1、5 繼電保護,目錄,在供配電系統(tǒng)的運行過程中，往往由于電氣設(shè)備的絕緣損壞、操 作維護不當以及外力破壞等原因，造成系統(tǒng)故障或不正常的運行狀 態(tài)。在供配電系統(tǒng)中最常見的故障和不正常運行狀態(tài)為斷線、短路、 接地及過載。為了保證供電系統(tǒng)的安全可靠運行，避免過載引起的過 電流或短路產(chǎn)生的故障電流對系統(tǒng)的影響，因此在供電系統(tǒng)中需裝設(shè) 不同類型的保護裝置。保護裝置的作用是：在發(fā)生故障時自動檢測出 故障，迅速而有選擇地將故障區(qū)域從供電系統(tǒng)中切除，以免系統(tǒng)設(shè)備 繼續(xù)遭到破壞。另一作用是及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中不正常運行，如過載、欠 電壓等情況時，能發(fā)出報警信號，以便及時處理，保證安全可靠地供電。,5.1 緒論,5.1 緒

2、論,供配電系統(tǒng)常用保護裝置的類型主要有： (1) 繼電保護用各種不同類型的繼電器按一定方式連接和組合， 構(gòu)成繼電保護裝置。繼電保護適用于要求供電可靠性較高的高壓供電 系統(tǒng)中。 (2) 熔斷器保護適用于高低壓供電系統(tǒng)。由于裝置簡單經(jīng)濟，在 供電系統(tǒng)中廣泛應用，但是它的斷流能力較小、選擇性差，熔體熔斷 后更換不方便，不能迅速恢復供電，因此在要求供電可靠性較高的場 所不宜用。 (3) 低壓斷路器保護又稱低壓自動開關(guān)保護。由于低壓斷路器帶 有多種脫扣器，能夠進行過電流、過負載、失電壓和欠電壓保護等， 而且可作為控制開關(guān)進行操作，因此在對供電可靠性要求較高且頻繁 操作的低壓供電系統(tǒng)中廣泛應用。,5.1

3、緒論,繼電保護裝置最早是以機電式繼電器構(gòu)成為主的，當代的繼電保 護裝置雖然已發(fā)展到以微機或可編程序控制器為主構(gòu)成，但仍然沿用 “繼電保護”一詞。 繼電保護裝置的基本任務是： 迅速、有選擇性地將故障元件從系統(tǒng)中切除，使其免于繼續(xù)遭受 破壞，并保證其他恢復正常運行。 反應不正常運行狀態(tài)，發(fā)出相應信號，由運行人員進一步處理或 自動進行調(diào)整，也可以延時將繼續(xù)運行會引起事故的電氣元件切除。 與供配電系統(tǒng)中其他自動化裝置（如重合閘）配合，采取預定措 施，盡快恢復供電，縮短事故停電時間，提高系統(tǒng)運行可靠性。,動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)層面上應滿足四個基本要求，即 選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。 1. 選

4、擇性 選擇性是指當供配電系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護動作只切除故障設(shè) 備，最大限度地縮小停電范圍，保證系統(tǒng)中非故障設(shè)備繼續(xù)運行。 滿足選擇性要求的做法是：由距故障點最近的電源側(cè)斷路器動作 切除故障。 2. 速動性 為了防止事故擴大，減輕其危害程度，并提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn) 定性，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置應盡快動作，迅速切除故障。,5.1 緒論,5.1 緒論,故障切除時間為保護裝置動作時間和斷路器動作時間之和。一 般的快速保護動作時間在0.060.12s；一般斷路器的動作時間為 0.060.15s。 3. 靈敏性 指保護裝置在其保護范圍內(nèi)對故障或不正常運行狀態(tài)的反應能 力。如果保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微

5、的故障都能及時地反應動 作，就說明保護裝置的靈敏性高。 4. 可靠性 保護裝置的可靠性是指在保護范圍內(nèi)發(fā)生了它應該動作的故障 時，不應該拒絕動作；而在任何不屬于它應該動作的情況下，則不 應該誤動作。,1. 繼電保護工作原理 供配電系發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，電氣物理量會改變。會引 起電流的增加和電壓的降低，以及電流、電壓間相位角的變化，出現(xiàn) 負序和零序分量等等。繼電器是在電氣物理量達到規(guī)定值時，其電氣 輸出電路被接通或分斷的自動電器。它是組成繼電保護裝置的基本元 件。常見的繼電保護有： 反映電流增大的電流速斷、帶時限的過電流保護。 反映電壓改變的低電壓或過電壓保護。 根據(jù)故障時被保護元件兩端電

6、流相位和大小的變化，可構(gòu)成差動 保護。,5.1 緒論,5.1 緒論, 既反映電流又反映電流與電壓間相角改變的，有方向過電流保護。 根據(jù)接地故障出現(xiàn)的零序分量，可構(gòu)成零序電流保護等。 除了反映各種電氣物理量而動作的保護外，還有反應非電參數(shù) 的保護裝置，如電力變壓器的氣體(瓦斯)保護、溫度保護等。 傳統(tǒng)的模擬型繼電保護一般工作原理如圖5.1所示。它由測量部 分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成的。 1）測量部分 測量部分作用是測量被保護對象的輸入物理量，如電 流、電壓等等，以確定系統(tǒng)是否發(fā)生了短路故障或出現(xiàn)不正常運行 狀態(tài)。 2）邏輯部分 根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、先后順序及它,5.1 緒論,們的組

7、合等進行邏輯判斷，以確定保護裝置的動作，并向執(zhí)行部分發(fā) 出相應信號。 3）執(zhí)行部分 根據(jù)邏輯部分傳送的判斷結(jié)果，最后完成保護裝置的 任務。如故障時，發(fā)出切除故障的跳閘脈沖；不正常運行時，發(fā)出指 示信號；或者根據(jù)保護的選擇性，不予動作等。 2. 繼電保護分類 供配電系統(tǒng)繼電保護根據(jù)被保護對象不同，有輸配電線保護和電 氣設(shè)備保護(如發(fā)電機、變壓器、電動機、母線、電容器等保護)。 根據(jù)保護的動作原理可分為：過電流保護、欠電壓保護、差動保 護、功率方向保護等。 按保護作用，可分為主保護、后備保護和輔助保護和異常運行保 護。,5.1 緒論,1) 主保護 在保護范圍內(nèi)發(fā)生各種類型的故障都能能以最快速度有選

8、擇的 切除故障的保護。 2) 后備保護 當主保護動作失敗后，用以切除故障的保護；分為近后備、遠 后備保護。 近后備是當主保護拒動時，由本設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn) 后備的保護；或當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后備 保護。 遠后備是當保護切除故障失敗，由相鄰設(shè)備或線路的保護來實 現(xiàn)的后備。,5.1 緒論,3) 輔助保護 考慮到主保護和后備保護退出運行或者補充主保護及后備保護 的性能而設(shè)置的保護。 4) 異常運行保護 反應被保護對象(輸配電線路或電力設(shè)備)異常運行狀態(tài)而動作 的保護。,電流互感器的接線，是指電流互感器二次線圈與電流繼電器線 圈之間的電氣連接方式。為了表示實際流入繼電器線圈

9、的電流Ij與 電流互感器二次側(cè)電流I2的關(guān)系，引入接線系數(shù)Kj的概念。Kj表示 實際流入繼電器的電流Ij與電流互感器二次側(cè)電流I2之比值，即： （5-1） 1. 三相三繼電器完全星形接法 此接線由接成星形的三只電流互感器和三只電流繼電器構(gòu)成。 由于每相都裝有電流互感器，并且每個電流互感器回路均有電流繼 電器，因此可以反映出三相、兩相和單相短路以及中性點直接接地 電網(wǎng)中的單相接地短路故障。,5.2 互感器接線,5.2 互感器接線,三相三繼電器完全星形接法，其接 線系數(shù)Kj=1。 2. 兩相兩繼電器不完全星形接法 接線方式如圖5.4所示。中相(B相)不 裝設(shè)電流互感器，當B相發(fā)生單相短路與 單相接

10、地故障時不能起保護作用。兩相兩 繼電器不完全星形接法又稱為“V”形接法， 可以提供三相、兩相短路保護，其接線系 數(shù)Kj=1。 兩相兩繼電器不完全星形接法作為過 電流保護應用于此電壓等級的供配電網(wǎng)絡(luò) 較為合適。,圖5.3 電流互感器三相完全星形接法,圖5.4電流互感器兩相不完全星形接法,5.2 互感器接線,3. 兩相一繼電器差接法 此接法流過電流繼電器的電流 是兩相 互感器二次電流的相量差。正常工作和三相 短路時，三相電流對稱。A、C兩相電流互感 器二次側(cè)電流大小相等，相位差120，流過 電流繼電器的電流 數(shù)值上等于電流互感器 二次電流的倍，接線系數(shù)。 A、B兩相或C、B兩相短路時，僅一只電流互

11、感器二次側(cè)有短路 電流，所以接線系數(shù)Kj=1。 A、C兩相短路時，兩只電流互感器的二次側(cè)短路電流與在數(shù)值 上相等，相位差180，所以接線系數(shù)Kj=2。 兩相一繼電器差接法能構(gòu)成三相、兩相短路保護，不過保護靈 敏度會隨相間短路的類型而變。,圖5.5電流互感器的兩相差接法,5.3 高壓線路繼電保護,發(fā)生短路故障時，高壓供配電線路上的電流急劇增大同 時電壓降低，利用這個特點可以構(gòu)成電流電壓保護。當線路 電流大過啟動電流值或低于啟動電壓值時動作。 高壓供配電線路上的電流保護依據(jù)啟動參數(shù)整定原則的 不同可分為：不帶時限的電流速斷保護、帶時限的電流速斷 保護和定時限過流保護三種。,1. 動作原理與參數(shù)整定

12、 不帶時限電流速斷屬于瞬動保護，它的動作不帶時限(僅有 繼電器本身固有動作時間)，用最短的時間切除故障，以滿足繼 電保護的速動性要求。為保證其選擇性，動作電流按躲過被保 護線路末端最大短路電流來整定。這種保護裝置稱為不帶時限 的電流速斷保護。 不帶時限電流速斷保護又稱為段電流保護，其整定原理 用圖5.7加以說明。,5.3 高壓線路繼電保護,5.3 高壓線路繼電保護,圖5.7是單側(cè)電源供電線路，不帶 時限電流速斷保護設(shè)在線路的電源側(cè)， 其動作電流按躲開相鄰下一級線路出 口處(k-2點)短路條件來整定。因保護 范圍末端(k-1點)短路的電流值與相鄰 下一段線路首端(k-2點)的短路電流值 幾乎相等

13、，所以不帶時限電流速斷保 護的動作電流值也可按躲開本線路末 端(k-1點)短路來整定。 所謂“躲開”的意思是指：速斷保護KA1的一次動作電流 大 于在最大運行方式下(k-1點)三相短路時流過被保護元件的短路電 流，即：,5.3 高壓線路繼電保護,（5-2） （5-3） 式中： I段電流保護可靠系數(shù)，當采用DL型電磁式電流繼電器 時，取1.21.3；當采用GL型感應式電流繼電器時，取1.41.5；對 過電流脫扣器取1.82。 最大運行方式下，線路末端(k-1點)三相短路時，一次側(cè) 短路電流周期分量有效值； 段電流保護的二次整定電流； Kj電流互感器變比。,5.3 高壓線路繼電保護,從圖5.7中可

14、看出，從電源側(cè)開始短路電流的數(shù)值沿著線路呈遞 減分布。因不帶時限電流速斷保護的動作電流值是在末端最大短路 電流基礎(chǔ)上乘上大于一的系數(shù)得到，所以保護的最大范圍小于線路 WL1的全長。在線路末端短路時保護將不動作，被稱為死區(qū)。死區(qū) 的范圍會隨著運行方式、短路類型的不同而變化。 因為不帶時限電流速斷保護不能保護線路的全長，其靈敏度 按保護安裝處(即線路首端)最小運行方式下兩相短路電流進行校 驗。 （5-4）,不帶時限電流速斷保護不能 切除死區(qū)內(nèi)的故障，必須由另外 的保護來負責。因此線路上考慮 再增設(shè)第二套保護即段電流速 斷保護。 第段電流速斷保護要求在 任何情況下都能保護線路全長， 其保護范圍必然延

15、伸到相鄰下一 段線路中，如圖5.8所示。,5.3 高壓線路繼電保護,5.3 高壓線路繼電保護,圖5.8中WL1線路的第段電流速斷保護的一次電流動作值 是在下一段WL2不帶時限電流速斷保護(即段)的一次電流動作值 基礎(chǔ)上再乘上段可靠系數(shù) 得到的，即： （5-5） 第段電流速斷保護二次電流整定值 為： （5-6） WL1線路的第段電流速斷保護，其保護范圍延伸到下一段相 鄰線路前端，與下一段WL2線路不帶時限電流速斷保護保護范圍有 重疊。 第段電流速斷保護為了具有選擇性，必須帶有時限。當下一 段相鄰線路前端短路時，下一段段電流速斷保護先于本段第段 電流速斷保護動作切除故障，同時為了保證速動性的要求，

16、通常所,5.3 高壓線路繼電保護,帶時限只比不帶時限電流速斷保護高一個時限的級差t，所以稱它 為帶時限電流速斷保護。 在圖5.8中，WL1線路的帶時限電流速斷保護的動作時限 高 于下一段線路WL2不帶時限電流速斷保護動作時限 一個t，即： （5-7） 時限級差t原則上是盡量的短，一般t在0.30.7s，可取0.5s。 帶時限電流速斷保護能夠保護線路全長，校驗段靈敏度 要 用本段線路末端發(fā)生短路故障時的最小兩相短路電流 ，即系統(tǒng) 最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路電流。 （5-8）,帶時限的過電流保護包括定時限和反時限過電流保護。其動作電 流值按躲過線路最大負荷電流整定。并且考慮到線路最大負荷

17、電流通 過保護裝置可能引起的誤動作，還要求其返回電流也要大于線路最大 負荷電流。帶時限的過電流保護以時限來保證動作的選擇性。因啟動 電流相對較小，當電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，它不僅能保護本條線路全 長，而且也能保護相鄰下一級線路的全部。既可作近后備保護，也可 作遠后備保護。 1. 定時限過流保護 所謂定時限過流保護裝置，就是保護裝置的動作時限是一定的， 不隨通過保護裝置電流大小的變化而變化。定時限過流保護是電流保,5.3 高壓線路繼電保護,5.3 高壓線路繼電保護,護的第段，簡稱過流保護。其啟動 以后的動作時限是固定的，不隨通過 電流的大小而變。 圖5.9所示為單側(cè)電源電網(wǎng)中過流 保護的配置。圖中，

18、TA1、TA2、 TA3假定全為過流保護，分別安置 在線路WL1、WL2和WL3的電源側(cè)。 若在線路WL3上k-3點發(fā)生短路，短路電流將由電源經(jīng)過線路WLl、 WL2、WL3流至k-3點。短路電流大于各級保護裝置的動作電流時， 三套保護裝置將同時啟動。但是根據(jù)保護裝置選擇性的要求，應該 由距k-3故障點最近的保護裝置KA3動作，使斷路器QF3跳閘，切除 故障。而保護裝置KA1、KA2則應在故障切除后立即返回。所,5.3 高壓線路繼電保護,以要求各保護裝置整定時限不同，越靠近電源側(cè)時限越長，即： （5-9） （5-10） （5-11） 圖5.9表明：定時限過流保護之間動作時限的配合曲線為階梯形

19、狀。從線路未端到電源側(cè)逐級增加，越靠近電源，過電流保護的動 作時限越長。各段保護的動作時限固定，與通過電流的大小無關(guān)。 定時限過流保護的動作電流值，是按其返回電流躲開通過最大 負荷電流整定的，即： （5-12） （5-13） 式中： 過電流保護的可靠系數(shù)。,5.3 高壓線路繼電保護,因動作電流與返回電流之間的關(guān)系是： （5-14） 式中：Ire電流繼電器的返回電流； Iop電流繼電器的啟動電流； Kre電流繼電器的返回系數(shù)。 所以，過電流保護的一次動作電流值為： （5-15） 過電流保護的二次動作電流整定值為： （5-16） 過電流保護按其保護范圍末端最小短路電流進行靈敏度校驗。 如圖5.9所

20、示，當WL1線路首端的過流保護KA1作為近后備保護 時，選擇末端k-1點短路作為校驗點，其近后備保護靈敏系數(shù)為：,5.3 高壓線路繼電保護,式中： 本線路末端發(fā)生短路時的最小兩相短路電流的穩(wěn)態(tài)值； 近后備保護靈敏系數(shù)。 注：后備保護的作用和特點是什么？ （1）后備保護有近后備和遠后備兩種構(gòu)成方式。 （2）遠后備在每個被保護元件配置的一套保護中有分別起主保 護、后備保護作用的兩部分。作為后備保護的部分既可作為該元件 主保護拒動的后備，更主要是作為相鄰下一元件的斷路器或保護拒 動的后備。 （3）近后備在每個被保護元件上都裝設(shè)分別起主保護和后備保 護作用的兩套獨立保護，近后備作用實現(xiàn)的特點為：首先是

21、“就近” 實現(xiàn)，不依靠相鄰上一元件處的保護；其次是主保護拒動，由本處 的后備保護起作用。斷路器拒動則由本站裝設(shè)的斷路器失靈保護,5.3 高壓線路繼電保護,（屬近后備）動作切除連接在該段母線上的其它斷路器。 （4）遠后備保護的功能比較完善，它對相鄰元件的保護裝置、斷路 器、二次回路和直流電源故障引起的拒動都能起到后備作用，同時 比較簡單經(jīng)濟，宜優(yōu)先采用。一般只有當遠后備保護不能滿足靈敏 度要求時，才考慮采用近后備方式。 當過流保護KA1作為線路WL2遠后備保護時，選擇k-2點短路作 為校驗點，其近后備保護靈敏系數(shù)為： （5-18） 式中： 流經(jīng)保護安裝處的相鄰下一段線路末端短路時的最小兩 相短路

22、電流穩(wěn)態(tài)值。,5.3 高壓線路繼電保護,2. 反時限過電流保護 反時限過電流保護的原理，如圖5-10所示。反時限過電流保護 的動作時限與線路通過電流的大小成反比，當通過的故障電流越大 時動作時限越小。反時限過電流保護可以由傳統(tǒng)的GL系列感應型過 電流繼電器構(gòu)成，也可以由LL系列半導體器件的反時限過流繼電 器，JGL系列 集成電路反時 限過流繼電器 構(gòu)成。,5.3 高壓線路繼電保護,圖中KA(KA1、KA2)為反時限過電流繼電器。正常時，常閉觸 點閉合，常開觸點打開。當一次回路相間短路時，KA按反時限特性 動作，其常開觸點閉合，常閉觸點打開；斷路器的交流脫扣器OR (OR1、OR2)被串入電流互

23、感器二次回路，因分流而跳閘。 反時限過電流保護的動作時限隨電流 大小變化的情況可用反時限動作特性曲線 表達出，如圖5.11所示。 反時限過電流保護的動作時限特性曲 線實際上有許多條，是曲線束。當按不同 的時間檔次選擇t時，實際上是在選擇曲線 束中的某一束。比如，在10倍動作電流的 條件下把保護的動作時間整定為t1，那么,5.3 高壓線路繼電保護,動作特性曲線1將被選中；動作時間調(diào) 整為t2時，動作特性曲線2被選中。 反時限過電流保護之間的時限配合， 從選擇性的角度仍然要滿足由負載端到 電源端按t逐級增大的原則。因反時 限過電流保護的動作時限與電流大小有 關(guān)，在給定的電流范圍內(nèi)，上下級保護間的時

24、限配合均要滿足選擇 性的要求才行；所以時限配合實際上是動作曲線之間的配合。反時 限過電流保護的動作曲線是按照10倍動作電流時間來整定的。 圖5.12所示的線路中，假定線路WL1和WL2分別裝設(shè)有反時限 過電流保護KA1、KA2，并且最后一級線路的反時限電流保護KA2 的10倍動作電流時間已經(jīng)整定為t2，如圖5.11。KA2的動作時限特性,5.3 高壓線路繼電保護,因此被定為曲線2。KA1的動作特性曲線，需要通過整定10倍動作電 流的動作時間t1而得到。步驟如下： 設(shè)置WL2首端短路點K-2，計算出K2點短路的電流值IK2。 計算出K2點短路時KA2的動作電流倍數(shù)n2= IK2/Iop2。 在圖

25、5.11中，KA2的曲線上確定出K-2點短路時KA2的實際動作時間t2。 計算K-2點短路KA1的實際動作時間t1 = t2 +t，t可取0.7s。 計算K-2點短路時KA1的動作電流倍數(shù)n1= IK2/Iop1。 在圖5.11中，由和n1的交匯點確定出KA1的動作曲線(即動作特性曲線1)。 在圖5.11中，動作特性曲線1上找出KA1 的10倍動作電流時間t1。 最后把保護KA1反時限繼電器上的10倍動作電流時間整定為t1。,5.3 高壓線路繼電保護,反時限過電流保護的動作電流仍可按(5-15)、(5-16)式原則整定， 反時限過電流保護的一次動作電流值為： （5-19） 反時限過電流保護的二

26、次動作電流整定值為： （5-20） 反時限過電流保護的靈敏系數(shù)按(5-17)、(5-18)式計算。,1. 三段式電流保護組成 上面介紹的不帶時限電流速斷 保護，帶時限電流速斷保護，定時 限過流保護分別是供配電線路的第 段、第段、第段保護，合在 一塊構(gòu)成一套完整保護稱為三段式電流保護。 如圖5.13所示，第1、段電流保護合起來構(gòu)成線路的主保護。 第段電流保護的保護范圍為本線路段中前端一部分，動作時限為保護裝置無延時的固有動作時間。第二段電流保護的保護范圍為本,5.3 高壓線路繼電保護,5.3 高壓線路繼電保護,線路段后端的死區(qū)，其動作范圍一直延伸到下一段線路中，動作時限 為本線路段第段電流保護動

27、作時限再加t。第段電流保護作為本 線路段主保護的近后備保護和下一段線路的遠后備保護。其保護范圍 為本線路段和下一段線路的全部。其動作時限按照階梯原則與下一段 定時限過電流保護配合。 三段式電流保護雖然很完整，但也應根據(jù)具體的情況靈活設(shè)置。 有些情況下可只裝設(shè)第I、段電流保護或只需裝設(shè)第、段電流 保護。 2. 三段式電流保護裝置的展開式原理圖 展開式原理圖屬于電力系統(tǒng)的二次接線圖，它將二次接線中的每 個電流流通的回路劃分開來。各個回路一行一行的由上到下排列，回 路中的元件一般沿電流通過的方向按先后動作順序從左向右排列。各 回路中屬于同一元件的要采用相同的文字符號。,5.3 高壓線路繼電保護,圖5

28、.14為傳統(tǒng)電磁式繼電器構(gòu)成的三段式電流保護的展開式原理 圖，包括交流電流回路、直流保護回路、信號回路三個部分。 交流電流回路是電流互感器的二次部分，a、b相分別接有六個 繼電器線圈，它們兩兩成對構(gòu)成三個保護的電流測量回路。 直流保護回路中有三段式電流保護的啟動回路、延時回路和KM 中間繼電器啟動的 跳閘出口回路。 信號回路有三 段式電流保護信號 繼電器的觸點，當 它們閉合后向中央 信號裝置發(fā)事故信號。信號繼電器的觸點是手動復歸的。,在經(jīng)常過負荷的電纜或電纜與架空線混合的3KV66KV線路 上，可以裝設(shè)線路的過負荷保護。過負荷是對稱性的，因此只在一 相設(shè)置線路的過負荷保護即可。過負荷保護一般延

29、時動作于信號， 必要時也可動作于跳閘，動作時間取1015s。 過負荷保護的動作電流值應按躲過線路的最大負荷電流整定，過負荷保護的二次動作電流 的整定值為： （5-21） 式中：Ki電流互感器變比。 Ilmax 最大負荷電流。,5.3 高壓線路繼電保護,中性點非有效接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，不構(gòu)成短路，接地 電流很??；并且三相線電壓的對稱性也沒有遭受破壞，三相負荷供 電不受影響，電力用戶可以繼續(xù)運行2個小時。 但是此系統(tǒng)單相接地后，非故障相對地電壓將升高倍，為了避 免非故障相絕緣薄弱而損壞，進一步造成接地短路事故，保護應及 時發(fā)出信號，以便值班運行人員采取措施，及時消除故障。對人身 和設(shè)備的安全

30、造成危險時，應有選擇性地動作于跳閘。 1. 絕緣監(jiān)視裝置 中性點非有效接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)中會出現(xiàn)零序電壓分量，利用它可構(gòu)成無選擇性的電壓型接地保護，即絕緣監(jiān)視,5.3 高壓線路繼電保護,5.3 高壓線路繼電保護,裝置。 絕緣監(jiān)視裝置可采 用一只三相五柱式三繞 組電壓互感器或三只單 相三繞組電壓互感器構(gòu) 成。電壓互感器接成開口三角形的二次繞組，構(gòu)成了零序電壓過濾 器，開口端接有一只過電壓繼電器。 當系統(tǒng)中任一線路發(fā)生單相接地時，都將在開口三角形的開口 處出現(xiàn)100V左右的零序電壓，使繼電器動作，發(fā)出燈光與音響的報 警信號。不過，絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出的是無選擇性信號。為了要找出 故障線路，

31、值班人員可以依次斷開各條線路；當斷開某條線路零序 電壓消失，說明該線路即是故障線路。,5.3 高壓線路繼電保護,2. 零序電流保護 單相接地時會產(chǎn)生零序電流分量，并且故障線路零序電流與非 故障線路零序電流的大小方向各不相同，借此可以區(qū)分出故障線路 和非故障線路，構(gòu)成有選擇性的零序電流保護(或零序功率方向保 護)，根據(jù)需要發(fā)信號或動作于跳閘。 電纜引出線路(包括電纜線路和 電纜改架空線路)可以采用零序電流 互感器構(gòu)成零序電流保護接線，如圖 5.15(a)；架空線路引出則要采用三只 相同的電流互感器同極性并聯(lián)構(gòu)成， 如圖5.15(b)。在中性點不接地系統(tǒng)中 發(fā)生單相接地時，由母線向非故障線,5.3

32、 高壓線路繼電保護,路流過本線路的電容性零序電流，由故障線路向母線流回所有非故 障線路的電容性零序電流之和，一般數(shù)值較大。因此，零序電流保 護的動作電流按躲開非故障線路上的電容性零序電流進行整定。 在安裝零序電流互感器的電纜引出線路上，其二次動作電流整定為： （5-22） 式中： 零序電流保護的可靠系數(shù)，不帶時限動作取45，帶時限 動作取1.52。 Ki電流互感器變比。 3倍本線路每相的正常對地電容電流(單相接地時，非故障 線路的電容性零序電流為正常時本線路每相對地電容電流的三倍)。 Ico很難通過接地電容來精確計算，實際應用中使用經(jīng)驗公式：,5.3 高壓線路繼電保護,（5-23） 式中：UN

33、系統(tǒng)額定電壓，kV。 L(oh)架空線路的長度，km。 L(cab)電纜線路的長度，km。 采用零序電流濾過器的架空線路，其零序保護的動作電流為： （5-24） 式中： Iuc2濾過器二次側(cè)正常運行時的不平衡電流，A。 零序電流保護靈敏度校驗公式： （5-25） 式中： 單相接地時，所有非故障線路三倍每相的正常對地電 容電流之和，A。 中性點不接地系統(tǒng)中，如果出線回路少，故障線路與非故障線 路零序電流差別較小，零序電流保護可能不滿足靈敏度的要求，這,5.3 高壓線路繼電保護,時可采用判斷故障線路與非故障線路首端零序電流流向的零序功率 方向保護。 中性點不接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時，如果接地電流較

34、大，會 在接地點形成間歇性放電電弧，引起35倍于相電壓的或更高的弧 光過電壓。過電壓使系統(tǒng)中的絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿，對整個電網(wǎng)系統(tǒng) 都有很大的危害。 因此3kV10kV鐵塔或鋼筋混凝土桿的架空線路構(gòu)成系統(tǒng)，所 有35kV、66kV系統(tǒng)，當單相接地故障電容電流超過10A；3kV 10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，單相接地故障電容電流超過30A時，其 電源中性點應采取經(jīng)消弧繞組接地方式。 消弧線圈相當于一個電感線圈，接在電源中心點與大地之間。 系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，提供一感性電流，補償接地電容電流，,5.3 高壓線路繼電保護,使接地電流減小。通常消弧線圈采取過補償?shù)姆绞竭\行，即補償?shù)?接地點的殘余接地電流

35、是感性的。由于是過補償，當線路單相接地 時，零序功率方向保護無法選擇故障線路；并且補償后的接地殘余 電流不大，采用零序電流保護很難滿足靈敏性要求。因此在這類系 統(tǒng)中，需要采用其他方式構(gòu)成接地保護。,電力變壓器作為用電負荷的電源在供配電系統(tǒng)中大量使用，其 安全運行關(guān)系到供配電系統(tǒng)工作的可靠性。必須根據(jù)其容量的大小 和重要程度，設(shè)置性能良好、動作可靠的保護裝置，確保變壓器的 正常運行。 變壓器故障分內(nèi)部故障和外部故障兩種。常見內(nèi)部故障包括：線 圈的相間短路、匝間或?qū)娱g短路、單相接地短路以及燒壞鐵芯等。 這些故障都伴隨有電弧產(chǎn)生，電弧將會引起絕緣油的劇烈氣化，從 而可能導致油箱爆炸等更嚴重的事故。

36、常見的外部故障包括：套管及引出線上的短路和接地。最容易 發(fā)生的外部故障是由于絕緣套管損壞而引起引出線的相間短路和碰,5.4 電力變壓器保護,5.4 電力變壓器保護,殼后的接地短路。 變壓器常見的不正常工作狀態(tài)是：過負荷、溫升過高以及油面 下降超過了允許程度等。變壓器的過負荷和溫度的升高將使絕緣材 料迅速老化，絕緣強度降低，除影響變壓器的使用壽命外，還會進 一步引起其它故障。 根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程 GB/T 142852006 的規(guī)定，對升壓、降壓、聯(lián)絡(luò)變壓器，以上變壓器的故障和異常運 行狀態(tài)應裝設(shè)相應的保護裝置。,變壓器電流速斷保護的構(gòu)成原理與線路的電流速斷保護大同小 異，保護動

37、作電流的整定原理如 圖5.16所示。 變壓器電流速斷保護動作電 流按躲過變壓器負荷側(cè)母線K-2 點短路時，流過電源側(cè)保護的最 大短路電流計算，即： （5-26） （5-27）,5.4 電力變壓器保護,5.4 電力變壓器保護,式中：Iop1變壓器電流速斷保護一次整定電流； Krel變壓器電流速斷保護可靠系數(shù)，采用DL型電磁電流繼電 器時，取1.31.4； 最大運行方式下，變壓器負荷側(cè)母線K-2點短路時，流過電源側(cè)短路電流周期分量有效值； Iop2變壓器電流速斷保護的二次整定電流； Kj接線系數(shù)； Ki電流互感器變比。 變壓器電流速斷保護動作電流的整定，還要躲過變壓器空載投入或突然恢復電壓時出現(xiàn)的

38、勵磁涌流。 變壓器電流速斷保護的靈敏系數(shù)按保護安裝處(K-1點)最小運行 方式下兩相短路電流 校驗，即： （5-28）,5.4 電力變壓器保護,變壓器的電流速斷保護也有“死區(qū)”，因此不能單獨作為主保護 使用，還需與別的保護相配合。 電流速斷保護的不足之處是保護范圍受到限制，一般只能保護 到變壓器電源側(cè)的部分線圈。因此，電流速斷保護必須和瓦斯保護 以及過電流保護互相配合，才能可靠的對中小容量的變壓器起到保 護作用。 變壓器在空載投入或突然恢復電壓時將出現(xiàn)一個沖擊性的勵磁 電流，為了避免電流速斷保護誤動作，可在速斷電流整定后，將變 壓器空載試投若干次，以檢查速斷保護是否誤動作。,過電流保護作為變壓

39、器相間短路的后備保護使用，既可以是變 壓器主保護的后備，又可以是相鄰母線或線路的后備。變壓器過電 流保護的構(gòu)成原理與線路過電流保護相同。其動作電流按躲開變壓 器最大負荷電流整定，即： （5-29） 式中：Iop1過電流保護的一次動作電流值。 Krel過電流保護的可靠系數(shù)。 Kre電流繼電器的返回系數(shù)。 ITmax變壓器的最大負荷電流。 變壓器過電流保護的二次動作電流整定值為： （5-30）,5.4 電力變壓器保護,5.4 電力變壓器保護,確定變壓器的最大負荷電流時要考慮到：對并列運行的變壓 器，切除一臺變壓器后的負荷電流大小；以及對降壓變壓器應考慮 負荷中電動機自啟動時的最大電流。ITmax可

40、取1.53倍的變壓器一次額定電流。 變壓器過電流保護的動作時限和線路過電流保護相同，仍然按 階梯原則整定。 變壓器過電流保護的靈敏系數(shù)校驗公式為： （5-31） 式中： 保護范圍末端發(fā)生短路時，流過保護安裝處的最小兩相 短路電流的穩(wěn)態(tài)值。 Sp變壓器過電流靈敏系數(shù)，近后備保護取1.3，遠后備保護取1.2。 如變壓器過電流保護的靈敏度不滿足要求，可采用復合電壓啟 動的過電流保護等。,變壓器過負荷保護的組成、工作原理與線路過負荷保護的 組成、工作原理完全相同，動作電流整定計算公式與線路過負 荷保護基本相同，只是式中的應為變壓器一次側(cè)的額定電流。 動作時間取1015s。 運行中的變壓器發(fā)出過負荷信號

41、時，當班人員應檢查變壓 器各側(cè)電流是否超過規(guī)定值，并即時報告，然后檢查變壓器的 油溫、油位是否正常，同時將冷卻器全部投入運行，及時掌握 過負荷情況，并按規(guī)定巡視檢查。,5.4 電力變壓器保護,電力變壓器的瓦斯保護屬于非電參數(shù)保護，其主要元件是安裝 在油箱與油枕之間聯(lián)通管道上的瓦斯繼電器(氣 體繼電器)，如圖5.17所示。 瓦斯保護可以對油浸式變壓器內(nèi)部的如：變 壓器的匝間、層間短路，鐵芯故障，套管內(nèi)部故 障，油面下降等故障提供保護。當油浸式變壓器 的油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，電弧燒灼變壓器油或者 絕緣材料，分解并產(chǎn)生大量的氣體，故障越嚴 重，產(chǎn)生的氣體越多。,5.4 電力變壓器保護,5.4 電力變壓

42、器保護,瓦斯保護分為輕瓦斯和重瓦斯兩種。當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微 故障時，少量氣體慢慢上升，進入瓦斯繼電 器內(nèi)部，匯集于頂部。氣體慢慢增多，不斷 降低繼電器內(nèi)部的油面，最終使輕瓦斯動作。 輕瓦斯動作后發(fā)出燈光和音響的預告信號。 當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，產(chǎn) 生的大量氣體，帶動油流迅猛地通過聯(lián)通管 道，使重瓦斯動作。重瓦斯動作于跳閘，同 時發(fā)出燈光和音響的事故信號。 瓦斯保護動作迅速、靈敏可靠而且結(jié)構(gòu)簡單，但它只能反映油 箱內(nèi)部故障，不能保護油箱的外部電路，因此，瓦斯保護不能單獨 作為變壓器的主保護使用。,變壓器的差動保護，主要是用來保護變壓器線圈及其引出線和 絕緣套管的相間保護，還可以保

43、護變壓器的匝間短路。保護區(qū)在變 壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。 10000kVA及以上的單獨運行的變壓器和6300kVA及以上的并列 運行變壓器，應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護；6300kVA及以下單獨運行的重 要變壓器，也可裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。當速斷保護靈敏度不滿足要求 時，也應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。差動保護利用故障時產(chǎn)生的不平衡電 流來動作，保護靈敏度很高，而且動作迅速。它與瓦斯保護都是變 壓器的主保護。在工廠企業(yè)的35kV的變電所常使用，10kV變電所一 般不用。,5.4 電力變壓器保護,5.4 電力變壓器保護,差動保護分為縱聯(lián)差動保護和橫聯(lián)差動保護。縱聯(lián)差動保護比 較被保護元件兩端的電流幅值與相位，用于單回路；橫聯(lián)差動保護 比較兩個平行回路的電流幅值與方向。變壓器差動保護為縱聯(lián)差動 保護，用于保護變壓器的內(nèi)部、套管及引出線的各 種短路，是大容量或重要變壓器的主保護。變壓器 差動保護的原理接線如圖5.18所示。 1. 變壓器差動保護動作原理 在變壓器正常工作和保護區(qū)外部K-1點短路時， 流入差動繼電器KD的是變壓器一、二次側(cè)電流互感 器二次電流的差值IKD=I1-I2。因I1與I2差別很小， 所以差動繼電器KD不動作。當保護區(qū)外部K-2