兰州理工大学《现代供电技术》第6章-继电保护与自动装置

第六章继电保护与自动装置继电保护基础电网相间短路的电流电压保护小接地电流系统的单相接地保护电力变压器保护高压电动机的保护备用电源自动投入装置供电系统的微机保护第一节

继电保护基础工矿企业供电系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障：相间短路、接地短路，变压器、电动机一相绕组的匝间短路等。不正常运行状态：过负荷、一相断线、小接地电流系统中的单相接地等。故障原因：外部原因：（如雷击、污闪等）内部原因：（如绝缘老化、损坏等）误操作：（运行时）一、输配电系统的故障故障后果（1）损坏设备、缩短设备使用寿命。（2）破坏系统运行的稳定性。（3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。（4）供电质量：电压、频率、谐波。继电保护的任务发生故障时，自动、迅速、有选择地借助于断路器将故障部分从供电系统中切除；（继电保护动作于断路器跳闸）当设备出现不正常运行状态时，根据运行条件而动作于发出信号、减负荷或者跳闸。（继电保护动作于发信号）继电保护的工作原理供电系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的变化等。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成不同原理和类型的继电保护。分成两类：1.反应电气量变化的保护,2.反映非电气量变化的保护。反应电气量变化的保护原理：利用短路时电流增大的特征，可构成过电流保护；利用电压降低的特征，可构成低电压保护；利用电压和电流比值的变化，可构成阻抗（距离）保护；利用电流和电压之间相位关系的变化，可构成方向保护；利用比较被保护设备各端电流大小和相位的差别可构成差动保护等。反应非电气量变化的保护原理：利用故障时变压器油分解所产生的气体，可构成瓦斯保护。利用电动机绕组温度的升高，可构成过负荷保护或过热保护。***可利用任何故障与正常运行状态下有区别的信号来实现保护。二、继电保护装置的构成测量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果，给出逻辑信号。逻辑部分：根据测量部分的输出，使保护装置按照一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号。执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。

对继电保护的基本要求对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：选择性快速性灵敏性可靠性1、选择性当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。k点故障QF2动作图解：下图中各断路器都装有保护。K1点短路时，保护只跳开1QF和2QF，使其余部分继续供电；又如K3点短路，断路器1QF～6QF均有短路电流，保护只应跳6QF，除变电站D停电外，其余继续供电。K3点短路时，若6QF因本身失灵或保护拒动而不能跳开，此时5QF的保护应使5QF跳闸，这显然符合选择性的要求，这种作用称为远后备保护。2、速动性为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。

注意：必须在满足选择性的基础上Why?!3、灵敏性保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性，用灵敏系数（ks）来衡量。在进行继电保护整定计算的时候，常用到最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式就是和最小运行方式是指在同一点发生同一类型短路，流过某一保护装置的电流达到最大值和最小值的运行方式。（1）对于反应故障时参数量增加的保护装置例如：过电流保护的灵敏系数为

KS＝Ik.min／Iop

Ik.min——保护区内故障的最小短路电流值

Iop

——保护装置的动作电流（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置例如：低电压保护的灵敏系数为

KS＝Uop／Uk.max

Uk.max——保护区内故障的最大残压值

Uop

——保护装置的动作电流（3）可靠性指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。不误动；不拒动。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。几点注意点：可靠性最重要灵敏性直接影响可靠性选择性影响快速性三、常用继电器继电保护：（在电力行业）泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置：指各种具体的装置。（单个继电器或继电器与其附属设备构成，电子元件，计算机）各种继电器的表示符号和图形符号

继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。

保护继电器的组成元件机电型电子型微机型又称静态继电器，用模拟电子电路及部分数字电子电路构成。具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性等优点。结构原理有电磁式、感应式等。具有简单可靠、便于维修等优点。

又称数字式继电器，是以微处理器（缩写MPU）为核心组成的新型继电保护装置。与传统的继电保护装置相比，具有可靠性高、功能齐全、调试维护方便、性能价格比优等优点。已成为电力系统继电保护的更新换代产品。

在供电系统中，电流继电器是保护装置中重要的起动元件。常用的机电式电流继电器分电磁式和感应式两种。电磁式继电器动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。返回系数：kre=Ire/Iop继电保护规定：过流继电器的不应低于0.85；低电压继电器的应不大于1.25。尽量接近于1。

（1）电磁式电流继电器动作电流Iop—过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流。

这种电流继电器是一种瞬时继电器。用电磁式电流继电器构成定时限过电流保护装置时，还要用到电磁式时间继电器（KT）、信号继电器（KS）以及中间继电器（KM）。电磁式电流继电器的其动作特性如图所示。返回电流Ire—过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。

因为这种保护装置的动作时限（由时间继电器预先调整）与故障电流的大小无关，是固定的，所以其保护特性称为“定时限特性”。如右图所示。电磁型继电器分类：电磁型电压继电器：过电压、低电压电磁型时间继电器在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。电磁型中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时（0.4～0.8S）。电磁型信号继电器用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器

（2）感应式电流继电器

感应型电流继电器的动作机构主要由部分套有铜制短路环的主电磁铁、瞬动衔铁和可动铝盘等元件组成。当电磁铁线圈电流在一定范围之内时，铝盘由于两个不同相位交变磁通所产生的涡流而转动，经过延时带动接点系统动作，由于电流越大，铝盘转动得越快。

感应式电流继电器的电流时间特性曲线如图所示。当继电器线圈中的电流大到一定数值时，其动作时间与通入电流的平方成反比，通入的电流越大，动作时间越短，这也就是感应式电流继电器的“反时限特性”，如下图所示曲线abc，这一特性是其感应元件所产生的。

当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，电磁元件动作，使触点发生切换，同时也使信号牌掉下。很明显，电磁元件的作用又使感应式继电器兼有“电流速断特性”，如图所示bb/d曲线。因此这种电磁元件又称为电流速断元件。

速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流与感应元件的动作电流之比称速断电流倍数nqb。（3）静态型继电器整流型继电器如图所示是整流型电流继电器的原理框图。晶体管型继电器晶体管型继电器比电磁型、感应型继电器更具有灵敏度高、动作快、可靠性高、功耗少、体积小、耐震及易构成负载的继电器保护等特点微机保护微型计算机和微处理器的出现，使继电保护进入数字化时代。四．电流保护的接线方式

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Kwc，它是流入继电器的电流Ir与电流互感器二次绕组电流I2的比值，即

1、完全星形接线

完全星形接线又称三相三继电器接线方式。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Kw=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，即：因此又称两相电流差接线。A、C两相短路时，KWC=2；A、B或B、C两相短路时，KWC=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。第二节

电网相间短路的电流电压保护

电网相间短路故障时的特点是线路上的电流突然增大，同时故障相间的电压降低。保护方式分为：有时限（定时限或反时限）的过流保护无时限或有时限的电流速断保护三段式电流保护电流电压连锁保护等电网相间短路的特点：一、有时限的电流保护1、有时限过电流保护工作原理

在单侧电源的辐射式电网中，过电流保护装置都设在每一段电路的电源侧，如下图（a）所示。

每一段保护装置除了保护本段内的相间短路外，还要对下一段线路起到后备保护作用（远后备）。如图中K点短路，保护装置1、3、5都会流过短路电流，各个保护装置都启动。但根据要求，应该是保护1动作，其他保护应该返回。所以对1、3、5设置不同的动作时间。

过流保护根据所用继电器的时限特性不同，分为定时限和反时限两种，电路接线下图所示。时限级差的大小Δt的大小，根据断路器的固有跳闸时间和时间元件的动作误差，一般对定时限保护取Δt=0.5s，反时限保护取Δt=0.7s.对于图（a）：当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。保护装置的动作时间是预先整定的，不随短路电流大小的变化而变化，因而称为定时限保护。对于图（b）：当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器动作，并且电流越大动作时间越短。保护装置的动作时间和短路电流的大小有关，成反比关系，所以称为反时限保护。2、整定计算1）动作电流的计算过流保护装置的动作电流应按照以下两个条件进行整定

a、应能躲过正常最大工作电流Ilmax，即

b、对于还要起后备保护作用的继电器，在外部短路被切除后，已启动的继电器应能可靠的返回。因此保证电流继电器的返回电流Ire大于线路的最大工作电流2）灵敏系数校验对计算好的过流保护装置，还必须进行短路电流故障时保护装置的灵敏系数校验。根据灵敏系数的定义用继电器的动作电流进行计算灵敏系数的最小允许值，对于主保护区，对于备用保护要求如果灵敏系数不能满足要求时，必须采取措施提高灵敏系数，如改变接线方式、降低继电器动作电流等。3、动作时限的配合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Δt，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，反时限过电流取0.7s

a.定时限过电流动作时限整定

b.反时限过电流保护动作时限整定

反时限保护的动作时间与故障电流的大小成反比。因此，在保护范围内的不同地点短路时，由于短路电流不同，保护具有不同的动作时间。在靠近电源端短路时，电流较大，动作时间较短。因此，多级反时限过流保护的时候应该首先选择配合点，使之在配合点上两级保护的时限级差为Δt。c.定时限与反时限的配合

如右图所示，保护1为定时限，保护2为反时限。两个保护之间的保护配合点应该选择在保护1作为后备保护范围末端的k点。由图可以知道，在k点为保护1与2重叠保护的范围，存在时限配合问题。如设保护1的动作时限为t1，则保护2在配合点k的动作时间t2应该满足t1-t2=Δt（0.7s）。只要在k点时限配合，其他各应该大于点必能配合。如在k’点短路，保护1和2的时间Δt，满足要求。

二、电流速断保护线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大，这是过电流保护的不足。因此，GB50062-92规定当过电流保护动作时限超过0.5~0.7s时，应装设瞬动的电流速断保护。1、无时限电流速断保护电流保护的整定值，如果按照躲过保护区外部的最大短路电流原则来整定，即是把保护范围限制在被保护线路的一定区域之内，就可以完全按照提高动作电流的整定值获得选择性。因此，可以做成无时限的瞬动保护，叫电流速断保护。当A-B线路发生短路故障时，流经保护2的电流增大，保护2瞬时动作。当B-C线路发生短路故障时，流经保护2和1的电流都增大；按照保护选择性的要求，保护1瞬时动作，保护2不动作。速断保护的动作电流的确定：

1）为了保证保护装置的选择性，在下一段线路上发生最大短路电流时保护装置不应动作。

2）在本段线路内发生最小短路电流时，保护装置应动作。电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流之比。由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数kk后，速断保护动作电流大于被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，因此速断保护不能作主保护，必需和过电流保护装置配合作用，作为辅助保护是比较经济合理的。对于线路变压器组的保护，如下图所示。无论是变压器或者是线路发生故障时，供电系统都要中断。所以变压器故障时允许线路速断保护无选择的动作，即无时限速断保护范围可以伸长到被保护线路以外的变压器内部。这时线路的速断保护，按躲过变压器二次出口处短路时的最大短路电流来计算。即在这种情况下，电流速断保护的灵敏系数按被保护线路末端k2点最小两相短路电流校验，并要求即

电流速断保护接线如下图所示。图中采用了带延时0.06-0.08s动作的中间继电器3，其作用是利用它的接点接通断路器跳闸线圈。因为电流继电器的接点容量较小。

另外，当线路上面装有管型避雷器的时候，利用中间继电器的延时，增加保护的固有动作时间，以避免在避雷器放电时引起电流速断保护误动作。总结：无限时电流速断保护接线简单、动作迅速可靠，其主要缺点是不能保护线路全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化的影响。当系统运行方式变化很大的时候，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围。2、时限电流速断保护

提出：电流速断保护无法保护线路的全长，为了在线路任意点故障都能迅速切除故障，并作为无时限电流速断保护的后备。保护原理：在无时限电流速断保护的基础之上，增加适当的延时（一般为0.5-1s），便构成时限电流速断，接线与电流速断相似，不同的是用时间继电器取代了中间继电器。时限速断与无时限速断保护的整定配合如下图所示，图中Ⅰ和Ⅱ分别表示无时限和时限速断的符号。曲线1为流过保护装置的最大短路电流。动作电流值整定计算灵敏度校验灵敏度不应低于1.25-1.5为了保证动作的选择性，变电所A的时限速断要与变电所B的无时限速断相配合，并使前者的保护区小于后者。

三、三段式电流保护

三种电流保护方式各有所长和不足之处。若将三种保护组合在一起，相互配合构成的保护叫作三段式过流保护，它具有较好的保护性能。通常把无时限电流速断保护做第Ⅰ段保护，时限电流速断保护叫做第Ⅱ段保护，定时限过电流保护叫做第Ⅲ段保护。他们各自的保护范围和时限配合，如图所示。其中KA1、KA2、KS1构成第Ⅰ段电流速断；KA3、KA4、KT1、KS2构成第Ⅱ段限时电流速断；KA5、KA6、KT2、KS3构成第Ⅲ段定时限过电流。三段保护共用一个中间继电器KOM，任何一段保护动作均启动KOM，使断路器跳闸，同时相应段的信号继电器动作掉牌。三段式保护原理图例6-1：如图所示为35kV单侧电源输电线路，线路l1和l2的继电保护均为三段式电流保护。试计算并选定线路l1各保护装置的动作电流及动作时间，校验保护的灵敏系数，并选择主要继电器。已知线路l1的最大计算负荷电流为150A，电流互感器的的变比KTA=200/5，在最大及最小运行方式下k1、k2及k3处三相短路电流值如表6-1所示。保护采用不完全星形接线，线路l2过流保护时限为2s。短路点k1k2k3最大运行方式下的短路电流43001310500最小运行方式下的短路电流21501070460解:

（1）线路l1无时限电流速断保护。一次动作电流，继电器动作电流为，选用DL-11/100型电流继电器，动作电流的整定范围为：25~100A.

（2）线路l1时限电流速断保护。首先计算线路l2的无时限电流速断保护的一次动作电流线路l1的时限电流速断保护的一次动作电流为继电器动作电流为，选用DL-11/50型电流继电器，动作电流的整定范围为：12.5~50A.

动作时限与线路l2的无时限速断配合，可选用DS-11型时间继电器，其时限调整范围为0.1~1.3s,本保护取动作时限为0.5s

（3）灵敏系数校验时限电流速断应保证在线路l1末端发生短路时可靠动作，为此以k2点最小两相短路电流来校验灵敏系数。灵敏系数为校验合格

（4）过流保护装置过流保护的一次动作电流由式（6-3）得继电器的动作电流为选用DL-11/20型电流继电器，动作电流的整定范围为：5~20A.

动作时限为选用DS-112型时间继电器，其时限调整范围为0.25~3.5s，取动作时间为2.5s。

（5）灵敏度校验过流保护的灵敏系数应分别用l1

末端k2点及l2

末端k3点的最小短路电流校验，保护线路l1的灵敏系数为：

校验合格保护线路l2的灵敏系数为：

校验合格

四、电流电压连锁速断保护当系统运行方式变化很大时，无时限电流速断保护的范围可能很小，为了不延长保护动作时间，可以采用电流电压连锁速断保护

保护采用不完全星形接线，包括2个电流继电器和三个电压继电器。电流继电器和电压继电器接成与门关系。只有当两者都动作的时候，保护才能作用于跳闸。

电流继电器的动作电流为

电压继电器的动作电压为第三节

小接地电流系统的单相接地保护

如下图所示的为一中性点不接地系统单相接地时电容电流分布。线路l1、l2和发电机的各相对地电容，分布为CⅠ、CⅡ、CF.一．单相接地的零序电流分布

当线路l2上K点发生接地故障后，系统中的A相接地短路，A相对地电压为零，对地电流为零。B相和C相对地电容对地形成回路。根据第一章中式（1-11）、（1-14）的分析可知，非故障线路l1始端所反应的零序电流为：其有效值为当电网中的线路很多的时候，上诉结论可以适用于每一条非故障的线路。发电机出线端所反应的零序电流为：故障线路l2的接地点要流过全系统B相和C相对地电容电流的总和。结论：（1）

发生单相接地时，接地相对地电压为零，非接地相的对地电压升高了倍，三个相间电压大小不变，并仍然对称，全系统都出现零序电压。（2）

在非故障线路中有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，其方向为由母线流向线路。（3）

在故障线路上，零序电流为所有非故障相线路对地电容电流之和，数值一般较大，其方向为由线路流向母线。

当中性点采用经消弧线圈接地后，单相接地的电流分布产生了重大的变化。当线路l2上的K点接地以后，电容电流的大小和方向和分布与不接消弧线圈时是一样的，不同的是在零序电压作用下消弧线圈有一电感电流经接地点流回消弧线圈。结论：（1）

当采用完全补偿方式时，流经故障线路和非故障线路始端的零序电流都是本线路的电容电流，电容性无功功率方向相同，都是由母线指向线路。在这种情况下，无法利用电流的大小和方向来区别故障线路和非故障线路。（2）

当采用过补偿方式的时候，流经故障线路和非故障线路始端的零序电流，是电容性电流，其容性无功功率方向都是由母线流向线路。故也没法利用功率方向来判断是故障电流还是非故障电流。当过度补偿不大时，也很难利用电流大小判断出故障线路。二．绝缘监视装置其利用供电系统单相接地后出现的零序电压给出信号。在中性点非有效接地的供电系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有母线上都将出现数值较高的零序电压。利用这一特点，在变电所的母线上一般装设网络单相接地的绝缘监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。

在供电系统中常用三相五芯柱式电压互感器或三只三绕组单相电压互感器作中性点不接地系统的绝缘监测装置

正常运行时，电网三相电压是对称的，没有零序电压，所以三只电压表度数相等，过电压继电器不动作。当任一出线发生接地故障的时候，接地相对地电压为零，其他两相对地电压升高倍，可以从电压表上指示看出来。同时，在开口三角出现零序电压，过电压继电器动作给出接地信号。可以根据接地信号和电压表指示，判断电网已经发生接地故障和接地相。绝缘监视装置的保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，即表明故障是在该线路上。这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为15V。利用单相接地故障线路的零序电流较非故障线路大的特点，实现有选择性地发出信号或动作于跳闸，此即线路的零序电流保护。当供电系统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（零序电流），而这些非故障线路属于正常线路，其保护装置不应动作，因此，非故障线路保护装置的动作电流应至少大于本线路的电容电流。三.零序电流保护

四.零序功率方向保护

利用故障线路与非故障线路零序功率方向相反来实现有选择性的保护，动作于信号或者跳闸。这种方式适合于零序电流保护不能满足灵敏系数的要求时和接线复杂的网络中。五.中性点经消弧线圈接地系统的接地保护

目前在经中性点经消弧线圈接地的电网中，要实现有选择性的保护是很困难的。可以选用无选择性的绝缘监视装置。除此之外还可用：

1、反应5次谐波电流的接地保护

2、短时投入一电阻的方法到目前为止，中性点经消弧线圈接地电网的单相接地保护，还有待进一步的研究解决。第四节

电力变压器保护变压器易产生的故障和不正常工作状态变压器故障及不正常工作状态变压器故障不正常工作状态内部故障线圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路以及烧坏铁心等。

外部故障套管及引出线上的短路和接地。

过负荷、温升过高以及油面下降超过了允许程度等。

变压器的保护（1）气体保护（2）电流速断保护（3）差动保护（4）过流保护（5）过负荷保护一、电力变压器的气体保护气体保护原理油箱内部发生故障（包括匝间短路、经电阻的接地等轻微故障）→故障点电流、电弧→变压器油及其它绝缘材料受热分解→产生气体→流向油枕的上部。当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体，气体夹杂着油流冲向油枕的上部。反映上述气体或油流而动作的保护－气体保护1、气体与油的混合物－重（严重故障）反应油流速度→跳闸2、气体与油的混合物－轻（不正常or少数匝间）气体体积→发信号气体保护接线如图所示，图中的中间继电器4是出口元件，它是带有电流自保线圈的中间继电器，这是考虑到重气体时，油流速不稳定而采用的。切换片5是为了在变压器换油或者进行气体继电器实验时，防止误动作而设置的。1、优点：

动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障2、缺点：

可靠性不太高，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。

气体保护可作为变压器的主保护之一。二、电力变压器的电流速断保护

气体保护不能反应变压器外部故障，尤其是变压器接线端子绝缘套管的故障。因此，对于较小容量的变压器，特别是车间配电用变压器，广泛采用电流速断保护作为电源侧绕组。套管及引出线故障的主保护。再用时限过电流保护装置，保护变压器的全部，并作为外部短路所引起的过电流及变压器内部故障的后备保护。

变压器过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同。其动作时间也按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。对车间变电所来说，其动作时间可整定为最小值（0.5s）。灵敏度按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路电流换算到高压侧来校验。变压器的电流速断保护的组成、原理与线路的电流速断保护完全相同。

右图所示为变压器电流速断保护的单相原理接线图，电流互感器装于电源侧。电源侧为中性点直接接地系统时，保护采用完全星型接线方式。电源侧为中性点不接地或者经消弧线圈接地的系统时，则采用两相式不完全星型接线。速断保护的动作电流，按躲过变压器外部故障的最大短路电流整定变压器的速断动作电流还应躲过励磁涌流。保护装置的一次侧动作电流必须大于（3-5）倍IN.T,IN.T是保护安装侧变压器的额定电流。变压器电流速断保护的灵敏系数：1、优点：

接线简单、动作迅速2、缺点：（1）当变压器容量不大时，保护区很短，灵敏度到不到要求（2）在无电源的一侧，套管引出的故障不能保护，要依靠过流保护，切除故障时间长，对系统安全运行影响大。（3）对并列运行的变压器，负荷侧故障时，如无母联保护，过流保护将无选择性的切除所以变压器。所以，对并联运行变压器，容量大于6300kVA和单独容量大于10000kVA的变压器，不采用电流速断，而采用差动保护。三、电力变压器的差动保护（一）变压器差动保护的工作原理及不平衡电流在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，，流入继电器回路的电流，如图所示。此时继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。原理：1、正常和外部故障时2、内部故障

在正常运行和发生外部故障时，在继电器中会流过不平衡电流，影响差动保护的灵敏度，一般有三种因素：1、电流互感器的影响由于变压器两侧电压不同，装设的电流互感器的形式不同，他们的特性必然不一样，会引起不平衡电流。还由于选择的电流互感器变比不同，也将产生不平衡电流。只有当两侧互感器的变比的比值等于变压器的变比时，才能消除不平衡电流。但这个条件很难实现，由此产生不平衡电流。Y/△-11接线的变压器原副边相位相差30°，因此必须采用相位补偿的方法，即变压器Y侧互感器二次接成d形，变压器d侧的互感器接成Y型，使的相位得以补偿。补偿方法为：变压器电流互感器备注Y△两种三角形接法必须相同△Y2、变压器接线方式的影响3、由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。变压器的励磁电流只有在电源侧通过，它反应到变压器差动保护中，就构成不平衡电流。不过正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般是额定电流的3％～5％。当外部短路时，由于电压降低，励磁电流相应减小，影响更小。在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流（即励磁涌流）。这是由于变压器上面突然加上电压或者电压突然升高时，铁芯中的磁通不变，必然引起非周期分量磁通的出现。虽然磁通只有正常的两倍多，但是励磁电流却急剧增大，可能是正常额定电流的6-10倍。

励磁涌流有如下特点：①含有很大成分的非周期分量，其波形偏向时间轴的一侧，。并且衰减很快，对于中小型变压器经过0.5-1s后，其值一般不超过0.25-0.5倍额定电流。②含有大量高次谐波，而且以二次谐波为主。③波形之间出现间断角。

励磁涌流有下列特点：（1）含有的非周期分量幅值很大，常使励磁涌流偏于时间轴的一侧；（2）含有大量的高次谐波，尤其是二次谐波可达到15％以上；（3）波形间有明显的间断。4、减小不平衡电流的措施。（1）对于电流互感器特性和变比不同而产生的不平衡电流，可在继电器中采取补偿的办法减小，并且可以用提高整定值的办法来躲过。（2）对于励磁涌流可以利用它所包含的非周期分量，采用具有速饱和变流器的差动继电器来躲过涌流的影响，或者利用励磁涌流具有间断角和二次谐波等特点制成躲过涌流的差动继电器。（二）差动继电器

我国生产的差动继电器形式有电磁型的BCH系列、整流型的LCD系列和晶体管型的BCD系列，变压器保护常用的是BCH-2型差动继电器。差动继电器必须具有躲过励磁涌流和外部故障时所产生的不平衡电流的能力，而在保护区域内故障时，应有足够的灵敏度和速动性。（三）差动保护的整定1、计算变压器两侧额定电流

由变压器的额定容量及平均电压计算出变压器两侧的额定电流IN.T,按KWCIN.T选择两侧电流互感器一次额定电流，然后按照下式算出两侧电流互感器二次回路的额定电流取二次额定电流最大的一侧为基本侧。2、按下面三个条件确定保护装置的动作电流IOP

（1）躲过变压器的励磁涌流

（2）躲过外部故障时的最大不平衡电流

（3）躲过电流互感器二次回路断线引起的不平衡电流。3、基本侧差动线圈匝数的确定继电器的动作电流为基本侧线圈匝数为4、非基本侧平衡线圈匝数的确定5、计算Δf6、确定短路线圈的匝数7、灵敏系数校验四、电力变压器的过流保护为了防止外部短路引起的变压器绕组的过电流，并作为差动和气动保护的后备，变压器还必须装过电流保护对于单侧电源的变压器，过电流保护安装在电源侧，保护动作时切断变压器各侧开关。动作电流可以求灵敏度校验五、变压器的过负荷保护变压器的负荷大部分都是三相对称的，所以可以通过采用单电流继电器的接线方式。变压器的负荷保护的动作时间通常取10s，保护装置的动作电流，按躲过变压器额定电流整定，即第五节

高压电动机的保护电动机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。电动机保护电流速断保护；差动保护；过负荷保护；低电压保护；单相接地保护。一、电动机的电流速断及过负荷保护

电动机的电流速断保护通常采用两相式接线，当灵敏度允许时，应采用两相电流差的接线方式。对于可能过负荷的电动机，采用具有反时限特性的电流继电器。1、电流速断保护的整定计算（1）躲过电动机启动电流，即继电器的动作电流为

（2）对同步电动机还应躲过外部短路时的反馈电流，如果反馈电流大于启动电流则（3）灵敏系数校验2、过负荷保护的整定计算过负荷保护按照电动机的额定电流整定，继电器的动作电流为过负荷保护动作时限的整定，应大于电动机的启动时间，一般取10-15s。用反时限特性继电器保护过负荷的时，应按启动电流整定时限。二、电动机的低电压保护1、低电压保护的整定计算

一般电动机最大转矩倍数，所以低电压保护的动作电压为对于不允许和不需要自启动的电动机，低电压保护动作电压一般取2、低电压保护的接线

它由接于二次电压互感器二次回路的电压继电器KV1、KV2、KV3以及接于直流回路的时间继电器KT、中间继电器KM等组成。当电源电压对称下降至整定值以下时，KV1、KV2、KV3均释放，其常闭接点闭合，通过KM1的常闭接点启动继电器KT，经过一定延时时启动出口中间继电器KM2，使之作用于跳闸。当电压互感器一相断线时，在KV1、KV2、KV3中总有一个释放，则KM1接通，发出电压回路断线信号，同时KM1的常闭节点断开KT回路，防止将电动机误跳闸。第六节

备用电源自动投入装置

为了提高供电的可靠性，缩短故障停电时间，减少经济损失，在二次系统中还常设置备用电源自动投入装置（BZT）。当工作电源不论由于何种原因而失去电压时，备用电源自动投入装置（BZT）能够将失去电压的电源切断，随即将另一备用电源自动投入以恢复供电。备用电源接线方式示意图

正常情况下，由工作电源供电，备用电源由于QF2断开处于备用状态。当工作电源故障时，BZT动作，将断路器QF1断开，切断故障的工作电源，然后合上QF2，使备用电源投入工作，恢复供电。

正常工作时，两路电源同时工作，Ⅰ段母线和Ⅱ段母线分别由电源A和电源B供电，通过断路器互为备用。如电源A发生故障，BZT动作，将QF1断开，将分段断路器QF3自动投入，此时母线Ⅰ由电源B供电。对备用电源自动投入装置的基本要求（1）当常用电源失压或电压降得很低时，BZT应把此路断路器分断。如上级断路器装有自动重合闸装置时，BZT应带时限跳闸，以便躲过上级自动重合闸装置的动作时间。（2）常用断路器因继电保护动作（负载侧故障）跳闸，或备用电源无电时，BZT均不应动作。（3）BZT只应动作一次，以免将备用电源合闸到永久性故障上去。（4）BZT的动作时间应尽量缩短。（5）电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时，BZT不应误动作。（6）常用电源正常的停电操作时BZT不能动作，以防止备用电源投入。BZT典型接线图第七节

供电系统的微机保护随着计算机技术的发展和变电所综合自动比系统的实现以及变电所无人值班的运行方式，系统对保护的要求更高，使现有的模拟式继电保护难以满足。主要表现在以下几个方面:动作速度慢，一般超过0.02s。设有自诊断和自检功能，保护装置中的元件损坏不能及时发现，易造成严重后果。保护的每一种方式都是