第6章_供配电系统继电保护

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主要内容主要内容继电保护的基本知识常用的保护继电器电力线路的继电保护电力变压器的继电保护高压电动机的继电保护610kv电容器的继电保护7.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识p1）继电保护装置任务 选择性p2）对继电保护的要求 ：继电保护装置是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置，其任务是： （1）故障时作用于跳闸 （2）异常状态时发出报警信号 可靠性 速动性 灵敏性继电保护只切除故障设备，使停电范围最小。继电保护装置该动作不能拒动作；不该动作不能误动作。保护装置应尽快动作，减小损失，提高电力系统稳定性。在

2、保护范围内，对故障和不正常运行状态的反应能力。7.1 继电保护的基本知识继电保护的基本知识p3）继电保护基本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的改变等。利用上述物理量故障时与正常时的差别，可构成各种继电保护装置。测量某物理量并与整定值进行比较，判断是否发生故障。根据测量部分输出量使保护装置按一定逻辑关系工作。根据逻辑部分输出信号驱动保护装置动作。7.2 常用的继电保护器常用的继电保护器p分类按结构原理：电磁式、感应式等按反映的物理量：电流、电压、功率等按反映的物理量变化：过量、欠量等按在保护装置中的功能：起动、时间、信号、中间等继电器：一种在其输入的物理

3、量达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。7.2 常用的继电保护器常用的继电保护器过电流保护框图当线路上发生短路时，起动用的电流继电器KA瞬时动作，使时间继电器KT起动。KT经整定一定时间后，接通信号继电器KS和中间（出口）继电器KM。KM就接通断路器QF的跳闸回路，使断路器跳闸，从而切除短路故障。7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p1）电磁式电流继电器KA常用的DL型电磁式电流继电器的基本结构电磁式电流继电器的内部接线和图形符号D L - 1 1L电流继电器S时间继电器X信号继电器Z中间继电器Y/J电压继电器G功率继电器设计序号D：电磁式G：感应式特征代号7.2.1 电磁式继电

4、器电磁式继电器p1）电磁式电流继电器KA常用的DL-10系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号a：DL-11型； b：DL-12型； c：DL-13型；7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p1）电磁式电流继电器KA过电流继电器线圈中使继电器动作的最小电流。过电流继电器线圈中使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。继电器的返回电流与动作电流的比值。.op KAI.re KAI.re KAreop KAIKI对于过电流继电器，Kre1，一般为0.8。Kre越接近于1，说明继电器越灵敏。reK（1）继电器的“动作电流”（2）继电器的“返回电流”（3）继电器的“返回系数”7.2.1 电磁式继电器

5、电磁式继电器p1）电磁式电流继电器KA调节电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法：（1）平滑调节（2）级进调节改变调整6的位置来改变弹簧的反作用力。改变继电器线圈的连接。消耗功率小，灵敏度高，动作速度快；但触点容量小，不能直接作用于断路器跳闸。7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p2）电磁式电压继电器KV电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器二次绕组并联。过电压继电器欠电压继电器过电压继电器返回系数小于1，通常为0.8；欠电压继电器返回系数大于1，通常为1.25。电压继电器的动作电压Uop，为其线圈上的使继电器动作的最低电压；电压继电器的返回电压Ure，为其线圈上的使继电器

6、由动作状态返回到起始位置的最高电压。7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p3）电磁式时间继电器KT用来使保护装置获得所要求的延时，满足选择性要求。DS型电磁式时间继电器的基本结构时间继电器的时限可通过改变主静触头15的位置，即改变主动触头14的行程获得。7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p4）电磁式信号继电器KS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。DX-11型电磁式信号继电器的基本结构（1）电流型（2）电压型串联接入二次回路；并联接入二次回路；7.2.1 电磁式继电器电磁式继电器p5）电磁式中间继电器KM在继电保护装置中用于弥补主继电器触头

7、容量或触头数量的不足DZ-10型电磁式中间继电器的基本结构当线圈通电时，衔铁很快吸向电磁铁，带动触头系统，使动触头与静触头闭合或断开；当线圈断电后，继电器快速释放衔铁，触点全部回到起始位置。7.2.2 感应式电流继电器感应式电流继电器在工厂供电系统中，广泛采用感应式电流继电器来实现过电流保护和电流速断保护过电流保护和电流速断保护。由于感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，从而可大大简化继电保护装置。感应式电流继电器属测量继电器。 7.2.2 感应式电流继电器感应式电流继电器1、当继电器线圈电流增大到继电器的动作电流值时，继电器动作，且电流越大，动作

8、时间越短反时限（反反时限（反比延时）特性比延时）特性p特性2、当继电器线圈电流继续增大时，继电器动作时限基本不变定时限定时限特性特性有限反时限特性3、当继电器线圈电流进一步增大到继电器的速断电流整定值时，触点瞬时闭合速断特性速断特性abccdtnnqb1qbqbopInI7.2.2 感应式电流继电器感应式电流继电器1、动作电流调节：动作电流调节：可通过改变线圈匝数进行级进调节，也可通过调节弹簧拉力进行平滑细调；p动作电流和时限的调节2、动作时限调节：动作时限调节：可利用螺杆改变扇形齿轮顶杆形成的起点来进行调节，使动作特性曲线上下移动。3、速断电流倍数的调节：速断电流倍数的调节：用螺钉改变衔铁与

9、电磁铁之间的气隙进行调节。abccdtnnqb17.3 电力线路的继电保护电力线路的继电保护p7.3.1 电力线路的常见故障按GB5006292电力装置的继电和自动装置设计规范规定：应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的单相接地保护作为线路的单相接地保护，有两种方式：(1)绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护，亦动作于信号动作于信号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。作为线路的相间短路保护作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的

10、时限不大于0.50.7s时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸动作于跳闸，以切除短路故障。用户内部高压线路的电压等级一般为635KV，线路较短，通常为单端供电，常见故障有相间短路、单相接地和过负荷。p电流保护的接线方式和接线系数电流保护的接线方式和接线系数（1）三相三继电器连接方式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。特点：特点：能够反映各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组的电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1。将3只电流继电器分别与3只电流互感器相连接，也称完全星形接法。2KAWIKI主要用于主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路

11、。7.3 电力线路的继电保护电力线路的继电保护（2）两相两继电器连接方式p电流保护的接线方式和接线系数电流保护的接线方式和接线系数将2只电流继电器分别与设在A、C相的电流互感器相连接，也称不完全星形接法。特点：特点：由于B相没装设电流互感器和电流继电器，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等于1。主要用于主要用于小接地电流系统的相间短路保护。7.3 电力线路的继电保护电力线路的继电保护p电流保护的接线方式和接线系数电流保护的接线方式和接线系数（3）两相一继电器连接方式流入继电器的电流为两个电流互感器二次绕组电流之差，也称两相电流差接线。主要用于主要用于高压电动机的保

12、护。当正常工作或三相短路时：当正常工作或三相短路时：当当A、C两相短路：两相短路：当当A、B或或B、C两相短路：两相短路：3WK2WK1WK7.3 电力线路的继电保护电力线路的继电保护7.3.2 过电流保护过电流保护p按其动作时限特性分，“反时限反时限”过电流保护：过电流保护：由感应式电流继电器构成。保护装置的动作时限原先是按10倍动作电流来整定，而实际的动作时间则与短路电流呈反比关系变化，短路电流越大，动作时间越短。当通过线路的电流大于继电器的动作电流时，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性时限保证动作的选择性。“定时限定时限”过电流保护：过电流保护：由电磁式继电器构成。保护装置的动作时限

13、时按照预先整定的动作时间固定不变的，与短路电流大小无关。7.3.2 过电流保护过电流保护p1）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原理图：原理图：所有元件组成部所有元件组成部分都各自归总到一起。分都各自归总到一起。展开图：展开图：所有元件组成部分都所有元件组成部分都按所属回路分开绘制。按所属回路分开绘制。7.3.2 过电流保护过电流保护p1）过电流保护的接线和工作原理（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理动作时限与短路电流有关7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（1）动作电流整定（1）正常运行时，保护装置不动作保护装置一次侧的动作电流应大于线路

14、的最大负荷电流；（2）保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置1.maxopLII1.maxreLII11opreII7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（1）动作电流整定.max/wLiK IK设保护装置所连接的电流互感器变流比为Ki，保护装置接线系数为Kw，保护装置的返回系数为Kre，则线路的最大负荷电流线路的最大负荷电流换算到继电器的电流为换算到继电器的电流为要求继电器返回电流也躲过最大负荷电流继电器返回电流也躲过最大负荷电流.max/rewLiIK IK而返回电流rereopIK I.max/reopwLiK IK IK即计入一个可靠系数.maxrelwop KALr

15、eiKKIIK K1.maxreLII11opreII动作电流整定依据7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（1）动作电流整定1.maxrewop KALreiKKIIKK可靠系数，DL型继电器1.2，GL型继电器1.3继电器返回系数，DL型继电器0.85， GL型继电器0.8电流互感器变比可取线路计算电流1.53.0倍接线系数，由保护的接线方式决定；两相两继电器接线为1，两相一继电器式为31.iopop KAwKIIK保护装置一次侧的动作电流：TA二次侧电流7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（2）动作时限整定动作时限的实现由时间继电器完成保护装置的启动由电流继电器

16、完成定时限过电流保护装置的动作时限整定动作时限与短路电流大小无关，取决于时间继电器时间7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（2）动作时限整定时间继电器整定时间应由选择性确定为保证动作的选择性，自负载侧向电自负载侧向电源侧，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：12,0.5tttts 定时限过电流保护装置的动作时限整定7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（2）动作时限整定具有反时限动作特性，在整定具有反时限动作特性，在整定反时限过电流保护的动作时限反时限过电流保护的动作时限时时指出某一动作电流倍数（通指出某一动作电流倍数

17、（通常为常为10倍）时的动作时限倍）时的动作时限为保证动作的选择性，反为保证动作的选择性，反时限过电流保护时限整定时限过电流保护时限整定也应按照也应按照“阶梯原则阶梯原则”12,0.7tttts 反时限过电流保护装置的动作时限整定反时限过电流保护装置动作时限整定保护2的动作电流为Iop.KA2，保护1的动作电流为Iop.KA1 ：计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA2中去的电流：计算对KA2的动作电流的倍数： (2)(2)(2)wkkiKIIK(2)2(2)kopInI确定KA2的实际动作时间。 计算KA1的实际动作时间。 120.7tts计算 WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA1中

18、去的电流值 (1)(1)(1)wkkiKIIK计算对KA1的动作电流Iop(1)的倍数： (1)1(1)kopInI由t1和n1确定保护1继电器特性曲线上的一个点，由该点找出保护1的特性曲线，并确定10倍动作电流的动作时间 7.3.2 过电流保护过电流保护p2）保护整定计算（3）保护灵敏度校验保护装置一次侧动作电流过电流保护灵敏度用线路末端两相短路电流校验(2).min1KSopIKI过电流保护的范围：本级线路和下级线路，本级线路为过电流保护的主保护区，下级线路是其后备保护区。1.5 (主保护时)1.25 (后备保护时)定时限过电流保护整定简单，动作准确，动作时限固定，但使用继电器较多，接线较

19、复杂，须直流操作电源。反时限过电流保护使用继电器少，接线简单，可采用交流操作，但动作准确度不高，动作时间与短路电流有关，呈反时限特性，动作时限整定复杂。例题7-1：试整定线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流为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为0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。解解 ： (1) 整定动作电流查表A-17，选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定电流为7A。(2) 整定动作时限线路1W

20、L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t1.150710501.0iopop KAWKIIAK过电流一次侧动作电流1.max1.2 1.06706.30.85 150rewop KALreiKKIIAKK120.70.51.2ttts解解 ： (3) 检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(2).min10.87 3.22.651.51.05KSopIKI保护线路2WL的后备保护灵敏度，按线路2WL末端最小两相短路电流校验(2).min10.8721.661.251.05KSopIKI可见，保护整定满足灵敏度要求。例

21、题7-1：试整定线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流为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为0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。7.3.3 电流速断保护电流速断保护过电流保护存在的不足：线路越接近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大。GB5006292规定，当过电流保护动作时限超过0.50.7s时，应装设瞬动的电流速断保护。 7.3.3 电流速断保护电流速断保护p1）电流速断保护的接线

22、和工作原理配合使用，共用一套电流互感器TA和中间继电器KM 7.3.3 电流速断保护电流速断保护p2）电流速断保护的整定线路末端最大三相短路电流（近似等于下级线路首端短路电流）（1）动作电流整定由于电流速断保护动作不带时限，为了保证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.maxrelwop KAKiKKIIK1.maxopKII可靠系数，DL型继电器1.3，GL型继电器1.5电流互感器变比接线系数，由保护的接线方式决定；两相两继电器接线为1，两相一继电器式为3动作电流动作电流整定计算值整定计算值 7.3.3 电流速断保护电流速断保护p2）电流速断保护的整

23、定（1）动作电流整定对对GL型电流继电器，还要整定型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数速断动作电流倍数.().()op KA qbqbop KA ocInI过电流保护继电器动作电流整定值电流速断保护继电器动作电流整定值由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此靠近末端的一段线路上发生的不一定是最大的短路电流（例如两相短路电流）时，电流速断保护不会动作，这说明，电流速断保护电流速断保护不可能保护线路的全长。不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域，称为“死区” 。为了保护死区得不到保护的缺陷，所以凡是装设有电流速断保护凡是装设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电

24、流保护，的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时间应比电流速断保护至少长一个时间级差t=0.50.7s，而且前后的过电流保前后的过电流保护的动作时间仍须符合护的动作时间仍须符合“阶梯原则阶梯原则”，以保证选择性。 7.3.3 电流速断保护电流速断保护p2）电流速断保护的整定（2）灵敏度校验保护装置一次侧动作电流线路首端最小两相短路电流(2).min11.5KSopIKI过电流保护由保护的动作时限实现选择性过电流保护由保护的动作时限实现选择性，电流速断保护由保护电流速断保护由保护的动作电流实现选择性，的动作电流实现选择性，在电流速断保护区内，电流速断保护为主保护，过电流保护为辅助保

25、护，在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。例题7-2：试整定线路试整定线路1WL的电流速断保护的电流速断保护。已知1TA的变比为750/5A，线路最大负荷电流为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为0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。已知线路已知线路1WL首端最小三相短路电流为首端最小三相短路电流为9.2A.解解 ： (1) 整定动作电流查表A-17，选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定电流为35A。(2) 灵敏度校验以线路1WL的

26、首端最小短路电流校验1.1503552501.0iopop KAWKIIAK速断保护一次侧动作电流(3)1.max1.3 1.0400034.7150rewop KAKiKKIIAK(2).min10.87 9.2 10001.521.55250KSopIKI 7.3.4 单相接地保护单相接地保护 在小接地电流的电力系统小接地电流的电力系统中，发生单地接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍是对称的，其值也未变，因此可暂时继续运行。由于非故障相的对地电压要升高为正常时对地电压的 倍，故对线路绝缘是一威胁，如果长此下去，可能引起非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，引起线路开关跳闸，

27、造成停电事故。为此，这种小接地电流系统中，必须装设无选择性的绝缘监无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置视装置或有选择性的单相接地保护装置，以便在发生单相接地故障时，发出报警信号，以便运行值班人员及时发现和处理。3 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p1）多线路系统单相接地分析多回路出线电缆WL1的A相单相接地电缆头电缆金属外皮接地线零序电流互感器零序电流互感器WL1：A相不存在对地相不存在对地电容电流，只有电容电流，只有B相和相和C相存在电容电流相存在电容电流I1和和I2；其他类似。；其他类似。A相芯线上流过所有电容电相芯线上流过所有电容电流流I1I6。除故障电缆外其他。除故障

28、电缆外其他电缆所有电容电流电缆所有电容电流I3I6经过经过电缆头接地线流入地中。电缆头接地线流入地中。流过故障线路接地线的总接地流过故障线路接地线的总接地电流：电流：等于所有在电气上有联系的线路的接地电容电流之和减去线路的接地电容电流；流过非故障线路接地线的总接地电流：流过非故障线路接地线的总接地电流：该非接地故障线路的接地电容电流。 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p2）单相接地保护（1）单相接线保护的接线和工作原理零序电流互感器接地线，必须穿过零序电流互感器的铁心电缆头零序电流互感器：零序电流互感器：利用单相接地所产生的零序电流使保护装置动作，给予信号。对架空线路，对架空线路，采用同型

29、号规格的3只电流互感器同极性并联构成零序电流互感器。一般工厂的架空线路一般不长，很少装设。接地线流过不平衡电流（零序电流），在零序电流互感器的铁心中产生磁通，使其二次绕组感应出电动势，使接于二次侧的电流继电器动作，发出报警信号。 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p2）单相接地保护（1）单相接线保护的接线和工作原理 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p2）单相接地保护（2）动作电流整定保护装置一次侧动作电流为：保护装置一次侧动作电流为：当系统中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，而这些线路因本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相接地保护的动作电流Iop

30、应躲过在其他线路发生单相接地应躲过在其他线路发生单相接地故障时在本线路上引起的电容电流故障时在本线路上引起的电容电流Ic1.opiop KAIK I.relop KACiKIIK其他线路发生单相故障，被保护线路流过的接地电容电流可靠系数，保护装置不带时限时45，保护装置带时限1.52零序电流互感器变比单相接保护动作电流单相接保护动作电流的整定计算公式为：的整定计算公式为： 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p2）单相接地保护（3）灵敏度校验单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发生单相接故障按被保护线路末端发生单相接故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故障电流来检验时流过接地线的不平衡电流

31、作为最小故障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电气联系的总电网电容电流Ic.与被保护线路本身电容电流Ic之差。零序电流互感器变比单相接保护的灵敏度单相接保护的灵敏度必须满足的条件：必须满足的条件：.1CCSopIIKI1.5（架空线路）1.25（电缆线路） 7.3.4 单相接地保护单相接地保护p3）绝缘监视装置 当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时，可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。 在变电所每段母线上，装一只三相五柱式电压互感器或3只三绕组电压互感器，在接成Y形的二次绕组上接3只相电压表，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。根据接地信号和电压表读数判断

32、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短路。 7.3.5 过负荷保护过负荷保护 线路一般不装设过负荷保护，只有经常发生过负荷的线路，才装设过负荷保护，延时动作于信号。由于过负荷电流对称，过负荷保护采用单相式接线单相式接线，并和相间保护共用电流互感器并和相间保护共用电流互感器。.relop KAciKIIK一般取1015s。p1）动作电流整定p1）动作时间整定可靠系数，取1.21.3按计算电流整定电流互感器变比 7.7 配电系统微机保护配电系统微机保护 配电系统是电力系统的一部分，通常指35kv及以下电压等级向用户和用电设备配电的供电系统。p1）配电系统微机保护的现状和发展 配电系统电压等级低，结构简单，保护简单，除采用熔断器保护外，主要采用继电器构成的电流保护。 常规的模拟式继电器保护难以满足系统可靠性对保护的要求。 微机保护装置一般具有测量、保护、自动合闸、事件记录、通信等功能。 7.7 配电系统微机保护配电系统微机保护p2）配电系统微机保护的功能（一）运行监视。运行监视主要是对各种模拟量的数值监视和开关量变位情况的监视，通过对开关量的监视，可了解各断路器、