第7章 供配电系统的继电保护

1、第第7章章 供配电系统的继电保护供配电系统的继电保护 第一节第一节 继电保护的基本知识继电保护的基本知识第二节第二节 常用的保护继电器常用的保护继电器第三节第三节 电力线路的继电保护电力线路的继电保护第四节第四节 电力变压器的继电保护电力变压器的继电保护第五节第五节 高压电动机的继电保护高压电动机的继电保护第六节第六节 610610kVkV电容器的继电保护电容器的继电保护第七节第七节 配电系统微机保护配电系统微机保护四、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

2、应装气体保护。1气体继电器的结构和工作原理 FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器的结构示意图。 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。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

3、信号，接着下触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。 2气体保护的接线 （如图）3气体保护的安装和运行 气体继电器安装在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，要求变压器安装时应有11.5%的倾斜度； 变压器在制造时，联通管对油箱上盖也应有24%倾斜度。五、变压器的差动保护GB50062-92规定10000kVA及以上的单独运行变压器和6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300kVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜装设差动保护。 1差动保护的工作原理 变压器的差动保护原理接线如图所示。在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组串联成环路

4、，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。 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

5、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

6、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Wd 、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

7、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，（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，（b）为变压器差动保护展开图，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

8、，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，星型接线时为1，三角形接线时为 ；Ki为电流互感器的变比。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；I1N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： 式中，0.1为电流互感器允许的最大相对误差；Keq为

9、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，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5%； 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。 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

10、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WOP。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Weq1 之和，较差动线圈计算匝数Wdc小而近似的数值。基本侧的整定匝数Wd.op 为 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式中， 为接有平衡线圈、的电流互感器二次侧额定电流。 三绕组变压器平衡线圈计算匝数分别为

11、式中，IN2为基本侧电流互感器二次额定电流。 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，则需将其代入上式重新计算动作电流。 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。因此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。灵敏系数校验 式中，IIK 、IIIK 、IIIIK 为变压器出口处最小短路时、侧流进继电器线圈的电流；WIW、 WIIW 、 WIIIW 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：

12、 式中，IKD为最小故障时流入继电器的总电流；IOP.KD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。 例7-5 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,Uk%=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 ，10kV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，计算结果如表所示。 表:变压器额定电流、电流互感器变比、电流互感器二次回路额定电流 由表可见，10kV侧电流互感器二次回路额定电

13、流较35kV侧大，因此，以10kV侧为基本侧。 名称 各侧数值 35kV 10kV 变压器额定电流（A） 变压器绕组接线方式 yd电流互感器接线方式 YD电流互感器计算变比 选用电流互感器变比 电流互感器二次回路额定电流 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 （2）按躲过外部最大不平衡电流 （3）按躲过电流互感器二次回路断线 因此，应躲过外部最大不平衡电流选择10KV侧一次侧动作电流为1466A。 3.确定线圈接法和匝数 35kV和10KV侧电流互感器分别接平衡线圈WeqI，WeqII 基本侧（10KV侧）继电器动作电流为 基本侧差动线圈计算匝数为 其中取差动线圈匝

14、数Wd6匝,平衡绕组线圈匝数WeqI 2匝。 4.确定35KV侧平衡线圈的匝数 选择平衡绕组线圈匝数WeqII为3匝。 5.计算由实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差 所以，不需要重新计算动作电流。 6.初步确定短路线圈的抽头：选用C1-C2抽头。 7.灵敏度校验 按10kV侧最小两相短路电流校验，35kV侧继电器通过的电流为 校验结果，灵敏度满足要求。 第五节第五节 高压电动机的继电保护高压电动机的继电保护一、高压电动机的常见故障和保护配置一、高压电动机的常见故障和保护配置1.常见故障 定子绕组相间短路；单相接地；电动机过负荷；低电压；同步电动机失磁、失步等。2.保护配置 对2000kW以下

15、的高压电动机相间短路相间短路，装设电流速断保护电流速断保护；对2000kW及以上的高压电动机或电流速断保护灵敏度不满足要求的高压电动机，装设差动保护差动保护。对易发生过负荷过负荷的电动机，应装设过负荷保护过负荷保护。对不重要的高压电动机或不允许自起动的电动机，应装设低电压保护低电压保护。高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护单相接地保护。二、高压电动机的过负荷保护和电流速断保护1.保护用继电器一般采用GL型感应式电流继电器。不易过负荷的电动机，如风机、水泵的电动机，也可采用DL型电磁式继电器构成电流速断保护。接线方式（如图）采用两相一继电器式接线，当灵敏度不符合要求或2

16、000kW及以上电动机采用两相两继电器式接线。 3. 电动机过负荷保护的动作电流整定 过负荷保护的动作电流为式中，Krel为可靠系数，取1.3；Kre为继电器的返回系数；IN.M电动机的额定电流。 4. 电动机的电流速断保护动作电流整定 动作电流按躲过电动机的最大启动电流Ist.max整定，即式中，Krel为可靠系数，对DL型继电器取1.41.6，GL型取1.82.0。 5.电流速断保护灵敏度校验： 2 式中，I（2）K.min为电动机端子处最小两相短路电流；Iopl为电流速断保护一次侧动作电流。三、高压电动机的单相接地保护1.接线和工作原理 2.单相接地保护动作电流整定单相接地保护动作电流按

17、躲过其接地电容电流IC.M整定：式中，Ic.M指躲过其接地电容电流；Krel为可靠系数，保护瞬时动作取45。 3.灵敏度校验 单相接地保护灵敏度按电动机发生单相接地时的接地电容电流校验，即第六节 610kV电容器的继电保护一、 610kV电容器的常见故障和保护设置、常见故障和不正常运行状态：电容器组和断路器连接线上的相间短路、电容器引出线上的相间短路、电容器内部故障、单相接地等。、保护配置：容量在400kVar以上的电容器组一般采用断路器控制，装设电流速断保护，作为电容器的相间短路保护。容量在400kVar及以下的电容器一般采用带熔断器的负荷开关进行控制和保护。对电容器内部故障和引出线短路，一

18、般将电容器分组，每组35只电容器，在每组电容器装设熔断器保护。二、电容器的电流速断保护1.接线和工作原理 2.电流速断保护的动作电流整定 电流速断保护的动作电流按躲过电容器投入时的冲击电流整定，即式中，Krel为可靠系数，取22.5；IN.c为电容器组的额定电流。 3.灵敏度校验 灵敏度按电容器组端子上最小两相短路电流进行校验：2 第七节第七节 配电系统微机保护配电系统微机保护一、配电系统微机保护的现状和发展一、配电系统微机保护的现状和发展常规的模拟式继电保护缺点：（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）体积大、元件多、维护工作量大。微机保护的优点： 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。二、配电系统微机保护的功能1.保护功能 2.测量功能 3.自动重合闸功能 4.人机对话功能 5.自检功能 6.事件记录功能 7.报警功能 8.断路器控制功能 9.通信功能 10.实时时钟功能三、微机保护装置的硬件结构微机保护装置的结构由数据采集系统、微型控