供配电技术(第3版)第七章

1、第7章 供配电系统的继电保护 内容：继电保护的作用是防止因短路故障或不正常运行状态造成的电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，继点保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容。 重点:电力变压器的继电保护、电力线路的继电保护本章讲述继电保护的基本知识和理论，及整定计算方法。7.1 继电保护的基本知识 7.2 常用的保护继电器7.3 电力线路的继电保护7.4电力变压器的继电保护7.5高压电动机的继电保护7.6 610kV电力电容器的继电保护7.7微机保护小结思考题与习题 7.1 继电保护的基本知识 继电保护装置就是能反应供配电系统中电器设备发生的故障或异常运行状态,并能动作于

2、断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置。7.1.1 继电保护的任务 1自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除， 使其它非故障部分迅速恢复正常供电。 2正确反应电器设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便运行 人员采取措施，恢复电器设备的正常运行。 3与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置，备用电源自动投 入装置等）配合，提高供配电系统的供电可靠性。 7.1.2 继电保护的分类电力系统中的电力设备和电力线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设电力系统中的电力设备和电力线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和电力线路短路故障应有主保护和后备保护，必要时

3、可增设辅助保护。备和电力线路短路故障应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。1主保护主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。路故障的保护。2后备保护后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为近后备保后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为近后备保护和远后备保护两种方式。护和远后备保护两种方式。（1）近后备保护是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；）近后备保护是当主保护拒动时，由该电

4、力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备的保护。当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备的保护。（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备的）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备的保护。保护。3辅助保护辅助保护辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。简单保护。4异常运行保护异常运行保护异常运行保护是反应被保护设备或线路异常运行状态的保护。异常运行保护是反应被保护设备或

5、线路异常运行状态的保护。 7.1.3 继电保护的要求1.可靠性 继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态，要准确 动作，不应该拒动作；发生任何保护不应该动作的故障或不正常运行状 态，不应误动作。如图7-1所示系统K点发生短路，保护3不应该拒动作， 保护1和保护2不应该误动作。 2.选择性 当供配电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障设备，使 停电范围最小，保证系统中无故障部分仍正常工作。 4.速动性 发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高 电力系统的稳定性。3.灵敏性 灵敏性是指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行状态的反应能

6、 力。 在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如 何，保护都应正确动作。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量，灵敏度愈 高，反应故障的能力愈强。 灵敏度Ks按下式计算： 7.1.4 继电保护的工作原理 供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变，利用上述状态参量故障时与正常时的差别，可分别构成电流保护、电压保护、方向保护，利用线路始端测量阻抗降低和两侧电流之差还可构成距离保护和差动保护等。继电保护的种类很多，但其构成基本相同，继电保护装置主要由测量比较单元、逻辑判断单元和执行输出单元三部分组成，如图7-2所示。 图7-2继电保护装置的构

7、成框图1.测量比较单元 测比较单元测量被保护设备的某状态参量，和保护装置的整定值进行比较，根据比较结果，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。常用的测量比较元件有过电流继电器、低电压继电器、差动继电器和阻抗继电器等。2.逻辑判断单元逻辑判断单元根据测量比较单元输出逻辑信号的大小、性质、先后顺序、持续时间等，按一定的逻辑关系判断故障量，确定是否应使断路器跳闸、发出信号或不动作，输出相应信号到执行输出单元。3.执行输出单元执行输出单元根据逻辑判断单元的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸、发出报警信号或不动作。 7.1.5继电保护技术的发展 随着电力系统、电子技术、计算机技术和通信技

8、术的发展，继电保护技术也得到快速发展。继电保护也从电磁式、感应式或电子式继电器构成的模拟保护发展到以微机保护构成的数字保护。电磁式或感应式继电器构成的模拟保护，虽然结构简单、价格低廉，但难以满足系统可靠性对保护的要求，主要表现在：（1）没有自诊断功能，元件损坏不能及时发现，易造成严重后果。（2）动作速度慢，一般超过0.02s。（3）定值整定和修改不便，准确度不高。（4）难以实现新的保护原理或算法。（5）元件多、体积大、维护工作量大。微机保护构成的数字保护充分利用和发挥微型控制器的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，克服模拟式继电保护的不足，获得更好的保护特性和更高的技术指标。微机保护的

9、发展还是近50年的事，上世纪60年代末，70年代初美国、澳大利亚等国学者开始研究微机保护，我国70年代末也开始研究微机保护，1984年原华北电力学院研制成功输电线路微机保护装置，其后微机保护得到迅速发展，80年代末微机保护开始得到工业应用，以后微机保护由初期的微机继电器发展到以保护为核心的具有多种综合功能的微机保护和测控装置。目前国外和国内很多厂商生产此类产品，如通用电气公司生产的数字配电继电保护系统（Digital Distribition Protective Relaying System）、BBC公司生产的微机配电保护系统（Microprocessor-based Distributi

10、on Protection System）、ABB公司生产的微机配电保护装置（Circuit-shield Distribution Protection Unit）、南京自动化研究院生产的ISA-1微机保护装置、许继电气公司生产的WBK-1型微机保护装置，等等。这类微机保护装置一般都具有测量、保护、重合闸、事件记录、通讯和自检等功能。我国20世纪90年代已开始大量使用微机保护。目前，电力系统已全部实现微机保护，一般用户供配电系统仍使用以继电器保护为主的模拟保护，现代大型用户都采用微机保护，新建的用户供配电系统一般选用微机保护。微机保护的工作原理与继电器保护的工作原理基本相同或相似，只是实现的

11、方法不同。所以，本章内容仍以讲述继电器保护为主，微机保护为辅。 7.2 常用的保护继电器 保护继电器的种类： （1）按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式 等继电器； （2）按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方 向继电器、气体继电器等； （3）按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器， 如过电流继电器、欠电压继电器； （4）按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电 器、信号继电器和中间继电器等。 常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器。7.2.1 电磁式继电器 1.电磁式电流继电器 （1）DL电磁式电流继电器 内部结构如图7-3，内部接

12、线图和图形符号如图7-4。 文字符号：KA 图7-4 DL电磁式电流继电器的内部接线图和图形符号 图7-3 DL电磁式电流继电器的内部结构图1-线圈2-电磁铁3-Z形铁片4-静触头5-动触头6-动作电流调整杆7-标度盘8-轴承 9-反作用弹簧 10-轴 （2）结构和工作原理 使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.kA 表示。 使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用 Ire.KA 表示。 继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即 电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85（3）动作电流的调节 调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种： 改变调

13、整杆6的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节。 改变继电器线圈的连接。当线圈由串联改为并联时，继电器的 动作电流增大一倍，进行级进调节。2.电磁式电压继电器（1）文字符号和图形符号 文字符号：KV（2）结构和工作原理 与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅 是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器 的二次绕组并联。 电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种。过电压继电器的 返回系数通常为0.8；欠电压继电器的返回系数通常为1.25。 3.电磁式时间继电器 时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满 足选择性要求。 （1）文字符号和图形符号 文字符号

14、：KT （2）结构和工作原理 由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组 成。 （3）动作时限调整：通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的行 程获得。4.电磁式信号继电器 信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同 时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。 （1）文字符号和图形符号 文字符号：KS 5.电磁式中间继电器 中间继电器在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量 的不足。（1）文字符号和图形符号 文字符号：KM 7.2.2 感应式电流继电器 GL型感应式电流继电器的内部结构如图7-8所示，它主要由两个系统构成：感应系统和电磁系统。其内部接线图

15、和图形符号如图7-9，文字符号也是KA。 图7-9 GL-10，GL-20型感应式电流继电器内部接线图和图形符号图 图7-8 GL型感应式电流继电器的内部结构图1-线圈 2-电磁铁 3-短路环 4-铝盘 5-钢片 6-铝框架 7-调节弹簧8-永久磁铁 9-扇形齿轮 10-蜗杆 11-扁干 12-触头 13-时限调节螺杆14-速断电流调节螺钉 15-衔铁 16-动作电流调节插销 2.结构和工作原理 感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。 反时限动作:继电器线圈中的电流越大，动作时限越短。 速断动作:继电器线圈中的电流增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁将 衔铁瞬时吸下。 感应式电流继

16、电器的这种有一定限度的反时限动作特性，称为“有限反时限特性”。 3.动作电流和动作时限的调节 (1)继电器的动作电流的调节 用插销16改变线圈抽头（匝数）进行级进调节；也可以用调节弹 簧7的拉力进行平滑调节。 (2)继电器的动作时限的调节 用螺杆13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节。继电器速断电 流倍数可用螺钉14改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节。7.3 电力线路的继电保护 7.3.1 电力线路的常见故障 1.常见故障： 相间短路、单相接地、过负荷。 2.保护配置： 配置相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。 电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作 于断路器跳闸，作为

17、相间短路的保护。 电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零 序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。 可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。7.3.2 电流保护的接线方式和接线系数 电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二 次绕组的连接方式。为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系 数Kw，它是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的 比值，即 1.三相三继电器接线方式 三相三继电器接线方式又称完全星形接线。它能反应各种短路故障， 流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任 何短路情况下均等于1,即K

18、w=1。这种接线方式主要用于高压大接地电 流系统，保护相间短路和单相短路。 2.两相两继电器接线方式 两相两继电器接线方式又称不完全星形接线。由于B相没有装设电流互 感器和电流继电器，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接 线系数在各种相间短路时均为1。 此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。3.两相一继电器接线方式 流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差， 因此又称两相电流差接线。 A、C两相短路时，KW=2，；A、B或B、C两相短路时，KW=1；可反应各种 相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同，主要用 于高压电动机的保护。7.3.3 过电流保

19、护 当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。由于采用的继电器不同，其时限特性有两种：由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。1.过电流保护的接线和工作原理（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理 2.保护整定计算 过电流保护的整定计算有动作电流整定，动作时限整定和灵敏度校验 三项内容。（1）动作电流整定 过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件： a.正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次

20、侧的动作电流 Iop1应大于线路的最大 负荷电流IL.max（正常过负荷电流和尖峰 电流），即 Iop1IL.max b.保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置,即保护装置一次侧的返回 电流Ire1大于线路的最大负荷电流IL.max（应包含电动机的自起动电流）， 即 Ire1IL.max 由于过电流保护Iop1大于Ire1，所以，以Ire1IL.max整定动作电流，同时引入可靠系数Krel，将不等式改写成等式。继电器的动作电流Iop.KA为 式中,Krel为可靠系数,DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.3；Kw为接线系 数，由保护的接线方式决定；Kre为继电器的返回系数，DL型继电器

21、取0.85，GL型 继电器取0.8；Ki为电流互感器变比。 IL.max=（1.53.0）Ic 保护装置一次侧的动作电流为 （2）动作时限整定 a.定时限过电流动作时限整定 为保证动作的选择性，自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置 的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一个时限级差t，即按阶梯 原则进行整定： t1 = t2+t 式中,t为时限级差，定时限过电流保护取0.5s。 b.反时限过电流保护动作时限整定 在整定反时限过电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数（通常为10 倍）时的动作时限。为保证动作的选择性，反时限过电流保护时限整定也应按 照“阶梯原则”来确定，即上下级线路

22、的反时限过电流保护在保护配合点K点发 生短路时的时限级差为t = 0.7s。 动作时限整定具体步骤如下： a、计算线路2WL首端K点三相短路时保护2的动作电流倍数n2。 式中， 为K点三相短路时，流经保护2继电器的电流， ，Kw.2和Ki.2分别为保护2的接线系数和电流互感器变 比。 b、由n2从特性曲线2求K点三相短路时保护2的动作时限t2。 c、计算K点三相短路时保护1的实际动作时限t1，t1应较t2大一个时限级差t，以保证动作的选择性，即 d、计算K点三相短路时，保护1的实际动作电流倍数n1。 为K点三相短路时，流经保护1继电器的电流， ，Kw.1和Ki.1分别为保护1的接线系数和电流互

23、感器 变比。（3）保护灵敏度校验 过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流 进行校验。 式中，Iop1为保护装置一次侧动作电流。 )(2 . 1)(5 . 11)2(min.下级线路本级线路opKsIIK例7-1试整定图所示线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流（含自启动电流）670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限0.7s，最大运行方式时K1点和K2点三相短路电流分别为3.2kA和2.2kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为2.6kA和1.8kA。 解：1、整定动作电流 选DL-31/10

24、电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A过电流保护一次侧动作 电流为2、整定动作时限 线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护 动作时限大一个时限级差t。3、校验保护灵敏度 保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验： 线路2WL后备保护灵敏度，用线路2WL末端最小两相短路电流校验： 由此可见，保护整定满足灵敏度要求。 5 . 115. 21050106 . 287. 031)2(min.opKsIIK2 . 149. 11050108 . 187. 031)2(min.opKsIIK7.3.4 电流速断保护电流速断保护有瞬时电流速断保护和时限电流速断保

25、护两种，通称为两段式电流速断保护。多级线路的短路故障越靠近电源，短路电流就越大，危害也越大，但过电流保护的动作时限反而越长，这是过电流保护的不足。因此，GB50062-2008规定当过电流保护动作时限超过0.50.7s时，应装设瞬时电流速断保护。1.电流速断保护的接线和工作原理 2.瞬时电流速断保护的整定 （1）动作电流整定 为了保证瞬时速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即瞬时速断保护动作电流Iop1IK.max，瞬时速断保护动作电流整定值为 式中，IK.max为线路末端最大三相短路电流；Kre1为可靠系数，DL型继电器取 1.2，GL型继电器取1.

26、5；Kw为接线系数；Ki为电流互感器变比。 对GL型电流继电器 ，还要整定速断动作电流倍数，即 需要注意的是，电流速断保护的动作电流大于线路末端的最大三相短路电流，电流速 断保护存在保护死区。只能保护线路的一部分，线路不能被保护的部分称为保护死 区，线路能被保护的部分称为保护区。 （2）灵敏度校验 只能用线路首端最小两相短路电流 校验，即 0 . 21)2(min.opKsIIK例7-2 试整定例7-1中线路1WL的电流速断保护。已知线路1WL首端最小三相短路电流 为9.2kA。 解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。 （1）动作电流整定 选DL-31/50电流继电器，线

27、圈并联，整定动作电流26A。 速断保护一次侧动作电流为 （2）灵敏度校验 以线路1WL首端最小两相短路电流校验;瞬时电流速断保护整定满足要求。 所以，线路1WL瞬时电流速断保护整定满足要求。AIKKKIKiwreKAop6 .25320015012 . 1)3(max.1.AIKKIKAopwiop3900261150.10 . 205. 23900102 . 987. 031)2(min.opKsIIK例7-3 图7-22所示的10kV线路1WL和2WL都采用GL-15/10电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护。已知1TA的变比为100/5A，2TA的变比为75/5A，1WL的过电流保

28、护动作电流整定9A，10倍动作电流的动作时间为1s，2WL的计算电流为36A，2WL首端三相短路电流为1160A，末端三相短路电流320A。试整定线路2WL的保护。 图7-22 例7-3的电力线路解：线路由GL-15/10感应式电流继电器构成两相式过电流保护和电流速断保护 （1）过电流保护 动作电流 整定继电器动作电流8A，过电流保护一次侧动作电流为 由n1查GL-15电流继电器t|n=10=1s特性曲线，得t1 = 1.2s b、计算K1点短路2WL保护的动作电流倍数n2和动作时限t2。 c、由n2和t2从GL-15电流继电器动作特性曲线查得10倍动作电流动作时限 0.6s 动作时限整定 由

29、线路1WL和2WL保护配合点K1，整定2WL的电流继电器动作时限 曲线。 a、计算K1点短路1WL保护的动作电流倍数n1和确定动作时限t1： sttt5 . 07 . 02 . 1124.691201160)1(1)3(1opKiIIn7 . 91201160)2(1)3(2opKiIIn灵敏度校验 2WL过电流保护整定满足要求 （2）瞬时电流速断保护 动作电流整定 整定速断保护动作倍数4倍，一次侧动作电流为 灵敏度校验 2WL电流速断保护整定满足要求。 210. 2480116087. 01)2(min.opKsIIKAInIocopliociocop4801204)()(15 . 13 .

30、 212032087. 01)2(min.opKsIIKA311.5IKKKIK2iwre1op.KA2320153）（4832)(.)(.ocKAopiocKAopiocIIn3.时限电流速断保护的整定 （1）动作电流整定 由于要求时限电流速断保护必须保护线路全长，它的保护范围必然延伸到下级线路，但下级线路发生短路时又不应动作。因此，该保护装置的动作电流须满足下列二个条件：1）应躲过下级线路末端短路时的最大短路电流；2）应与下级线路瞬时电流速断保护的动作电流相配合。而下级线路瞬时电流速断保护的动作电流是按该线路末端最大短路电流整定，所以，时限电流速断保护的动作电流应大于下级线路瞬时电流速断保

31、护的动作电流 ，从而，带时限速断保护继电器的动作电流整定值为 式中，Krel为可靠系数，取1.2；Kw为接线系数；Ki为电流互感器变比。)(1 iocOPII)(11.iocOPiwreKAopKKKI（2）动作时限整定为了保证动作的选择性，其动作时限应比下级线路瞬时电流速断保护的动作时限大一个时限级差t。由于瞬时电流速断保护动作时限很短（0s），所以，时限电流速断保护的动作时限整定0.50.6s，（3）灵敏度校验 时限速断保护的灵敏度校验用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流 进行校验。即 1.2综上所述，时限电流速断保护的选择性是由动作电流和动作时限共同实现，动作电流按下级线路瞬时电流

32、速断保护的动作电流整定，保护范围除本级线路外，还包括下级线路瞬时电流速断保护范围首端的一部分，动作时限为0.50.6s，保护动作较快。)2(min.KI1)2(min.opKsIIK 7.3.5 阶段式电流保护 瞬时电流速断保护、时限速断保护和过电流保护都是反应电流增大的电 流保护。它们之间的区别在于动作电流和动作时限的整定原则不同，因而 保护范围也不同。瞬时电流速断保护按照躲开本级线路末端最大短路电流 整定，动作无时限或称瞬时动作，但只能保护本级线首端的一部分，有保 护死区。带时限速断保护按照躲开下级线路无时限电流速断保护的动作电 流整定，动作较快，动作时限为0.50.6s，能保护本级线和下

33、级线路的一 部分。过电流保护按照躲开本级线路最大负荷电流整定，动作时限较下级 线路过电流保护动作时限大一个时限级差t，可以保护本级线路和下级线 路全长。 瞬时电流速断保护虽然能迅速切除短路故障，但不能保护线路全长，而 时限电流速断保护虽能保护线路全长，却不能作为相邻线路的后备保护， 过电流保护可以保护本级线路和相邻线路的短路故障，作为本级线路的近 后备保护和相邻线路的远后备保护，但动作时间往往较长。因此，三种保 护各有其优缺点。为了保证快速而有选择性地可靠切除故障，常常将瞬时 电流速断、时限电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保 护，使之相互配合和补充。 310kV线路可采用瞬时电流

34、速断保护加过电流保护，瞬时电流速断保护 灵敏度不满足要求时采用时限电流速断保护加过电流保护，35kV线路可采 用一段或两段电流速断或电压闭锁过电流保护加过电流保护。分别称为二 段式电流保护和三段式电流保护。 三段式电流保护的接线 图7-23 三段式电流保护接线图 电动机M保护4可采用瞬时电流速断保护，动作电流按电动机最大起动电流整定，电动机发生短路故障保护瞬时动作，切除故障。 线路3WL保护3采用瞬时电流速断和过电流保护构成的二段式保护，过电流保护动作时限0.5s，若线路3WL发生短路故障无瞬时切除的要求，也允许只装设过电流保护。 线路1WL和2WL的保护1和保护2，装设瞬时电流速断、时限速断

35、和过电流保护的三段式保护，时限速断保护动作时限0.5s；瞬时电流速断保护为主保护，时限速断保护为辅助保护，过电流保护为近后备保护。 在同一网络的所有线路上，电 流继电器应接于相同两相的电 流互感器上。 由图可见，当网络任意点发生短路时，都可以在0.5s以内切除故障。 7.3.6 单相接地保护 1.多线路系统单相接地分析 分析线路3WL的C相发生单相接地时电容电流和接地电流的分布。 (1）流过接地线路的总接地电流IE等于所有在电气上有直接联系的接地电容电流之和IC减去接地线路的接地电容电流Ic。 （2）流过非接地线路的接地电容电流就是该非接地故障线路的接地电容电流Ici。2单相接地保护 （1）单

36、相接地保护的接线和工作原理 架空线路用三只电流互感器构成零序电流互感器，电缆线路用一只零序电流互器。 实现有选择性的单相接地保护，又称零序电流保护。 （2）动作电流整定 系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流IC时，单相接地保护不 应动作，即 式中，Kre1为可靠系数，保护装置不带时限时，取Kre1=45，保护装置带时限时， 取Kre1=1.52；Ki为零序电流互感器的变比。（3）灵敏度校验 被保护线路发生单相接地，流过接地电容电流 单相接地保护应可靠动作，3.绝缘监视装置 在变电所每段母线上装一只三相五柱电压互感器或三只单相三绕组电压互感器，在接成Y的二次绕组上接三只相电压表

37、，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。系统发生单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，非 故障相对地电压升高 倍，近似为线电压。同时，开口三角形绕组两端电压也升高，近似为100V，电压继电器动作，发出单相接地信号。因此，绝缘监视装置又称为零序电压保护,无选择性。 运行人员可根据接地信号和电压表读数，判断哪一段母线、哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相接地，因此绝缘监视装置是无选择性的。只能采用依次拉合的方法，判断接地故障线路。7.3.7 过负荷保护1.接线和工作原理 线路一般不装设过负荷保护。只有经常可能发生过负荷的电缆线路，才装设过负荷保护，延时动作于信号。由于过负荷电

38、流对称，过负荷保护采用单相式接线，并和相间保护共用电流互感器。2.保护整定 (1)过负荷保护的动作电流按线路的计算电流Ic整定，即 式中，Krel为可靠系数，取1.21.3；Ki为电流互感器之比。 (2)动作时间 一般整定10s15s。 7.4 电力变压器的继电保护7.4.1 电力变压器的常见故障和保护配置1.常见故障 常见故障分短路故障和异常运行状态。(1)变压器的短路故障 按发生在变压器油箱的内外，分内部故障和外部故障。内部短路故障有绕组的匝间短路和相间短路。外部短路故障有引出线的相间短路，外部相间短路引起的过电流，中性点直接接地或经小电阻接地侧的接地短路引起的过电流及中性点过电压。(2)

39、变压器的异常运行状态 有过负荷、油面降低和变压器温度升高等。 2.保护配置(1)装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路；(2)800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低； (3)单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于保护内部故障和引出线相间短路； (4)装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高。 7.4.2 变压器二次侧短路时的穿越电流和接线方式变压器电流保护的基本原理与电力线

40、路保护类似，但由于变压器的接线组别和保护的接线方式，变压器二次侧短路时流经一次侧的穿越电流分布不同，将影响变压器保护的灵敏度。1Yyno联结组变压器二次侧单相短路时一次侧的穿越电流Yyno联结组变压器，二次侧发生单相短路时，一次侧穿越短路电流分布不对称，B相为 A相和C相为 （K为变压器的变比）。2Yd11联结组变压器二次侧两相短路时一次侧的穿越电流Yd11联结组变压器二次侧a、b相发生两相短路，一次侧的短路穿越电流B相为 A、C相为 3Dyn11联结组变压器二次侧单相短路时一次侧的穿越电流Dyn11联结组变压器，二次侧发生单相短路时，一次侧穿越短路电流分布不对称，B相为 零。 A相和C相为

41、)1(31KIK 4变压器电流保护的接线方式(1)两相两继电器式接线 适用于相间短路保护。 对Yyno联结组变压器，二次侧发生单相短路时，流经保护装置穿越电流仅为二次侧的三分之一（设变压器变比为1），保护灵敏度只有相间保护的三分之一；Dyn11联结组二次侧发生单相短路和a，b两相短路，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的，保护灵敏度将降低；对Yd11联结组变压器二次侧ab两相短路，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 ，保护灵敏度也将降低。(2)两相一继电器式接线 保护灵敏度随短路种类而异，但Yd11、Yyno和Dyn11联结组变压器二次侧发生两相短路，保护装置可能不动作；Yyno和Dyn11联结

42、组变压器二次侧发生单相短路，保护装置也可能不动作。因此，该连线方式不能用于Yd11、Yyno和Dyn11联结组变压器的电流保护。 3/13/17.4.3 变压器的电流保护 (1)接线和工作原理和线路过电流保护的接线、工作原理完全相同。(2)变压器过电流保护整定和线路过电流保护的整定类似。a.继电器的动作电流整定 式中，I1N为变压器一次侧额定电流；可靠系数Kre1、接线系数Kw、返回系数Kre同线路过电流保护；Ki为电流互感器的变比。 )3(max.Kiw1reKA.opIKKKI1.变压器的过电流保护 b.动作时限 变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个t。对车

43、间变电所的变压器过电流保护动作时限，一般取0.50.7s。 c.灵敏度校验： 式中， 为变压器二次侧在系统最小运行方式下发生两相短路时一次侧的穿越电流。 )2(min.KI1.51)2(min.opKSIIK2. 电流速断保护(1)接线和工作原理 和线路速断保护的接线、工作原理完全相同。(2)变压器电流速断保护整定和线路过电流保护的整定类似。 a.动作电流 式中， 为变压器二次侧母线在系统最大运行方式下三 相短路时一次侧的穿越电流；Kre1为可靠系数，同线路的电流速断保护。 )3(max.Kiw1reKA.opIKKKI)3(max.KIb.灵敏度校验 与线路速断保护灵敏度校验一样，以变压器一

44、次侧最小两相 短路电流 进行校验，即 若电流速断保护灵敏度不满足要求，应装设差动保护。21)2(min.opKSIIK)2(min.KI运行中可能出现过负荷的变压器应装设过负荷保护。接线和工作原理同线路的过负荷保护；动作电流整定按变压器一次侧额定电流整定；动作时间一般整定10s15s。例7-5某总降变电所有一台35/10.5kV、2500kVA、Yd11联结组变压器一台。如图所示，已知变压器10kV母线的最大三相短路电流1.4kA，最小三相短路电流1.3kA，35 kV母线的最小三相短路电流1.25 kA，保护采用两相两继电器接线，电流互感器变比为100/5A，变电所10 kV出线过电流保护动

45、作时间1s，试整定变压器的电流保护。解：因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电流速断保护，保护采用两相两继电器接线。3. 变压器的过负荷保护1定时限过电流保护（1）动作电流整定 选DL-31/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(oc)=6A保护一次侧动作电流 （2）动作时间整定（3）灵敏度校验AIKKIocKAopwiop12060.120)(.1sttt5.15.00.1215.154.1120375.10130023311)2(min.2opKSIIKA8 .5353250022085.00 .12 .1I )0 .35 .1(KKKKIN1irewrel)oc(K

46、A.op2电流速断保护 （1）动作电流整定选DL-31/50电流继电器，线圈串联，动作电流整定Iop.KA(qb)=25A保护一次侧动作电流（2）灵敏度校验A8 .25375 .101400200 . 13 . 1IKKKI)3(max. 2Kiw1re)qb(KA.opAIKKIqbKAopwiop500250 . 120)(.10 . 22 . 2500125087. 01)2(min. 1opKSIIK7.4.4变压器的气体保护气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保护装置。按GB50062-92规定， 800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器均

47、应装气体保护。当变压器油箱内部故障时，电弧的高温使变压器油分解为大量的油气体，气体保护就是利用这种气体来实现保护的装置。1.气体继电器的结构和工作原理气体继电器的结构和工作原理 变压器正常运行：气体继电器容器内充满油，上、下两对干簧触点处于断开位置。轻瓦斯动作：变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体较少，气体缓慢上升，上干簧触点闭合，发出报警信号。重瓦斯动作：变压器油箱内部发生严重故障时，产生大量的气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过联通管冲向油枕，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。变压器油箱严重漏油：随着气体继电器内的油面逐渐下降，首先上触点闭合，发出报警信号，接着下触点闭合，发出跳

48、闸信号，使断路器跳闸。 2气体保护的接线 7.4.5变压器的差动保护电流速断保护虽然动作迅速，但它有保护“死区”，不能保护整个变压器。过电流保护虽然能保护整个变压器，但动作时间较长。气体保护虽然动作灵敏，但它也只能保护变压器油箱内部故障。GB50062-2008规定电压为10kV以上、容量为10000kVA及以上单独运行的变压器和容量为6300kVA及以上并列运行的变压器应装设差动保护，容量为10000kVA以下单独运行的重要变压器可装设差动保护，电压10kV的重要变压器或容量为2000kVA及以上的变压器当电流速断保护的灵敏度不满足要求时宜采用差动保护。1差动保护的工作原理变压器的差动保护原

49、理接线如图7-39所示。在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组串联成环路，继电器KA（或差动继电器KD）并接在环路上，流入继电器的电流等于变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差，即 ，Iub为变压器一、二次侧的不平衡电流。 图7-39 变压器差动保护原理接线图变压器正常运行或差动保护的保护区外短路时，流入差动继电器的不平衡电流小于继电器的动作电流，保护不动作。在保护区内短路时，对单端电源供电的变压器 ， ，远大于继电器的动作电流，继电器KA瞬时动作，通过中间继电器KM，使变压器两侧断路器跳闸，切除故障。 2变压器差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施（1）变压器联结组引起的不平衡电流将变压器

50、星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，变压器三角形接线侧的电流互感器接成星形接线，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压器联结组引起的不平衡电流。（2）电流互感器变比引起的不平衡电流利用差动继电器中的平衡线圈或自耦电流互感器消除由电流互感器变比引起的不平衡电流。（3）变压器励磁涌流引起的不平衡电流利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁心减小励磁涌流引起的不平衡电流。3变压器的差动保护方式 变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种有效措施消除不平衡电流的影响。 目前我国广泛应用下列几种类型继电器构成差动保护： （1）带短路线圈的BCH-2型差动继电器； （2）带磁制动特

51、性的BCH-1型差动继电器； （3）多侧磁制动特性的BCH-4型差动继电器； （4）鉴别涌流间断角的差动继电器； （5）二次谐波制动的差动继电器。 有关上述各种差动继电器的接线和整定计算，因篇幅有限这里仅介绍BCH-2型差动保护。 4. BCH-2型变压器差动保护 （1）BCH-2型差动继电器 BCH-2型差动继电器，由一个带短路线圈的速饱和变压器和一个执行元件DL-11/0.2电流继电器组成，如图7-41所示。 在速饱和变流器铁芯的中间芯柱上绕有一个差动线圈 、两个平衡线圈Weq1和Weq2和一个短路线圈WK。左侧芯柱上绕有一个短路线圈WK, WK和WK接成闭合回路，它们产生的磁通在左侧芯柱

52、上是同相的。右侧芯柱上绕有一个二次线圈W2，与执行元件相接。平衡线圈的作用是用于平衡由于变压器差动保护二侧电流互感器二次电流不等所引起的不平衡电流。短路线圈的作用是消除励磁涌流的影响。当变压器外部短路或空载投入，在差动回路出现不平衡电流或励磁涌流存在较大的非周期分量时，速饱和变流器迅速饱和，使周期分量的传变工作变坏，从而继电器不动作。（2）BCH-2型变压器差动保护接线 BCH-2型变压器差动保护接线图见图7-42，7-42（a）为双绕组变压器BCH-2型 差动保护单相原理接线图，若保护三绕组变压器，变压器第三侧的电流互感器的 二次线圈接BCH-2型差动继电器的端子，7-42（b）为变压器差动

53、保护展开图， 采用两相两继电器式接线。(3) BCH-2型变压器差动保护的整定 按平均电压及变压器最大容量计算变压器各侧额定电流INT，按KW、INT选择各侧电流互感器一次额定电流。按下式计算出电流互感器二次回路额定电流IN2： 式中，KW为三相对称情况下电流互感器的接线系数，星型接线时KW=1，三角形接线时KW= ； Ki为电流互感器的变比。 取二次额定电流IN2最大的一侧为基本侧。 iNTWNKIKI23差动保护基本侧的一次侧动作电流整定差动保护基本侧的一次侧动作电流应满足下面三个条件：（a）躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流，即式中，Kre1为可靠系数，取1.3；I1

54、N为变压器一次侧的额定电流。（b）躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流Idsq.max式中，Kre1为可靠系数，取1.3；Idsq.max可按下式计算： N11re1opIKImax.11dsqreopIKI)3(max.max.)100%1 . 0(KceqdsqIfUKI式中，0.1为电流互感器允许的最大相对误差；为电流互感器的同型系数，型号相同时取0.5，型号不同时取1；U%为由变压器调压所引起的误差百分数，一般取调压范围的一半； 为采用的互感器变比或平衡线圈匝数与计算值不同时所引起的相对误差,在计算之初不能确定时可取0.05； 为保护范围外部短路时的最大短路电流。（c）电流互感器二次回

55、路断线时不应误动作，即躲过变压器正常运行时的最大负荷电流IL.max。负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流INT。式中，Kre1为可靠系数，取1.3。按以上三个条件计算的一次侧动作电流最大值进行整定。在以上的计算中，所有短路电流值都是归算到基本侧的值，所求出的动作电流也是基本侧的动作电流计算值。 NTreLreopIKIKI1max.11cf)3(max.KI继电器差动线圈匝数的确定a三绕组变压器：基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡线圈。基本侧继电器的动作电流为基本侧继电器差动线圈计算匝数d.c为式中，AW0为继电器动作安匝，无实测值时可采用额定值AW0=60安匝。按继电器线圈实

56、有抽头选择较小而相近的匝数作为差动线圈的整定匝数Wd.OP。 1.OPiWKDOPIKKIKDOPcdIAWW.0.式中，AW0为继电器动作安匝，无实测值时可采用额定值AW0=60安匝。按继电器线圈实有抽头选择较小而相近的匝数作为差动线圈的整定匝数Wd.OP。根据WOP再计算基本侧实际的继电器动作电流 b双绕组变压器：两侧电流互感器分别接于继电器的两个平衡线圈上。确定基本侧的继电器动作电流及线圈匝数的计算与三绕组变压器方法相同。依继电器线圈实有抽头，选用差动线圈的匝数Wd和一组平衡线圈匝数 之和，较差动线圈计算匝数 小而近似的数值。基本侧的整定匝数 为KDOPI.OPdKDOPWAWI.0.c

57、ddeqOPdWWWW.1.1eqWcdW.OPdW.非基本侧平衡线圈匝数的确定a双绕组变压器平衡线圈的计算匝数 根据磁势平衡原理确定：式中， 为接有平衡线圈 的电流互感器二次回路额定电流。选用接近 的匝数作为整定匝数 。三绕组变压器平衡线圈计算匝数分别为式中，IN2为基本侧电流互感器二次额定电流。选用接近的平衡线圈计算匝数作为整定匝数 ceqW. 2dNNOPdceqWIIWW2 . 21 . 2. 22 . 21 . 2NNII、21eqeqWW 、ceqW. 2OPeqW. 2OPdNNNceqWIIIW.1 . 21 . 22. 1OPdNNNceqWIIIW.2 . 22 . 22.

58、 2OPeqW.计算 式中， 为平衡线圈计算匝数； 为平衡线圈整定匝数； 为差动线圈整定匝数。若 时，则需将其代入重新计算动作电流。短路线圈抽头的确定短路线圈有4组抽头可供选择，短路线圈的匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但继电器的动作时间越长。对于中、小容量的变压器可试选端子 或 ；对于大容量变压器,由于励磁涌流倍数较小，而内部故障时，电流中的非周期分量衰减较慢，又要求迅速切除故障，因此短路线圈应采用较小匝数，可取抽头端子 或 。所选抽头匝数是否合适，应在保护装置投入运行时，通过变压器空载试验确定。 cfOPdceqOPeqceqcWWWWf. 2. 2. 2ceqW. 2OPeqW. 2O

59、PdW.05. 0Cf21CC 21DD 21BB 21CC 灵敏系数校验式中， 、 、 为变压器出口处最小短路时、侧流进继电器线圈的电流； 、 、 为、侧电流在继电器的实际工作匝数（工作匝数为各侧平衡线圈匝数与差动匝数之和）。有时也用如下简化公式：式中， 为最小故障时流入继电器的总电流； 为继电器的整定电流。双绕组变压器灵敏度计算与上述相同，只是第三侧数字为零。20AWWIWIWIKWKWKWKSKIKIKIWWWWWW2.KDOPKDSIIKKDIKDOPI.例7-6 试整定双绕组变压器的BCH-2型差动保护。已知变压器技术参数：15MVA, 3522.5%/10.5kV, yd11, U

60、k%=7.5；变压器35 kV母线三相短路电流 母线三相短路 归算到35KV的短路电流 侧最大负荷电流为780A。 解：1、计算变压器额定电流、选出电流互感器变比、求出电流互感器二次回路额定电流，计算结果如表7-2所示。 由表7-2可见，10kV侧电流互感器二次回路额定电流较35kV侧大，因此，以10kV侧为基本侧。 2、计算差动保护10kV侧的一次侧动作电流。 （1）按躲过励磁涌流 kVkAIkAIKK10,14. 2,57. 3)3(min. 1)3(max. 1,35. 4,64. 5)3(min)3(maxkAIkAIKKkVkAIkAIKK10,235. 1,6 . 1)3(min.