故障信息，从而能够维持电力系统运行的稳定性。对于电力系统中故障研究的不断深入，促使继电保护技术得到了较大的发展，目前只能继电保保护其的保护内容已经不仅限于过电压、过电流、欠电压、短路等影响电能使用的保护，其中也包括电力系统的电磁干扰进行维护，其综合功能已经趋于完善，其中包括电能测量技术、plc控制等等较为先进的自动化技术。继电保护技术中与其他学科的渗透性较为明显，为了控制电力系统中电流的大小，特别的研究出了自动限流器，当限流超过测量仪器所规定的限制以后，自动限流器会将警报信息发送至电力系统

21、监控中心，而后根据监控中心的反馈信息对电力系统进行相关的安全控制。事实上，自动继电保护的应用范围比较广泛，但是由于其应用场合不同，其中所采用的技术手段也具有一定的差异，如限压器、限流器、距离感应继电器、数字量度继电器等等，其保护技术不断朝着集中化以及智能化的方向发展，不仅能够对电能生产、分配进行相关的维护，也能够在电力运输以及用户使用的过程中起到一定的价值作用。下面所要介绍的自动重合器就是保护电路线路的一种自动保护装置，但是在电能运输过程中也需要对雷击进行防护，此时可以采用自动感应的装置或做好线路的接地防护工作。2.2.2 智能化自动重合器的研究 智能化自动重合器一般适用于运输线路的保护，其原

22、因在于运输线路中的故障均具有瞬时性的特点，多是受到外界电流电压的干扰后，才会迫使电路断开。智能化自动重合器主要作用就是在线路故障已经排除的基础上，将因故障而开启的断路器进行重新连接，减少暂态的的时间，继而减少电路运输过程中无价值停电的现象。自动重合器仅适用于架空线路中的“瞬时”故障，即架空线路受到外界干扰且在电源切断后的短时间内能够自我恢复，如果遇到架空线路遇到永久性故障，则自动重合器就无法将电能继续投入使用。另外，如果自动重合器不能够智能的判断瞬时性故障以及永久性故障的类别，则就可能导致自动重合器重复动作，或者会影响到断路器的性能，致使事故的扩大化。为了能够提高自动重合器的成功率，有时会将自

23、动重合器与其他电能检测软件进行配合使用，如在自动重合器的 plc 控制系统中加入计算机模拟分析软件以及在线故障检测的功能。当确定架空线路的类别后方可启动自动重合器，当然这需要延长自动重合器的响应时间，为了提高处理架空线路故障类别判断的准确性，当自动重合器将电能投入使用以后，智能监测控制系统应该对电能的二次回路以及单相线路进行智能的检测，以确保架空线路电能供应的稳定性。2.3 自动化控制电力保护装置的研究 目前，多数自动电力系统保护装置的制作厂家已经提出了过程层网络配接的方式，并探讨了直采直跳原则下的智能变电站继电保护网络配接方案；分析了保护装置网跳方式的可靠性及速动性；基于实际开发的集成保护试

24、验平台测试了过程总线多间隔信息共享的通信特性；并从配电变电站继电保护对数据共享需求的角度出发，评估“面向间隔”、“面向位置”设置过程总线传输采样值和通用面向对象变电站事件报文时的通信特性。同时，针对电力智能保护装置的研究也涉及到了智能故障跟踪以及电力系统自愈技术的研究，如 scada，wams，配电生产管理地理信息系统(tgis) 以及输电生产管理地理信息系统(dgis) 等实现了电网在线监测技术；广域全景分布式一体化的电网调度技术；电网模拟分析决策平台的建立。快速故障定位、隔离和系统回复技术等。2.4 变电站综合自动化系统的发展趋势 变电站自动化技术伴随着现代科学技术发展,尤其是网络技术、计

25、算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步,自动化系统以按对象设计的全分层分布式为潮流,朝着二次设备功能集成化,一次设备智能数字化方向发展同时经济性和可靠性也是变电站自动化技术发展所要考虑的实际问题。eic61850标准的实施应用,电能质量监测管理,一次设备的在线监测,以及网络安全技术,变电站综合自动化将更多地融入当今流行的各种新观念、新技术,其发展结果也使整个系统更加安全、高效、经济和可靠。总的发展趋势可从以下几个不同角度来描述:1) 系统总体结构向开放和全分散型发展。2) 子站模块设计向综合化、多功能发展。3) 通信媒介将更多地引入光纤。4) 从专用设备到总体控制平台,站内综合

26、管理向全开放式。5) 从传统控制方法向综合智能方向发展。6）从单纯的屏幕数据监视到多媒体监视。 3主保护3.1 变电站主要电气设备变电站的主要电气设备有一次设备、测量设备和二次设备。一次设备主要有母线、变压器、断路器、隔离开关、高压电抗器、电容器组等；测量设备主要有电流互感器、电压互感器等；二次设备主要有继电保护装置、安全自动装置、控制装置、综合自动化系统等。一次设备是电力系统交流电路系统的连接部件（如母线、断路器、隔离开关等），电压变换部件（如变压器）和系统参数调整部件（如高压电抗器、电容器组等），二次设备是对一次设备和电网进行监控、故障测量、保护和控制的设备，测量设备则是连接一、二次设备的

27、桥梁，它将一次设备的大电流、高电压按一定的比例转换成小电流、低电压信号供二次设备测量。常见的变电站母线接线方式母线是变压器的一次设备，变电站汇集和分配电能的任务都是有母线来承担的，它的接线方式与整个电网的结构息息相关，常见的母线接线方式主要有单母线接线、单母分段接线、双母接线、双母分段接线、双母带旁母接线和3/2断路器接线等。单母接线方式一般用在低电压变电站里，他投资小、结构简单、运行维护方便但运行可靠性不高，母线故障时所有进出线都要被断开，母线检修时所有进出线也要停运。对规模比较大的低压变电站通常采用单母分段的接线方式，将进线和出线平均分配在两段母线上，分段断路器可以分位运行也可以合位运行，

28、无论是母线故障还是检修，都只要停运一半的进出线。双母接线方式通常用在高压变电站和出线规模较大的中压变电站里，每条进出线的连接方式都可以在两条母线间进行切换，正常运行时所有进出线一般被平均分接在两条母线上，两条母线可以分裂运行（母线断路器处分位）也可以并列运行（母联断路器处合位），当一条母线故障时只有一半进出线被断开，另一半还可以正常运行，当一条母线停电检修时，所有进出线都可以转接到另一条母线上运行，因此可靠性高于单母和单母分段接线。但由于检修期间所有进出线都连于一条母线上，运行可靠性明显降低，因此，电压等级比较高的220kv变电站或规模较大的110kv变电站通常采用双母单分段接线方式。无论是单

29、母还是双母接线，当某条进出线支路的开关需要检修时，该支路就要停运，为了在开关检修期间该支路还能正常运行，就必须设置一条旁路母线。3/2断路器接线方式的母线主要用在330、500、750kv变电站里，它由两条母线构成，在两条母线之间由3个断路器的缘故，所以该接线方式被称作3/2断路器接线方式。正常运行时，两条母线都处在运行状态，任何一条母线故障被切除时，所有支路可以继续正常运行，任何一条母线停电检修时，所有支路都不需要通过隔离开关改变其接线方式，因此，该母线的可靠性非常高。3.2 变压器主保护 变压器的主保护主要有差动保护和瓦斯保护两种方案，变压器主保护一旦动作，必须瞬时跳开变压器各侧的断路器，

30、将整个变压器从系统中切除。 重瓦斯保护属于非电量保护，当变压器油箱内部发生严重故障时，强烈的电弧使变压器油分解产生大量的瓦斯气体，瓦斯气体推动变压器油冲击安装于变压器顶部的重瓦斯继电器挡板引起继电器动作，因此，一旦重瓦斯保护动作，说明变压器油箱内一定发生了严重的故障，必须瞬时跳开变压器各侧的断路器将变压器从系统中切除。差动保护属于电气量保护，它通过测量变压器输入电流的关系来测量变压器的内部故障。差动继电器是差动保护的核心部件，励磁涌流判据、ta饱和判据、过励磁判据、ta断线判据等是保证变压器差动保护在区内故障时可靠动作、区外故障时有良好选择性的重要辅助判据。若ta断线闭锁差动保护的定值可整定，

31、则投入ta断线闭锁差动保护功能；若此值不可整定，则不投入。ta断线开放查点门槛值一般整定为1.1is。3.3 主变保护 主变压器是电力系统中的重要供电设备 ，其安全性能直接影响整个供电系统及电网的安全性 ，因此 ，必须要采取切实可行的措施 ，加强对主变压器的保护与控制。通过传感器技术实时采集主变设备相关数据，采取瓦斯保护、变压器相关侧过流保护等措施，实时监测主变运行状态 ，并自动进行保护调整。3.4 220kv电压等级的变压器保护配置要求每台变压器必须配置两套独立的主、后备一体的电气量保护装置和一套独立的非电量保护装置。主后备保护装置的配置要求为：（1） 主保护：纵差保护、不需整定的能反映轻微

32、故障的故障分量差动保护（零序分量、负序分量、变化量差动保护）。（2） 高压侧后备保护：复合电压闭锁过电流（方向）保护、零序过电流（方向）保护、间隙零序过电流保护、零序电压保护、过负荷保护。（3） 中压侧后备保护：复合电压闭锁过电流（方向）保护、限时速断过电流保护、零序过电流（方向）保护、间隙零序过电流保护、零序电压保护、过负荷保护。（4） 低电压分支后备保护：过电流保护、复合电压闭锁过电流保护、过负荷保护。3.5 220kv 变电站主变保护双重化保护技术配置原则在选择可靠的主变保护运行方式方面，在实际使用中可根据电网实际运行情况,除非电量保护必须投跳外,应选择合理、可靠的主变保护运行方式。要严

33、格执行继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则中有关保护规定,提高保护抗干扰能力。提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。坚持智能化与科学化原则，集中监测与远方调度功能，220kv 变电站主变保护双重化保护系统的数据采集与控制单元直接安装于开关柜内，采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量，省掉电量变送器，有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。220kv 主变压器应采用两套独立的主保护,每套主保护均应配置完整的后备保护,同时必须保证两套主、后备保护在交、直流回路上的独立性。正常运行方式下,

34、两套独立的主保护宜同时投入。4电力系统继电保护4.1 电力系统继电保护概述 电力系统运行过程的不确定性，使发生故障和出现不正常运行状态在所难免，因此需要继电保护来实现对一次系统的运行状态进行监视、测量、控制、保护。继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统。电力系统继电保护的基本任务是：1）自动、快速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，保证其他无故障元件部分迅速恢复正常运行。2）反应电力设备的不正常运行状态，并依据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。 输电线路、母线。变压器是构成电力系统最基本、最主要的一次电气元件，本章将从这

35、三种元件对保护功能、保护配置的基本要求出发，着重介绍输电线路、母线、变压器成套保护装置的功能配置和基本保护原理，以帮助读者全面地理解电力系统继电保护的基本思路。4.2 瓦斯保护在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护

36、。 气体继电器构成和动作原理瓦斯保护是变压器内部故障的基本保护，它的主要器件是瓦斯继电器，安装的位置在油箱与油枕之间的联接管道中。为了能使该变压器内部积聚的气体经过与瓦斯继电器联接的管道，并顺利流入油枕，根据变压器安装的相关规程规定，应当把变压器靠油枕一侧的位置垫高，使变压器的大盖沿瓦斯继电器的方向上高出有11.5的升高坡度，另一个是变压器油箱到油枕联接管的坡度为24(这个坡度是由厂家制造好的)。变压器大盖坡度要求在安装变压器时从底部垫好。这2个坡度都是为了防止在变压器内贮存空气以及故障时，便于使气体迅速可靠地冲人瓦斯继电器，保证瓦斯继电器灵敏的动作。见变压器安装示意图4-l。图4-1 气体及

37、电器安装示意图1气体继电器；2油枕 瓦斯保护的原理及接线当变压器油箱内部发生相间、层间或匝间短路故障时，伴随有电弧产生，或某些部件严重发热，导致油箱内绝缘油和其他绝缘材料受热分解并产生挥发性气体(即瓦斯)。因为气体比油轻，气体就会很快上升到变压器的最高部分一油枕内。在严重故障时，大量气体会产生很大的压力，使油迅速向油枕流动。根据这一特性，我们可以通过变压器油箱内的气体或油，向油枕方向流动的情况，来判断变压器内部故障的状态。利用这些性质构成的变压器保护称为瓦斯保护，在瓦斯保护装置中，反应这些特性的基本器件是瓦斯继电器。在变压器正常工作时，瓦斯继电器的容器内一般是充满变压器油的，它的两对灵敏水银触

38、点是断开的。如果变压器内部出现轻微故障，则因油分解而产生的气体聚集在容器的上部时，此时迫使油面下降，使上面一对水银触点闭合，接通信号回路，发出报警信号，即继电器轻瓦斯动作。如果变压器内部发生严重故障，将会产生强烈的气体，并出现变压器油的涌浪，迫使油猛烈地由油箱进入油枕，通过联接管道的时候，要经过瓦斯继电器，这时强大的油流冲击瓦斯继电器的挡板，使下面一对水银触点闭合，接通跳闸回路，切断与变压器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用，即继电器重瓦斯动作。线路如图4-2所示。特别要注意，在新装或大修的变压器在加油滤油时将空气带入变压器内部，不能及时排出，当变压器运行后油温逐渐上升，形成油的对流，内

39、部贮存的空气逐渐排出，有可能使瓦斯继电器动作。瓦斯继电器动作的次数与变压器内部贮存的气体多少有关。遇到上述情况时应根据变压器的音响、温度、油面以及加油、滤油工作情况来综合分析，如变压器运行正常可以判断为进入空气所造成的。否则要取气做点燃试验，进一步判断变压器内部是否有故障。运行经验证明，瓦斯继电器比差动继电器能更灵敏地反映变压器内部故障，特别对于匝闯短路，其灵敏度高于其它任何保护。但瓦斯保护不宜整定得过于灵敏，避免误动作。 图4-2 瓦斯保护原理接线图4-2瓦斯继电器，上面的触点为轻瓦斯保护，它由上浮筒或上开口杯控制，动作后仅给出信号；下面的触点为重瓦斯保护，由挡板或下开口杯控制，动作后经信号

40、继电器2给出信号，同时启动出口继电器4，继电器4的触点闭合，并通过本身的电流线圈自保持，知道断路器跳闸为止。考虑到瓦斯继电器的下触点在不稳定油流的冲击下可能发生振动，或短时闭合的状况，所以加上了自保持回路，以保证在这种情况下也能可靠的动作与跳闸。跳闸完毕后，由断路器的辅助触点将自保持回路切断。转换开关3是用来将重瓦斯保护转换到仅动作与信号的位置。4.3 变压器纵联差动保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。 变压器纵联差动保护原理；变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。纵差保护在发电机

41、上的应用比较简单，但是作为变压器内部故障的主保护，纵差保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护，所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将很大，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据kcl基本定理，即当被保护设备无故障时恒有：，即各流入电流之和必等于各流出电流之和。当被保护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新的端子，但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流，所以纵差保护的动作判据应改写为： （4-1） 式中差动回路的差动电流； 总差保护的最大不平衡电流。 对于双绕组和三绕组变压器，实现纵差保护的原理接线图如

42、图4-3所示：图4-3 双绕组变压器接线图以双绕组变压器为例说明纵差保护原理。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此为了保证纵差保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等例如在图4-3中应使： （4-2） 或 （4-3） 式中：高压侧电流互感器的变比 低压侧电流互感器的变比 变压器的变比 变压器高压侧一次电流 变压器低压侧一次电流 高压侧电流互感器二次电流 低压侧电流互感器二次电流 纵差保护动作判断用下式表示： （4-4） 式中：纵差保护动作整定电流。当变压器正常运行及故障时，。即： 此时差电流小于动作整定电流，保护不动作。当变压器内

43、部故障时，继电器反应两侧电流之和，此时差电流大于动作整定电流。保护动作对于纵差保护动作判据中的 ，要按躲过外部短路时最大短路电流对应的最大不平衡电流整定，这时数值较大，如图4-4中直线1所示，直线以下为制动区，直线以上为动作区。如果内部短路电流较小，则差动电流的值小于最大不平衡电流， 该点处于直线1以下(制动区)，保护不动作，这时保护的灵敏度不能满足要求。由于变压器纵差保护的不平衡电流随一次穿越电流的增大而增大，因此，利用该穿越电流产生制动作用使动作电流随制动电流而变化，这样在任何内部短路情况下动作电流都大于相应的不平衡电流，同时又具有较高的灵敏度。基于此，人们提出了带有制动特性的纵差保护，如

44、图4-4：曲线2所示曲线以上为动作区，曲线以下为制动区。动作特性曲线2与直线1相比，图中阴影部分能够正确动作。图4-4 纵差保护动作曲线事实上，外部发生短路故障时，因为外部短路电流大，特别是暂态过程中含有非周期分量，电流使电流互感器的励磁电流急剧增大，而呈饱和状态，使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致，而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能够可靠制动。一般地运用纵差保护原理能可靠地区分区内外故障，并有相当高的灵敏度，这也是电力系统主元件往往采用纵差保护的原因。但对变压器来说情况有一些特殊性，在变压器合闸时，在变压器的一侧产生很大的电流

45、，使得空载电流增加到正常状态的6-8倍，形成所谓的励磁涌流，励磁涌流属于正常工况下的电流，保护装置不应动作，但它却是差电流，因此在变压器保护中必须鉴别出励磁涌流的状况，防止在这种情况下保护误动，这是变压器保护的重点和难点所在。另外，由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电流，使纵差保护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差保护的正确灵敏动作，必须对其回路中的不平衡电流进行分析，找出产生的原因，采取措施予以消除。4.4 零序过电流保护 在大接地电流系统，为防止母线和引线上的接地短路

46、，在三侧都有电源而中性点接地的变压器上，一般装设零序过电流保护，作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。零序电流继电器的整定，对于高压及中压侧均直接接地的三绕组普通变压器，高中压侧均应装设零序方向过电流保护，方向指向本侧母线。（1） 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护第段或第段或快速主保护相配合。 （4-5）式中段零序过电流保护动作电流（二次值）； 零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值； 可靠系数，取1.1；与之相配合的线路保护相关段动作电流（二次值）。（2） 段零序过电流继

47、电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护的后备段相配合。 （4-6） 式中段零序过电流保护动作电流（二次值）； 零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护后备保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大值； 可靠系数，取1.1；与之相配合的线路零序过电流保护后备段的动作电流（二次值）。（3） 灵敏度校验： （4-7）式中：3为段（或段）保护区末端接地短路时流过保护安装处的最小零序电流（二次值）；为段（或段）零序过电流保护的动作电流，要求。4.5 过负荷保护变压器的过负荷，在大多数情况下是三相对称的。所以过负荷保护只须用一个电流继电器接于一相电流即

48、可。为了防止外部短路时不误发过负荷信号，保护经延时动作于信号。过负荷保护的动作电流，按躲过变压器的额定电流整定，即 (4-8) 式中可靠系数，取1.05 返回系数；取0.85变压器过负荷保护的动作时限比变压器的后备保护动作时限大一个t。5输电线路保护5.1 输电线路保护的配置原则在超高压电网中，常用的母线接线方式有双母线接线和3/2断路器接线，这两种母线对保护的配置要求是不同的。1）双母线接线方式对保护配置的要求输电线路应按双重化配置成套保护装置，成套保护要包含完整的主、后备保护功能并单独组屏。两条母线要配置统一的母差保护，母联断路器要配置母联保护，所有的断路器都要配置断路器失灵保护，母差保护

49、功能、母联保护功能和断路器失灵保护功能要在同一台母线保护装置里实现，母线保护装置要按双重化进行配置并单独组屏。2）3/2断路器接线方式对保护的要求输电线路应按双重化配置保护装置，每套保护要包含完整的主、后被保护功能并单独组屏。两条母线都要配置独立的母差保护装置，每个断路器都要配置独立的断路器失灵保护及重合闸装置，断路器之间的连接还要配置短引线装置。所有保护装置均采取双重化配置并单独组屏。在这种接线方式中，由于输电线路保护动作时要同时切除边断路器和中断路器，而重合闸时又要先合边断路器，待边断路器合闸成功以后才能合中断路器，因此重合闸功能的实现方式与双母线接线方式不同。另外，由于每一串有两个边断路

50、器和一个中间断路器，如果再由母线保护装置来实现断路器失灵保护功能的话，在配置时就不太顺畅了，因此对这种接线方式专门设计独立的断路器失灵保护装置来实现重合闸功能和断路器失灵保护功能，每个断路器配置一个断路器失灵保护装置。5.2 对成套线路保护装置的功能要求一套成套线路保护装置必须包含下列功能：（1） 纵联保护（纵联方向、纵联距离、纵联电流差动）。（2） 相间距离和接地距离保护。（3） 零序电流保护。（4） 重合闸功能（可选）。（5） 三相不一致保护（可选）。 纵联保护是成套线路保护装置的主保护，纵联保护的种类主要有纵联方向、纵联距离、纵联电流差动三种类型，成套线路保护装置通常按主保护类型命名。5

51、.3 输电线路保护对电流、电压方向的规定所有输电线路保护的原理都是依据电流幅值的变化或电流、电压之间相位关系的变化来区分区内故障和区外故障，因此必须明确规定电流、电压的正方向。电流的正方向规定为从母线流向被保护的线路，电压的正方向规定为从母线指向中性点。对安装在同一条输电线路两侧的保护来说，其电流的正方向流向是相反的。6 纵联方向（距离）保护距离保护是通过测量故障点到保护安装处之间的距离来判断区内，区外的故障，保护范围末端y到保护安装处之间的距离称作距离保护定值，当故障点k到保护安装之间的距离小于定值时就判定为区内故障，保护就动作，反之则判定为区外故障，保护就不动作。对输电线路来说，由于单位长

52、度的阻抗基本上是一定的，线路阻抗与线路长度成正比，因此，可以用阻抗来表示距离，短路点到保护安装处之间的距离就可以用短路点到保护安装处之间的阻抗来表示，于是，距离测量问题就转换变成了阻抗测量问题。阻抗继电器是距离保护的核心元件。阻抗继电器的阻抗测量公式为： = （6-1）6.1 纵联方向（距离）保护概述纵联方向（距离）保护就是在输电线路两侧的保护装置中配置一对能测量故障正，反方向的继电器，当故障发生在统一规定的正方向上时正方向继电器动作，反之则方向继电器动作，再借助于通信的手段，让两侧的保护装置都可以知道对侧方向继电器的动作情况并以此为依据来判断区内故障或区外故障。当故障在区内时，两侧的正方向继

53、电器都动作，反方向继电器都不动作，于是两侧的保护都发跳闸命令将故障线路从系统中切除，反之则两侧的而保护都不发跳闸命令。纵联方向（距离）保护由故障方向测量继电器、通信通道和通信收发信机三部分构成，通信通道的类型主要有电力载波通道、微波通道、导引线通道和光纤通道等。电力载波通道是电力系统中广泛使用的一种通道类型，它使用输电线路作为通信信号的传输介质，不需要另外再设立专门的通信通道，它的工作频率为50400khz，由于该频率区域属于高频区域，故电力载波通道又称高频通道，由电力载波通道构成的纵联方向（距离）保护又称作高频保护。微波通道以微波作为线路两侧保护交换信息的通道，由于通信距离受地形、地貌的影响

54、比较大，在电力系统中实际没有推广使用过。光纤通道以光纤代替输电线路来传输高频信号，在光纤通信技术广泛用于电力系统以后得到了一定程度的使用。导引线通道设立专门的通信导线代替输电线路来传输高频信号，曾经用于短线路纵联方向（距离）保护，后来随着光纤通道的普及，已逐渐被光纤通道替代。在纵联方向（距离）保护系统中，两侧保护间传送的信号有闭锁信号和允许信号之分，使用闭锁信号时，相应的保护称作闭锁式保护，使用允许信号时，相应的保护称作允许式保护。 6.2 纵联方向（距离）保护的故障判别原理 纵联方向（距离）保护在每条输电线路的两侧的保护装置中各配置一对正、反方向继电器。对闭锁式保护，它让正方向元件动作或反向

55、动作的一侧一直发高频信号的收发信号机采取单频制，即只要通道上有高频信号，两侧的收信机都能收到，而不管是由于本侧发出的还是由对侧发出的，于是，pn线路两侧的保护都发不出高频信号，也都收不到高频信号，因此都能跳闸，故障被切除，而mn线路两侧的保护中至少有一侧的保护要发高频信号，因此，两侧的保护都能收到高频信号，都不能跳闸，线路继续正常运行。6.3 纵联方向（距离）保护的方向继电器纵联方向保护的方向继电器由工频变化量方向继电器和零序方向继电器共同构成，工频变化量方向继电器能保护各种类型的短路故障，零序方向继电器只能保护接地短路故障，这两种继电器都没有可以整定的保护范围，为了使纵联方向保护的保护范围能覆盖线路全长。工频变化量方向继电器和零序方向继电器通过“或”逻辑构成正、反方向继电器。纵联就保护的方向继电器由距离保护的方向阻抗继电器构成，因为方向阻抗继电器是可以判别故障点的正、反方向的。方向阻抗继电器保护范围可以鉴定，一般将距离保护段的定值作为纵联保护的方向阻抗继电器定值，以确保纵联距离保护的保护范围能覆盖线路全长。由于阻抗继电器在系统震荡时可能会误动，因此纵联距离保护也要采取震荡闭锁措施，这一点跟距离保护是一样的。7母线保护7.1 母线保护的功能配置要求在超高压电网中，常用的母线接线方式有双母线接线和3/2断路器接线，这两种母线对保护的功能配置要求是不同