济南大学工厂供电第4章

内容提要：概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题

首先简要说明继电保护的基本概念；

然后介绍单端供电网络的保护，

电力变压器的保护，

低压配电系统的保护；

最后介绍供电系统的微机保护。

第4章供电系统的保护第4章供电系统的保护第一节继电保护的基本概念第二节单端供电网络的保护第三节电力变压器的保护第四节低压配电系统的保护第五节供电系统的微机保护第一节继电保护的基本概念

供配电系统保护装置高压保护继电保护装置+断路器高压熔断器低压保护低压（自动）空气开关熔断器继电保护装置：是指能反映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自动信号装置发出预报信号的一种自动装置。继电保护装置的主要任务：（1）自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统中切除，迅速恢复非故障部分的正常供电。（2）能正确反映电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号，以便值班人员采取措施，保证电气设备的正常运行；或经一段时间运行处理后，电气设备仍不能正常工作，则保护动作于断路器跳闸，将不能正常工作的电气设备切除。（3）与供电系统的自动装置（如自动重合闸装置ARD、备用电源自动投入装置APD等）配合，缩短事故停电时间，提高供电系统的供电可靠性。一、继电保护的任务二、继电保护的基本原理电力系统中用的各种继电保护，大多数是利用故障时物理量与正常运行时物理量的差别来构成的。继电保护装置的种类和结构多种多样，其构成基本相同。由测量部分、逻辑部分、执行部分组成。测量回路逻辑部分执行部分三、对继电保护装置的基本要求四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性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，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。近后备保护是当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护

当断路器拒动

时,由断路器失灵保护来实现后备保护

根据性能要求和所起的作用主保护后备保护辅助保护满足系统稳定和设备安全的要求，能以最快速度，有选择性地切除被保护设备故障的保护。主保护或继电器拒动时，用以切除相应故障的保护，分近后备保护和远后备保护。为补充主保护和后备保护的性能而增设的简单保护。远后备保护是当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护补：2.速动性在发生故障时继电保护装置应尽快地切除故障，减小因事故引起的损失，提高电力系统运行的稳定性。切除故障的时间等于保护动作的时间和断路器跳闸的时间之和。因此，既要继电保护装置快速动作，又要选用快速动作的断路器，才能满足速动性的要求。在某些情况下，速动性和选择性存在矛盾，应在满足选择性的前提下，力求速动性。供配电系统中的继电保护允许带一定时限延时切除故障，一般为0.5~2.0s。通常快速继电保护装置的动作时间约为0.06s-0.12s；最快可达0.01-0.04s；一般断路器的动作时间为0.06-0.15s。最快可达0.02-0.06s。3.灵敏性指在保护范围内发生故障和不正常工作状态时，保护装置的反应能力称为灵敏度。灵敏度用灵敏系数来衡量1）对反应故障时参数量增加的保护装置如过电流保护的灵敏系数为被保护区末端发生金属性短路时的最小短路电流保护装置的一次侧动作电流2）对反应故障时参数量降低的保护装置如低电压保护的灵敏系数为被保护区末端发生短路时，保护安装处母线上的实际电压保护装置的动作电压对不同作用的保护装置和被保护设备，所要求的灵敏度系数是不同的，在《继电保护和自动装置设计技术规程》中都有规定。4.可靠性指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。四、常用的保护继电器继电器是一种在其输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或分断的自动电器。按输入量性质电气继电器非电气继电器按用途控制继电器保护继电器按在保护装置中的功能测量继电器如电流继电器、电压继电器有或无继电器如时间继电器、中间继电器、信号继电器按组成元件机电型继电器我国工厂供电系统中普遍使用晶体管型继电器按结构原理电磁式继电器感应式继电器按反映的物理量电流继电器电压继电器功率继电器气体继电器按反映的数量变化过量继电器如过电流继电器欠量继电器如欠电压继电器1.电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护中为起动元件，属测量继电器电流继电器的文字符号：KA电压继电器的文字符号：KV1）常用的DL-10系列电磁式电流继电器工作原理内部结构和图形符号电流继电器的几个参数动作电流：过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流。用表示。返回电流：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。用表示。返回系数：继电器的返回电流与动作电流的比值。用表示。对过量继电器，总小于1，一般为0.8。越接近于1，说明继电器越灵敏。如果过低时，可能使保护装置发生误动作。电磁式电流继电器的动作电流的调节方法：平滑调节：拨动转杆改变弹簧的反作用力级进调节：利用线圈的串并联这种继电器的动作极为迅速，是一种瞬时继电器。电磁式电流继电器的定时限特性继电特性

为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。

例如过电流继电器，流过正常状态下的电流I时不动作，输出高电平E0（或其触点是开的）；只有其流过的电流大于动作电流Iop时才能够迅速起动、稳定可靠地输出低电平E1（或闭合其触点）；一旦流过继电器的电流减小，并小于返回电流Ire（其值能够确保继电器复位到初始状态），继电器又能立即返回到输出高电平E0（或触点重新打开）。无论起动和返回，继电器的动作都是明确的，它不可能停留在某一个中间位置，这种动作特性常称之为“继电特性”。

2）电磁式电压继电器电磁式电压继电器的结构、工作原理均与电磁式电流继电器基本相同，不同之处是电压继电器的线圈是电压线圈，其匝数多而线径细；而电流继电器线圈为电流线圈，其匝数少而线径粗。有欠电压和过电压继电器两类电压继电器的几个参数动作电压：电压继电器线圈上的使继电器动作的最高电压。用表示。返回电压：电压继电器线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。用表示。返回系数：继电器的返回电压与动作电压的比值。用表示。欠电压继电器的返回系数，其值越接近于1，说明继电器越灵敏，一般为1.25。2.电磁式时间继电器在继电保护装置中，用来使保护装置获得所需要的延时（时限）。电磁式时间继电器的文字符号：KT常用的DS-110、120系列电磁式时间继电器延时的调节：改变主静触点与主动触点的相对位置来调整。3.电磁式中间继电器作用：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带有不大的延时，或者通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。电磁式中间继电器的文字符号：KM常用的DZ-10系列电磁式中间继电器4.电磁式信号继电器作用：用于各种保护装置回路中，作为保护动作的指示器。电磁式信号继电器的文字符号：KS常用的DX-11系列电磁式信号继电器串联信号继电器（电流信号继电器）并联信号继电器（电压信号继电器）5.感应式电流继电器感应式电流继电器兼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。常用的GL-10、20系列感应式电流继电器由两组元件组成：感应元件：线圈1、带短路环3的电磁铁2、转动铝盘电磁元件：线圈1、电磁铁2、衔铁15GL—10系列感应式电流继电器电流时间特性曲线实际动作时间10倍动作电流对应的动作时间（一）电流互感器的10％误差曲线1.电流误差是指测出的电流对实际电流的相对误差百分值。即2.相位差是指一次电流İ1和二次电流负值-İ2之间的夹角。3.规范用于继电保护电流互感器的，相位差。五、继电保护用的电流互感器

4.电流互感器的10％误差曲线是指互感器的电流误差最大不超过10％时，一次侧电流对其额定电流的倍数k=I1/I1.TA与二次侧负荷阻抗Z2的关系曲线。通常是按CT接入位置的最大三相短路电流来确定k=I1/I1.TA的值，从相应型号CT的10％曲线中找出横坐标上允许的阻抗欧姆数，使接入二次侧的总阻抗不超过此值，则CT的误差保证在10％以内。二、电流互感器的接线方式电流互感器的接线方式指互感器与电流继电器之间的联结方式。接线系数：表述了流过继电器线圈电流IK与电流互感器二次侧电流ITA.2的关系。

1.三相完全星形接线方式三台电流互感器与三只电流继电器对应连接。特点：对各种故障都起作用，灵敏度高，相间短路动作可靠。接线系数用途：用于中性点直接接地系统，以及大型变压器、电动机的差动保护，相间保护和单相接地保护。2.两相不完全星形接线方式又称两相两继电器接线方式A、C两相装有电流互感器，分别与两只电流互感器相连接。特点：对相间短路，A、C相接地短路具有保护作用，Ｂ相接地无保护。用途：适用于6～10KV中性点不接地系统中，作为相间短路保护装置的接线。接线系数在正常工作和相间短路时均为1。两相三继电器接线：即在中性线上接一继电器。3.两相电流差接线方式又称两相一继电器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接线系数随不同的短路方式而不同三相短路AB或BC短路AC两相短路用途：应用于中型点不接地系统的变压器、电动机及线路的相间保护。接线系数kkx的值

项

目

三相三继电器

两相两继电器

两相一继电器

两相三继电器

三相短路

111A、C相短路

1121A、B或B、C相短路

1111引入接线系数后，电流互感器一次侧电流与流入电流继电器电流的关系为：

式中KTA——电流互感器的变流比；

I1、I2——电流互感器一次侧、二次侧电流；

Ik

——流入电流继电器的电流。第二节单端供电网络的保护

配电线路上发生相间短路故障时，主要特征是：电流增加和电压降低。过电流保护：反应电流突然增大使继电器动作而构成的保护装置。低电压保护：当发生短路时，保护安装处母线残余电压低于低电压保护的整定值时，保护动作。包括：无时限电流速断保护、定时限过电流保护、反时限过电流保护中性点不接地系统的单相接地保护工厂供电网络的特点一、过电流保护当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警信号，动作的选择性以动作时限来保证的一种保护装置称为过电流保护装置。定时限过电流保护反时限过电流保护1.

定时限过电流保护1）定时限过电流保护的原理接线图2）工作原理正常运行时保护区内故障或电流过大时流过1KA、2KA电流IkA>Iop.k予先整定电流→

1KA、2KA动作（起动）→

KT延时动作→

ＫＳ动作→信号

KM动作→

YR动作→

QF跳闸3）保护整定计算A、动作电流的整定保护相间短路的过电流保护，动作电流必须满足以下两个条件：a.正常运行时，保护装置不应起动，即动作电流必须躲过线路的最大负荷电流过电流保护的一次动作电流线路上的最大负荷电流。b.保护装置在外部故障被切除后，应能可靠地返回。由于过电流继电器的返回电流小于动作电流，其返回系数，因此动作电流应按第二个条件来整定。电动机的自启动系数，由负荷性质决定，一般取1.5~3。引入可靠系数，写成等式电流互感器二次侧的继电器的动作电流

—可靠系数，一般取1.05－1.25。

－互感器接线系数;

－互感器变比;

－返回系数，DL取0.85，GL取0.8。B、动作时限的整定采用时限阶梯原则离电源最远的元件的保护动作时限最小，以后的各个元件的保护动作时限逐级递增，相邻两个元件的保护动作时限相差一个时间阶段。这样选择动作时限的原则称为阶梯原则。1的动作时限最小为2的动作时限为3的动作时限为从迅速切除短路故障来看，希望时限阶梯愈小愈好，但为了保证选择性，应符合以下条件：上式确定，意思是：如果前后两个保护的动作时间都有误差，也能保证在前面一个元件的断路器切除短路电流以前，后面一个保护不会发跳闸命令，而且还有一些时间裕度。大约在0.5~0.7s之间，电磁式电流继电器通常取0.5s。C、灵敏度的校验要求保护范围内流过保护装置的最小短路电流必须大于其动作电流。具体校验方法分两种情况：a.过电流保护作为本段线路的近后备保护时，灵敏度校验点设在本段线路末端b.过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，其校验点设在相邻线路末端最小运行方式下，保护范围末端发生两相短路时，通过保护装置的最小两相短路电流2.

反时限过电流保护1）反时限过电流保护的原理图

正常时：

TAa→1KA（常闭触点）→

1KA（线圈）→地

TAc→2KA（常闭触点)→2KA（线圈）故障时：

TAa

→1KA(常开)→1YR→1KA(线圈）→地

TAc

→2KA(常开）→2YR→2KA(线圈)QF跳闸

2）工作原理先合后断的转换触点常开触点与跳闸线圈串联的目的：防止电流继电器的常闭触点在一次电路正常运行时由于外界振动的偶然因素使之断开而导致断路器误跳闸的事故。3）保护整定计算A、动作电流的整定反时限过电流保护动作电流的整定计算原则与定时限过电流保护相同自起动系数可以取得小些，因为在相邻元件短路故障切除后，通过保护装置的自起动电流比短路电流要小一些，反时限过电流保护的动作时限相应也增大了，所以保护装置的触点闭合前，自起动电流已经下降了，保护装置不会发生误动作。B、灵敏度的校验反时限过电流保护灵敏系数的计算方法和对它的要求，与定时限过电流保护相同。C、动作时限的整定反时限过电流保护的动作时限与通过它的短路电流大小有关。在整定动作时限时，必须考虑短路地点和相应的短路电流数值。动作时限的整定采用时限阶梯原则时限阶梯比定时限过电流保护取得大些，一般取为0.6~0.7s。高压线路上不被采用，主要用在电动机保护和低压配电线路和配电变压器的保护方面。根据前后两级保护的GL型继电器的动作特性曲线来整定保护1的动作时间曲线保护2的动作时间曲线3.

定时限与反时限过电流保护的比较1）过电流保护的时限特性反时限过电流保护，在电流起动元件起动后，动作时限与通过它的电流的大小有关，通过它的电流愈大，动作时限愈小。定时限过电流保护，在电流起动元件起动后，其动作时限决定于时间元件的整定值，而与通过它的电流的大小无关。2）定时限过电流保护的优缺点优点：整定简单、性能可靠、便于维护，用在单端供电系统中，可以保证选择性，且一般情况下灵敏度较高。缺点：接线复杂，且需直流操作电源；靠近电源处的保护装置的动作时限较长。3）反时限过电流保护的优缺点定时限过电流保护广泛用于10kV以下供电系统中作主保护；在35kV以上系统中作后备保护。优点：继电器数量少，只需一种GL型电流继电器，且可以使用交流操作电源，又可同时实现电流速断保护，投资少，接线简单。缺点：动作时限整定麻烦，而且误差较大；当短路电流较小时动作时限长，延长了故障持续时间。反时限过电流保护广泛用于电动机或某些小容量车间变电所上的主保护。二、电流速断保护上述带时限过电流保护一个明显的缺点：越靠近电源的线路的过电流保护，其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源，其值越大，危害也就更加严重。标准规定，在过电流保护的动作时限超过0.5~0.7s时，应装设瞬动的电流速断保护。速断保护含义：电流速断保护是一种瞬时动作的过电流保护，其动作时限仅仅为继电器本身固有动作时间，它的选择性不是靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。

1）电流速断保护的原理图用DL型电流继电器组成用GL型电流继电器组成

1）故障时，电流达到过电流整定值，而未达速断值。

1KA1KS动作→发信号

3KAKM动作→YR动作→QF跳闸

2）故障电流达到速断整定值时

1KA

3KA

4KA

6KA

动作动作KT动作———→t延时→KT动作→延时动作→KM动作→YR动作→QF跳闸2）工作原理3）保护整定计算由于电流速断保护不带时限，为了保证保护的选择性，动作电流应按躲过下级线路首端最大三相短路电流来整定，因而不能保护线路全长。继电器动作电流kk－可靠系数，对电磁式电流继电器取1.2~1.3对感应式电流继电器取

1.5~1.6A、动作电流的整定B、电流速断保护的死区及其弥补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时，电流速断不会动作，这说明电流速断保护不能保护线路的全长。保护装置不能保护的区域，称为死区。弥补方法：凡是装设电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时限比电流速断保护至少长一个时间级差，而且前后的过电流保护动作时限又要符合“阶梯原则”，以保证选择性。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。存在死区的原因：死区保护区受系统运行方式的影响较大电流速断保护必需和过电流保护配合使用，作为辅助保护比较经济合理。定时限过电流保护与电流速断保护配合的动作时间示意图速断过电流C、灵敏度的校验按其安装处在系统最小运行方式下的两相短路电流作为最小短路电流来校验。电流速断保护的优点：接线简单，动作迅速，在结构复杂的多电源网络中，能有选择性地工作。缺点：保护范围较小，有死区，而且受系统运行方式的影响较大，速断保护不能作主保护。例4-1:某工厂10kV供电线路，已知最大负荷电流Ic=180A,ksh.M=1.5在最大运行方式下末端和始端的短路电流分别为I(3)k1.max=2300A,I(3)k2.max=4600A;在最小运行方式下,I(3)k1.min=2200A,I(3)k2.min=4400A,线路末端出线保护动作时间为0.5s，试整定保护的各个参数。~1QFk1k22QFt2=0.5s~1QFk1k22QFt2=0.5s解：若过电流保护装置电流继电器选电磁式继电器,则Δt=0.5s此时t1=1s所以1QF处要安装过电流保护和速断保护过电流保护装置整定过电流保护动作一次侧电流：∵ksh.mIc=1.5×180=270A,选互感变比为300/5=60

互感器接线为非全星型接线kkx=1继电器动作电流：取6.5Ａ时间继电器整定时限：保护灵敏度：速断保护装置整定速断保护一次动作电流：继电器动作电流：灵敏度：取48A补充例：某10kV电力线路如图所示。已知TA1的变比为100/5A，TA2的变比为50/5A。WL1和WL2的过电流保护均采用两相两继电器接线，继电器均为GL-15/10型。今KA1已经整定，其动作电流为7A，10倍动作电流的动作时间为1s。WL2的计算电流为28A，WL2首端k1点的三相短路电流为500A，其末端k2点的三相短路电流为200A。试整定KA2的动作电流和动作时间，并校验其灵敏度。三、低电压保护A.保护的接线过电流继电器的常开触点回路中串入低电压继电器的常闭触点。低电压继电器通过PT接在被保护线路的母线上低电压闭锁的过电流保护过电流保护的灵敏度：采用低电压闭锁保护可以提高过电流保护的灵敏度。B.工作原理正常运行时即使过电流时不会动作故障时C.保护的整定过电流保护动作电流的整定不必按躲过线路的最大负荷电流整定，而只需按躲过线路的计算电流来整定，即低电压继电器的动作电压按躲过正常最低工作电压来整定线路最低工作电压，通常可取为线路的额定电压低电压保护装置的可靠系数，可取1.2低电压继电器的返回系数，可取1.15电压互感器的变比当系统运行方式变化很大时，无时限电流速断保护的保护范围可能很小，甚至没有保护区。为了在不延长动作时间的条件下，增加保护范围，可采用电压电流联锁速断保护。2.电压电流联锁速断保护1.单相接地故障特征故障相对地电压降为零，非故障相对地电压升高倍，变为线电压，电网出现零序电压，其大小等于电网正常运行时的相电压，但线电压仍然是三相对称的。故障线路的零序故障电流等于所有非故障线路的零序电流之和，相位相反。UAUBUCU0四、中性点非有效接地系统的单相接地保护2.中性点不接地系统中的单相接地保护（1）绝缘监视装置正常运行：组成：故障时：整定：继电器的动作电压要躲过不平衡电压，一般整定为15V。（2）零序电流保护接线图原理：三相对称时，流入继电器电流为零。不对称时（单相接地）产生零序电流，使继电器动作。

－可靠系数瞬时动作，取４～５延时0.5ｓ，取1.5~2

－正常运行时负荷电流不平衡在零序电流过滤器输出端出现的不平衡电流。－其他线路接地时，本线路的电容电流。

电缆线路：需躲过本线路的电容电流。

灵敏度校验：

电缆线路架空线路整定：架空线路：需躲过正常负荷电流下产生的不平衡电流Idql，和其它线路接地时本线路的电容电流IC。五、过负荷保护

其动作电流整定为

Ic——所保护线路的计算电流。对于可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，延时动作于信号，必要时可动作于跳闸。动作时间一般整定为10~15s单端供电网络相间短路的电流电压保护小结1.相间短路故障时的主要特征：电流增加和电压降低。2.电流保护：3.电压保护：低电压保护过电流保护无时限电流速断保护限时电流速断保护定时限电流速断保护反时限电流速断保护I段电流保护或瞬动I段电流保护II段电流速断保护或限时电流速断保护4.三段式电流保护：I段为无时限电流速断保护，II段为限时电流速断保护，

III段为过电流保护5.电压电流联锁保护补充：限时电流速断保护由于无时限电流速断保护不能保护线路全长，可以考虑增加一段带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为无时限速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。也叫II段电流速断保护。对限时电流速断保护的要求：（1）任何情况下能保护本线路的全长，并且具有足够的灵敏度；（2）在满足(1)条件的前提下，力求具有最小的动作时限；（3）在下一级线路短路时，保证下级保护优先动作切除故障，满足选择性要求。限时电流速断保护的整定：（1）动作电流的整定（2）动作时限的选择（3）灵敏度的校验整定原则：它的保护范围不能超越相邻线路I段或II段电流保护的保护范围。可靠系数取1.1～1.2取0.3s~0.5s,通常多取0.5s校验点：系统最小运行方式下本线路末端的两相短路电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反映电流升高而动作的保护。它们的主要区别在于按照不同的原则来选择动作电流。速断是按照躲过本线路末端的最大短路电流来整定；限时速断是按照躲过下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定；过电流保护是按照躲过本线路最大负荷电流来整定。6.各保护的整定计算、灵敏度校验、优缺点1）定时限过电流保护动作电流的整定：按照躲过本线路最大负荷电流整定一次侧电流动作电流：继电器动作电流：动作时限：采用时限阶梯原则DL:取0.5s灵敏度的校验：校验点设在本段线路末端，最小运行方式下两相短路电流。近后备远后备1.05～1.25DL:0.85GL:0.82）反时限过电流保护动作电流的整定：按照躲过本线路最大负荷电流整定一次侧电流动作电流：继电器动作电流：1.05～1.25GL:0.8动作时限：采用时限阶梯原则取0.6~0.7s近后备远后备灵敏度的校验：校验点设在本段线路末端，最小运行方式下两相短路电流。3）无时限电流速断保护（I段电流保护）动作电流的整定：按照躲过本线路末端的最大短路电流来整定一次侧电流动作电流：继电器动作电流：灵敏度的校验：安装处系统最小运行方式下的两相短路电流。DL:1.2~1.3GL:1.5~1.64）限时电流速断保护（II段电流保护）动作电流的整定：按照保护范围不能超越相邻线路I段或II段电流保护的保护范围来整定一次侧电流动作电流：继电器动作电流：灵敏度的校验：系统最小运行方式下本线路末端的两相短路。1.1~1.2第三节电力变压器的保护

内部故障外部故障内部故障：指变压器油箱里面的发生的故障，包括变压器绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路。一.变压器常见的故障种类与保护设置外部故障：指引出线上绝缘套管的故障，它可能引起出线相间短路和接地短路等。变压器的不正常工作状况有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流，油面的过渡降低和温度升高等。变压器故障时的特征：内部故障时，变压器各侧电流、电压变化；油箱内的油、气体、温度等也发生变化。变压器保护电量保护非电量保护变压器一般应装设下列保护：（1）瓦斯保护：反应内部故障，容量800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内，一般都应装设。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。（2）差动保护：反应内部及引出线套管的故障，容量在1000kVA及以上单台运行的和容量6300kVA及以上并列运行的变压器，都应装设差动保护。（3）电流速断保护：容量在1000kVA及以上单台运行的和容量6300kVA及以上并列运行的变压器，一般装设电流速断保护代替差动保护。对容量

2000kVA以上的变压器，当灵敏度不满足要求时，改为差动保护。（4）过电流保护：反应内部外部的故障，作为差动保护或电流速断保护的后备保护，延时动作于跳闸。（5）过负荷保护：反应过载引起的过电流，一般作用于信号。（6）温度信号：反应变压器温度升高和油冷却系统的故障。二.变压器的瓦斯保护又称为气体保护，是保护油浸式变压器内部故障的一种基本保护装置，国标GB50062-1992规定:800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件：瓦斯继电器。保护范围：内部故障和油面降低。

图4-18a)瓦斯继电器在变压器上的安装

1变压器油箱2联通管3瓦斯继电器4油枕安装位置：安装在变压器油箱与油枕之间的连通管上。

电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。

1.瓦斯继电器的结构与工作原理国内常用的瓦斯继电器主要有浮筒式和开口杯式两种

正常工作时，继电器上下油杯充满油，油杯与平衡锤平衡，上下触点都是断开的。

轻微故障时，油面下降，上油杯失去平衡而降落，上触点接通，发报警信号，轻瓦斯动作。图4-18

b)

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

严重故障时，产生很多气体，油流迅速流入油枕，油流冲击挡板，使下油杯降落，下触点接通，动作于跳闸，重瓦斯动作。

变压器漏油时，继电器内的油慢慢流尽，上油杯降落，上触点接通，发报警信号；油面继续下降时，下触点接通，作用于跳闸。图4-18

b)

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2.瓦斯保护的接线（1）内部轻微故障时KG上触点闭合轻瓦斯动作于信号（2）内部严重故障时KG下触点闭合KS动作重瓦斯信号KM动作YR动作于跳闸防KG3-4抖动，KM触点1-2实现自保持，保证断路器可靠跳闸。XB切换片：防投运时误动作，将重瓦斯切换至动作信号。优点：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。缺点：不能反应油箱外部套管和引出线故障，需与其它保护装置配合使用。

规程规定，电压10kV及以下、容量在10MVA及以下的变压器，对其内部、套管及引出线的短路故障应采用电流速断保护；35~66kV及以下中小容量的降压变压器，对其外部相间短路引起的过电流，宜采用过电流保护。同时，对于供电系统中单侧电源的双绕组或三绕组变压器，过电流保护宜安装于变压器的各侧。三、

变压器的电流保护变压器内外部故障或异常运行都可能导致过电流，应设电流保护。1.变压器的过电流保护用来保护变压器外部短路引起的过电流，同时又可作为变压器内部短路的后备保护。过电流保护应装在电源侧。保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。变压器的过电流保护装置的接线、工作原理、整定原则和线路过电流保护完全相同。灵敏度：按变压器二次侧母线发生两相短路条件校验。时限的选取：动作时限应比下一级过电流保护装置的动作时限大一个时限阶梯Δt变压器短路电流分布与电流互感器的接线Dyn11接线的变压器低压侧发生ab两相短路，设变压器变比为1，变压器二次侧短路电流三相线电流为用对称分量法，得流过变压器高压侧的穿越电流为若变压器保护用电流互感器采用非完全星形接线，A、C相都流过较小的故障电流，因此灵敏度较低。b.若采用完全星形接线或两相三继电器接线，总有一个继电器流过的故障电流为，比非完全星形接线灵敏度高。c.若采用两相电流差接线，通过继电器的故障电流为零，保护装置不动作。因此，变压器过电流保护互感器的结线方式，通常采用全星形或非全星形。2.变压器的电流速断保护变压器的电流速断保护装置的接线、工作原理、整定原则和线路过电流保护完全相同。变压器的电流速断保护也有保护死区，只能保护变压器的一次绕组和部分二次绕组。

1）原理图QF2QF1YR1-BC+BC+BC+BC-BC1KA2KAKSKMTAaTAc去信号I>I>YR2QF1QF2-BC35KV6-10KVk1k2

2）

动作电流的整定按躲过变压器二次侧母线（如k1点）的最大短路电流整定

kk——可靠系数DL型1.3~1.4GL型1.5~1.6

I(3)k1max——系统最大运行方式下，变压器二次侧母线的三相短路电流归算到一次侧的值；

kkx——接线系数

kTA——电流互感器变比

——最小运行方式下，装置安装处两相短路、三相短路电流；

Iop.1_——一次动作电流。

4)优缺点优：接线简单，动作迅速，能瞬时切除变压器一次绕组及其引出线和部分二次绕组的相间短路故障。缺：保护范围受到限制。

3）

灵敏度校验按在保护装置安装处（k2)的最小两相短路电流确定3．零序电流保护

零序电流保护按躲过变压器低压侧最大不平衡电流整定，最大不平衡电流取变压器二次侧额定电流的25％，一次侧接入10kV及以下非有效接地系统中Yyno联结的变压器，对低压侧单相接地短路，可以选择在低压侧中性点回路装设零序电流保护。＝

可靠系数取1.2零序电流保护灵敏度校验:按变压器低压侧干线末端最小单相短路电流校验对架空线路，电缆线路4.过负荷保护一般对并列运行的变压器装设过负荷保护过负荷大多数情况下是对称的，因此过负荷保护只采用一个电流继电器装于一相中，动作于信号。通常过负荷的时限为10~15s。变压器过负荷保护动作电流的整定可靠系数一般取1.05，DL型返回系数取0.85动作时限为10~15s四、变压器的差动保护容量在1000kVA及以上单台运行的和容量6300kVA及以上并列运行的变压器，都应装设差动保护。

1.差动保护的工作原理反映被保护变压器两侧的电流差值的一种快速动作的保护装置。用来保护变压器内部以及引出线上的相间短路，变压器的匝间短路，保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。变压器两侧的电流互感器同极性串联起来，继电器跨接在两联线之间。流入继电器的电流为两侧电流互感器二次电流之差，即**变压器正常工作或区外故障时流入继电器的为变压器两侧的不平衡电流，小于继电器的动作电流，继电器不动作。变压器区内故障时对单端供电的变压器来说，流入继电器的电流为远大于继电器的动作电流KA动作KM动作两侧断路器QF1、QF2跳闸信号继电器KS1、KS2动作发信号**

2.变压器差动保护的不平衡电流及限制方法（1）由于变压器一、二次绕组接线方式不同引起的不平衡电流。如常用的Yd11接线的变压器，变压器两侧线电流有300相位差，如果两侧电流互感器采用同样接线，也会有300相位差，既使电流一样，但由于相位差存在，也会出现不平衡电流流入继电器。消除方法变压器Y侧，电流互感器接成∆变压器∆侧，电流互感器接成Y

使两互感器流出电流相位对应相同。不平衡电流包括：Y△**KA1KA2KA3I>I>I>YD11变压器一次侧(Y侧)：变压器绕组线电流互感器二次线圈电流变压器二次侧（三角形侧）：变压器绕组线电流互感器二次线圈电流变压器绕组相电流则流过差动两臂中电流分别与同相，消除了因相位不同引起的不平衡电流。

a不平衡电流的产生例如：总降主变为SJL1—8000/35/10.5

变压器一次侧：电流互感器接成∆，求变比电流互感器二次侧线电流

取：（2）由于两侧电流互感器变比的计算值与标准值不同引起的不平衡电流。连接组别：Yd11实际上变压器一次侧电流互感器的二次电流变压器二次侧电流互感器变比：取则正常运行中存在不平衡电流IN=I2-I1=4.4-3.81=0.59A如果外部短路时，这一不平衡电流更大，易误动作。实际上变压器二次侧电流互感器的二次电流b.消除方法：利用差动继电器(BCH-2)的平衡线圈或自耦电流互感器补偿。NdN2NbI>因为（I2>I1）（上例）IN=I2-I1

流过Nd

产生磁势（I2-I1）Nd,适当选择Nd和Nb使（I2-I1）Nd=I1Nb,且方向相反，则N2中将不产生感应电势，电流继电器不感受IN的存在（不动作）。但注意：Nd和Nb并不能保证实际匝数与计算匝数完全一致，所以不平衡电流不能完全消除，还有较少不平衡电流。负荷侧电源侧差动继电器（3）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流。变比改变→电流比改变→产生不平衡电流可利用提高保护动作电流躲过此不平衡电流。（4）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。励磁电流仅流过变压器的电源侧不平衡电流正常运行和外部故障时，励磁涌流很小，引起的不平衡电流可忽略。空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能有很大的励磁涌流。励磁涌流产生的原因：变压器铁心中的磁通不能突变引起的过渡过程产生的。励磁涌流的特点：P109减小励磁涌流的措施：P109

3.变压器差动保护动作电流的整定（BCH-2型差动保护）（1）考虑电流互感器二次回路断线引起的差电流，应躲过变压器的最大负荷电流。（2）躲过保护范围外部故障时的最大不平衡电流。（3）躲过变压器的励磁涌流。按上面三个条件计算差动保护的动作电流，并选取最大者。所有电流都折算到电流互感器二次侧。

4.变压器差动保护动灵敏度的校验各种运行方式下变压器区内故障时，流经差动继电器的最小差动电流。Iop=kk

ke

INKk：可靠系数取1.2~1.3;Ke：励磁涌流的最大倍数（励磁涌流与变压器额定电流的比值），取4～8当按上述整定原则计算的动作电流不能满足灵敏度要求时，

需要采用具有制动特性的差动继电器，在微机保护中还可以采用

鉴别励磁涌流而构成的差动保护。第四节

低压配电系统的保护

低压保护：低压（自动）空气开关熔断器一、用熔断器保护低压配电系统构成：由熔管和熔体组成。

1、熔断器安装位置：接在被保护设备的前面或电源引出线上工作原理：被保护区发生短路故障或过电流时，熔体被熔断，使设备与电源隔离。技术参数：熔断器的额定电压和额定电流、分断能力、熔体的额定电流和安秒特性曲线图4-25低压配电系统示意图a)放射式b)变压器干线式1干线2分干线3支干线4支线Q低压断路器(自动空气开关)如图低压配电系统：各配电线路的首端装设熔断器。熔断器只装在各相线上，中性线上不允许装设熔断器。熔断器的安秒特性曲线决定熔体熔断时间和通过其电流的关系曲线t＝f(I)称为熔断器熔体的安秒特性曲线

（2）熔体电流要躲过电动机启动的尖峰电流为选择熔体时的计算系数。轻负荷起动时间3s以下时k=0.25~0.4；重负荷起动时间3~8s时k=0.35~0.5；超过8s的重负荷起动，k=0.5~0.6。尖峰电流。一台电机多台电机（3）熔体电流必须和导线或电缆的允许电流配合熔体电流与被保护线路的允许电流的比例系数P1122.熔断器的选择熔体电流的选择（1）熔体电流不小于正常运行时的计算电流对保护电力线路和电气设备的熔断器，应满足以下条件对保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择按装熔断器侧的变压器的额定电流对保护电压互感器的熔断器熔体电流可选用0.5A，RN2型熔断器3.熔断器保护灵敏度的校验熔断器保护的灵敏度系数被保护线路末端系统最小运行方式下的短路电流中性点不接地系统，取两相短路电流中性点直接接地系统，取单相短路电流熔断器熔体的额定电流4.上下级熔断器的相互配合

上一级熔体的理想熔断时间应大于3倍的下一级熔体的理想熔断时间，来保证它们之间的选择性，即对应上述条件可从熔断器的安秒特性曲线上分别查出两熔体的额定电流。一般使上、下两级熔体的额定电流值相差2个等级就可满足动作选择性的要求。应满足下列条件1）熔断器的额定电压应不低于被保护线路的额定电压。2）熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体额定电流。3）熔断器的类型应符合安装条件及被保护设备的技术要求。4）熔断器必须进行断流能力的校验熔断器的分断电流熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效值5.

熔断器的选择和校验

例4-2P113图4-26b的虚线框内是某车间部分的配电系统图。其负荷分布如下表，各电动机均属轻负荷起动，试选定各熔断器的额定电流及导线截面。第1组负荷参数BC段支干线参数第2组负荷参数AB段分干线参数选用BLV穿管导线选用BLV明敷线选用BLV穿管导线选用BLV明敷线二、用低压断路器保护低压系统

低压断路器又称低压自动开关既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和失压时自动跳闸。1.低压断路器的结构与工作原理故障时，过流脱扣器6动作于瞬时跳闸。失压时，失压脱扣器失压动作于跳闸。10脱扣按钮，远距离操纵使开关瞬时跳闸。过负荷时，加热元件使热脱扣器7动作于延时跳闸。2.低压断路器在低压配电系统中的配置通常有三种方式1）单独接低压断路器或低压断路器-刀开关2）低压断路器与接触器配合的方式3）低压断路器与熔断器配合的方式一台主变的变电所两台主变的变电所低压配电出线低压断路器：短路保护接触器：频繁操作控制热继电器：过负荷保护低压断路器：电路的通断、过负荷及失压保护熔断器：短路保护3.低压断路器脱扣器的选择和整定1）低压断路器过流脱扣器额定电流的选择过流脱扣器的额定电流应不小于线路的计算电流，即2）低压断路器过流脱扣器动作电流的整定A.长延时过电流脱扣器(热脱扣器)动作电流的整定主要用于过负荷保护B.瞬时（短延时）过电流脱扣器动作电流的整定躲过线路的尖峰电流P1153）低压断路器过电流保护灵敏度的校验按系统最小运行方式下保护区末端最小短路电流校验。4）低压断路器过流脱扣器整定值与导线的允许电流的配合要使低压断路器在线路过负荷或短路时，能够可靠地保护导线不过热而损坏，应满足P115例4-3三、低压断路器与熔断器在低压电网保护中的配合

P116使上一级保护元件的特性曲线在任何情况下都位于下一级保护元件安妙特性曲线的上方，就能满足保护选择性的要求。四、低压断路器的选择和校验应满足下列条件1）低压断路器的额定电压应不低于被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安装的脱扣器额定电流。3）低压断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求，应同时选择其操作机构型式。4）低压断路器必须进行断流能力的校验对动作时间在0.02s以上的万能式断路器（DW型），其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值，即B.对动作时间在0.02s以下的塑壳式断路器（DZ型），其极限分断电流应不小于通过它的最大三相短路冲击电流，即第五节供电系统的微机保护

、微机保护的特点①微机具有强大的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，在应用软件的配合下有极强综合分析和判断能力，不仅可以实现各种继电保护原理，而且可以解决传统保护装置无法解决的问题，不仅可以实现复杂原理的保护，而且为原理算法的完善和发展提供了良好的实现条件；②微机保护的动作特性和功能主要是由软件决定的，可以通过改变软件程序以获取所需要的保护性能，使得保护性能的选择和调试都很方便，具有很大的灵活性、适应性；③可用相同的硬件实现不同原理的保护，使得保护装置的制造大为简化，生产标准化批量化，硬件可靠性高；④可以不断地对本身硬件软件自检，发现装置异常情况并排除干扰和通知运行维护中心，使得保护装置工作可靠性很高，大大减轻维护的工作量；⑤微机保护还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录等辅助功能，微机保护装置设有的通信接口，可以方便地将各地的继电保护装置纳入融测量、控制、保护和数据通信为一体的变电站综合自动化系统，这对于保护的运行管理与远方监控、电网事故分析与处理、实现无人值班与提高系统运行的自动化水平等具有重要意义。⑥对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件比较容易过时；⑦微机保护与传统保护有根本性的差别，后者每个部分都是硬件构成，保护的接线和整个动作过程直观易理解，使用者对装置的动作原理、接线及维护较易掌握；而微机保护的软件只有专门的设计人员才能改写或调试，使用者较难掌握它的操纵和维护过程。因此，为适应微机保护的普及应用，必须培养更多专业化的微机保护工作人员。图4-30微机保护装置的硬件系统示意框图二、微机保护装置的基本构成

三、微机保护的软件实现微机保护的软件以硬件为基础，通过算法及程序设计实现所要求的保护功能，包括监控软件a）和运行软件b）两部分供电系统微机保护中的一些基本算法：

（1）半周绝对值积分算法；（2）全周傅里叶算法；（3）突变量起动判据的算法

1.微机保护中的一些基本算法运行软件中的保护算法是微机保护的核心，根据模数变换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断以实现各种继电保护的功能。在微机保护中，算法可分为两大类：一类是特征量算法，它用来计算保护所需的各种电气量的特征参数，如