第八章 继电保护

第一节概述

第二节电网的过电流保护

第三节电网的接地保护

第四节电力变压器的保护FLASH动画：6、10、23、29、41、43、52、54、57、61、64、67第八章继电保护第一节概述一、继电器保护装置的作用与要求1、继电保护装置的作用1）不正常运行状态：过负荷、一相断线、一相接地。2）故障：短路。3）继电保护装置及作用：不正常运行状态时，发出信号，提醒工作人员及时采取措施；故障时,切断故障电路。2、对继电保护装置的要求。1）选择性：切除故障部分，保证无故障部分继续运行。2）速动性：快速切断故障，减少故障存在的时间。3）灵敏性：指故障或不正常运行状态的反映能力,用灵敏系数来反映。两种情况：对反映故障时参数量增加的：对反映故障时参数量降低的：灵敏系数整定：四级：1.2、1.25、1.5、2。井下：主保护Kr≥1.5，后备保护Kr≥1.25。4）可靠性不拒动、不误动。要求质量好、接线简单、整定正确、加强维护。二、常用保护继电器1、作用：用来接通或控制保护回路。2、种类：电磁式继电器、感应式继电器、晶体管继电器。1）电磁式电流继电器①工作原理②整定方法：A、平滑调节。B、级进调节。③动作时间：0.01s-0.05s。④特点：接点容量较小移动鼠标察看部件名称2）电磁式中间继电器（1）作用：A、提供足够数量的触点以便同时控制不同的电路。B、增加触点容量，以便接通断开较大的电流回路（如跳闸回路）。C、提供必要的延时特性，以满足保护及自动装置的要求。（2）特点：延时动作（3）原理：电磁理论（4）种类：电压式、电流式，瞬动、延时动作瞬动时间：0.05s-0.06s。3）电磁式时间继电器

（1）特点延时动作（2）原理4）电磁式信号继电器（1）种类：电流型、电压型。（2）作用：动作指示，以便判别故障性质。（3）原理移动鼠标察看部件名称5）感应式继电器（1）结构组成与工作原理Ａ、组成：由感应系统（反时限）和电磁系统（瞬时）组成。Ｂ、动作时限：从继电器动作到触点闭合的时间。Ｃ、反时限特性。Ｄ、电磁系统的动作时间：0.05s-0.1s。（2）动作电流与动作时限的调节Ａ、动作电流：使蜗杆与扇形齿轮啮合的最小电流。Ｂ、感应系统动作电流调整：利用插销改变继电器线圈的匝数来调整。Ｃ、感应系统动作时限调整：改变扇形齿轮的起始位置。（3）优、缺点：接点容量大；直接作用于断路器跳闸。结构复杂，精确度较低。6）晶体管继电器（1）优缺点：质量轻，体积小，耗电少，寿命长，工作可靠。（2）电路结构组成：电压形成回路，启动回路，时限回路，出口信号回路等。（3）电路的工作原理三、微机保护装置1、微机保护的优越性1）电力系统微机保护。2）微机保护的优点。2、微机保护的硬件组成1）数据采集系统。2）主机。3）开关量输入输出系统。四、电流保护装置的接线方式是指电流继电器与电流互感器的连接方式。

常用接线方式有三种1、完全星型接线（三相三继电器接法）1）接法：图8-10a2）接线系数：KW=Ik/I23）特点：正确反映各类短路故障。相间短路、单相接地短路。4）应用：中性点直接接地系统。2、不完全星形接线（两相继电器接法）1）接线：图8-10b2）接线系数:3）特点：相间短路保护。4）应用：中性点不直接接地系统。5）改进：图8-12两相三继电器不完全星形接线，其目的是提高两相两继电器接线方式的灵敏度。3.两相电流差接线（图8-10c）1）两相一继电器的差接接线方式：2）接线系数：

（三相短路）

Kw=1（U、V或V、W相间短路）Kw=2（U、W相间短路）3）V相单相接地时不能反映。4）应用：相间短路。一般用作电动机、不重要的10KV及以下线路的过流保护。小结1、对继电保护装置的要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。2、常用的继电保护继电器：电磁式继电器（电流、中间、时间、信号）、感应式继电器、晶体管继电器。3、微机保护装置：特性、组成。4、继电保护装置的接线方式：接法、接线系数、特点、应用等。作业：P218：2第二节电网的过电流保护过电流保护：就是利用过流时电流增大的特点构成的保护装置。分类：定时限过电流保护，反时限过电流保护，无时限电流速断保护，有时限电流速断保护。一、开式电网的定时限过电流保护1、保护装置的工作原理1）接线2）组成3）原理２、保护装置的时限特性

1）时限配合：采用阶梯原则。2）时限级差：定时限△t=0.5s-0.7s

反时限△t=0.7s-0.9s3、保护装置的整定计算动作电流、动作时限。1）动作电流的整定（1）躲开最大工作电流。

Iop>Iwmax，Iop=KstIwmax（2）返回电流Ire应大于最大工作电流定时限过流保护的时限特性1、动作电流的整定

整定计算、灵敏度校验与定时限过电流保护装置类同。2、动作时限整定按阶梯原则整定，要满足时限的配合:

t1.s1=t2.s1＋△t；△t=0.7～0.9S

四、电流速断保护1、瞬时电流速断保护2、限时电流速断保护装置1）限时电流速断保护装置动作时限比无时限速断保护大一时限差△t（0.5s）。2）两阶段速断保护装置：由无时限电流速断和限时电流速断保护装置组成。第一级速断装置：瞬时电流速断保护装置。第二级速断装置：限时电流速断保护装置。上一级线路的限时电流速断保护的动作电流要比下一级线路的瞬时速断装置的动作电流大些。3）限时电流速断装置的灵敏度应按线路末端最小两相短路电流校验，其值不应小于1.25。

4）三段式电流保护装置（1）三段式电流保护装置：

瞬时电流速断称为第一段保护，限时电流速断称为第二段，定时限过电流保护称为第三段保护。（2）应用①3～10KV：一般用两段式电流保护装置。②35KV及以上：三段式电流保护装置。第三节电网的接地保护一、绝缘监视装置

电网绝缘监视装置的原理接线图1、作用：监视电网的对地绝缘。2、绝缘监视装置的原理接线图及工作原理。

3、组成：由三相五柱式电压互感器、电压表和电压继电器组成。4、三相五柱式电压互感器结构。

5、信号显示：音响、灯光和指示牌。6、缺点：动作无选择性。二、零序电流保护利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点，实现有选择性的保护。1、原理2、接线

3、动作电流4、灵敏度单相接地故障，按保护装置最小零序电流来校验。1）计算公式：2）要求：电缆线路：Kr≥1.25，架空线路：Kr≥1.5。第四节电力变压器保护变压器故障类型：内部故障：主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路等。外部故障：引出线和绝缘线套管的相间短路或接地短路等。不正常运行状态：过负荷及油面过低和温度升高等。一、变压器的瓦斯保护当变压器发生内部故障时，短路电流所产生的电弧将使变压器油和其它绝缘物分解而产生大量的气体，利用这种气体作为信号实现保护的装置称为瓦斯保护装置。1、瓦斯保护装置保护范围：油箱内部故障和油面降低等不正常运行状态。2、结构、组成。

瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它安装在变压器油箱和油枕的连接处。瓦斯保护的接线如图所示瓦斯保护的主要优点是：动作迅速，灵敏度高，接线和安装简单，能反映变压器油箱内部各种类型的故障。瓦斯保护的缺点是：不能反应外部套管和引出线的短路故障，因而还必须与其它保护装置配合使用。容量较小的变压器在电源侧装设电流速断保护，它与瓦斯保护互相配合，可以保护变压器内部和电源侧套管及引出线上的全部故障。变压器的电流速断保护原理接线如图所示。二、变压器的速断保护Iop、Iop.k——保护装置一次侧的动作电流、继电器的动作电流，A；

——变压器二次侧母线最大三相短路电流，A；Kk——可靠系数，取1.2-1.3；Ki——电流互感的变比；KT——变压器的变比。

电流速断保护的灵敏系数：式中——保护装置安装处最小短路电流。差动保护是反应变压器两侧电流之差的保护装置，其保护原理接线如图所示。三、变压器的纵联差动保护1、纵联差动保护的原理

当保护范围内部发生短路时（S1点），对于单侧电源供电的变压器，则仅变压器一侧电流互感器有电流，此时I2=0，Ik=I1，继电器动作，使变压器两侧断路器跳闸，瞬时切除故障。两台变压器并联运行，一台变压器发生故障时，流过继电器的电流:Ik=I1+I2故障变压器的差动保护动作，有选择的将故障变压器切除。保护原理如图所示。2、差动保护中不平衡电流的产生及克服方法适当选择变压器两侧电流互感器变比和接线方式，使正常运行及外部短路时，流过继电器的电流为零，保护装置不动作。1）变压器接线方式的影响为消除因变压器两侧线圈接线方式不同而产生的不平衡电流，采用相位差补偿的方法。即将变压器星形接线侧的电流互感器二次侧接成三角形；变压器三角形接线侧的电流互感器二次侧接成星形，消除相位差，如图所示。2）电流互感器类型和变比的影响3）变压器励磁涌流的影响3、采用BCH-2型继电器构成的差动保护的工作原理变压器的差动保护利用BCH-2型继电器，可以躲过励磁涌流和外部短路故障，当保护区故障时，能可靠动作。其接线原理图如图所示。

双绕组变压器差动保护的原理接线图如图所示。图中KD为BCH-2型差动继电器，KS为信号继电器，KM为出口中间继电器。四、变压器的过电流保护变压器过电流保护的单相原理接线图.1、动作电流整定应按躲过变压器的最大工作电流来整定，即式中：Iop——变压器的最大工作电流，A；Kk——可靠系数，取1.2-1.3；Kre——返回系数，一般取0.85。2、灵敏度校验式中

——最小运行方式下，保护范围末端最小两相短路电流，A。3、动作时限整定按阶梯原则整定，即比下一级保护装置大一个时限阶段Δt。五、变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护是反应变压器不正常运行状态，一般经延时后动作于信号。电路如图所示。1、动作电流：按躲过变压器的额定电流整定，即式中：IN.T——变压器的额定电流，A；Kre——返回系数，取0.8