供配电系统的继电保护(2007年)

第7章工厂供配电系统的

继电保护

继电保护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，电保护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．本章讲述继电保护的基本知识和理论，继电保护的整定计算方法。17.1

继电保护的基本知识

7.1.1继电保护的任务继电保护的任务是：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。27.1

继电保护的基本知识7.1.2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、速动性和灵敏性的要求。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。37.1

继电保护的基本知识在图7-1所示系统中，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。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。如图7-1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。47.1

继电保护的基本知识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。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。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。灵敏度KS按下式计算：57.1

继电保护的基本知识6

7.1

继电保护的基本知识工厂常用保护装置的类型（1）继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合，构成继电保护装置。当系统出现事故或故障时，检测出并使相应的高压断路器跳闸，将故障部分切除，或给出报警信号。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。（2）熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。7

7.1

继电保护的基本知识（3）低压断路器保护。这种保护又称低压自动开关保护。由于低压断路器带有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统中广泛应用。87.1

继电保护的基本知识7.1.3继电保护的基本工作原理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7-2所示。比较97.1

继电保护的基本知识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。107.1

继电保护的基本知识7.1.4电流保护的接线方式和接线系数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117.1

继电保护的基本知识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，保护相间短路和单相短路。

所用保护元件最多所有短路电流都会通过继电器反映出来，产生相应的保护动作。

电路特点127.1

继电保护的基本知识2．两相两继电器接线方式不能反应单相短路，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。电路特点

所用元件较少未接互感器的单相短路故障不能保护137.1

继电保护的基本知识3．两相一继电器接线方式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。电路特点

流入继电器的电流为两相电流互感器二次侧电流之差不同短路电流通过继电器有不同的灵敏度。不能反应出第三相（B相）的单相接地短路故障147.2常用的保护继电器

7.2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。

157.2常用的保护继电器7.2.1电磁式继电器1．电磁式电流继电器线圈电磁铁Z形铁片静触头动触头动作电流调整杆表度盘轴承轴9反作用弹簧DL型电磁式电流继电器的内部结构图167.2常用的保护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。使电流继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，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177.2常用的保护继电器[内部接线图和图形符号]187.2常用的保护继电器显然，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。调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：（1）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）改变继电器线圈的连接。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。197.2常用的保护继电器2．电磁式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。207.2常用的保护继电器3．电磁式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。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。[DS110型、112型时间继电器的内部接线图和图形符号]21当时间继电器的线圈1通电工作电压后，铁心3被吸入，使被卡住的传动系统运动。传动系统通过齿轮带动钟表机构以一定的速度顺时针转动，带动动触头运动，经过预定的行程，动触头和静触头闭合，完成延时的目的。227.2常用的保护继电器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，发出灯光或者音像信号。信号继电器的文字符号为KS。DX-11型信号继电器有两种：电流型和电压型。电流型信号继电器串联接入二次电路，电压型信号继电器并联接入二次电路。23247.2常用的保护继电器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。

中间继电器的文字符号为KM。25267.2常用的保护继电器7.2.2感应式电流继电器感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。277.2常用的保护继电器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。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。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。287.3工厂电力线路

的继电保护

7.3工厂电力线路的继电保护7.3.1工厂电力线路的常见故障和保护配置1、常见的故障主要有相间短路、单相接地、过负荷。2、保护配置工厂电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。工厂电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。

297.3.2过电流保护1．过电流保护的接线和工作原理（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理。

30(2)反时限过电流保护装置的接线和工作原理

317.3工厂电力线路

的继电保护2．保护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。（1）动作电流整定：过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：

a）正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max（正常过负荷电流和尖峰电流），即Iop1＞IL.max32b）保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。如图7-20所示线路2WL在K点发生短路时，由于短路电流远大于线路的负荷电流，线路1WL和2WL的过电流保护同时起动，为保证保护的选择性，保护2首先动作，断路器2QF跳闸，切除故障线路2WL。故障切除后，1WL的保护1应可靠返回，要求保护1的返回电流Ire1大于线路最大负荷电流IL.max（应包含电动机的自起动电流），即Ire1＞IL.max。337.3工厂电力线路

的继电保护由于过电流保护Iop1大于Ire1，所以，以Ire1＞IL.max作为动作电流整定依据，同时引入可靠系数Krel，将不等式改写成等式。将保护装置的返回电流换算到动作电流，进而换算到继电器的动作电流Iop.KA，即式中，Krel为可靠系数，DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.3；Kw为接线系数，由保护的接线方式决定；Kre为继电器的返回系数，DL型继电器取0.85，GL型继电器取0.8；Ki为电流互感器变比。347.3工厂电力线路

的继电保护在整定计算时线路的最大负荷电流具体数据不祥时，可取线路计算电流IC的1.5~3.0倍，即IL.max=（1.5~3）IC。由上式求得继电器动作电流计算值，确定其动作电流整定值。保护装置一次侧的动作电流为357.3工厂电力线路

的继电保护（2）动作时限整定①定时限过电流动作时限整定由上所述，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7-20b所示，即按阶梯原则进行整定。367.3工厂电力线路

的继电保护

式中，Δt为时限级差，定时限过电流保护取0.5s，反时限过电流保护取0.7s。

377.3工厂电力线路

的继电保护②反时限过电流保护动作时限整定GL型感应式电流继电器具有反时限动作特性，在整定反时限过电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数（通常为10倍）时的动作时限。为保证动作的选择性，反时限过电流保护时限整定也应按照“阶梯原则”来确定，即上下级线路的反时限过电流保护在保护配合点K点发生短路时的时限级差为Δt=0.7s。387.3工厂电力线路

的继电保护397.3工厂电力线路

的继电保护图7-21a中线路2WL保护2的继电器特性曲线为图7-21b中的2；保护2的动作电流为Iop.KA2，线路1WL保护1的动作电流为Iop.KA1。动作时限整定具体步骤如下：a、计算线路2WL首端K点三相短路时保护2的动作电流倍数n2。

式中，IK.KA2为K点三相短路时，流经保护2继电器的电流，IK.KA2=KW.2IK/Ki.2,，Kw.2和Ki.2分别为保护2的接线系数和电流互感器变比。407.3工厂电力线路

的继电保护b、由n2从特性曲线2求K点三相短路时保护2的动作时限t2。c、计算K点三相短路时保护1的实际动作时限t1，t1应较t2大一个时限级差Δt，以保证动作的选择性，即

417.3工厂电力线路

的继电保护d、计算K点三相短路时，保护1的实际动作电流倍数n1。

式中，IK.KA1为K点三相短路时，流经保护1继电器的电流，IK.KA1=KW.1IK/Ki.1，Kw.1和Ki.1分别为保护1的接线系数和电流互感器变比。427.3工厂电力线路

的继电保护e、由t1和n1可以确定保护1继电器的特性曲线上的一个点P，由P点找出保护1的特性曲线1，如图7-21，并确定10倍动作电流倍数下的动作时限。由图7-21a可见，K点是线路2WL的首端和线路1WL的末端,也是上下级保护的时限配合点，若在该点K的时限配合满足要求，在其它各点短路时，都能保证动作的选择性。437.3工厂电力线路

的继电保护（3）保护灵敏度校验

过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流进行校验。

式中，Iop1为保护装置一次侧动作电流。1.5主保护1.25后备保护447.3工厂电力线路

的继电保护例7-1

试整定图7-24所示线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为Ki=750/5A=150，线路最大负荷电流（含自启动电流）IL.MAX=670A，保护采用两相两继电器接线，线路2WL定时限过电流保护的动作时限t2=0.7s，最大运行方式时K1点三相短路电流4kA，K2点三相短路电流2.5kA，最小运行方式时K1和K2点三相短路电流分别为IK.min(3)=3.2kA和IK.min(3)=2kA。457.3工厂电力线路

的继电保护解：1、整定动作电流

选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A467.3工厂电力线路

的继电保护过电流保护一次侧动作电流为2、整定动作时限

线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差Δt。(定时限Δt=0.5)477.3工厂电力线路

的继电保护3、校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验：线路2WL后备保护灵敏度，用线路2WL末端最小两相短路电流校验：

由此可见，保护整定满足灵敏度要求。＞1.5＞1.2487.3工厂电力线路

的继电保护7.3.3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,危害越大,这是过电流保护的不足.因此,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．电流速断保护的接线和工作原理

4950517.3工厂电力线路

的继电保护2．电流速断保护的整定（1）动作电流整定由于电流速断保护动作不带时限,为了保证速断保护动作的选择性,下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流Iop1＞IK.max，从而，速断保护继电器的动作电流整定值为527.3工厂电力线路

的继电保护对GL型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数，即

式中，IOP.KA(qb)为电流速断保护继电器动作电流整定值；IOP.KA(oc)为过电流保护继电器动作电流整定值。电流速继保护不能保护线路全长，只能保护线路的一部分，线路不能被保护的部分称为保护死区，线路能被保护的部分称为保护区。537.3工厂电力线路

的继电保护（2）灵敏度校验用线路首端最小两相短路电流校验，即过电流保护由保护的动作时限实现选择性,电流速断保护由保护的电流实现选择性,在电流速断保护区域内,电流速断保护为主保护,过电流保护为辅助保护,在电流速断保护的死区内,过电流保护为基本保护.≥1.5

547.3工厂电力线路

的继电保护例7-2

试整定例7-1中线路1WL的电流速断保护。已知线路1WL首端最小三相短路电流为IK.min(3)=9.2kA。IK.max(3)=4kA=4000A(例7-1给出)解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。（1