工厂供电第7章第1节

工厂供配电第7章供配电系统的保护

莆田学院现代教育技术中心2004年2月保护装置防止因短路故障或不正常运行状态造成电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，因此，保护系统是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容。本章讲述保护系统装置的基本知识、理论和保护装置的整定计算方法。目录第一节继电保护的基本知识第二节常用的保护继电器第三节工厂电力线路的继电保护第四节电力变压器的继电保护第五节高压电动机的继电保护第六节6~10kV电容器的继电保护第七节配电系统微机保护练习题第一节继电保护的基本知识继电保护的概念继电保护的任务继电保护的基本要求继电保护的基本工作原理继电保护的概念（P89）继电保护装置是能反应供电系统中的电气设备发生故障或不正常工作状态，并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预报信号的一种自动装置。继电保护的任务

1．自动、迅速、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供电。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。

选择性

速动性

灵敏性

可靠性对继电保护的基本要求（P90）

1．选择性：

当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。在图示系统中，在K点发生短路故障，应由离故障点最近的保护装置3动作，使断路器3QF跳闸，将故障线路3WL切除，线路1WL和2WL仍继续运行。保护装置的动作顺序：主保护后备保护（近后备，远后备）辅助保护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！3．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。在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS来衡量，灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。

（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（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4．可靠性

继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。如图所示系统K点发生短路，保护3不应该拒动作，保护1和保护2不应该误动作。

另外：还要考虑经济性，即技术上安全可靠，经济上合理。继电保护的基本工作原理(P89)继电保护的种类很多，但是其工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如图所示。

1．测量部分测量部分测量被保护设备的某物理量，和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。2．逻辑部分逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序，使保护装置按一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。

3．执行部分执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。

第二节常用的保护继电器按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器。按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等。按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器。按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。

工厂供配电系统中常用的继电器主要是电磁式继电器和感应式继电器。在现代化的大型工厂中也开始使用微机式继电器或微机保护。电磁型继电器

电磁型电压继电器

电磁型电流继电器

电磁型时间继电器

电磁型中间继电器

电磁型信号继电器感应型电流继电器继电保护装置的接线方式电磁型电压继电器

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用KV表示。电磁式电压继电器有过电压继电器和欠电压继电器两种：※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。欠电压继电器的起动电压Uop·K是使其动作的最高电压；返回电压Ure·K是使其返回的最低电压；返回系数Kre＝Ure·K／Uop·K。

由于欠电压继电器的返回电压大于起动电压，所以其返回系数Kre大于1，一般在1～1.2之间。电磁型电流继电器电流继电器的文字符号为KA。

使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop.KA表示。继电器的返回电流，用Ire.KA表示。继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即

显然，过电流继电器的返回系数小于1，返回系数愈大，继电器愈灵敏，电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85。电磁型电流继电器结构（DL型）1—铁心2—线圈3—可动舌片4—反作用弹簧5—可动触点6—静触点7—调整杆8—刻度盘调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：（1）细调：改变调整杆6的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节。（2）粗调：改变继电器线圈的连接方式(串、并联）。当线圈由串联改为并联时，继电器的动作电流增大一倍，进行级进调节。电磁式电流继电器的动作极为迅速，动作时间为百分之几秒，可认为是瞬时动作的继电器。电磁型时间继电器由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。

在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。

[DS型电磁式时间继电器的内部结构][DS110型、112型时间继电器的内部接线图和图形符号]时间继电器的文字符号为KT。DS-110型为直流时间继电器，DS-120型为交流时间继电器，延时范围均为0.1~9秒。电磁型中间继电器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)，或者通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。中间继电器的文字符号为KM。电磁型信号继电器作用是用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器。中间继电器的文字符号为KS。感应型电流继电器（GL）感应式电流继电器有两个系统：

※感应系统继电器的感应系统主要由线圈1，带短路环3的电磁铁2和装在可偏转的框架6上的铝盘4组成。

※电磁系统继电器的电磁系统由电磁铁2和衔铁15组成。

感应式电流继电器具有前述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器的功能，从而使继电保护装置使用元件少、接线简单，在工厂供配电系统中得到广泛应用。感应式电流继电器的调节：继电器的动作电流可用插销16改变线圈抽头（匝数）进行级进调节；也可以用调节弹簧7的拉力进行平滑调节。

继电器的动作时限可用螺杆13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节。继电器速断电流倍数可用螺钉14改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节。

感应型电流继电器的工作原理由带延时动作的感应部分与瞬时动作的电磁部分组成。1．感应系统部分：

动作电流是指继电器铝盘轴上蜗杆与扇形齿片相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（2，2.5，3…4.5，5，6…9，10A）。

返回电流是指便扇形齿片脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。

动作时间是指从轴上蜗杆与扇形齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。通入继电器的电流越大，铝盘转速越快，动作时间就越短，这种特性称为反时限特性。时限螺钉指示盘上的刻度，是指通入10倍动作电流整定值时的动作时间。2．电磁速断部分电磁系统的速断特性即当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。动作电流值通过改变衔铁与电磁铁心之间气隙来调整，其速断动作电流调整范围是感应系统整定电流值的2～8倍。

GL-10型继电器本身带有信号掉牌，而且接点容量又较大，所以组成反时限过电流保护时，无需再接入其他继电器。GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线保护装置的接线方式(P92-93)保护装置的接线方式是指启动继电器与电流互感器之间的连接方式。

分为三种：三相完全星形接线方式两相不完全星形接线

两相电流差接线为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数Kw，它是流入继电器的电流IKA与电流互感器二次绕组电流I2的比值，即

三相完全星形接线方式

三相完全星形接线方式是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的。可以反映任何形式短路故障。可见：KW＝1两相不完全星形接线

两相不完全星形接线方式是在A、C两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障。可见：KW＝1

两相不完全星形接线方式还可以接成两相三继电器形式，以提高可靠性。

可见：KW＝1两相电流差接线

两相电流差接线方式由两台电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，通过继电器的电流为：两相电流差接线的接线系数：不同的相间短路时，接线系数是不一样的。正常和三相短路时接线系数为；AC相短路时接线系数为2；AB相或BC相短路时接线系数为1。

因而灵敏系数也不一样。一般情况下：保护整定时取KW＝

灵敏度校验时取KW＝1三种接线方式性能比较1．三相三继电器接线方式

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。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