第八章继电保护及自动装置

第八章继电爱护及自动装置

第一节继电爱护的作用及原理

所谓继电爱护，就是指能反映电力系统中电气设施所发生的故障或不正常状态，并动作

于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。在电力系统中，由于电气设施的绝缘老化或损坏、

雷击、鸟害、设施缺陷或误操作等缘由，可能发生各种故障和不正常运行状态。其中最常见

也是最危急的故障是各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、两相接地短路以及中性点

直接接地中的单相接地短路，此外，还可能发生输电线路的一相断线、两相断线以及发电机、

变压器一相绕组的匝间短路。

一.继电爱护的作用

电力系统发生故障或消失不正常运行状态时，可能引起系统全部或部分正常工作受到破

坏，使电能质量变坏到不能允许的程度，甚至造成人身伤亡和电气设施的损坏。所以，在电

力系统中应实行各种措施消退或削减发生各种故障的可能性，此外，故障一旦发生，必需快

速而有选择性地将故障设施从系统中切除，以保证无故障设施的连续运行。要想完成上述任

务，只能通过继电爱护装置才能实现，继电爱护的作用就是：

⑴当电力系统发生故障时，能自动地、快速地、有选择性地将故障设施从电力系统中切除，

以保证系统其余部分快速恢复正常运行，并使故障设施不再连续患病损坏。

⑵当系统发生不正常工作状况时，能自动地、准时地、有选择性地发出信号通知运行人员进

行处理，或者切除那些连续运行会引起故障的电气设施.

由此可见，继电爱护装置是电力系统必不行少的重要组成部分，对保障系统平安运行，保证

电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。

二.继电爱护的基本原理

电气设施从正常工作到故障或不正常运行，其电气量往往会发生显著的变化，主要特征

是：

⑴电流增大。短路时故障点与电源之间的电气设施和输电线路上的电流，将由负荷电流变为

短路电流。

⑵电压降低。当发生相间短路或接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且

越靠近短路点的电压越低，短路点的电压为零。

⑶电流与电压之间的相位角转变。正常运行时电流与电压之间的相位角是负荷的功率因数

角，一般为20°—30°。在爱护装置的正方向发生短路时，高雅与电流之间的相位角一般为60°

—85'；而在爱护的反方向短路时，电压与电流之间的相位角则为180"+(60"-85°)o

⑷不对称短路时，消失负字重量的电流和电压；接地短路时，消失零序重量的电流和电压。

在正常对称运行时，既无零序重量也无负序重量。

因此，采用短路时电气量的变化，便可构成各种原理的继电爱护。列如，依据短路故障

时电流的增大，可构成过电流爱护；依据电压的降低，可构成低电压爱护；依据电流与电压

之间相位角的变化，可构胜利率方向爱护；依据电压与电流的比值，可构成距离爱护；依据

部对称时消失的零序和负序重量，可构成零序爱护等。此外，还有一些反应非电量的爱护，

如变压器的瓦斯爱护，过负荷爱护等。

一般一套继电爱护装置由以下三部分组成，如图8—1所示。

1.测量部分。测量部分从被爱护设施输入有关信号，并与已给定的整定值进行比较，从而

推断爱护是否应当动作。

2.规律部分。规律部分是依据测量部分输出的信号大小、性质、消失的挨次，经过规律部

分的推断，最终确定是否应当使短路器跳闸或发出信号。

3.执行部分。执行部分接受规律部分传送来的信号，最终发出访爱护跳闸的命令或在不正

常运行时，发出相应的信号。

其次节继电爱护的基本要求

依据继电爱护在电力系统中所担负的任务，继电爱护必需满意以下四个要求，即选择性、

速动性、灵敏性和牢靠性，

一.选择性

所谓继电爱护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设施或线路发生短路时，其继电

爱护装置仅将故障设施或线路从系统中切除，当故障设施或线路的爱护或断路器拒绝动作

时，应由相邻设施或线路的爱护将故障切除。

如图8-2所示电网，当在线路L1的5点故障时，应有故障线路上的爱护I和2动作，

使断路器1DL和2DL跳闸，将故障线路L切除。这时变电站B仍可由线路连续供电。

当线路L3的ch点发生故障时，应由该线路的爱护5动作，使断路器5DL跳闸，将线路L3

切除。这样，在发生故障时，只有故障设施被切除，停电范围限制在最小，爱护装置的上述

动作，称为有选择性。如当线路L上d3发生故障时，假如该处的爱护6或断路器6DL拒动，

则应有线路L3的爱护5动作，使5DL跳闸，从而达到切除故障的目的。可见爱护5对线路

U起到后备爱护的作用。这种由上一级元件的爱护实现对下一级元件故障时的后备爱护，

通常称为远后备爱护。有时，为了防止一套爱护（主爱护）拒动时，造成扩大事故，可在同

一处此外再装设一套后备爱护，当主爱护拒动时，可由后备爱护动作跳闸。这种在就地实现

的后备爱护称为近后备爱护。

远后备爱护对相邻元件的爱护装置，断路器、二次回路和直流电源引起的拒动，均能实现后

备作用。而近后备爱护只能对爱护装置的拒动起到后备作用，对断路器拒动实现近后备的爱

护装置称为断路器失灵爱护。

二.速动性

快速切除故隙可以提高电力系统并列运行的稳定性，削减用户在低电压下的工作时间，

以及减轻设施的损坏程度，

如图8—3中，如K点发生短路，A厂母线电压降到几乎接近于零而甩负荷，汽轮机调速系

统来不及作相应的调整，发电厂A的机组转速必定提升。此时，发电厂B甩去的负荷不多（有

较高的残压），发电机转速增加不少，这样A、B两厂的发电机就产生转速差。假如短路持

续的时间较长，两厂的发目机将失去同步，使系统发生振荡甚至瓦解。假如能快速切除故障,

因两厂发电机的转差尚小，则故障切除后，很简洁被拉入同步，恢复系统稳定运行。因此，

快速切除故障是提高系统并列运行的稳定性、防止事故进一步扩大的重要措施。

此外，系统发生短路时，电压大幅度降低，用户的电动机受到制动而转速减慢，若迟

缓切除故障，电动机将停上转动，用户的正常运行遭到破坏。若快速切除故障，电压很快恢

复，电动机就简洁自启动并快速恢复正常运行，从而大大减小对用户正常生产的影响。此外,

短路时，故障设施本身将通过很大的短路电流，由于电动力和热效应的作用，设施也招遭到

严峻破坏，短路时间越长，设施损坏越严峻，所以快速切除故障，便能减轻电气设施的损坏

程度，防止故障的进一步于大。再则，快速切除故障，短路点易于去游离，从而可以提高自

动重合闸的胜利率。

切除故障的总时间等于爱护装置的动作时间与断路器跳闸时间之和。一般快速爱护的动

作时间为0.08—0.12S,最快可达0.02—0.04；断路器的跳闸时间一般为0.1—0.15S,最快可

达0.04—0.05S。所以，最快的故障切除时间为0.06—0.09S。

三.灵敏性

爱护装置对在爱护范围内发生的故障和不正常运行状态的反应称为爱护装置的灵敏度。

为使爱护装置的确起到爱护作用，要求其在各种运行方式下都应具有足够的灵敏性。对相间

短路爱护来说，不但在最大运行性方式下三相金属性短路时能够灵敏动作，而且在最小运行

方式下也应有足够的灵敏度。

所谓最小运行方式，是指故障时，流过爱护装置的电流为最小的运行方式。最大运行方式是

指故障时流过爱护装置的电流为最大的运行方式。

爱护装置的灵敏度用灵敏系数Ks来表示.

对反应故障时参数提升的爱护装置，其灵敏系数为：

_爱护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值

S=爱护装置的动件值

对反应故障时参数降低的爱护装置，其灵敏系数为：

_______________爱护装置的动作值_______________

S"爱护区末端金属性短路对故障参数的最大计算值

各种不同的爱护装置的灵敏系数是不同的，一般对主爱护的灵敏系数要求不小于1.5—2；对

后备爱护的灵敏系数要求不小于1.2—1.5。

四.牢靠性

爱护装置的牢靠性是指在该爱护装置规定的爱护范围内发生了它应当动作的故障时，它

应牢靠动作，而不应当拒动。而在其他任何不属于它的爱护范围内故障时，它应牢靠地不动

作，而不应当误动。爱护装置的拒动或误动都会造成严峻的后果，使事故扩大。

爱护装置不能正确动作的缘由主要有：继电相及元件质量差，安装调试质量不高，运行维护

不当或设计整定计算错误，因此，为保证爱护的牢靠性，应选用质量高、动作牢靠的继电器

和元器件，爱护接线应尽量简洁，削减继电器及串联接点，提高安装和调试质量，加强维护

与管理。

爱护装置的四个基本要求却相互联系，有时乂相互冲突，所以在装设爱护时要从全局考虑。

一般来说，在保证牢靠性的前提下，首先要满意选择性，对于非选择性动作是肯定不允许的。

第三节输电线路的爱护

一.高频爱护

1.高频爱护的构成及分类

高频爱护可分为三个主要部分：即爱护部分，收发信机部分，通道部分。如图8—4所

/Ko

爱护部分是反映故障时的电气量的变化；收发信机是发出高频信号和接受高频信号的装置；

通道是传送高频信号的路径。

高频爱护按测量元件的实现原理分为：测量元件为方向元件的高频方向爱护；测量元件为方

向阻抗元件的高频距离爱护；测量元件为相位比较元件的高频相差动爱护。

2.相差动高频爱护的基本原理

相差动高频爱护是基于采用高频电流信号比较被爱护线路两端电流相位的原理构成的。

如图8—5所示，设电流从母线流向线路为正，由线路流向母线为负。当爱护线路内部故障

时，如图8—5(a)两端的电流1M与IN都从母线流向线路，同时为正方向，两个电流同相，

相位差(p=0°,两端爱护动作，跳开断路器。而当外部短路时，如图8—5(b)电流iM从母

线流向线路为正，电流iN从线路流向母线为负，相位差(p=180°,两端爱护不动作。

相差动高频爱护的高频信号可以按允许信号和闭锁信号两种方式工作，我们国家目前广泛采

纳按闭锁方式工作的相差动高频爱护。在工频电流的正半波，操作发信机发高频信号；在工

频电流的负半波，使发信机停止发信。如图8—6所示，当线路外部故障时，两端工频操作

电流相位相反，如图中a、b所示。各端发信机均于工频操作电流正半周时发信，于负半周

时停信，如图中c、d所示，因而两端收信机均收到连接不断的信号，如图中e所示。由于

高频信号在传输过程中有衰耗，故收信机收到对侧发来信号的幅值要小一曲。此时收信机输

出的电流为零，如图中f所示。因两侧继电器线圈中无电流通过，如图中g所示，故爱护不

动作。当线路内部故隙时，两端工频操作电流相位相同，如图中a'和b'所示。两端发信

机均于工频操作电流正半波时发信，于负半波时停信。如图中c'和d'所示。两端收信机

收到断续信号，如图中e'所示。此时收信机输出断续的电流方波，如图中f'所示，该方

波电流经加工后使两侧继电器线圈中有电流通过，如图中g'所示，故爱护动作。

3.高频方向爱护工作原理

图8-7是高频闭锁方向爱护的原理框图。该图只表示线路一侧的高频闭锁方向爱护装置，

线路另一侧与其完全相同。图中P-为反方向功率方向兀件，P+为正方向功率方向元件。当

P-动作时，一方面起动发信机发信，另一方面闭锁P+掌握的停信回路。当P+动作时，延时

t2停止发信。当P+动作，且收不到高频信号时可发出跳河命令。

以图8-8双侧电源系统说明该爱护的工作原理。

当D点短路时，在AB线路上，A侧P+动作，B侧P+动作，而两侧的P•均不动作。所以两

侧爱护满意跳闸条件，短路器1、2跳闸，切除故障点。假如是在BC线路上故障，短路器

3、4跳闸。而短路器1、2由于B侧P-动作，发信机发唁，所以短路器1、2不动作。

图8-9为一个多电源环网，当D点故障时，线路MN和MP上的功率流向如图中实线所示,

而当6DL跳闸后，MN线路上的功率流向为从N向M,如图中虚线所示。

6DL跳闸前，MN线路上N侧P-动作，发出闭所信号，1DL、2DL均不跳闸，当6DL跳开

后MN线路上的功率方向发生变化，即N侧P-返回，P+动作，而M侧P+返回，P-动作。

假如N侧P+动作快，而M侧P+返回慢，就会有一小段时间，两侧均为P+动作，从而停止

发信，1DL、2DL爱护误动。解决的方法有两种，其一是加延时，即先感受为区外故障，之

后若感受为区内故障，连续停信时间必需大于60ms才能跳闸。其二是让P-动作优先于P+,

一旦P-动作则闭锁P+动作回路。这样，在上述状况下，一开头MN线路上N侧P-动作，由

于P-先动作，闭锁N侧P+动作回路，这样在功率倒向后，仍能牢靠发出闭锁信号。

二.距离爱护

所谓距离爱护，就是反应故障点到爱护安装处的距离，井依据该距离的远近确定动作时

间的一种爱护装置。当故障点距爱护安装处越近时，爱护感受到的距离越小，动作时间就越

短；反之，当故障点离爱护越远，爱护感受到的距离越大，动作时间就越长。这样，故障将

总是由距故障点近的爱护首先切除，从而保证在任何外形电网中，故障线路都能有选择地切

除。1.距离爱护的组成

⑴测量元件。作用是测量故障点至爱护安装处的阻抗（距离），并与整定阻抗进行比较，以

确定爱护是否动作。测量元件通常采纳阻抗继电器，是爱护中的关键元件。

⑵起动元件。它的主要作用是当发生故障时，马上起动整套爱护，并可兼作距离III短的测量

元件。起动元件可采纳电流继电器或阻抗继电器，也可采纳反应负序、零序电流或其他增量

的电流元件。

⑶方向元件。它是判别故障时短路功率的方向，防止在爱护安装处反方向故障时误动。一般

采纳功率方向继电器，也可采纳具有方向性的阻抗继电器，兼作测量元件。

⑷时间元件。它的作用是建立距离II段和III段的动作时限，以保证爱护动作的选择性。通常

采纳时间继电器或时间电路作时间元件。

2.距离爱护的基本原理

距离爱护的测量元件应能则量故障点到爱护安装处的距离。而测量故障点到爱护安装处的距

离，实际上是测量故障点至爱护安装处的线路阻抗。故障时，爱护安装处的母线电压。与

母线流向线路的电流i的比值即为故障点至爱护安装处的线路阻抗ZKo若假设爱护用电流

互感器和电压互感器变比均为I,则测量元件的阻抗Zm=Um/Ln=Si=ZK。测量元件将侧得的

阻抗“与整定阻抗Zs进行比较，当ZmVZs时，表明故障在爱护范围内，爱护动作；当Zm

>Zs时，表明故障在爱护范围外，爱护不动作。所以距离爱护又叫低阻抗爱护。由于ZK只

与故障点到爱护安装处的电离有关，基本上不受运行方式的影响。

距离爱护的动作时限t与故障点至爱护安装处的距离1的关系，称为距离爱护的时限特性。

目前广泛采纳的是三段式阶梯时限特性，如图8—10所示。距离爱护的第I、II、III段与电

流爱护的第I、II、HI段相像，其根本不同之处是距离爱护各段的爱护范围基本上不随运行

方式而转变。为了保证选择性，瞬时动作的距离【段爱护范围应限制在本线路内，如图8—

10中爱护H段的测量元件的整定阻抗7即应小于线路阻抗治“通常距离I段的爱护范围为被

爱护线路全长的80—85%,其动作时间为元件的固有动作时间。距离n段整定阻抗相像带时

限电流速段，即其爱护范围不超过相邻下一线路距离I段的爱护范围，同时在时限上与相邻

的下一线路距离I段的动作时限心进行协作，即

t"=t'i+At

距离I段和II段可共同作为线路的主爱护。距离III段作为本线路距离I段、H段的近后备及

作相邻下一线路得远后备爱护，其整定阻抗的选择与过电流爱护相像，应躲过正常运行时的

最小负荷阻抗来整定，动作时限也按阶梯原则整定。

3.阻抗继电器

⑴全阻抗继电渊。全阻抗继电器的特性圆是以坐标原点

为圆心、以整定阻抗以为半径所作的一个圆，如图8—

11所示。圆内为动作区，当测量阻抗Zj落在圆上时继电

器刚好动作，对应此时的阻抗叫继电器的动作阻抗，以

Zdz.j表示。当采纳肯定值比较方式是，这种阻抗继电器

的动作阻抗条件是：

I九|W|ZmI

不论□与ii间相位差（P，此时总是成立的，因此全阻抗

继电器无方向性。将式两边同乘以电流ij,则得动作电

压条件为

IiiZjI&IiZdI

电压ijZj可通过中间变压器TV取得，当TV的输入电压为口时，使输出电压KuUj=ijZJo而LZj

可以通过电抗变压器TL取得，当输入电流为ij时，使输出电压Kli=iz。故上式可写成

IKlUj|&IKjj|

移相得Iu/tIwIK./K,.|

由此可知，采纳肯定值比较的全阻抗继电器

可按图8-12接线。这里有三个参数需辨别

清晰：①测量阻抗乙（继电器端子上的感受

电抗），即U/I随故障点与爱护安装处之间

的距离而变。②动作阻抗Z械j（继电器刚好

动作时的测量阻抗），即爱护范围边界短路

时的测量阻抗。③整定阻抗。.（依据动作阻

抗选择继电器参数所打算的阻抗），其值

应与动作阻抗相近，整定阻抗预定了爱护范

围。U图8—12全阻抗继电器原理接线图

⑵方向阻抗继电器

上述全阻抗继电器无方向性，不能判别短路故障的方向，若采纳它作测量元件，有时尚需另

加一个方向元件与之协作，而方向阻抗继电器可满意这一要求，其特性圆是一个以整定阻抗

Zzd为直径，圆周过坐标原点的圆，如图8—13所示。园内为动作区。当爱护正方向故隙时.，

测量阻抗Zj位于第I象限，只要Zj落在园内，继

电器就动作,而爱护反方向短路时，Zj位于第III象

限，不行能落在园内，继电器就不会动作，故该继

电器的动作具有方向性。

三.电流速断爱护

第四节发电机爱护

一.发电机的纵差爱护

发电机的纵差爱护反应发电机定子绕组及其

引出线的相间短路，是发电机的主要爱护。

1.带断线监视的发电机纵差爱护

图方向阴抗继电器的动作特性

图8—14为带断线监视的发电机纵差爱护原理接线8—13

图，爱护采纳三相式接线，1KD-3KD为差动继电器。在差动回路的中性线上接有断线监

视电流继电器KMD,KPO为出口中间继电器，其线圈上并联的电阻R「是为了提高信号继

电器KS的牢靠性。爱护的动作电流应按在正常状况卜，电流互感器二次断线时爱护不动作

的条件整定。即

IpU=Krel【LG

断线监视继电器的动作电流【PUK应按躲过正常运行时的不平衡电流整定，一般为

IpuK=0.2ILG/nT

整定之后还应按爱护范围内的最小短路电流来校验灵敏度，一般要求不小于2。在靠近中性

点发生相间短路时，短路电流特别小，爱护可能不动作，即为纵差动爱护的死区。

2.采纳BCH—2型差动继电器的发电机纵差爱护

如图8—15为BCH—2型差

动继电器构成的发电机纵差爱护

原理图。当电流互感器一次回路断

线时,断线相差动继电器的差动线

圈及其三个平衡线圈中均通过数

值相等的负荷电流，由于每相继电

器的差动线圈与平衡线圈反极性

串联，因此，断线相差动继电器铁

心中的工作磁通相互抵消,该继电

器不会动作。在非断线相的差动继

电器中，只有平衡线圈通过负荷电

流，只要适当的选择平衡线圈的匝

数，就可以使非断线继电器不动

作。一般经过选择有：

IpUK=0.55Ig

可见动作电流小，故内部短路时灵敏度高，以称之为高灵敏度的纵差爱护。

二.发电机定子绕组匝间短路爱护

发电机绕组发生匝间短路时，纵差动爱护不能反应，所以装设了发电机匝间短路爱护。

1.横差电流爱护

对于定子绕组的每一支路中性点侧都有引出端的发电机，可以采纳定子绕组单继电器的横差

电流爱护，其爱护的接线原理如图8—16所示。一般依据运行阅历，爱护的动作电流通常取

为发电机额定电流的20—30%,即

Ipu=(0.2—0.3)Ie

当短路的叱数特别少时，中性连线的电流很小,因此爱护将不动作，消失死区。

2.反应零序电压的匝间短路爱护

发电机正常运行及相间短路时，无零序电

压。定子绕组单相接地时，故障相对地电压等于

零，中相点对地电压提升为相电压，此时三相定

子绕组对中性点的电压仍旧对称，不消失零序电

压。若定子绕组发生匝间短路，则机端三相对中

性点电压不对称，因而消失零序电压，因此可采

用此零序电压来构成定子绕组的匝间短路爱护。

其原理接线如图8-17所示。此种爱护仍存在死

区。

3.反应转子回路二次谐波电流的匝间短路爱护

发电机定子绕组发生匝间短路时，定子绕组电流

中有负序重量，负序重量建立的负序磁场，以同

步转速沿与转子旋转方向相反的方向旋转。因

此，负序磁场在转子绕组中感应出二次谐波电势，转子回路中消失了二次谐波电流，采用该

二次谐波电流，可以实现匝间短路

爱护。图8-18示出了该爱护的原

理图。采纳负序功率方向继电器后，

爱护的整定值只需按躲开与发电机

正常运行时允许的最大不对称度相

对应的在转子回路感应的二次谐波

电流来整定，其灵敏度较高。

三.发电机定子绕组单相接地爱护

发电机定子外壳是接地的，当图8—18反应转子二次谐波电流的匝间短路保护原理庭图

某相绝缘损坏发生对外壳短路时就1一负序电流过滤器；2—负序电压过滤器；

3—二次谐波过滤器；P2一负序功率方向继电器；

是单相接地，单相接地发生的机会12一二次谐波电流继电器

比匝间或相间短路多。一般规定，发生单相接地时，接地电流小于5A时，一般装设作用于

信号的接地爱护；当接地电流大于5A时，应装设作用于跳闸的单相接地爱护。

1.反应零序电流的定子绕组单相接地爱护

反应零序电流的发电机定子绕组单相接地爱护，通常用于并联在发电机电压母线上运行的发

电机。采用发

电机内、外部

接地时，流过

零序电流互

感器的零序

电流差别较

大的特点，爱

护将有足够

的灵敏型，如

图8—19所

图8—19反应零序电流的单相接地保护原理接线图

示。爱护的动作电流可只按躲开外部单相接地时流过零序电流互感器的零序电流和正常状况

下零序电流互感器二次侧消失的不平衡电流来整定。爱护一般带有1—2S的时限，以躲开

外部单相接地时暂态电容电流的影响。

2.反应零序电压的发电机定子绕组单相接

地爱护

对于发电机一变压器组，接地电容电流较

少，所以一般装设反应零序电压的接地爱

护，如图8—20所示。从机端电压互感器开

口三角侧取得3Uo，过电压继电器KV通过

三次谐波滤过器接于开口三角形的两端。电

压继电器的动作电压可整定为IOV左右。

3.具有100%爱护范围的发电机定子绕组接d9

地爱护

上面两种发电机定子单相接地爱护都存在

着死区，采用3次谐波电压和基波零序电压

可构成的双频式100%定子接地爱护，如图

8—21所示。图中，ON和Us分别表示由中

图8—20反应零序电压的发电机定子绕蛆

性点和机端取得的沟通电压，由电抗变压掷的接地保护原理接线图

1TL的一次绕组与电容Ci组成对3次谐波

串联谐振电

路，由电感Li

和电容C3组

成基波串联

谐振电路，因

此加于整流

桥ZL1的沟

通电压基本

上是3次谐波

电压，该电压

与机端3次谐

波电压成比

例。ZL1的整

流电压经C5

滤波后作为

动作量加入

执行元件。电

图8—21双频式100%发电机定子接地保护原理接点图

抗变压器2TL（a）一次系统接线图；（b）保护原理接线图

的一次绕组

与电容C2组成3次谐波串联谐振电路，电感L2与电容C4组成基波串联谐振电路，因此加

于整流桥ZL2的沟通电压基本上也是3次谐波电压，该电压与中性点3次谐波电压成比例。

ZL2的整流电压经C6滤波后作为制动量加入执行元件。执行元件两端电压为：

Uab=|US3|—|UN3I

正常状况下，|Os3|v|tlN3l，UabVO,执行元件不动作：而在aV50%处发生单相接地故障

时，IUs3l>IUN3l，uab>o,执行元件动作。调整电位器即便可转变爱护的整定值。中间

变压器TV的一次侧接至机端电压互感器1TV的开口三角形侧，反应机端基波零序电压。经

整流桥ZL3整流和n型滤波器滤波后的直流电压加于电位器R小调整其滑动端，可以转变

基波零序部分的启动电压。当接地靠近机端时，基波零序电压较高，执行元件动作。由上述

可见，3次谐波电压部分用于反应a<50与范围内的接地故障，故障点越靠近中性点，该部

分爱护的灵敏性越高；基波零序电压部分用于反应a>15%范围内的接地故障，故障点越接

近机端，该爱护部分的灵敏性越高。这样，双频式爱护构成了有100%爱护区的定子绕组单

相接地爱护。

四.发电机失磁爱护

1.失磁爱护的判据

发电机失磁爱护的主要判据都是依据失磁后发电机定子回路的参数变化来推断的。一般

主要判据有以下三种：

⑴监测发电机无功功率方向的变化。

⑵监测机端测量阻抗是否落入静态边界圆内。

⑶监测机端测量阻抗是否落入异步阻抗圆内。

为了防止失磁爱护在其它非失磁状况下误动，还应在主判据的基础上再加入一些闭锁措施。

通常称这些措施为帮助判据。在失磁爱护中，常用帮助判据主要有以下五种：

⑴转子励磁电压降低。

⑵负序重量消失。因失磁过程中，定子二相电路仍旧是对称的，无负存重量消失，而在发生

各种短路时，总是伴随有负序重量消失，即使是三相短路，在短路初期也会短时消失负序重

量。

⑶采用延时躲过系统振荡，由于发生振荡时，失磁阻抗继电器总是周期性地动作，而失磁失

步后，测量阻抗则稳定地落在异步阻抗圆内。

⑷电压回路断线闭锁。以防止电压互感器二次断线时阻抗元件动作。

⑸采用操作闭锁。例如当发电机并列时，为防止失磁阻抗继电器的误动，可采纳操作闭锁的

方法将失磁爱护闭锁，并列完成后再自动投入失磁爱护。

2.失磁爱护的构成及原理

图8-22是一种以静稳边界圆为主判据，转子低电压为帮助判据的失磁爱护原理方框图。

图中Z为失磁阻抗继电器，其动作特性为静稳边界阻抗圆。UV为低电压元件，UV为转子

低电压元件。当发生失磁故障时，如母线电压降低到保证系统平安运行的允许电压一下，同

时，转子低电压元件动作，则匕有输出，经延时L跳河。延时L用以躲开振荡过程中短时

的电压降低，一般取0.5—1S。假如失磁后机端测量阻抗进入静稳边界圆内，Z元件动作，

同时转子低电压元件动作，丫2有输出，经时间元件t2延时跳闸。匕动作后马上发出失磁信号,

说明发电机已与系统失去同步。延时匕躲过系统振荡与自同期并列的影响，一般取1—1.5So

在发电机外部短路或电压互感器二次回路断线时，由于ULV元件不会动作，因而失磁爱护不

会误动。当电压互感器断线时，可由IV元件经延时，七发出失压信号。

第五节变压器爱护

一.变压器瓦斯爱护

在油浸式变压器油箱内发生故障时.，由于故障点电弧的作用，变压器油及其它绝缘材料

分解.，产生气体，采用这种气体实现的爱护称为瓦斯爱护。瓦斯爱护的测量元件是气体继电

器，它安装在变压器油箱与油枕间的连接管道上。为便于气流顺当通过气体继电器，变压器

的顶盖与水平面间应有1—1.5%的坡度，连接管道应有2—4%的坡度。

瓦斯继电器的型式较多，这里以性能较好的开口杯挡板式瓦斯继电器的结构和工作原理进行

介绍。开口杯挡板式气体继电器的结构如图

8-23所示。上部有一个附带永久磁铁4的

开口杯5,下部有一面附带永久磁铁11的挡

板10。正常状况下，继电器内布满油，开口

杯在油的浮力与重锤6的作用下，处于上翘

位置，永久磁铁4远离干簧接点15,干簧接

点15断开。挡板10在弹簧9的保持下，处

于正常位置，其附带的永久磁铁11远离干

簧接点13,干簧接点13牢靠断开。

当变压器内部发生稍微故障时，产生少量气

体，汇合在瓦斯继电器的上部，迫使瓦斯继11

ID

电器内油面下降，使开口杯露出油面。物体

12

在气体中所受浮力比在油中受到的浮力小，

图8—23开口杯挡板式气体继电器结构图

因而开口杯失去平衡，绕地落下，永久磁铁1—里；2一顶弃；3—气塞；4—永久磁铁；

5一开口杯；6一重锤；7一探针；8一并口销；

随之落下，接通干簧触点，发生轻瓦斯动

49一弹簧；10一挡板；11一永久磁铁；12—螺

作信号。当变压器严峻漏油时，同样会发生杆；13—干簧触点（重瓦斯用）；14一调节杆

；15一千簧触点（轻瓦斯用）；16—套管

“轻瓦斯动作”信号。

当变压器内部发生严峻故障时，油箱内产生大量的气体，形成剧烈油流，油流从油箱通过瓦

斯继电器冲向油枕，该油流速度将超过重瓦斯（下挡板）整定的油流速度，油流对挡板的冲

击力将克服弹簧的作用力,挡板被

冲动，永久磁铁靠近干簧接点，使

干簧接点闭合，发出跳闸脉冲，断

开变压器各电源侧的断路器。

瓦斯爱护的原理接线如图8—24

所示，瓦斯继电器KG的轻瓦斯触

点（上触点）闭合，延时发出“轻

瓦斯动作”信号。重瓦斯触点（下

触点）闭合后，经信号继电器KS、

切换压板，起动出口中间继电器

KPO,作用于跳开变压器断路器。出口中间继电器是自保持中间继电器,，切换压板的作用是

转变重瓦斯的出口方式，当变压器换油或气体继电器试验时，通过切换压板，将爱护换接于

电KIR回路，以防止重瓦斯误动跳闸。

二.变压器纵差动爱护

变压器纵差动爱护主要用来反应变压器油箱内部、套管及引出线上的各种短路故障。其

原理接线如图8-25所示。变压器两

侧装设的电流互感器按循环电流法接

线，两电流互感器之间为纵差动爱护

的爱护范围。由于变压器两侧电流的

大小和相位都不相同，两侧互感器的

型式、变比和接线方式也不相同，并

且在靠近电源侧有励磁电流存在，特

殊是在空载合闸时，将有很大的励磁

涌流消失。这些特点都将导致差动回

路中的不平衡电流大大增加，使变压

器的纵差动爱护处于不利的工作条件

卜，这就构成了变压器纵差爱护的特

殊性。所以为保证爱护的牢靠性，应

实行措施减小或消退不平衡电流对爱

护的影响。一般实行的措施有：

⑴当变压器采纳Y/A接线时，变压器图8—25变压器期差动保护原理接线图

两侧的电流互感器应采纳A/Y接线，以实现相位补偿。

⑵当变压器两侧的电流互感器的变比不能抱负匹配时，应增设平衡线圈，实现数值补偿。

⑶对于空载合闸时消失的励磁涌流，可采纳带短路线圈的速饱和型差动继电器来消退这种影

响。

⑷对于外部短路时所产生的不平衡电流，可通过提高爱护的整定值躲开这种影响。

变压器纵差动爱护的整定原则

⑴按躲过变压器空载合闸和外部短路故障后，电压恢复时的励磁涌流整定。

U=KKIN

式中：KK一牢靠系数，取1.3；

L一变压器额定电流。

⑵按躲过外部短路时的最大不平衡电流整定。

Idz=Kklbp.nax=KK(0.2Ik.na.x)

式中：KK—牢靠系数，取1.3;

Ibp.<mx—最大不平衡电流；

Ik.皿一外部故障时最大短路电流的周期重量。

⑶考虑电流互感器二次回路断线，按躲过变压器正常运行的最大负荷电流整定。

Idz=KKI»I.iiax

式中：降一牢靠系数，取1.3；

Im山一变压器正常运行时的最大负荷电流，在最大负荷电流不能确定时，可用变压

器的额定电流。

可依据以上三个条件算出的结果，选用其中最大者作为整定值。

三.变压器的接地爱护

1.中性点直接接地变压器的零序电流爱护

图8-26示出了中

性点直接接地双绕

组变压器的零序电

流爱护原理图。爱护

用电流互感器接于

中性点引出线上，其

额定电压可选择低

一级的，其变比依据

接地短路电流引起

的热稳定和电动力

稳定条件来选择。爱

护的动作电流按与

被爱护侧母线零序图8—26中性点直接接地变压器零序电流保护原理图

电流爱护后备段在灵敏系数上协作的条件整定。爱护的灵敏度按后备爱护范围末端接地短路

校验，灵敏度不小于1.2。爱护的动作时限应比引出线零序电流后备段的最大动作时限大一

个阶梯时限。

2.中性点可能接地或不接地变压器的接地短路爱护

⑴分级绝缘变压器

分级绝缘变压器，其中性点的耐压强度较低，若中性点未装放电爱护，为防止中性点绝缘在

工频过电压作用下损坏，不允许在无接地中性点的状况下带接地故障点运行，因此，当发生

接地故障时，应先切除中性点不接地变压器，然后切除中性点接地变压器。图8—27示出了

这种变压器（无放电间隙）接地爱护的原理接线图，其中匕＞t2。

⑵全绝缘变压器

全绝缘变压器的接地故障爰护原理框图如图8-28所示。变压器除装设零序电流爱护外，还

增设零序电压爱护，作为变压器中性点不接地运行时的爱护。零序电压元件的动作值应躲开

部分中性点接地系统中发生接地短路时，爱护安装处可能消失的最大零序电压，一般可取

UPuo=l80Vo由于零序电压爱护仅在系统中发生接地短路，且中性点接地的变压器已全部断

开后才动作，因此爱护的动作时限无需与电网中其它接地爱护的动作时限相协作，可以整定

的很小。为躲开电网单相接地短路时的暂态过程的影响，爱护通常带0.3—0.5S的延时。

第六节微机型线路爱护

本节以WXH—11型系列微机型线路爱护为列说明其结构。

一.硬件原理

该装置配置有高频、距离、零序和综合重合闸的四个CPU插件，管理人机对话、打卬、多

CPU之间通信的接口插件，变换插件，以VFC为原理的两个模数转换插件，开关量输出、

开关量输入、规律、跳闸、信号，告警及逆变电源插件。

接口插件面板上装有复位犍、液晶显示器、键盘、打印机插座，主要电路作用如下：

I.与各CPU进行串行通，言的接口电路

接口插件主要完成人机对

话及巡检等功能，而这些

功能依靠于各单片机的串

行接口、该插件单片机内

串行接口与各爱护插件的

串行口按辐射状相连，每

08-29串行通信的接口电路

个爱护插件都可以同接口进行双向的串行通信，而各爱护插件之间不能相互通信，如图8-

29所示。图中CPU。、CPU、CPU?、CPU3、CPU分别代表接口、高频、距离、零序电流

和综合插件。正常运行状态，接口插件不断地通过串行口向各CPU插件发出巡检令，当各

CPU均正常时，应分别作出回答。假如某一CPU插件自检出硬件故障，一方面驱动该CPU

告警继电器，•方面收到巡检令后向接口插件传送故障信息及出错码，接口插件收到错码后，

驱动总告警继电器，并显示（或打印）出故障信息。假如接口插件发巡检令，某一CPU未

作回答，则接口插件通过外部复位开关量输出强制使该CPU复位，然后再发巡检令，假如

仍得不到回答，则驱动总告警开关量输出，并显示（或打印）出该CPU出错信息。采纳先

复位后报警是为了防止某一爱护插件因干扰造成程序出错但无硬件损坏时，可在复位后使其

恢复正常工作，不必告警。假如人机对话插件发生故障而不能执行循环检测程序时，其它

CPU插件在规定的时间内收不到巡检命令，就驱动巡检中断继电器告警。

2.键盘输入电路

通过键盘并借助于液晶显示可以输入命令、地址和数据。

3.液晶显示电路

正常运行时，可通过显示器显示装置的工作状态，调试时，可显示命令、数据。

4.硬件时钟电路

正常时可自动、手动设置半、月、口、时、分、秒，并自动辨别月结束。其电源由直流供电，

直流电消逝时，山电池供电，以保持时钟连续运行。

5.硬件自复位电路

如图8—30所示，每隔500ms由

MC146818的SQW端发送一标准脉

冲，给74LS393计数器的输入端，

8031单片机定时对74LS393计数器

进行检测并清零。假如接II插件由

于程序出错不能对计数器进行检测

并清零，那么经过肯定的时间，

74LS393计数器将通过其2QD端向

8031发复位信号，使接匚插件重新图8—30自复位电路

投入正常工作。此外，接口插件设

有两路开入量，即启动反馈开入量与外部P键开入量，通过启动反馈来完成整理总报告的

功能，通过外部P键开入展来完成复制总报告功能。

第七节厂用电源快速切换装置

一.厂用电源切换方式

在发电厂中，保证厂用电连续牢靠供电是保证发电机组平安运行的基本条件，厂用工作

电源和备用电源之间的快速切换是实现厂用电连续牢靠供电的重要手段，按工作电源和备用

电源之间的切换方式不同，分为以下几种类型。

I.按开关动作挨次分类

⑴并联切换。先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源，这种方式多用于正常切

换。并联切换方式又分为并联自动切换和并联半自动切换两种。

⑵串联切换。先跳开工作电源，再合上备用电源，母线断电时间至少为备用开关合闸时间，

此中方式多用于事故切换，

⑶同时切换。这种方式介于并联切换和串联切换之间。合备用电源命令在跳工作电源命令发

出之后、工作电源开关跳开之前发出。母线断电时间大于。而小于备用电源开关合闸时间，

可设置延时来调整。这种方式既可用于正常切换，也可用于事故切换。

2.按启动缘由分类

⑴正常切换。由运行人员手动启动，快切装置按事先设定的手动切换方式(并联、同时)进

行分合闸操作。

⑵事故切换。由爱护启动，发变组、厂用变和其他爱护出口跳工作进线开关的同时，启动快

切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式(串联、同时)进行分合闸操作。

⑶不正常切换。有两种状况，一是母线失压，母线电压低于整定电压达到整定时间后，装置

自行启动，并按自动方式进行切换。二是工作开关误跳，由工作开关帮助接点启动装置，在

切换条件满意时合上备用电源。

3.按切换速度分类

按切换速度可分为：快速切换、短延时切换、同期捕朴捉切换、长延时切