第五章供電系統(tǒng)的保護(hù)

及二次接線5.1繼電保護(hù)裝置的概念5.2繼電保護(hù)裝置的操作電源5.3變配電所的二次接線

5.4供電系統(tǒng)單端供電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)

5.5電力變壓器的保護(hù)

5.6低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)5.7供電系統(tǒng)的常用自動裝置

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第一節(jié)繼電保護(hù)裝置的概念（1）在電氣元件發(fā)生故障時，有選擇性地作用于斷路器跳閘，將故障元件從供電系統(tǒng)中快速切除。一、繼電保護(hù)裝置的任務(wù)及要求（2）在電氣元件出現(xiàn)異常運行工況時，及時發(fā)出報警信號。繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)：

大多數(shù)情況下，不管反應(yīng)哪種物理量，繼電保護(hù)裝置一般由測量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分構(gòu)成，如下圖所示。

輸入信號：電流或電壓輸出信號：報警或跳閘2023/9/27續(xù)上頁對繼電保護(hù)裝置的基本要求：1．選擇性2．速動性3．可靠性4．靈敏度當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只離故障最近的保護(hù)裝置動作，切除故障，而供電系統(tǒng)的其它部分仍然正常運行在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護(hù)裝置應(yīng)盡快地動作，切除故障。保護(hù)裝置在應(yīng)該動作時，不應(yīng)拒動；而在不應(yīng)該動作時，不應(yīng)誤動。表征保護(hù)裝置對其保護(hù)區(qū)內(nèi)故障和不正常工作狀態(tài)反應(yīng)能力的一個參數(shù)。過電流保護(hù)裝置的靈敏度用保護(hù)裝置的保護(hù)區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)為最小運行方式（指電力系統(tǒng)處于短路阻抗為最大而短路電流為最小的狀態(tài)的運行方式）時的最小短路電流Ik.min與保護(hù)裝置一次動作電流（即保護(hù)裝置動作電流換算到一次電路的值）Iop.1的比值來表示，這一比值就稱為保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)或靈敏度，即在GB50062-92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》中，對繼電保護(hù)裝置的靈敏度都有一個最小值的規(guī)定，

2023/9/27二、保護(hù)繼電器繼電器是一種在其輸入的物理量（電量或非電量）達(dá)到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通（導(dǎo)通）或分?jǐn)啵ㄗ钄?、關(guān)斷）的自動電器。

續(xù)上頁保護(hù)繼電器的組成元件機電型電子型微機型又稱靜態(tài)繼電器，用模擬電子電路及部分?jǐn)?shù)字電子電路構(gòu)成。具有動作靈敏、體積小、能耗低、耐震動、無機械慣性等優(yōu)點。

結(jié)構(gòu)原理有電磁式、感應(yīng)式等。具有簡單可靠、便于維修等優(yōu)點。

又稱數(shù)字式繼電器，是以微處理器（縮寫MPU）為核心組成的新型繼電保護(hù)裝置。與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置相比，具有可靠性高、功能齊全、調(diào)試維護(hù)方便、性能價格比優(yōu)等優(yōu)點。已成為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

在供電系統(tǒng)中，電流繼電器是保護(hù)裝置中重要的起動元件。常用的機電式電流繼電器分電磁式和感應(yīng)式兩種。2023/9/27續(xù)上頁1．電磁式電流繼電器(KC)

動作電流Iop——過電流繼電器線圈中的使繼電器動作的最小電流。這種電流繼電器是一種瞬時繼電器。用電磁式電流繼電器構(gòu)成定時限過電流保護(hù)裝置時，還要用到電磁式時間繼電器(KT)、信號繼電器(KS)以及中間繼電器(KA)。電磁式電流繼電器的其動作特性如圖所示。

返回電流Ire——過電流繼電器線圈中的使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流。因為這種保護(hù)裝置的動作時限（由時間繼電器預(yù)先調(diào)整）與故障電流的大小無關(guān)，是固定的，所以其保護(hù)特性稱為“定時限特性”。如右圖所示。

2023/9/27續(xù)上頁2．感應(yīng)式電流繼電器(KC)

感應(yīng)式電流繼電器的電流時間特性曲線如圖所示。當(dāng)繼電器線圈中的電流大到一定數(shù)值時，其動作時間與通入電流的平方成反比，通入的電流越大，動作時間越短，這也就是感應(yīng)式電流繼電器的“反時限特性”，如下圖所示曲線abc，這一特性是其感應(yīng)元件所產(chǎn)生的。當(dāng)繼電器線圈電流進(jìn)一步增大到整定的速斷電流Iqb時，電磁元件動作，使觸點發(fā)生切換，同時也使信號牌掉下。很明顯，電磁元件的作用又使感應(yīng)式繼電器兼有“電流速斷特性”，如圖所示bb/d曲線。因此這種電磁元件又稱為電流速斷元件。速斷電流Iqb是指繼電器線圈中的使電流速斷元件動作的最小電流。速斷電流與感應(yīng)元件的動作電流之比稱速斷電流倍數(shù)nqb。2023/9/27三、繼電保護(hù)裝置的接線形式

繼電保護(hù)裝置的接線形式是指互感器與電流繼電器之間的連接方式，目前常用的有三相三繼電器和兩相兩繼電器兩種，如圖所示。

三相三繼電器式兩相兩繼電器式為了表述繼電器線圈電流Ik與電流互感器二次電流I2的關(guān)系，引入一個接線系數(shù)KW：2023/9/27第二節(jié)變配電所的操作電源操作電源對變配電所的安全可靠運行起著極為重要的作用，正常運行時應(yīng)能保證斷路器的合閘和跳閘；事故狀態(tài)下，在母線電壓降低甚至消失時，應(yīng)能保證繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠地工作，所以要求充分可靠，容量足夠并具有獨立性。操作電源按其性質(zhì)分，有直流操作電源和交流操作電源兩大類。

變配電所的操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護(hù)回路、信號回路、監(jiān)測裝置及自動化裝置等二次回路所需的工作電源。目前在較重要的中、大型變配電所選用的直流操作電源大多為帶免維護(hù)鉛酸蓄電池或鎘鎳電池組儲能的硅整流電源或高頻開關(guān)電源成套裝置。由于蓄電池組本身是獨立的化學(xué)能源，因而具有較高的可靠性。一、直流操作電源2023/9/27續(xù)上頁2023/9/27續(xù)上頁小型10kV配變電所一般采用彈簧操動機構(gòu)，且繼電保護(hù)也較簡單，則可以選用交流操作電源，可以從所用變壓器或電壓互感器取得220V電壓源，從電流互感器取得電流源。二、交流操作電源2023/9/27續(xù)上頁當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，交流電壓可能會大大降低或消失，電壓互感器二次側(cè)電壓也隨之降低或消失，因此，用電壓互感器作交流操作電源只能作為斷路器正常跳合閘以及油浸式變壓器瓦斯保護(hù)或干式變壓器溫度保護(hù)的工作電源。相反，電流互感器對于短路故障、過負(fù)荷都非常有效，可以它為操作電源來實現(xiàn)過電流保護(hù)，作用于斷路器操動機構(gòu)上的電流脫扣器動作，使斷路器自動跳閘。通常變電所都采用這種操作方式。去分流跳閘方式目前，也有配變電所采用不間斷電源UPS作為交流操作電源的方案。由于提高了電壓源的可靠性，可采用分勵脫扣器跳閘的保護(hù)方式，而省去用電流脫扣器跳閘的方式，從而免去交流操作繼電保護(hù)中特有的電流脫扣器可靠性校驗和強力切換接點的容量校驗，使繼電保護(hù)趨于簡單。2023/9/27第三節(jié)變配電所的二次接線供電系統(tǒng)的二次接線是指用來對一次接線的運行進(jìn)行控制、監(jiān)測、指示和保護(hù)的電路，亦稱二次回路。

二次接線常用二次接線圖表示，二次接線圖是指用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號與文字符號繪制的表示二次回路元件相互連接關(guān)系及其工作原理的電氣簡圖，包括原理電路圖和安裝接線圖。一、概述二次回路按其功能分，有操作電源回路、電氣測量回路與絕緣監(jiān)視裝置、高壓斷路器的控制和信號回路、中央信號裝置、繼電保護(hù)回路以及自動化裝置等。二次回路按電源性質(zhì)分直流回路交流回路交流電流回路：由電流互感器供電交流電壓回路：由電壓互感器供電2023/9/27二、電氣測量回路與絕緣監(jiān)視

目的：為了監(jiān)視供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和計量一次系統(tǒng)消耗的電能，保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)合理地運行。10kV線路電氣測量儀表電路圖要求：對電氣測量儀表，要保證其測量范圍和準(zhǔn)確度滿足變配電設(shè)備運行監(jiān)視和計量的要求，并力求外形美觀，便于觀測，經(jīng)濟(jì)耐用等。2023/9/27續(xù)上頁下圖是380V電源進(jìn)線回路上裝設(shè)的電氣測量儀表展開式原理電路圖。2023/9/27續(xù)上頁基于先進(jìn)的數(shù)字信號處理和單片機技術(shù)的新型數(shù)字式智能表，集測量、顯示、報警輸出、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)存儲為一體，已逐步在重要的變配電所及其自動化工程中得到應(yīng)用。下圖是多功能綜合數(shù)字式智能表的測量原理電路圖。2023/9/27續(xù)上頁絕緣監(jiān)視裝置是利用系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電壓給出信號。當(dāng)任一回線路發(fā)生單相接地故障時，開口三角形處將出現(xiàn)近100V的零序電壓，KV動作發(fā)出預(yù)告信號。2023/9/27三、高壓斷路器的控制和信號回路高壓斷路器的控制回路是指用控制開關(guān)或遙控命令操作斷路器跳、合閘的回路，它主要取決于斷路器操動機構(gòu)的型式和操作電源的類別。信號回路是用來指示一次系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的二次回路。用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。用來顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。在系統(tǒng)出現(xiàn)不正常狀態(tài)時或在故障初期發(fā)出的報警信號。信號按用途分位置信號事故信號預(yù)告信號1）應(yīng)能監(jiān)視控制回路保護(hù)裝置及其跳、合閘回路的完好性。2）合閘或跳閘動作完成后，應(yīng)能使命令脈沖解除，即能切斷合閘或跳閘回路。3）應(yīng)能指示斷路器正常合閘和跳閘的位置信號以及斷路器自動合閘和跳閘的指示信號。

4）應(yīng)有防止斷路器連續(xù)多次跳、合閘的防跳回路。

對斷路器的控制和信號回路主要有下列基本要求：2023/9/27續(xù)上頁LW12型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制開關(guān)是開關(guān)柜就地控制斷路器跳、合閘的操作元件。常用的控制開關(guān)是用手柄操作的，在手柄轉(zhuǎn)軸上裝有彼此絕緣的系列銅片觸點（動觸點），絕緣外殼的內(nèi)壁上裝有固定不動的靜觸點。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)動時，每個觸點盒內(nèi)動、靜觸點的通斷狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。目前用戶變配電所多采用LW12型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)作為控制開關(guān)。

這種控制開關(guān)有六個位置：兩個預(yù)備操作位置（“預(yù)備合閘”和“預(yù)備跳閘”）、兩個操作位置（“合閘”和“跳閘”）、兩個固定位置（“合閘后”和“跳閘后”）。合閘操作的程序為：“預(yù)備合閘”——“合閘”——“合閘后”；跳閘操作的程序為：“預(yù)備跳閘”——“跳閘”——“跳閘后”。LW2型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)2023/9/27續(xù)上頁

下面介紹一種采用燈光監(jiān)視就地控制的斷路器控制與信號回路。此電路多用于中小型變配電所中，斷路器配用彈簧操動機構(gòu)，交流操作電源。1）手動儲能合閘采用彈簧操動機構(gòu)的斷路器在首次合閘前需先儲足能量，儲能過程為：將主令開關(guān)SAR合上——儲能電機M通電運行——拉伸或壓縮彈簧儲能。到位后，鎖扣扣住彈簧——同時行程開關(guān)SQT常閉觸點斷開——電機停車——SQT常開觸點閉合——儲能位置指示燈HW亮，表示合閘彈簧已儲足能量，可以進(jìn)行合閘操作。2023/9/27續(xù)上頁將控制開關(guān)SA手柄旋轉(zhuǎn)至“合閘”位置，觸點SA5－6接通，因SQT3觸點閉合（合閘彈簧儲足能量時此觸點閉合，接通合閘回路）且斷路器輔助觸點QF1接通，故合閘線圈YC通電（全電壓）動作，使合閘彈簧釋放能量，斷路器克服分閘彈簧的反作用力而合閘。合閘動作完成后，QF常閉觸點斷開，切斷合閘回路，綠燈HG熄滅，QF常開觸點閉合，紅燈HR亮。2023/9/27續(xù)上頁將控制開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“跳閘”位置，觸點SA7－8接通，因斷路器常開輔助觸點QF閉合，故跳閘線圈YT通電（全電壓）動作，使斷路器在分閘彈簧的作用下跳閘。松手后，SA又自動回轉(zhuǎn)到“跳閘后”位置。斷路器跳閘動作完成后，QF常開觸點返回斷開，紅燈HR熄滅，QF常閉觸點返回閉合，綠燈HG亮，表示斷路器處于跳閘狀態(tài)，同時表明合閘回路完好。2）手動跳閘2023/9/27續(xù)上頁當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置動作，出口觸點KA閉合，接通跳閘回路，使跳閘線圈YT通電（全電壓）動作，斷路器自動跳閘。隨后QF常開觸點斷開，紅燈HR熄滅，QF常閉觸點閉合，綠燈HG亮。為簡化電路，這里未采用閃光信號表示斷路器自動跳閘。3）自動跳閘2023/9/27續(xù)上頁斷路器自動跳閘后，而控制開關(guān)SA仍處于“合閘后”位置，這種情況稱為“不對應(yīng)”關(guān)系。在此情況下，事故跳閘信號回路中的QF常閉觸點閉合，而觸點SA1－2和SA15－16閉合，故事故跳閘信號回路接通，使中央信號裝置發(fā)出事故音響信號。運行人員得知事故跳閘信號后，可將控制開關(guān)SA的手柄位置旋轉(zhuǎn)至“預(yù)備跳閘”“跳閘”“跳閘后”位置，使控制開關(guān)SA與斷路器恢復(fù)對應(yīng)關(guān)系，事故信號立即解除。圖中WDS、WFS為事故信號小母線。2023/9/27第四節(jié)供電系統(tǒng)單端供電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)

按GB50062-92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》，對3~66kV電力線路裝設(shè)：相間短路保護(hù)、單相接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。

一、帶時限過電流保護(hù)

1、定時限過電流保護(hù)

組成：由電磁式繼電器KC、KT、KS構(gòu)成，要求操作電源在動作過程中電壓穩(wěn)定可靠。

定時限就是保護(hù)裝置的動作時間是按整定的動作時間固定不變的，與故障電流大小無關(guān)；反時限就是保護(hù)裝置的動作時間與故障電流大小的平方成反比關(guān)系，故障電流越大，動作時間越短定時限過電流保護(hù)反時限過電流保護(hù)（一）帶時限過電流保護(hù)裝置的構(gòu)成與動作原理

2023/9/27續(xù)上頁

原理分析：一次線路AB相間短路,KC1.2起動;BC相間短路,KC2.3起動;AC相間短路,KC1.3起動;ABC相間短路KC1.2.3同時起動。2023/9/27續(xù)上頁

原理分析：KC起動→KT得電延時→KT常開閉合→KS得電發(fā)信號。同時YT得電動作→QF自動跳閘.2023/9/27續(xù)上頁

2．反時限過電流保護(hù)

由GL型電流繼電器組成，原理分析：一次線路ABC相間短路,KC1.2.3同時起動;經(jīng)過一定延時后

→KC常開閉合,KC常閉斷開→因去分流YCT得電動作→QF自動跳閘.2023/9/27續(xù)上頁（二）動作電流的整定

帶時限的過電流保護(hù)（包括定時限和反時限）的動作電流IOP的整定原則是：

（1）動作電流IOP.1應(yīng)躲過線路的最大負(fù)荷電流（包括正常過負(fù)荷電流和尖峰電流）IL.max，以免保護(hù)裝置在線路正常運行時誤動作。IOP.1>IL.max（2）保護(hù)裝置的返回電流Ire.1也應(yīng)躲過IL..max，否則，保護(hù)裝置還可能發(fā)生誤動作。Ire.1>IL.max

2023/9/27續(xù)上頁因保護(hù)裝置的返回系數(shù)Kre=Ire/Iop=Ire.1/Iop.1，所以上式又可寫成繼電保護(hù)的整定最終要在繼電器上調(diào)節(jié)出動作值，所以要將一次動作電流Iop.1換算到繼電器的動作電流Iop。設(shè)電流繼電器所接的電流互感器的變流比為Ki

，保護(hù)裝置的接線系數(shù)為KW，則有Iop=（Iop.1／Ki）KW。

Iop.1>IL.max／Kre引入可靠系數(shù)Krel

，將上式寫成等式，則得到帶時限過電流保護(hù)裝置動作電流的整定計算公式為則有

Iop>IL.maxKW/（KiKre）

式中,Krel為可靠系數(shù)，對

DL型繼電器取1.2，對

GL型繼電器取1.3；Kre為繼電器返回系數(shù)，用DL型繼電器取0.85，用GL型繼電器取0.8；IL.max為線路上的最大負(fù)荷電流，可取為計算電流IC的（1.5～3）倍。2023/9/27續(xù)上頁（三）動作時間的整定

△t=0.5s△t=0.7s按“階梯原則”t1

≥t2+

△t2023/9/27續(xù)上頁（四）過電流保護(hù)的靈敏度校驗過電流保護(hù)的保護(hù)靈敏度Sp=Ik.min/Iop.1。對于線路過電流保護(hù)，Ik.min應(yīng)取被保護(hù)線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。而，因此按規(guī)定過電流保護(hù)的靈敏度必須滿足的條件為

定時限過電流保護(hù)動作時間比較精確，整定簡便，而且不論短路電流大小，動作時間都是一定的，不會出現(xiàn)因短路電流小動作時間長而延長了故障時間的問題。但缺點是：所需繼電器多，接線復(fù)雜，對操作電源的可靠性要求高。而反時限過電流保護(hù)的優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護(hù)，加之可采用交流操作，因此簡單經(jīng)濟(jì)，故它在中小型用戶供電系統(tǒng)（6～10kV）中得到廣泛應(yīng)用。缺點是：動作時間的整定比較麻煩，而且誤差較大。

2023/9/27二、電流速斷保護(hù)

GB50062一92規(guī)定，在過電流保護(hù)動作時間超過0.5～0.7s時，還應(yīng)裝設(shè)瞬動的電流速斷保護(hù)裝置。

（一）電流速斷保護(hù)的構(gòu)成

電流速斷保護(hù)就是一種瞬時動作的過電流保護(hù)，也稱瞬時電流速斷保護(hù)。對于采用DL系列電流繼電器的速斷保護(hù)來說，就相當(dāng)于定時限過電流保護(hù)中抽去時間繼電器。

2023/9/27續(xù)上頁2023/9/27續(xù)上頁(二)速斷電流的整定

由于電流速斷保護(hù)是瞬時動作的，無法通過動作時限的配合來實現(xiàn)前后兩級保護(hù)的選擇性動作，因此只有依靠動作電流（速斷電流）的特殊整定來實現(xiàn)選擇性配合。

因此，電流速斷保護(hù)的動作電流（速斷電流）Iqb應(yīng)躲過它所保護(hù)的線路末端的三相短路電流，其整定計算公式是：式中，Krel為可靠系數(shù)，對DL型繼電器取1.2～1.3；對GL型繼電器取1.4～1.5。2023/9/27續(xù)上頁電流速斷保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長，存在保護(hù)“死區(qū)”。

（三）電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”問題

在電流速斷保護(hù)的“死區(qū)”內(nèi)，一般由帶時限的過電流保護(hù)實現(xiàn)保護(hù)。2023/9/27續(xù)上頁（四）電流速斷保護(hù)的靈敏度電流速斷保護(hù)的靈敏度按其安裝處（即線路首端）在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流作為最小短路電流Ik.min來檢驗。因此電流速斷保護(hù)的靈敏度必須滿足的條件為對于較短的10kV配電線路，則上級線路速斷保護(hù)的靈敏度往往不夠，此時應(yīng)采用帶有一定時限（0.5s）的延時電流速斷保護(hù)來代替瞬時電流速斷保護(hù)。由于有了0.5s的延時，因此其動作電流不需躲過它所保護(hù)的線路末端的三相短路電流，而只需大于下級線路的瞬時電流速斷保護(hù)動作電流，即可獲得保護(hù)的選擇性。由于動作電流的減小，因而延時電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長。延時電流速斷保護(hù)的原理電路與定時限過電流保護(hù)相同，只是，時間繼電器的整定值為0.5s。

2023/9/27某10kV配電所的進(jìn)出線如圖所示，進(jìn)線WL1和饋線WL2均配有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)(其中WL1所配為延時電流速斷保護(hù))，均采用三相三繼電器式接線，其電流繼電器均為DL-31／10型，直流操作。已知TA1的變流比為100／5A，TA2的變流比為50／5A。KC1已經(jīng)整定，其動作電流為7A，動作時間為1.0s。WL2的計算電流為28A，WL2首端k-1點的三相短路電流為500A，其末端k-2點的三相短路電流為200A。試整定饋線WL2的定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，并檢驗其靈敏度。例題12023/9/27續(xù)上頁

解：1．整定KC2的保護(hù)動作電流選用DL-31/10型繼電器，動作電流整定為8A。

取IL.max=2Ic=2×28A=56A，Krel=1.2，Kre=0.85，Ki=50／5=10，故2．整定KC2的保護(hù)動作時間3．檢驗KC2的保護(hù)靈敏度

KC1、KC2均為定時限過電流保護(hù)，而KC1的動作時間已整定為1.0s，故KC2的動作時間可整定為0.5s。WL2末端k-2點的兩相短路電流為其最小短路電流，即

因此,KC2的保護(hù)靈敏度為

滿足要求。

2023/9/27續(xù)上頁

4．整定KC2的速斷電流Iqb5．KA2電流速斷保護(hù)靈敏度的檢驗故KC2的電流速斷保護(hù)靈敏度為

滿足要求。

Ik.min取WL2首端k-1點的兩相短路電流，即電流速斷保護(hù)的動作電流（速斷電流）Iqb應(yīng)躲過它所保護(hù)的線路末端的三相短路電流，即

2023/9/27三、單相接地保護(hù)（一）小電流接地系統(tǒng)的特點簡述

在小接地電流的電力系統(tǒng)中，若發(fā)生單相接地故障時，只有很小的接地電容電流（也稱零序電流），而線電壓不變，因此可暫時繼續(xù)運行。但是，由于非故障相的對地電壓要升高為正常時對地電壓的倍，因此對線路絕緣是一種威脅，如果長此下去，可能引起非故障相的對地絕緣擊穿而導(dǎo)致兩相接地短路，這將引起開關(guān)跳閘，線路停電。

單相接地保護(hù)有零序電壓保護(hù)和零序電流保護(hù)兩種。（二）零序電壓保護(hù)

這種保護(hù)裝置是利用系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電壓而動作的。它是在變配電所的母線上安裝絕緣監(jiān)視裝置來監(jiān)視電力線路的對地絕緣，其基本原理已講過。零序電壓保護(hù)簡單經(jīng)濟(jì)，但沒有選擇性，值班人員想判別出故障發(fā)生在哪一條線路上，就要依次斷開各條線路來尋找。

2023/9/27續(xù)上頁零序電流保護(hù)是利用單相接地故障線路的零序電流較非故障線路大的特點，實現(xiàn)有選擇性地跳閘或發(fā)出信號。對架空線路采用圖a的零序電流過濾器，它是由三個同型號規(guī)格的電流互感器同極性并聯(lián)所組成的。對電纜線路采用圖b的零序電流互感器。零序電流互感器的結(jié)構(gòu)特點是：在其環(huán)形鐵心上繞二次繞組，采用環(huán)氧澆注絕緣。a零序電流過濾器b零序電流互感器（三）零序電流保護(hù)1．零序電流保護(hù)的基本原理2023/9/27續(xù)上頁流經(jīng)非故障線路WL2、WL3的零序電流為其對地電容電流，其方向均為由母線指向線路；而流經(jīng)故障線路WL1的零序電流則是接地故障電流，即為非故障線路對地電容電流之和,其方向均為由線路指向母線。2023/9/27續(xù)上頁2．零序電流保護(hù)的整定當(dāng)供電系統(tǒng)某一線路發(fā)生單相接地故障時，其它線路上都會出現(xiàn)不平衡的電容電流，而這些線路因本身是正常的，其接地保護(hù)裝置不應(yīng)該動作，因此單相接地保護(hù)的動作電流Iop（E）應(yīng)該躲過在其它線路上發(fā)生單相接地時在本線路上引起的電容電流IC，即單相接地保護(hù)動作電流的整定計算公式為式中，Krel為可靠系數(shù)，保護(hù)裝置不帶時限時，取為4～5，以躲過被保護(hù)線路發(fā)生兩相短路時所出現(xiàn)的不平衡電流；保護(hù)裝置帶時限時，取為1.5～2，這時接地保護(hù)的動作時間應(yīng)比相間短路的過電流保護(hù)動作時間大一個△t，以保證選擇性。單相接地的零序電流保護(hù)的靈敏度，應(yīng)按被保護(hù)線路末端發(fā)生單相接地故障時流過接地線的不平衡電流作為最小故障電流來檢驗:

2023/9/27第五節(jié)電力變壓器的繼電保護(hù)

（一）電力變壓器常見故障與保護(hù)設(shè)置

根據(jù)變壓器的故障種類及不正常運行狀態(tài)，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù):（1）電流速斷保護(hù)或差動保護(hù)它能反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障和引出線的相間短路，瞬時動作于跳閘。（2）過電流保護(hù)它能反應(yīng)變壓器外部短路而引起的過電流，帶時限動作于跳閘，可作為上述保護(hù)的后備保護(hù)。（3）中性點直接接地側(cè)的單相接地保護(hù)它能反應(yīng)變壓器中性點直接接地側(cè)的單相接地短路，帶時限動作于跳閘。（4）過負(fù)荷保護(hù)它能反應(yīng)過負(fù)荷而引起的過電流，一般作用于信號。（6）溫度信號它能反應(yīng)變壓器溫度升高和油冷卻系統(tǒng)的故障。（5）瓦斯保護(hù)它能反應(yīng)油浸式變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低，瞬時動作于信號或跳閘。一、電力變壓器故障分析與保護(hù)設(shè)置原則2023/9/27續(xù)上頁（二）電力變壓器二次側(cè)故障在一次側(cè)引起的故障電流分布

三相短路兩相短路單相短路Yyn0聯(lián)結(jié)K——變壓器變比（相電壓比＝K）2023/9/27續(xù)上頁三相短路兩相短路單相短路Dyn11聯(lián)結(jié)K——變壓器變比（相電壓比＝）2023/9/27二、過電流保護(hù)與電流速斷保護(hù)

（一）過電流保護(hù)變壓器過電流保護(hù)的組成、原理與線路過電流保護(hù)的組成、原理完全相同。

其動作時間亦按“階梯原則”整定，與線路過電流保護(hù)完全相同。但是對6～10kV降壓變電所（電力系統(tǒng)的終端變電所），其動作時間可整定為最小值（0.5s）。變壓器過電流保護(hù)的靈敏度，按變壓器低壓側(cè)母線在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路的高壓側(cè)穿越電流值來檢驗，要求Sp＞1.5。

（二）電流速斷保護(hù)

變壓器的電流速斷保護(hù)的組成、原理與線路的電流速斷保護(hù)完全相同。

變壓器電流速斷保護(hù)的速斷電流按躲過低壓母線三相短路電流周期分量有效值來整定。變壓器電流速斷保護(hù)的靈敏度，按保護(hù)裝置裝設(shè)處（高壓側(cè)）在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路的短路電流來檢驗，要求Sp＞1.5。

2023/9/27對Dyn11聯(lián)結(jié)的變壓器，由于其低壓側(cè)單相短路電流較大，可利用高壓側(cè)的過電流保護(hù)裝置兼作低壓側(cè)的單相接地保護(hù)，但須校驗其動作靈敏度。而對Yyn0變壓器，由于其低壓側(cè)單相接地短路電流較小，高壓側(cè)的過電流保護(hù)裝置的靈敏度達(dá)不到要求，需要在變壓器低壓側(cè)中性點引出線上裝設(shè)零序電流保護(hù)，如右圖所示。

零序電流保護(hù)的動作電流Iop（0）按躲過變壓器低壓側(cè)最大不平衡電流來整定。零序電流保護(hù)的動作時問一般取0.5～0.7s。

三、變壓器低壓側(cè)的單相接地保護(hù)2023/9/27

一臺10／0.4kV、Dyn11聯(lián)結(jié)的S9－1000型配電變壓器配置有由GL-15型電流繼電器組成的反時限過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)，采用三相三繼電器式接線和交流去分流跳閘操作。保護(hù)所連接的電流互感器變流比為150／5A。變壓器高壓側(cè)的三相短路電流，低壓母線的三相短路電流，單相短路電流。試整定反時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)的動作電流，并檢驗其靈敏度，并問能否兼作低壓側(cè)的單相接地保護(hù)。（變壓器的IL.max可取為2INT1）例題2：解：1.反時限過電流保護(hù)

（1）整定動作電流

取Krel=1.3，Kre=0.8，Ki=150／5=30，故動作電流選用GL-15/10型繼電器，動作電流整定為7A。

變壓器的最大負(fù)荷電流2023/9/27續(xù)上頁（2）檢驗靈敏度反時限過電流保護(hù)的靈敏度為

滿足要求。

變壓器低壓母線兩相短路電流反映到高壓側(cè)的電流值為（3）校驗?zāi)芊窦孀鞯蛪簜?cè)的單相接地保護(hù)保護(hù)靈敏度為

由此可見，Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器反時限過電流保護(hù)能滿足低壓側(cè)單相接地保護(hù)靈敏度的要求。

變壓器低壓母線單相短路電流反映到高壓側(cè)的電流值為2023/9/27續(xù)上頁2．電流速斷保護(hù)（1）整定速斷電流電流速斷保護(hù)的動作電流（速斷電流）為（2）檢驗靈敏度滿足要求。

速斷電流倍數(shù)變壓器高壓側(cè)的兩相短路電流保護(hù)靈敏度為

變壓器低壓母線三相短路電流反映到高壓側(cè)的電流值為

2023/9/27四、變壓器的過負(fù)荷保護(hù)

（一）油浸式變壓器的瓦斯保護(hù)與溫度保護(hù)

瓦斯保護(hù)又稱氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本的保護(hù)裝置。按GB50062—92規(guī)定，800kVA及以上的一般油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。五、瓦斯保護(hù)與溫度保護(hù)瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器。它裝設(shè)在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上，利用油浸式電力變壓器內(nèi)部故障時產(chǎn)生的氣體進(jìn)行工作。它有兩個觸點：一個是“輕瓦斯觸點”，另一個是“重瓦斯觸點”。在變壓器正常運行時，氣體繼電器兩對觸點都是斷開的。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，“輕瓦斯觸點”接通。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，“重瓦斯觸點”接通。如果變壓器油箱漏油，“輕瓦斯觸點”與“重瓦斯觸點”會先后接通。規(guī)范還規(guī)定容量在1000kVA及以上的油浸式變壓器應(yīng)裝設(shè)溫度保護(hù)。通常采用一個溫度繼電器安裝在變壓器的油箱壁上來測量油箱溫度，當(dāng)油箱溫度超過允許值時，溫度繼電器的觸點接通，去觸發(fā)信號裝置發(fā)出預(yù)告信號。2023/9/27續(xù)上頁變壓器瓦斯保護(hù)與溫度保護(hù)的接線圖

2023/9/27續(xù)上頁（二）干式變壓器的溫度保護(hù)

溫度保護(hù)是保護(hù)干式變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護(hù)裝置。干式變壓器的溫度保護(hù)分為溫度顯示和溫度控制兩部分。

溫顯系統(tǒng)通過預(yù)埋在低壓繞組只的熱敏電阻（如pt100）測取溫度信號，直觀顯示各相繞組溫度，并可帶計算機接口，實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控。

溫控系統(tǒng)通過預(yù)埋在低壓繞組中的測溫元件（如PTC）測取溫度信號，并根據(jù)繞組溫度，控制冷卻風(fēng)機的運行（若為強迫風(fēng)冷變壓器），發(fā)出超溫報警信號，直至發(fā)出超高溫跳閘信號。2023/9/27續(xù)上頁干式變壓器溫度保護(hù)的接線圖

2023/9/27六、差動保護(hù)差動保護(hù)利用故障時產(chǎn)生的不平衡電流來動作，保護(hù)靈敏度很高，而且動作迅速。（一）差動保護(hù)的基本原理

變壓器的差動保護(hù)區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。如右圖所示。變壓器差動保護(hù)是利用保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時變壓器兩側(cè)電流在差動回路（即差動保護(hù)中連接繼電器的回路）中引起的不平衡電流Idsq（=I1/－I2/）動作的一種保護(hù)。2023/9/27續(xù)上頁

（二）變壓器差動保護(hù)中的不平衡電流及其減小措施1．由變壓器接線而引起的不平衡電流及其消除措施

2023/9/27續(xù)上頁2．由兩側(cè)電流互感器變流比選擇而引起的不平衡電流及其消除措施

為消除這一不平衡電流，可以在互感器二次回路接入自耦電流互感器來進(jìn)行平衡，或利用速飽和電流互感器中的或?qū)ｉT的差動繼電器中的平衡線圈來實現(xiàn)平衡，消除不平衡電流。3．由變壓器勵磁涌流引起的不平衡電流及其減小措施

正常運行時，變壓器的勵磁電流很小，一般不超過額定電流的2％～10％。當(dāng)變壓器空載投人時，其電源側(cè)將流過數(shù)值很大的勵磁電流，即勵磁涌流。其變化曲線如下圖所示。此外，在變壓器正常運行和外部短路時，由于變壓器兩側(cè)電流互感器的型式和特性不同，因而也在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。變壓器分接頭電壓的改變，改變了變壓器的電壓比，而電流互感器的變流比不可能相應(yīng)改變，從而破壞了差動回路中原有的電流平衡狀態(tài)，也會產(chǎn)生新的不平衡電流……總之，產(chǎn)生不平衡電流的因素很多，不可能完全消除，而只能設(shè)法使之減小到最小值。

2023/9/27續(xù)上頁勵磁涌流有下列特點：（1）含有的非周期分量幅值很大，常使勵磁涌流偏于時間軸的一側(cè)；（2）含有大量的高次諧波，尤其是二次諧波可達(dá)到15％以上；（3）波形間有明顯的間斷。2023/9/27第六節(jié)低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)

為在發(fā)生電氣故障時，防止人身間接電擊、電氣線路損壞和電氣火災(zāi)，低壓配電線路應(yīng)按要求裝設(shè)短路保護(hù)、過負(fù)載保護(hù)和接地故障保護(hù)，保護(hù)電器應(yīng)能在故障造成危害之前切斷供電電源。配電線路采用的上下級保護(hù)電器，其動作應(yīng)具有選擇性