配电线路设计施工、运行与维护李光辉课件9第9章保护

第九章配电线路保护

配电系统保护的类型有：继电保护、熔断器保护和低压断路器保护。第一节继电保护的基本知识第二节配电线路保护装置第三节配电变压器的保护第四节低压配电系统的保护第九章配电线路保护第一节继电保护的基本知识一、继电保护装置继电保护装置是由不同类型的继电器和其他辅助元件根据保护的对象按不同的原理构成的自动装置。它的主要作用是：当被保护的电力元件发生故障时，能自动迅速有选择地将故障元件从运行的系统中切除分离出来，避免故障元件继续遭受损害，保证无故障部分能迅速恢复正常。当被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置能发生报警信号，以便值班运行人员采取措施恢复正常运行。二、继电保护的任务三、对继电保护的要求第一节继电保护的基本知识

第一节继电保护的基本知识二、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工作。（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。

第九章配电线路保护第一节继电保护的基本知识三、对继电保护的要求1．选择性2．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。电源供电系统示意图电源供电系统示意图第九章配电线路保护第一节继电保护的基本知识三、对继电保护的要求3．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。第一节继电保护的基本知识

三、对继电保护的要求3．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。第一节继电保护的基本知识

三、对继电保护的要求4．灵敏性

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力。第二节配电线路保护装置

继电保护装置基本上，由三个部分构成：测量部分逻辑部分执行部分

测量部分用来反应和转换被保护对象的各种电气参数，经过综合变换后，送给逻辑部分，与给定值进行比较，作出逻辑判断。当区别出被保护对象有故障时，起动执行部分，发出操作指令，使断路器跳闸。

第二节配电线路保护装置

利用配电系统故障时运行参数与正常运行时参数的差别，可以构成各种不同原理的继电保护装置。例如：（1）利用电网电流改变，可构成电流速断、定时限过电流和零序电流等保护装置。（2）利用电网电压改变的，可构成低电压或过电压保护装置。（3）利用电网电流与电压间相位关系改变的，可构成功率方向保护装置。（4）利用电网电压与电流的比值，即利用短路点到保护安装处阻抗的，可构成距离保护等保护装置。（5）利用电网输入电流与输出电流之差的，可构成变压器差动保护等保护装置。第二节配电线路保护装置

一、继电器继电器是实现配电系统继电保护的重要器件，它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。可理解为：继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制大电流、高电压的自动开关。第二节配电线路保护装置

一、继电器一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

第二节配电线路保护装置

三、对继电保护的要求根据继电保护的任务，继电保护应满足选择性可靠性速动性灵敏性第二节配电线路保护装置

1、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。第二节配电线路保护装置

2、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。

第二节配电线路保护装置

3、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。第九章配电线路保护4．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力。对于故障状态下保护输入量增大时动作的继电保护灵敏度KS，计算方法为保护范围内故障时检测量的最小值与保护动作的整定值之比，如对过电流保护：

第九章配电线路保护二、配电线路继电保护装置（1）利用电网电流改变，可构成电流速断、定时限过电流和零序电流等保护装置。（2）利用电网电压改变的，可构成低电压或过电压保护装置。（3）利用电网电流与电压间相位关系改变的，可构成功率方向保护装置。（4）利用电网电压与电流的比值，即利用短路点到保护安装处阻抗的，可构成距离保护等保护装置。（5）利用电网输入电流与输出电流之差的，可构成变压器差动保护等保护装置。第九章配电线路保护（一）电磁式电流继电器和电压继电器DL－10系列电磁式电流继电器的内部结构1-线圈；2-电磁铁；3-钢舌片；4-静触点；5-动触点；6-起动电流调节螺杆；7-标度盘（铭牌）；8-轴承片；9-反作用弹簧；10-轴第九章配电线路保护（二）电磁式时间继电器电磁式时间继电器的内部结构1-线圈；2-电磁铁；3-可动铁心；4-返回弹簧；5、6-瞬时静触点；7-绝缘件；8-瞬时动触点；9-压杆；10-平衡锤；11-摆动卡板；12-扇形齿轮；13-传动齿轮；14-主动触点；15-主静触点；16-标度盘；17-拉引弹簧；18-弹簧拉力调节器；19-摩擦离合器；20-主齿轮；21-小齿轮；22-掣轮；23-钟表机构传动齿轮第九章配电线路保护（三）电磁式信号继电器电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号，因此又称指示继电器。信号继电器的文字符号为KS。信号继电器触点为自保持，即一旦动作，必须由值班人员手动复位。电磁式信号继电器的内部结构

1-线圈；2-电磁铁；3-弹簧；4-衔铁；5-信号牌；6-玻璃窗孔；7-复位旋钮；8-动触点；9-静触点；10-接线端子第九章配电线路保护（四）电磁式中间继电器电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器，以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足。中间继电器文字符号为KM。1-线圈2-电磁铁3-弹簧4-衔铁5-动触点6、7-静触点8-连接线9-接线端子10-底座第九章配电线路保护（五）感应式中间继电器配电系统中，广泛采用感应式电流继电器来做过电流保护兼电流速断保护，因为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。感应式电流继电器的内部结构

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-制动永久磁铁；9-扇形齿轮；10-蜗杆；11-扁杆；12-继电器触点；13-时限调节螺杆；14-速断电流调节螺钉；15-衔铁；16-动作电流调节插第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置一、继电器二、配电线路继电保护装置根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～66kV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。

（一）相间短路的过电流保护（二）相间短路的电流速断保护

第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置一、继电器二、配电线路继电保护装置根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～66kV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。

（一）相间短路的过电流保护1．定时限过电流保护的组成和原理定时限过电流保护就是保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关。

第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置一、继电器二、配电线路继电保护装置根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～66kV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。

（一）相间短路的过电流保护（二）相间短路的电流速断保护

第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护1．定时限过电流保护的组成和原理2．反时限过电流保护的组成和原理3．过电流保护的整定计算4．定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较

第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护1．定时限过电流保护的组成和原理第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护1．电流速断保护的组成及速断电流的整定２．电流速断保护的整定第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护1．定时限过电流保护的组成和原理第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护2．反时限过电流保护的组成和原理反时限就是保护装置的动作时间与故障电流大小有反比关系，故障电流越大，动作时间越短。反时限过电流保护装置的原理电路如图9-13所示。第二节

二、配电线路继电保护装置3．过电流保护的整定计算第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护3．过电流保护的整定计算

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。带时限的过电流保护的动作电流的整定必须满足以下两个条件：二、配电线路继电保护装置（一）相间短路的过电流保护3．过电流保护的整定计算带时限的过电流保护的动作电流的整定必须满足以下两个条件：第九章配电线路保护第二节配电线路保护装置二、配电线路继电保护装置对于动作时限整定，定时限过电流和反时限过电流有所区别。由上所述，定时限过电流保护装置的起动由电流继电器完成，动作时限的实现由时间继电器完成。保护装置的动作时限与短路电流的大小无关，仅取决于由选择性确定的时间继电器的整定时间。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，如图9-14b所示，即按阶梯原则进行整定。式中，Δt为时限级差，定时限过电流保护取0.5s。第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

3．过电流保护的整定计算第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

3．过电流保护的整定计算第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

二、配电线路继电保护装置4．定时限过电流保护与反时限过电流保护的比较第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

（二）相间短路的电流速断保护

由于其时限整定按阶梯原则，从负荷端开始向电源侧逐级增加一个级差△t，所以短路点越靠近电源处，短路电流越大，而保护的动作时间反而越长，这必然使短路电流的危害加重。为此，规定当过电流保护动作时间超过0.5～0.7s时，应加装电流速断保护配合。1．电流速断保护的组成及速断电流的整定

线路的定时限过电流保护和电流速断保护电路图第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第九章配电线路保护二、配电线路继电保护装置（三）单相接地保护我国3～63kV系统，特别是3～10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式或称小电流接地系统。1．多线路系统单相接地分析

2．单相接地保护3．绝缘监视装置中性点不接地系统单相接地第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第九章配电线路保护2．单相接地保护单相接地保护又称为零序电流保护，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，实现有选择性地跳侧或发出信号。单相接地保护的接线和工作原理如图9-18所示。图9-18单相接地保护的工作原理图第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

（三）单相接地保护我国3～63kV系统，特别是3～10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式或称小电流接地系统，如图9-17所示。1．多线路系统单相接地分析

中性点不接地系统单相接地第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

3．绝缘监视装置绝缘监视装置是利用系统出现单相接地后会出现零序电压，从而给出信号，其原理图如图9-19所示。系统正常运行时，三相电压对称，三只相电压表读数近似相等，开口三角形绕组两端电压近似为零，电压继电器不动作。图9-18单相接地保护的工作原理图第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

4．小电流接地选线技术配电网络一般均属于小电流接地系统，即中性点不接地或经消弧线圈接地系统。该系统最大的优点是发生单相接地故障时，并不破坏系统线电压的对称性，系统可继续运行1~2h。运行人员应该在规定时间内判定出故障线路，使之与系统隔离，以防止故障的进一步扩大。基于小电流接地系统发生单相接地故障时出现零序电流及零序电压的特点，通过检测不同的量，就构成了技术特点不同的小电流接地选线装置。在小电流接地系统中，正常情况下，系统三相电压对称平衡，三相对地电容相等。第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

当发生单相接地时，电压互感器开口三角绕组的电压升高3倍，在系统中用它作为启动信号。接地线路的零序电流最大，等于所有非故障零序电流之和，相位滞后零序电压近90°，大小与线路长度有关；而非接地线路零序电流为本身电容电流值，相位超前零序电压近90°。在系统发生单相接地故障时通过对接地电流分析测试发现，接地线路的接地电流与容性电容分量成正比，并且5次谐波与基波特性一致。在中性点经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的补偿作用，使得接地线路零序电流与非接地线路零序电流相位相同，其数值大小不定，无法采用以基波幅值的方法判断，所以应采用5次谐波作为选线的判据。在消弧线圈补偿的系统中，采用电压互感器开口电压作为启动信号，根据各条线路中5次谐波的幅值、相位和谐波含量等多重判据作为接地选线依据。第二节配电线路保护装置

二、配电线路继电保护装置

（四）过负荷保护过负荷保护相对而言较简单，通过检测线路的电流来判断线路是否出现过负荷的情况，其原理图见图9-20。图9-20过负荷保护原理图第九章配电线路保护第三节配电变压器的保护变压器的故障可分为内部故障和外部故障两类。变压器一般应装设下列保护装置：

(1)瓦斯保护。用来保护变压器的内部故障，当变压器内部发生故障，油分解产生气体或当变压器油面降低时，瓦斯保护动作。容量在800kVA及以上的油浸式变压器一般都应装设瓦斯保护；

(2)纵联差动保护。用来保护变压器内部及引出线套管的故障，容量在10000kVA及以上单台运行的变压器和容量在6300kVA及以上并列运行的变压器，都应装设纵联差动保护。

(3)电流速断保护。容量在l0000kVA以下单台运行的变压器和容量在6300kVA以下并列运行的变压器，一般装设电流速断保护来代替纵联差动保护。

(4)过电流保护。用来保护变压器内部和外部的故障，作为纵联差动保护或电流速断保护的后备保护。

(5)过负荷保护。用来防止变压器的对称过负荷，因此，保护装置只接在某一相的电路中并且动作于信号。

(6)温度信号装置。为了监视变压器的上层油温不超过规定值(一般为85℃)而装设。当超过油温规定值时，温度信号装置动作发出信号或自动开启变压器冷却风扇。第三节配电变压器的保护一、瓦斯保护油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的，当变压器内部发生故障，由于短路电流所产生的电弧使变压器的绝缘物和变压器油分解而产生大量气体。利用这种气体来动作的保护装置，称为瓦斯保护

FJ3-80型开口杯式瓦斯继电器的结构示意图1—盖；2—容器；3—上油杯；4—永久磁铁；5—上动触点；6—上静触点；7—下油杯；8—永久磁铁；9—下动触点；10—下静触点；11—支架；12—下油杯平衡锤；13—下油杯转轴；14—挡板；15—上油杯平衡锤；16—上油杯转轴；17—放气阀；18—接线盒第九章配电线路保护二、差动保护

第三节配电变压器的保护三、电流速断保护对于容量在6300kVA及以下的变压器，若灵敏度满足要求时，可以采用电流速断保护来切除变压器部分绕组、高压侧套管及其引出线的故障。用电流速断保护与瓦斯保护配合，即可切除变压器高压侧及其内部的各种故障。图9-23变压器电流速断保护原理接线示意图第三节配电变压器的保护三、电流速断保护第四节低压配电系统的保护

低压配电系统常用的保护设备有熔断器和低压断路器。一、熔断器保护熔断器是最简单和最早采用的一种保护装置，它可使电气设备免遭过负荷电流和短路电流的损害。当流过电气设备的电流大于熔断器熔体额定电流时，熔体将被熔断，切除故障。

二、低压断路器保护低压断路器（又称自动开关）是一种可以接通和分断短路电流的开关电器。对低压断路器的选型，一般应满足以下要求：（1）低压断路器的额定电压应不小于保护线路的额定电压；（2）低压断路器的额定电流应不小于它所装设的脱扣器额定电流；（3）低压断路器的类型应符合安装处条件、保护性能及操作方式的要求；（4）低压断路器的断流能力应进行校验。第五节配电线路防雷保护与接地

一、过电压及其分类1、雷击过电压，又称为大气过电压

2、内部过电压二、雷电的形成及其危害三、防雷设备四、配电设备的接地第五节配电线路防雷保护与接地

二、雷电的形成及其危害1．直击雷过电压2．感应雷过电压3．雷电侵入波

雷云对建筑物放电

架空线路上的感应过电压(a)雷云在线路上方，线路上感应束缚电荷；(b)雷云消失后，电荷在线路上形成电压波1-雷云；2-架空线路第五节配电线路防雷保护与接地

二、雷电的形成及其危害3．雷电侵入波由于直击雷或感应雷而产生的高电压雷电波，沿架空线路或金属管道侵入变