第四章 供配电继电保护与二次回路

4.1供配电继电保护的任务和要求

一、供配电系统继电保护的任务、要求

1．继电保护的任务继电保护的任务，一是在供配电系统出现短路故障时，作用于短路点最近的断路器或其它控制保护装置，使之迅速跳闸，切除故障部分，恢复其它部分的正常运行，同时发出信号，提醒值班人员及时处理事故。

2．继电保护的要求

(1)选择性。应只切除故障元件，使停电范围最小，(2)速动性。在发生故障时应能尽快动作，切除故障。

(3)灵敏性。保护装置的反应能力。

(4)可靠性。一定要准确动作，即不能拒动；也不能误动。4.2常用的保护继电器一、电磁式继电器。1.电磁式电流继电器电磁式电流继电器在继电保护装置中，通常用作起动元件，因此又称为起动继电器。供配电系统常用的DL-10型电磁式电流继电器外形和符号如图4-1所示。（a）外形

（b）集中表示法

（c）分开表示法继电器的型号含义：2.电磁式电压继电器电磁式电压继电器的结构和工作原理与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。电压继电器文字符号为KV。（a）外形

（b）图形符号3.电磁式时间继电器电磁式时间继电器在继电保护装置中，用作时限元件，使保护装置的动作获得一定延时，以满足选择性要求。DS-110（120）型电磁式时间继电器的外形和符号如图4-3所示。（a）外形

（b）图形符号

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。信号继电器的外形和符号如图4-4所示。（a）外形

（b）图形符号5.电磁式中间继电器中间继电器的触头容量较大，触头数量较多，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。它通常用保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，故又称为出口继电器。中间继电器的外形和符号如图4-5所示。（a）外形

（b）图形符号6.感应式继电器感应式电流继电器具有电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，即它在继电保护装置中既能作为起动元件，又能实现延时、给出信号和直接接通跳闸回路；既能实现带时限的过电流保护，又能同时实现电流速断保护，从而使保护装置大大简化。

（a）外形

（b）图形符号4.3电力变压器的继电保护一、变压器故障的种类变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。

内部故障是指变压器油箱内所发生的故障，包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地(碰壳)短路等；

外部故障是指引出线上绝缘管相间短路和单相接地等。

二、变压器的继电保护装置

1．瓦斯保护

瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、结构简单，能反应变压器油箱内部各种类型的故障，尤其是对绕组的匝间短路反应最为灵敏

图4-7所示是变压器瓦斯保护的接线电路图。当变压器内部发生轻微故障时，瓦斯继电器KG的上触点1～2闭合，作用于报警信号。当变压器内部发生严重故障时，KG的下触点3～4闭合，经中间继电器KM作用于断路器QF的跳闸线圈YR，使断路器跳闸，同时KS发出跳闸信号。KG的下触点3～4闭合时，也可以用联接片XB切换位置，串接限流电阻R，只给出报警信号。

由于瓦斯继电器KG的下触点3～4在发生严重故障时可能有“抖动”(接触不稳定)现象，因此，为使断路器可靠跳闸，特利用中间继电器KM的触点1～2作“自保持”触点。只要KG的下触点3～4一闭合，KM就动作，并借其上触点1～2的闭合而使其处于自保持状态，KG的下触点3～4闭合后使断路器QF跳闸，断路器QF跳闸后，其辅助触点QF（1～2）断开跳闸回路，QF（3～4）则断开中间继电器KM的自保持回路，使中间继电器返回。2．过电流保护

过电流保护，其继电保护装置和电流互感器都装在变压器一次侧，它既能反应外部故障，也可以作为变压器内部故障的后备保护。常用的接线方式有两相电流差的联结、两相星形联结和三个继电器的两相不完全星形联结方式。

3．电流速断保护具有带时限的过电流保护，既能反映应变压器的外部故障，也能反映应变压器的内部故障。但当过电流保护动作时限大于0.5s，必须安装电流速断保护，使故障变压器能迅速地从系统中切除。

4．过负荷保护变压器的过负荷保护是用来反应变压器正常运行时出现的过负荷情况。这种保护只有在变压器确实有可能过载时才装设。变压器的过负荷保护只需要在一相上装一个电流继电器。

使其动作延时大于过电流保护装置的动作延时，一般采用10～15s。

变压器的电流速断保护、定时限过电流保护及过负荷保护的综合电路图

5．差动保护

差动保护是反映变压器两侧电流差额而动作的继电保护装置，其动作原理如图4-10所示。将变压器两侧的电流互感器串联起来构成环路，电流继电器并联在环路上

差动保护的保护范围是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域，因此它可以保护变压器内部及两侧套管和引出线上的相间短路。它在保护范围外短路时不动作，因此，不需要与相邻元件的保护在整定值和动作时间上进行配合，可以构成无延时的速动保护。

4.4断路器的控制回路和信号系统一、概述

断路器的控制回路就是控制断路器分、合闸的回路。它取决于断路器操动机构的型式和操作电源的类别。高压断路器的操动机构有手力式、电磁式和弹簧式等型式；操作电源有直流和交流两类。

信号系统是用来指示一次设备运行状态的二次系统。按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。

二、采用手力操动机构的断路器控制回路及其信号系统

图4-11为采用手力操动机构的控制回路及其信号系统。其中，WC-控制小母线、

WS-信号小母线、YR-跳闸线圈、KA-保护装置出口继电器触点、GN-绿色信号灯、RD-红色信号灯、QM-手力操作机构辅助触点、QF1～6-断路器辅助触点。三、采用电磁操动机构的断路器控制回路及其信号系统

图4-12为采用电磁操动机构的断路器控制回路及其信号系统，其中，WC-控制小母线、WL-灯光指示小母线、WF-闪光信号小母线、WS-信号小母线、WAS-事故信号小母线、WO-合闸小母线、SA—控制开关、KO-合闸接触器、YO-电磁合闸线圈、YR-跳闸线圈、KA-保护装置出口继电器触点、GN-绿色信号灯、RD-红色信号灯、ON-合闸操作方向、OFF-分闸操作方向。

4.5供配电系统的二次回路二次回路又称二次系统，是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路。用来反映一次系统的工作状态和控制、调整一次设备。当一次系统发生事故时，能够立即动作，使故障部分退出运行。

一、二次回路的操作电源

操作电源主要是向二次回路提供所需的电源。操作电源主要有直流和交流两大类，

1．直流操作电源

(1)蓄电池组供电的直流操作电源

蓄电池组供电的直流操作电源是一种与电力系统运行方式无关的独立电源系统。即使在变电所完全停电的情况下，仍能在24小时内可靠供电，具有很高的供电可靠性。

供配电系统的二次回路功能示意图

(2)硅整流直流操作电源。硅整流直流操作电源在变电所应用比较普遍，按断路器操动机构的要求可分为电磁操动的电容储能和弹簧操动的电动机储能等。

2．交流操作电源取自于所用主变的交流操作电源。变配电所的用电一般应设置专门的变压器供电，简称所用变。变电所的用电主要有室外照明、室内照明、生活区用电、事故照明、操作电源用电等.

二、电测量仪表与绝缘监视装置1．电测量仪表在电力系统和供配电系统中，电测量有三个作用：一是计费测量，主要计量用电单位的用电量，如有功电度表、无功电度表；二是对供电系统中运行状态、技术经济分析所进行的测量，如电压、电流、有功功率、无功功率、及有功电能、无功电能测量等，这些参数通常都需要定时记录；三是对交、直流系统的安全状况，如绝缘电阻、三相电压是否平衡等进行监测。用途不同，测量仪表的选择也不同。一般计费仪表要求准确度较高，其他测量仪表的准确度要求则相对低一些。(1)变配电装置中测量仪表的配置

①在供配电系统的每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有计量专用电流、电压互感器。②在变配电所的每一段母线上(3kV～10kV)，必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其他三只测量相电压。

③

35/（6kV～10kV）变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只：（6～10kV）／0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位变压器还应装设一只无功电度表。④

3kV～10kV配电线路，应装设电流表、有功电度表和无功电度表各一只，如不是单独经济核算单位时，无功电度表可不装设。当线路负荷大于等于5000kVA时，还应装设一只有功功率表。⑤低压动力线路上应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷的15％～20％以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般还应装设一只三相四线有功电度表。⑥并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应在总回路上装设一只无功电度表。(2)仪表的准确度要求①交流电流、电压表、功率表可选用1.5～2.5级；直流电路中电流、电压表可选用1.5级：频率表可选用0.5级。电度表及互感器准确度配置如表所示。测量要求互感器准确度电度表准确度配置说明计费计量0.2级0.5级有功电度表0.5级专用有电能计量表kWh及以上0.5级1.0级有功电度表1.0级专用有电能计量表2.0级无功电度表kWh及以下315kVA以上变压器高压计量计费计量及一般计量1.0级2.0级有功电度表3.0级无功电度表315kVA以上变压器高压计量75kW及以上电动机电能计量一般计量1.0级1.5级和0.5级测量仪表3.0级2.5级测量仪表不重要回路②仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择，

（3）电路电能的测量①电能表的接线②单相电能表的接线

③低压三相四线制电路中电能表的接线④三相三线制电路有功电能的接线三相三线制电路采用两元件三相有功电能，两元件的电流线分别接在L1、L3相时，它们的电压线圈则应分别接在L1、L2相和L2、L3相，不得接错和接反，否则能出现电能表停转或反转等异常现象。其接线如图4-19所示。⑤三相电路无功电能的测量无功电能的测量，主要在于判断供配电系统的功率因数。功率因数过低会增加系统的损耗，不能充分发挥供电设备的效益。2.绝缘监察装置绝缘监察装置主要用来监视小接地电流系统相对地的绝缘状况。

图4-21为6～10kV母线的绝缘监察装置及电压测量电路，其中，TV—电压互感器、QS—高压隔离开关及辅助触点、SA—转换开关

PV—电压表、KV—电压继电器、KS—信号继电器

WC一控制小母线

WS