供配电技术 课件 第8、9章 供配电系统的继电保护、供电系统的二次回路及自动装置

第8章

供配电系统的继电保护

在供配电系统发生故障时，必须有相应的保护装置将故障部分从系统中切除以保证非故障部分继续工作，或者发出报警信号，以便提醒值班人员检查并采取相应措施。低压线路的过电流保护一般采用断路器或熔断器保护，而高压供配电系统的保护一般采用继电保护装置。主要内容继电保护的基本知识常用的保护继电器电力线路的继电保护电力变压器的继电保护微机继电保护

（一）继电保护的基本原理8.1继电保护的任务和要求

保护——在电力系统中检出故障或其他异常情况，从而使故障切除、终止异常情况或发出信号或指示。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来构成保护装置，所以延称继电保护。

电力系统故障的显著特征及其保护：电流剧增：反应电流剧增的继电保护就是过电流保护。电压锐减：反应电压锐减的继电保护就是低电压保护。电压降低且电流增加：同时反应电压降低和电流增加的一种保护原理就是阻抗（距离）保护。

保护装置——一个或多个保护继电器和逻辑元件按需要结合在一起，完成某项特定保护功能的装置。（二）保护分类

主保护——满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

后备保护——主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。继电保护装置的原理框图

辅助保护——为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。（三）对保护性能的要求

保护的速动性——保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。

保护的选择性——保护检出电力系统的故障区和/或故障相的能力。当系统出现故障时，首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当该保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护切除故障。继电保护选择性动作示意图WB1

保护的灵敏性——在设备或线路的被保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，一般以灵敏系数来描述。

保护的可靠性——在给定条件下的给定时间间隔内，保护能完成所需功能的概率。保护所需功能是当需要动作时便动作、当不需要动作时便不动作。保护装置一次动作电流保护区的最小短路电流过电流保护装置

上述“四性”之间既有有机联系，又相互制约，特别是可靠性和灵敏性、选择性和速动性之间应统筹兼顾。8.2常用的保护继电器及其接线（一）保护继电器及其发展

电气继电器——当控制该器件的输人电路满足一定条件时，在其一个或多个输出电路中会产生预定跃变的电气器件。电气继电器包括:量度继电器——在规定的准确度条件下，当其特性量达到其动作值时即进行动作的电气继电器。保护继电器就是探测电力系统或电力设备的故障或异常情况的量度继电器，常用的有电流继电器、电压继电器、气体继电器等。量度继电器在继电保护装置中装设在第一级，用来反应被保护元件的特性量变化，属于主继电器或起动继电器。有或无继电器——预定由数值在其工作值范围内或实际上为零的某一激励量激励的电气继电器。如时间继电器、中间继电器、信号继电器等。

有或无继电器在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能，属辅助继电器。保护继电器的发展：

机电式继电器——由机械部件相对运动产生预定响应的电气继电器。

静态继电器——由电子、磁、光或其他无机械运动的元件产生预定响应的电气继电器。

模拟式继电器——主要由模拟信号处理获得动作功能的电气继电器。

数位式继电器——主要由数字信号处理获得动作功能的静态继电器。

数字式继电器——由算法运算获得动作功能的数位式继电器。

微机保护装置——多功能综合性的数字式继电器。感应式电流继电器电磁式电流继电器电磁式中间继电器电磁式时间继电器电磁式信号继电器静态继电器实物图片微机型保护测控装置（二）电流继电器的继电特性电流继电器的输入—输出特性

电流继电器的动作电流Iop——流入电流继电器线圈中的使继电器从初始状态进入动作状态的最小电流。

电流继电器的返回电流Ire——流入电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到初始状态的最大电流。

电流继电器的返回系数Kre——电流继电器的返回电流与动作电流的比值，即（三）过电流保护的时限特性过电流保护的定时限特性曲线

有定时限特性和反时限特性两种。过电流保护的反时限特性曲线

速断电流Iqb——继电器线圈中的使定时限元件动作的最小电流。速断电流倍数为动作时间预先整定，与电流大小无关反时限特性——动作时间与电流平方成反比电流速断特性

8.3

电力线路的继电保护8.3.1电力线路的常见故障按GB50062—92《电力装置的继电和自动装置设计规范》规定：应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。作为线路的单相接地保护，有两种方式：(1)绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。(2)有选择性的单相接地保护，亦动作于信号，但当单相接地危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。如过电流保护的时限不大于0.5～0.6s时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸，以切除短路故障。用户内部高压线路的电压等级一般为6～35KV，线路较短，通常为单端供电，常见故障有相间短路、单相接地和过负荷。电流保护的接线方式和接线系数（1）三相三继电器连接方式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。特点：能够反映各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组的电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1。将3只电流继电器分别与3只电流互感器相连接，也称完全星形接法。主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。

8.3

电力线路的继电保护（2）两相两继电器连接方式电流保护的接线方式和接线系数将2只电流继电器分别与设在A、C相的电流互感器相连接，也称不完全星形接法。特点：由于B相没装设电流互感器和电流继电器，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等于1。主要用于小接地电流系统的相间短路保护。

8.3

电力线路的继电保护电流保护的接线方式和接线系数（3）两相一继电器连接方式流入继电器的电流为两个电流互感器二次绕组电流之差，也称两相电流差接线。主要用于高压电动机的保护。当正常工作或三相短路时：当A、C两相短路：当A、B或B、C两相短路：

8.3

电力线路的继电保护

8.3.2

过电流保护按其动作时限特性分，“反时限”过电流保护：由感应式电流继电器构成。保护装置的动作时限原先是按10倍动作电流来整定，而实际的动作时间则与短路电流呈反比关系变化，短路电流越大，动作时间越短。当通过线路的电流大于继电器的动作电流时，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性。“定时限”过电流保护：由电磁式继电器构成。保护装置的动作时限时按照预先整定的动作时间固定不变的，与短路电流大小无关。

8.3.2

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原理图：所有元件组成部分都各自归总到一起。展开图：所有元件组成部分都按所属回路分开绘制。

8.3.2

过电流保护1）过电流保护的接线和工作原理（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理动作时限与短路电流有关

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（1）动作电流整定（1）正常运行时，保护装置不动作保护装置一次侧的动作电流应大于线路的最大负荷电流；（2）保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（1）动作电流整定设保护装置所连接的电流互感器变流比为Ki，保护装置接线系数为Kw，保护装置的返回系数为Kre，则线路的最大负荷电流换算到继电器的电流为要求继电器返回电流也躲过最大负荷电流而返回电流即计入一个可靠系数动作电流整定依据

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（1）动作电流整定可靠系数，DL型继电器1.2，GL型继电器1.3继电器返回系数，DL型继电器0.85，GL型继电器0.8电流互感器变比可取线路计算电流1.5~3.0倍接线系数，由保护的接线方式决定；两相两继电器接线为1，两相一继电器式为保护装置一次侧的动作电流：TA二次侧电流

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（2）动作时限整定动作时限的实现由时间继电器完成保护装置的启动由电流继电器完成定时限过电流保护装置的动作时限整定动作时限与短路电流大小无关，取决于时间继电器时间

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（2）动作时限整定时间继电器整定时间应由选择性确定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：定时限过电流保护装置的动作时限整定

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（2）动作时限整定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”反时限过电流保护装置的动作时限整定反时限过电流保护装置动作时限整定保护2的动作电流为Iop.KA2，保护1的动作电流为Iop.KA1

：①计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA2中去的电流：②计算对KA2的动作电流的倍数：③确定KA2的实际动作时间。④计算KA1的实际动作时间。⑤计算WL2首端的三相短路电流Ik反应到KA1中去的电流值⑥计算对KA1的动作电流Iop(1)的倍数：⑦由t1和n1确定保护1继电器特性曲线上的一个点，由该点找出保护1的特性曲线，并确定10倍动作电流的动作时间

8.3.2

过电流保护2）保护整定计算（3）保护灵敏度校验保护装置一次侧动作电流过电流保护灵敏度用线路末端两相短路电流校验过电流保护的范围：本级线路和下级线路，本级线路为过电流保护的主保护区，下级线路是其后备保护区。1.5(主保护时)1.25(后备保护时)定时限过电流保护整定简单，动作准确，动作时限固定，但使用继电器较多，接线较复杂，须直流操作电源。反时限过电流保护使用继电器少，接线简单，可采用交流操作，但动作准确度不高，动作时间与短路电流有关，呈反时限特性，动作时限整定复杂。例题6-1：试整定线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为650/5A，线路最大负荷电流为660A，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为0.6s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。解：(1)整定动作电流查表A-16，选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定电流为6A。(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过电流一次侧动作电流解：(3)检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保护线路2WL的后备保护灵敏度，按线路2WL末端最小两相短路电流校验可见，保护整定满足灵敏度要求。例题6-1：试整定线路1WL的定时限过电流保护。已知1TA的变比为650/5A，线路最大负荷电流为660A，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为0.6s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。

8.3.3

电流速断保护过电流保护存在的不足：线路越接近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大。GB50062——92规定，当过电流保护动作时限超过0.5~0.6s时，应装设瞬动的电流速断保护。

8.3.3

电流速断保护1）电流速断保护的接线和工作原理配合使用，共用一套电流互感器TA和中间继电器KM

8.3.3

电流速断保护2）电流速断保护的整定线路末端最大三相短路电流（近似等于下级线路首端短路电流）（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，在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可靠系数，DL型继电器1.3，GL型继电器1.5电流互感器变比接线系数，由保护的接线方式决定；两相两继电器接线为1，两相一继电器式为动作电流整定计算值

8.3.3

电流速断保护2）电流速断保护的整定（1）动作电流整定对GL型电流继电器，还要整定速断动作电流倍数过电流保护继电器动作电流整定值电流速断保护继电器动作电流整定值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（例如两相短路电流）时，电流速断保护不会动作，这说明，电流速断保护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域，称为“死区”。为了保护死区得不到保护的缺陷，所以凡是装设有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间应比电流速断保护至少长一个时间级差Δt=0.5~0.6s，而且前后的过电流保护的动作时间仍须符合“阶梯原则”，以保证选择性。

8.3.3

电流速断保护2）电流速断保护的整定（2）灵敏度校验保护装置一次侧动作电流线路首端最小两相短路电流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动作电流实现选择性，在电流速断保护区内，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。例题6-2：试整定线路1WL的电流速断保护。已知1TA的变比为650/5A，线路最大负荷电流为660A，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为0.6s，最大运行方式时K1点三相短路电流为4kA，K2点三相短路电流为2.5A，最小运行方式时，K1和K2点三相短路电流分别为3.2KA和2KA。已知线路1WL首端最小三相短路电流为9.2A.解：(1)整定动作电流查表A-16，选DL-11/50电流继电器，线圈并联，整定电流为35A。(2)灵敏度校验以线路1WL的首端最小短路电流校验速断保护一次侧动作电流

8.3.4

单相接地保护

在小接地电流的电力系统中，发生单地接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍是对称的，其值也未变，因此可暂时继续运行。 由于非故障相的对地电压要升高为正常时对地电压的倍，故对线路绝缘是一威胁，如果长此下去，可能引起非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，引起线路开关跳闸，造成停电事故。 为此，这种小接地电流系统中，必须装设无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，以便在发生单相接地故障时，发出报警信号，以便运行值班人员及时发现和处理。

8.3.4

单相接地保护1）多线路系统单相接地分析多回路出线电缆WL1的A相单相接地电缆头电缆金属外皮接地线零序电流互感器WL1：A相不存在对地电容电流，只有B相和C相存在电容电流I1和I2；其他类似。A相芯线上流过所有电容电流I1~I6。除故障电缆外其他电缆所有电容电流I3~I6经过电缆头接地线流入地中。流过故障线路接地线的总接地电流：等于所有在电气上有联系的线路的接地电容电流之和减去线路的接地电容电流；流过非故障线路接地线的总接地电流：该非接地故障线路的接地电容电流。

流经故障线路的零序电流与流经非故障线路的零序电流在大小和方向上均不同。

8.3.4

单相接地保护2）单相接地保护（1）单相接线保护的接线和工作原理零序电流互感器接地线，必须穿过零序电流互感器的铁心电缆头零序电流互感器：利用单相接地所产生的零序电流使保护装置动作，给予信号。对架空线路，采用同型号规格的3只电流互感器同极性并联构成零序电流互感器。一般工厂的架空线路一般不长，很少装设。接地线流过不平衡电流（零序电流），在零序电流互感器的铁心中产生磁通，使其二次绕组感应出电动势，使接于二次侧的电流继电器动作，发出报警信号。

8.3.4

单相接地保护2）单相接地保护（1）单相接线保护的接线和工作原理

8.3.4

单相接地保护2）单相接地保护（2）动作电流整定保护装置一次侧动作电流为：当系统中某一线路发生单相接地故障时，其他线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相接地保护的动作电流Iop应躲过在其他线路发生单相接地故障时在本线路上引起的电容电流Ic其他线路发生单相故障，被保护线路流过的接地电容电流可靠系数，保护装置不带时限时4~5，保护装置带时限1.5~2零序电流互感器变比单相接保护动作电流的整定计算公式为：

8.3.4

单相接地保护2）单相接地保护（3）灵敏度校验单相接地保护的灵敏度，应按被保护线路末端发生单相接故障时流过接地线的不平衡电流作为最小故障电流来检验，而这一电容电流为与被保护线路有电气联系的总电网电容电流Ic.Σ与被保护线路本身电容电流Ic之差。零序电流互感器变比单相接保护的灵敏度必须满足的条件：1.5（架空线路）1.25（电缆线路）

8.3.4

单相接地保护3）绝缘监视装置

当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时，可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。在变电所每段母线上，装一只三相五柱式电压互感器或3只三绕组电压互感器，在接成Y形的二次绕组上接3只相电压表，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。根据接地信号和电压表读数判断哪一段母线、哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相短路。

8.3.5

过负荷保护

线路一般不装设过负荷保护，只有经常发生过负荷的线路，才装设过负荷保护，延时动作于信号。由于过负荷电流对称，过负荷保护采用单相式接线，并和相间保护共用电流互感器。一般取10～15s。1）动作电流整定1）动作时间整定可靠系数，取1.2~1.3按计算电流整定电流互感器变比8.4.1电力变压器故障分析与保护设置原则

（一）电力变压器常见故障与保护设置8.4电力变压器的保护

变压器内部故障和引出线的相间短路

——设置电流速断保护或纵联差动保护（主保护）

变压器外部短路而引起的过电流

——设置带时限过电流保护（后备保护）

变压器中性点直接接地侧的单相接地短路

——设置单相接地保护

过负荷而引起的过电流——设置过负荷保护

变压器温度升高和油冷却系统的故障——设置温度保护

油浸式变压器油箱内部故障和油面降低——设置瓦斯保护密闭油浸变压器的油箱压力过高——设置压力保护（二）电力变压器二次侧故障在一次侧引起的故障电流分布三相短路两相短路单相短路Yyn0联结K——变压器变比（相电压比＝K）Yyn0联结的变压器低压侧b相短路时的电流相量分析

三相短路两相短路单相短路Dyn11联结K——变压器变比（相电压比＝）三相短路两相短路单相短路8.4.2过电流保护与电流速断保护1.过电流保护

变压器过电流保护的组成原理与线路过电流保护相同。即采用带时限（定时限或反时限）的过电流保护。

其动作时间按“阶梯原则”整定。对3kV～10kV终端变电所，其动作时间可整定为最小值（0.5s）。

变压器过电流保护的灵敏性，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路的高压侧穿越电流值来检验，要求Ks＞1.5。

动作电流整定2.低电压闭锁的过电流保护或复合电压起动的过电流保护

过电流保护的动作电流是按躲过包括电动机起动电流在内的短时最大负荷电流整定的，整定偏大，导致灵敏性降低。

短路故障时常导致电流的增大和电压的降低，在保护中增加低电压元件，就构成低电压闭锁的过电流保护，只有在“电流的增大和电压的降低”这两个条件同时满足时保护才发出跳闸命令。

在将过电流保护用于变压器的后备保护时，再增加一个负序电压元件，作为一个闭锁条件，这样就构成了复合电压起动的过电流保护，在后备保护范围内发生不对称短路时，有较高灵敏性。

采用低电压元件后，过电流保护的动作电流可以不再考虑可能出现的短时最大负荷电流，只需按躲过变压器额定电流整定。由于动作电流整定值的减小，低电压闭锁的过电流保护灵敏性将有较大提高。。3.电流速断保护

变压器的电流速断保护，其组成、原理与线路的电流速断保护完全相同。

变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定。

变压器电流速断保护的灵敏性，按保护装置装设处在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验。

变压器的电流速断保护也存在保护“死区”，在其保护“死区”内，由带时限的过电流保护实现主保护。8.4.3变压器低压侧的单相接地保护

对于3～10kV降压变压器，其低压绕组的中性点一般直接接地，由以上的分析可知，变压器低压侧的单相短路电流并不能完全反映到装在高压侧的保护装置中，这就使得过电流保护装置在保护变压器低压侧的单相短路故障时灵敏性较低。

对Dyn11联结的变压器，由于低压侧的单相接地故障电流比较大。可利用高压侧的过电流保护装置兼作低压侧的单相接地保护。

变压器低压母线单相短路电流反映到高压侧的电流值为要求保护灵敏系数

而对Yyn0变压器，由于低压侧的单相接地故障电流比较小。高压侧过电流保护的灵敏度不够。

动作电流Iop（z）按躲过变压器低压侧最大不平衡电流来整定。

保护动作时间一般取0.5～0.7s。

需在变压器低压侧中性点引出线上装设零序电流保护。

例8-2一台Dyn11联结的SCB10-1600/10型配电变压器配置了由静态电流继电器组成的定时限过电流保护和电流速断保护，采用三相三继电器式接线，直流操作。保护所连接的电流互感器变流比为150／5A。变压器高压侧在系统最小运行方式下的两相短路电流为5.1kA；低压母线在系统最大运行方式下的的三相短路电流为34.1kA，在系统最小运行方式下的的两相短路电流和单相接地短路电流分别为22.6kA和21.8kA。试整定该定时限过电流保护和电流速断保护的动作电流，并较验其灵敏性，并问能否兼作低压侧的单相接地保护。解：1.过电流保护（1）整定动作电流

取Krel=1.2，Kre=0.85，Ki=150／5=30，故过电流保护的动作电流查附录表28，选用JL-83静态电流继电器，动作电流整定为6.1A。（2）整定保护动作时间

对10/0.4kV配电变压器，整定为0.5s。（3）较验灵敏性满足要求（4）校验能否兼作低压侧的单相接地保护满足要求2．电流速断保护（1）整定速断电流

查附录表28，选用JL-84静态电流继电器，动作电流整定为60A。（2）灵敏性的检验满足要求8.4.4变压器的过负荷保护

一般只对并列运行的变压器或工作中有可能过负荷（如作为其它负荷的备用电源）的变压器才装设。

变压器过负荷保护的动作电流Iop(OL)可按下式计算

当变压器低压侧电压为0.4kV时，一般不在高压侧装设过负荷保护，而是利用其低压侧总断路器兼作变压器的过负荷保护。过负荷保护通常采用一个电流继电器装于一相电路中。过负荷保护动作时限为10～15s。8.4.5瓦斯保护与温度保护（一）油浸式变压器的瓦斯保护与温度保护

按GB50062－2008规定，400kVA及以上的车间内油浸式变压器和800kVA及以上的一般油浸式变压器，以及带负荷调压变压器的充油调压开关，均应装设瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，利用油浸式电力变压器内部故障时产生的气体进行工作。

可以反应变压器油箱内部是否发生轻微故障、严重故障、油箱漏油等情况。

规范还规定容量在1000kVA及以上的油浸式变压器应装设温度保护。变压器瓦斯保护与温度保护的接线图（二）干式变压器的温度保护干式变压器温显、温控系统原理图（1）风机自动控制（2）超温报警、跳闸（3）温度显示系统干式变压器温度保护的接线图8.4.6差动保护

按GB50062－2008规定：电压为10kV以上，容量在10000kVA及以上的单独运行变压器和6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护；容量小于10000kVA单独运行的重要变压器，可装设纵联差动保护。电压为10kV的重要变压器或容量在2000kVA及以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜采用纵联差动保护。（一）变压器差动保护的基本原理

变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且用来保护变压器的匝间短路，其保护区为变压器一、二次侧所装电流互感器之间。

变压器纵联差动保护的单相原理电路

变压器差动保护是利用保护区内发生短路故障时变压器两侧电流在差动回路（即差动保护中连接继电器的回路）中引起的不平衡电流Idsq（=I1/－I2/）动作的一种保护。（二）变压器差动保护中的不平衡电流及其减小措施1．由变压器接线(Y,d11)而引起的不平衡电流2．由两侧电流互感器变流比选择而引起的不平衡电流3．由变压器励磁涌流引起的不平衡电流

正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般不超过额定电流的2％～10％。但当变压器空载投人时，其电源侧将流过数值很大的励磁电流，即励磁涌流。

变压器两侧电流互感器计算变比选择条件：

由于电流互感器实际变比与计算变比不一致，在差动回路中引起的不平衡电流i0t

励磁涌流特点：含有的非周期分量幅值很大，常使励磁涌流偏于时间轴的一侧；含有大量的高次谐波，尤其是二次谐波可达到15％以上；波形间有明显的间断。ΦΦti0一、概述

微机保护——利用微型计算机系统采集和处理来自电力系统运行过程中的数据，并通过数值计算迅速而准确地判断系统中发生故障的性质和范围，经过严密逻辑过程后有选择性地发出各项指令。8.5微机保护及应用可靠性很高。保护性能的选择和调试都很方便。具有较完善的通信功能，便于构成综合自动化系统。

与机电式或电子元件构成的模拟式继电保护相比较，微机保护的优点：

二、微机保护的硬件数据采集系统微机系统开关量输入/输出系统配电变压器采用微机保护的一个实例接线图三、微机保护的软件

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，包括监控程序和运行程序两部分。

监控程序包括对人机接口键盘命令处理程序及为插件调试、整定设置显示等配置的程序。运行程序就是指保护装置在运行状态下所需执行的程序，主要包括主程序（包括初始化，全面自检、开放中断等）、采样中断服务程序（包括数据采集与处理、保护起动判定，完成多CPU之间的数据传送等）和故障处理程序（在保护起动后才投入，用以进行保护特性计算、判定故障性质等）。

运行程序中的保护算法是微机保护的核心，根据模数转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功能。四、微机电流保护应用（一）微机电流保护功能原理

单侧电源辐射型网络的微机电流保护通常设置为三段式电流保护，即I段电流保护（电流速断保护）、Ⅱ段电流保护（限时电流速断保护）、Ⅲ段电流保护（可设为定时限过电流或反时限过电流保护）。有时为了增加保护的灵敏度可设置低电压闭锁的过电流保护。I段、Ⅱ段电流保护逻辑框图定时限过电流保护逻辑框图反时限过电流保护逻辑框图（二）微机电流保护整定有关电流保护的整定计算在微机电流保护中均适用，其时限整定原则也相同。五、微机变压器差动保护应用（一）微机变压器差动保护的特点Yd联结变压器的Y侧电流互感器的二次侧仍采用Y接线，其相位补偿由数值计算（软件）来实现，消除了由于电流互感器的Y-△变换在二次回路中带来的不平衡环流；通过引入平衡调整系数进行二次侧电流差的数值计算，进一步减小因互感器变比和特性不同引起的不平衡电流，比采用平衡线圈更为合理有效；利用比率制动原理准确区分内部故障和外部故障，利用二次谐波制动原理鉴别励磁涌流，大大提高差动保护的可靠性和灵敏性；具有变压器内部严重故障加速保护功能（差动速断保护）。采用运算和逻辑处理实现CT和PT断线的报警和闭锁。（二）微机型变压器差动保护的原理

引入一个能够反应外部短路电流大小的制动量，使外部短路电流大时产生的制动作用大，保护动作电流也随着增大；外部短路电流小时产生的制动作用小，保护动作电流也减小。这种制动作用称之为比率制动。比率制动差动保护的动作特性差动量制动量差动量与制动量的关系两折线动作特性外部短路时不平衡曲线差动保护速断电流差动保护最小动作电流折线拐点对应的制动电流比率制动差动保护的动作特性

两段折线式比率制动差动保护的动作判据

另外，微机型变压器差动保护中还广泛采用二次谐波制动的方法来防止励磁涌流引起差动保护的误动。比率制动系数二次谐波制动元件的动作判据为比率制动和二次谐波制动差动保护逻辑框图注：Iop为差动定值曲线上的电流值差动速断保护不受二次谐波闭锁和CT断线闭锁。小结

本章重点：供配电系统电力线路的保护、电力变压器的保护。

本章难点：电力变压器的差动保护、微机型继电保护。

教学基本要求：了解变配电所常用保护继电器、微机保护装置；理解供配电系统电力线路和电力变压器的继电保护原理；掌握供配电系统电力线路和电力变压器的过电流保护及速断保护整定计算方法。第9章

供配电系统的二次回路

及自动装置供配电系统的二次回路是对一次系统的运行进行控制、指示、监测和保护的电路。二次电路对保障一次电路安全、可靠、优质、经济的运行起着十分重要的作用。二次回路基本知识操作电源电气测量回路与绝缘监视高压断路器的控制和信号回路中央信号装置电测量仪表和测量回路供配电电系统自动测量装置变电站综合自动化主要内容：9.1二次回路的基本知识供电系统的二次接线是指用来对一次接线的运行进行控制、监测、指示和保护的电路，亦称二次回路。

二次回路按其功能分有：操作电源回路、电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路以及自动化装置等。二次回路功能示意图9-1所示。二次回路按电源性质分直流回路交流回路交流电流回路：由电流互感器供电交流电压回路：由电压互感器供电一、二次接线概念图9-1二次回路功能示意图二、二次接线图分类分原理电路图和安装接线图(包括屏背面接线图、端子接线图等）。续上页端子接线图原理电路图屏背面接线图9.2二次回路的操作电源作用：正常运行时操作电源应能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，操作电源应能保证继电保护系统可靠地工作。性质：直流（可靠性高）交流（可靠性不高）操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。一、操作电源概念要求：操作电源应充分可靠，容量足够并具有独立性。目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池高频开关电源成套装置。二、直流操作电源充电模块监控模块直流馈电柜交流配电单元电池室绝缘监测模块小型分屏柜小型一体柜续上页高频开关直流电源原理框图续上页一种直流电源系统图三、交流操作电源小型10kV配变电所一般选用交流操作电源，可以从所用变压器或电压互感器取得220V电压源。转换开关中间变压器电压继电器续上页用电压互感器作交流操作电源，可靠性差，只能作为断路器正常跳合闸以及油浸式变压器瓦斯保护或干式变压器温度保护的工作电源。去分流跳闸方式过电流保护的操作方式：①采用电流互感器作为操作电源，作用于电流脱扣器跳闸。②采用整流储能装置，将电流转换成电压，作用于电压脱扣器，使断路器跳闸。③采用不间断电源UPS。作用于电压脱扣器跳闸，使断路器跳闸。9.3高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路。信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。信号按用途分位置信号：事故信号：预告信号：断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。一、概述对断路器控制回路的基本要求如下：（1）应能监视电源及跳、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。

(2)跳合闸完成后，应能自动解除跳合闸命令脉冲。

(3)应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。

(4)断路器事故跳闸信号的启动回路，应按不对应原则接线。

(5)能够防止断路器短时间内连续多次分合闸的跳跃现象发生。二、采用灯光监视就地操作的断路器控制与信号回路控制开关是开关柜就地控制断路器跳、合闸的操作元件。这种控制开关有六个位置：两个预备操作位置（“预备合闸”和“预备跳闸”）；两个操作位置（“合闸”和“跳闸”）；两个固定位置（“合闸后”和“跳闸后”）。LW12型万能转换开关外形图续上页LW12－16D/49.4636.6开关接点图表

触点号1－23－45－67－89－1011－1213－1415－1617－1819－20

手柄位置

跳

闸

后－×－－－－×－－×预备合闸×－－－×－－－×－合

闸－－×－－×－×－－合

闸

后×－－－×－－×－－预备跳闸－×－－－－×－×－跳

闸－－－×－－×－－×续上页断路器控制与信号回路分析：1.手动储能合闸采用弹簧操动机构的断路器在首次合闸前需先储足能量。按钮旋钮指示灯行程开关3412续上页储足能量后，就可进行合闸操作。3412续上页2.手动跳闸3412续上页3.自动跳闸3412续上页断路器自动跳闸后，而控制开关SA仍处于“合闸后”位置，这种情况称为“不对应”关系。事故跳闸信号回路接通，使中央信号装置发出事故音响信号。事故信号的解除：将SA转至“预备跳闸”→“跳闸”→“跳闸后”位，使其与断路器恢复对应关系。4.电气防跳利用SA的闭锁触点。3412三、采用微机远方监控的断路器控制和信号回路

“远方/就地”选择开关SA2，它有三个位置:“1”为就地操作位置，当选择在“就地”位置时,断路器只能由控制开关SA1控制跳、合闸。“2”为远方操作位置，当选择在“远方”位置时，断路器只能由遥控命令控制跳、合闸。“0”为断开位置。(1)断路器的远方控制(2)控制回路的完好性监视(3)电气防跳电路的工作特点分析：远方就地防误操作联锁触点合位继电器合保继电器跳保继电器跳位继电器续上页9.4

中央信号装置

对中央事故信号装置的要求是：在任一断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号(电笛)，并在控制屏或配电装置上有表示事故跳闸的具体断路器位置的灯光指示信号。中央信号:事故信号和预告信号有能重复动作和不能重复动作两种,并能手动或自动复归。

对中央预告信号装置的要求是：当供电系统发生故障和不正常工作状态但不需立即跳闸的情况时，应及时发出音响信号（电铃），并有显示故障性质和地点的指示信号（光字牌指示）。续上页下图是不能重复动作的中央事故信号装置回路图，为便于分析其工作原理，将变配电所的所有断路器事故跳闸信号回路绘在一起列于图右。

续上页下图是不能重复动作的中央预告信号装置回路图，为便于分析其工作原理，将配电装置的预告信号回路列于图右。9.5电测量仪表与测量回路9.5.1仪表的准确度要求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级专用电能计量仪表月平均用电量在1×106kWh及以上的计量点0.5级1.0级有功电度表1.0级专用电能计量仪表2.0级无功电度表①月平均用电量在1×106kWh及以下的计量点；②315kVA及以上的变压器高压侧计量点；

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①315kVA及以下的变压器低压侧计量点；②75kW及以上电动机电能计量；③企业内部技术经济考核而不计费的计量点一般测量1.01.5级和0.5级测量仪表

3.02.5级测量仪表非重要用户9.5.2互感器和测量仪表的配置1．电流互感器的配置凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。未装断路器的变压器中性点以及变压器的出口等回路中，也应装设电流互感器。在中性点直接接地的三相电网中，电流互感器按三相配置；在中性点非直接接地的三相电网中，电流互感器按二相配置。变压器回路按三相配置。继电保护用电流互感器，应尽可能减小或消除不保护区。2．电压互感器的配置每段母线都必须装设电压互感器，供测量、保护等用。6～10kV母线装设一只三相五柱式或三只单相电压互感器。35kV以上母线一般装设三只单相电压互感器。3．电气测量仪表的配置(1)在电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有功电能表和无功电能表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为指示负荷电流，进线上还应装设一只电流表。(2)变配电所的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。(3)35～110／6～10kV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只。(4)3～10kV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电能表各一只。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电能表。(5)380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。低压动力线路上，应装设一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15％的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电能表。(6)并联电力电容器组的总回路上，应装设三只电流表，分别测量三相电流，并应装设一只无功电能表。测量仪表单相电子式多费率电能表三相电子式多费率电能表普通机械表多功能数字表9.5.3电气测量回路与绝缘监视任务：监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。要求：对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。（一）电气测量的任务与要求

续上页（二）电气测量回路示例10kV线路电气测量原理电路图电能表接线续上页380V电源进线回路电气测量原理电路图。续上页基于先进的数字信号处理和单片机技术的新型数字式智能表，集测量、显示、报警输出、参数设置和数据存储为一体，已逐步在重要的变配电所及其自动化工程中得到应用。下图是多功能综合数字式智能表的测量原理电路图。交流系统的绝缘监视利用一次系统接地后出现的零序电压给出信号或跳闸。一、电源自动切换装置9.6供配电系统自动控制装置

（一）电源自动投入装置的作用与类型

工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用:指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用:指在正常时，两电源都投入，互为备用。

作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。

微机备用电源自动投入装置（Auto-PowerswitchDevice，简称APD）。

在正常情况下，QF1闭合，QF2断开，负荷由工作电源供电。

当工作电源故障时，APD动作，将QF1断开，切除故障电源，然后将QF2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。

正常情况下，QF1,QF2闭合，QF3断开，两个电源分别向两段母线供电。

若电源A(B)发生故障，APD动作，将QF1(QF2)断开，随即将QF3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求应保证在工作电源断开后投入备用电源。工作电源故障或断路器被错误断开时，自动投入装置应延时动作。手动断开工作电源、电压互感器二次回路断线和备用电源无电压的情况下，不应起动自动投入装置。自动投入装置动作后，如备用电源投到故障上，应使保护加速动作并跳闸。应保证自动投入装置只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中。自动投入装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。（三）微机备用电源自动投入装置的原理微机备用电源自动投入装置的动作逻辑框图二、自动重合闸装置（一）概述

运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置（ARE），迅速恢复供电，从而大大提