第6章 中压系统继电保护

1、第6章 中压系统继电保护 1）继电保护的主要目的，是避免系统因故障而发生不可逆的损坏，并限制故障的影响范围。 2）一个系统能否承受故障能量的冲击，不仅取决于故障形式与强度，还取决于保护措施的效果。第1节 故障与保护6.1.1 故障与不正常运行状态 故障：发生了损坏系统或中断工作的事件。 不正常运行状态：已有损坏系统或中断工作的迹象、但还不至于立刻产生后果的事件。 在不致引起混淆时，有时统称“故障”。6.1.2 保护的目的、种类与要求 1、目的 对不正常运行状态：发出警告，提示排出故障苗头，或进行一些自动操作来纠正不正常运行状态。 对已发生的故障，及时切除，以避免系统受到损坏，同时保证系统非故障

2、部分正常运行。 2、种类 以上几种继电保护分类方法经常同时出现，一定不能混淆。 例：“用电流速断保护作变压器短路保护的主保护”，就用到了按保护自身特征、按被保护对象、按故障和按地位四种标准的分类。 例：术语“过电流保护”，既可能是按故障的分类，也可能是按保护自身特征的分类。 3、基本要求四性 1）可靠性：不误动、不拒动。 2）快速性：尽快切除故障。 3）选择性：只切除故障元件。 4）灵敏性：对保护范围内最小强度故障也能感知。 6.1.3 保护的核心技术 保护的核心技术是故障判别判别是否发生了故障、发生了何种故障、何处发生了故障。 故障判别的依据：正常与故障状况下，某些电气参量在量值、特征或组合

3、特性上的差异。 对差异的要求：显著性、特异性。 第2节 保护用继电器简介 继电器是一种二次系统器件，是继电保护的核心元件。 6.2.1 概述 1、对保护用继电器的认识 继电器可分为测量继电器和有/无继电器。 1）从功能角度理解，是一种测量和逻辑元件。 （1）输入：被判断的对象，一般为模拟量。 （2）输出：判断的结果，一般为数字量。 （3）整定值：判断的依据，又称动作值。继电器输入输出整定 2）从电路的角度理解。基本的继电器是一个二端口网络。 （1）输入端口，又称线圈，有高阻（电压线圈）与低阻（电流线圈）之分。继电器输入端口输出端口输出触点输入线圈 （2）输出端口，又称触点，有多种形式，基本的有

4、动断与动合两种。 2、继电器的动作 厘清以下3组术语的区别与联系： 吸合与释放 闭合与断开 动作与返回 吸合：电磁系统衔铁（动舌片）因电磁力吸引作用增大而产生动作。 释放：电磁系统衔铁（动舌片）因电磁力吸引作用减小而回复到原始状态的动作。 闭合/断开是针对输出回路（触点）而言的。 继电器因输入参量越过整定值而发生触点状态的变化，叫做继电器动作。 输入参量重回整定值以内而发生触点状态的变化，称为继电器返回。 3、继电器整定 继电器的动作值属于本构参数，虽可以在一定范围内调节，但一旦调整确定后，就成为继电器本身的特性，不随运行状态更改。 确定继电器动作值的过程，叫做继电器的整定。 6.2.2 电磁

5、式继电器原理结构与特性输入线圈输出触点1234675M电磁力矩动作特性电磁力矩返回特性弹簧力矩动作与返回特性M 继电特性：一旦动作，绝不回头；动作完毕，状态稳定。 继电器的传输特性滞回特性 表示滞回环特性的一个重要参数是返回系数Kre。IoIIiIoiI返回特性动作特性reIIop继电器oprereIIK 式中，Iop为动作电流，Ire为返回电流。一般电磁式过电流继电器为0.87左右。机电型保护继电器机电型保护继电器文字符号：文字符号： K，KA图形符号：图形符号：I输入线圈输入线圈输出输出触点触点动合动合触点触点动断动断触点触点电磁式电流继电器实物图片电磁式电流继电器实物图片电磁线圈电磁线圈

6、及电磁铁及电磁铁动静触点动静触点6.2.3 感应式反时限继电器简介 1、功能与原理结构反时限部分输入电流速断部分整定机构+输出触点状态231一个组合继电器，由反时限和速断部分组成。两部分各自的判断结果以逻辑“或”运算作为继电器的输出。 整定机构共有三个整定值两个电流整定值，一个时间整定值。第3节 电流保护装置的工作原理与接线方式 6.3.1 工作原理 保护装置属于二次系统，一般由以下几个功能单元构成。测量部分逻辑部分执行部分输入一次系统参量 测量部分以测量继电器整定值为依据，以逻辑判断的形式给出对一次参量测量结果。 逻辑部分由测量继电器的输出开始，到发出动作指令为止，包括逻辑运算、延时等。 执

7、行部分驱动开关跳闸，或发出信号。TA2TA1YRKMKSKTKA2KA1-信号+L3L1L2QFQF-KA2KA1TA2TA1KTKMYRKSKA1KA2KTKMQFFUKS信号集中表示法分开表示法直流操作的继电保护测量部分逻辑部分执行部分TA1TA2KA1KA1KA2KA2YCT1YCT2KA1KA2交流操作的继电保护6.3.2 互感器与继电器的接线方式 （1）一次系统上互感器的设置及其相互连接； （2）测量继电器的设置及其相互连接； （3）互感器二次绕组与测量继电器输入回路间的相互连接。 一次系统电气参量进入继电保护装置的路径： 一次系统线路或母线 互感器一次绕组 互感器二次绕组 测量继电

8、器输入线圈 1、接线系数K 表明进入继电器的电流IR与互感器二次绕组电流I2CT之间关系。CT 2RIIK 2、互感器一次电流I1CT与二次电流I2CT间按变比Ki变换，即i 1iCT 1CT 2/KIKII 因此，继电器测量电流与一次电流之间关系为Ri1i1CT 2RIKKIKIKIKI，或 3、常见接线方式与接线系数 1）三互感器三继电器完全星形接线。IIIUVWUIIVIWwIvIIu 接线系数恒为1。 2）两互感器两继电器不完全星形接线。uIIwWIVIIUWVUII 小接地系统： 三相与任意两相短路时，接线系数均为1； 大接地系统： U、W相单相短路时，接线系数仍为1 V相短路时，接

9、线系数为0。 3）两相电流差接线。三相短路：UV、VW相短路：UW相短路：3)UVW(K1)VW()UV(KK2)UW(KIUVWUIIVIWwIIuRIIuwIIR=uIIw-uwuIIIIIKCT2R 4）三相电流和接线。uIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIR 三相和两相短路时，接线系数为0。 第4节 线路相间短路的电流三段保护 6.4.1 电流速断保护 6.4.2 定时限过电流保护 6.4.3 限时电流速断6.4.1 电流速断保护 1、整定原则：确保快速性和选择性，即 1）无延时动作：动作时限 t=0。 2）选择性动作：按躲过下一级出口处最大短路电流整定保护动作值 一次动作电流

10、要求为，Bmaxk1op II引入可靠系数Krel，有：Bmaxkrel1opIKI折算到继电器，因Bmaxkirel1RopIKKKI故继电器的动作电流为：i1RKIKIlABGQF1QF2WL-1WL-2WL-11WL-12WL-21MNIk max Bk min BIop 1Ik max AIIk min A保护1保护2Ik上级下级死区 2、保护死区及灵敏性校验 下级电网首端与上级电网末端是同一位置（即B点）。要使下级首端短路时保护1不动作，则本级末端一定范围内短路时保护1也不会动作，这部分区域称为保护死区，即图中MB部分，其中NB为绝对死区，MN为相对死区。 因此，电流速断保护牺牲了灵

11、敏性，换取了快速性和选择性。保护装置动作电流路电流被保护电网首端最小短SK1op(2)AminkII 6.4.2 定时限过电流保护 1、整定原则：按可靠性和选择性要求整定。 1）动作电流整定，以不误动为原则：按躲过可能出现的最大过负荷电流整定动作值。 最大可能的过负荷电流应考虑以下三种情况。 （1）过载电流。 （2）电动机的启动电流。 （3）外部故障切除后，电动机的自启动电流。 经验证实，以上三种情况中，通常（3）是最不利情况，因此一般按（3）整定。情况（3）：保护2保护1QF2QF1KBAMMImax 1故保护1的动作值应满足：1max1re II考虑返回值与动作值的关系，有1max1opr

12、e1reIIKI 引入可靠系数，动作值整定如下1maxrerel1opIKKI1maxirerel1opi1RopIKKKKIKKI Imax1 计算与自启动电动机容量占总负荷的比例、自启动方式、电动机类型的很多因素有关，取值范围一般为计算电流的1.54倍。 2）动作时间整定，以保证选择性为原则 2、灵敏性校验 1op(2)BminkSIIK 过电流保护的灵敏性通常是很高的。因此可以认为，过电流保护靠牺牲快速性，换取了选择性和灵敏性。 ttt下级上级对电磁式继电器，t 一般取为0.5s。tWL-2WL-1QF2QF1BAlIWL-3QF3IICtt保护1保护2保护3定时限过电流保护时间整定结果

13、定时限过电流保护时间整定结果逐级提升逐级提升最大缺点：动作延时会逐级累积最大缺点：动作延时会逐级累积*反时限过电流保护 改进定时限过电流保护的快速性 为了在上、下级交界处的保护选择性配合，定时限III段保护的动作时间被逐级提高，使快速性变差。 所谓反时限，是指继电器动作时间与电流成反相关性。电流越大，动作时间越短。 用于线路保护，越靠近末端短路，短路电流越小，保护动作时间越长。在上、下级交界处短路，上级为末端短路，动作时间最长，下级为首端短路，动作时间最短。反时限特性示例tIRIop3op2Iop1IRRRWL-2WL-1QF2QF1BAIWL-3QF3IIltC保护1保护2保护3tt保护1保

14、护2保护3 1）动作电流整定。与定时限过电流保护整定相同。 2）动作时间整定。在下级线路首端处，上、下级反时限过电流保护在短路电流作用下的动作时间相差t。 对GL系列感应式继电器，t 一般取0.7。 6.4.3 限时电流速断 是介于电流速断与定时限过电流保护之间。 1、整定原则：确保选择性。 1）动作时间整定：定值t ，一般取0.5s。 2）动作电流整定：按躲过下级速断动作电流整定动作值。 2、灵敏性校验 与定时限过电流保护相同。下速opcoopIKI上下速opico上RopIKKKI式中，Kco为配合系数，一般取为1.1 1.2。6.4.4 电流三段保护的综合应用 电流I段：电流速断 电流I

15、I段：限时电流速断 电流III段：定（反）时限过电流 一般，I、III段保护是必须设置的，I段是主保护，III段是后备保护；若I段灵敏性不满足要求，增设II段，I、II段分别是非死区和死区主保护。 不论设置了几段保护，各保护以逻辑“或”决定断路器是否跳闸以切除故障。QF1L2L1L3+过电流动作信号限时速断动作信号速断动作信号-KA31KA32KT3KS3KA22KA21KT2KS2KA12KA11KS1电流III段保护电流II段保护电流I段保护出口KMYR+KS0+KA0-+-单相接地保护1TA2TA0TA-电流三段保护电路（原理）图电流三段保护电路（原理）图第6节 线路的不正常运行状态保护

16、6.6.1 过负荷保护 -QFL2L1L3+信号-KAKTKSTA 整定原则为：按躲过计算电流整定动作电流，动作时间一般为1015s，也可采用反时限动作特性。CiRop3 . 12 . 1IKI 1）正常运行分析NECWICVICUIL1L2L3WUUVUUWVUUUEUUVVEUUWWEUU240CW120CVUUECUjjeIeIUCjUCjI0NEU6.6.2 小接地系统单相接地保护 正常工作时，中性点为地电位，各相对地电压为相电压，三相对地电容电流之和等于零。=VEWE=UECWCVCUCUCVCWCVCUWVU0CW 2）U相接地分析L3L2L1ICUICVICWEN(1)(1)(1

17、)GIUVWUUVUUW “U相接地”：UUE0 CWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1)(1)(1)(1)(1)150UVNEVNVE3jUeUUUUUU150UWNEWNWE3jUeUUUUUUUNUNEUUU0UEU 接地相对地电压为0，中性点对地电压升为相电压，非接地相对地电压升为线电压。CU50150U150(1)CV(1)CW(1)CVG3)3(33)(IeCjeUeIIIIjjj 是从接地点流过的电容电流，它等于非接地相对地电容电流之和，其大小等于正常时每相对地电容电流的3倍。 GICWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1

18、)(1)(1)(1)(1)CWCVVEWENEUVW-UCVGCVCWGVEWECW(1)(1)(1)(1)(1)(1) 2、多回线路系统单相接地电压电流分析回路1：接地回路。回路2、3：非接地回路。L1：接地相。L2、L3：非接地相。 N回路III回路IIEWVUC回路IL1L2L3L3L2L1L1L2L3 2、多回线路系统单相接地电压电流分析 （1）所有回路接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，但只有接地回路的接地相上有接地点。 （2）所有回路非接地相都有电容电流流入大地，大小与仅有自己单独一个回路时的接地电容电流相等。 （3）非接地回路接地相无电容电流。 （4）接地回路接地相上流

19、过所有回路的接地电流。 3、零序电流保护 （1）每一回路设置零序电流互感器，互感器变比为1:1。 （2）按躲过本线路接地电流整定动作电流。uIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIRuIIvIwWIVIIUWVUIIU V WIR架空线电缆iiIKIGrelop （3）灵敏性校验如下。iinjjiIIIKopG1GS 4、零序电压保护 使用专用的 Yn，yn，d开口电压互感器，正常工作时d开口电压等于0，系统中任一处、任一相发生接地时，d开口电压等于100V，由此可知发生了单相接地。 BW L1W L2W L3C 1C 2CTA N 1C 3TA N 2TA N 3A电 源1231.A1.B3+2+12.A2.B3.A3.BIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIcIc第7节 配电变压器保护 配电变压器主要指10/0.4kV变压器和35/11kV、35/0.4kV变压器。 变压器是阻抗集中的网络元件。 变压器高、低压侧接线端子上的故障称为外部故障，油箱或绕组上的故障称为内部故障。 整定原则与线路保护相同。 当电流速断灵敏性不满足要求时，同样可加设限时