供配電系統(tǒng)的繼電保護課件

供配電系統(tǒng)的繼電保護

§7.1繼電保護裝置的概念

§7.2高壓配電電網的繼電保護

§7.3電力變壓器的繼電保護

§7.4低壓配電系統(tǒng)的保護

§7.5電子技術在繼電保護中的應用

小結§7.1繼電保護裝置的概念

7．1．1繼電保護裝置的任務~1.故障時跳閘在供電系統(tǒng)出現短路故障時，作用于前方最近保護裝置動作控制保護裝置，使之迅速跳閘，切除故障部分，恢復其它無故障部分的正常運行，同時發(fā)出信號，以便提醒值班人員檢查，及時消除故障。2.異常狀態(tài)發(fā)出報警信號在供電系統(tǒng)出現不正常工作狀態(tài)，如過負荷或有故障苗頭時發(fā)出報警信號，提醒值班人員注意并及時處理，以免發(fā)展為故障。

7．1．2斷電保護裝置的基本要求

1.選擇性繼電保護動作的選擇性是指在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只使電源一側距離故障點最近的繼圖7-1繼電保護裝置動作選擇性示意圖§7.1繼電保護裝置的概念電保護裝置動作，通過開關電器將故障切除，而非故障部分仍然正常運行。如圖7-1，當k-1點發(fā)生短路時，則繼電保護裝置動作只應使斷路器1QF跳閘，切除電動機M。而其它斷路器都不跳閘。2.速動性當系統(tǒng)內發(fā)生短路故障時，保護裝置應盡快動作，快速切除故障。3.可靠性指保護裝置該動作時就應該動作（不拒動）,不該動作時不誤動.4.靈敏性靈敏性是指保護裝置在其保護范圍內對故障和不正常運行狀態(tài)的反應能力。靈敏性通常用靈敏系數來衡量的。對于過電流保護裝置，其靈敏系數為為:

式中——被保護區(qū)內最小運行方式下的最小短路電流

——保護裝置的一次側動作電流對于低電壓保護裝置，其靈敏系數為式中——被保護區(qū)---內發(fā)生短路時，連接該保護裝置的母線上最大殘余電壓

——保護裝置的一次動作電壓(V)。即保護裝置動作電壓換算到一次電路的電壓

§7.1繼電保護裝置的概念7.1.3繼電保護裝置的組成及常用保護繼電器1．繼電保護裝置的組成如圖7-2所示，當線路上發(fā)生短路時，起動用的電流繼電器KA瞬時動作，使時間繼電器KT起動，KT經整定的一定時限后，接通信號繼電器KS和中間斷電器KM，KM觸頭接通斷路器QF的跳閘回路，使斷路器QF跳閘。

圖7-2繼電保護裝置框圖§7.1繼電保護裝置的概念2．常用的保護繼電器繼電器的分類按其應用，有控制繼電器和保護繼電器兩大類，機床控制電路應用的繼電器多屬于控制繼電器；供電系統(tǒng)中應用的繼電器多屬于保護繼電器。在供電系統(tǒng)中常用的保護繼電器，有電磁型繼電器、感應型繼電器以及晶體管繼電器。前兩種是機電式繼電器，它們工作可靠，而且有成熟的運行經驗，所以目前仍普遍使用。晶體管繼電器具有動作靈敏、體積小、能耗低、耐震動、無機械慣性、壽命長等一系列優(yōu)點，但由于晶體管元件的特性受環(huán)境溫度變化影響大，元件的質量及運行維護的水平都影響到保護裝置的可靠性，目前國內較少采用。電力系統(tǒng)中已向集成電路和微機保護發(fā)展。這里主要介紹以機電式保護繼電器。常用的機電式繼電器分電磁型和感應型兩種。（1）電磁式繼電器1）電磁式電流繼電器電磁式電流繼電器在繼電保護裝置中，通常用作起動元件，因此又稱起動繼電器。常用的DL-10系列電磁式繼電器其內部接線和圖形符號如圖7-4。能使過電流繼電器動作(觸點閉合)的最小電流稱繼電器的“動作電流”，用表示。使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的“返回電流”，用表示?！?.1繼電保護裝置的概念圖７-4DL—10系列電磁式電流繼電器的內部結線和圖形符號

a)DL-11型結線b)DL-12型結線c)DL-13型結線d)集中表示的圖形符號e)分開表示的圖形符號繼電器“返回電流”與“動作電流”的比值，稱為繼電器的返回系數，用表示，即

對于過量繼電器，返回系數總是小于1的(欠量繼電器則大于1)，返回系數越接近于1，說明繼電器越靈敏，如果返回系數過低，可能使保護裝置誤動作。DL-10系列繼電器的返回系數一般不小于0.8。

DL-10系列電磁式繼電器的電流時間特性如圖7-5所示只要通入繼電器的電流超過某一預先整定的數值時，它就能動作，動作時限是固定的，與外加電流無關，這種特性稱作定時限特性?！?.1繼電保護裝置的概念圖7-5電磁式電流繼電器的定時限特性2).電磁式時間繼電器供電系統(tǒng)中常用的DS-110、120系列電磁式時間繼電器的內部結線和圖形符號如圖7-7所示。圖7-7DS-110、120系列時間繼電器的內部結線和圖形符號

§7.1繼電保護裝置的概念圖7-7DS-110、120系列時間繼電器的內部結線和圖形符號3).電磁式信號繼電醒器供電系統(tǒng)中常用的DX-11型電磁式信號繼電器，有電流型和電壓型兩種，電流型可串聯在二次回路中而不影響其他二次元件的動作。電壓型必須并聯在二次回路內?！?.1繼電保護裝置的概念圖7-8DX-11型電磁式信號繼電器的內部結構和圖形符號

DX-11型信號繼電器的內部結線和圖形符號如圖7-8b)所示。b)4).電磁式中間繼電器電磁式中間繼電器常用在保護裝置的出口回路中，用來接通斷路器的跳閘回路，故又稱為出口繼電器。工廠供電系統(tǒng)中常用的DZ-10系列中間繼電器的內部結線和圖形符號如圖7-9所示，§7.1繼電保護裝置的概念圖7-10DZ-10系列中間繼電器的內部結線和圖形符號(2)感應式電流繼電器供電系統(tǒng)中常用感應式電流繼電器的內部結構如圖7-11所示。圖7-11感應式電流繼電器的內部結構§7.1繼電保護裝置的概念

感應式電流繼電器機械結構復雜，精度不高，瞬動時限誤差大，但它的觸點容量大，它同時兼有電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能，即它在繼電保護裝置中，既能作為起動元件，又能實現延時、給出信號和直接接通跳閘回路；既能實現帶時限的過電流保護，又能同時實現電流速斷保護，從而使保護裝置時元件減少，接線簡單。此外，感應式電流繼電器采用交流操作電源，可減少投資。因而在6～lOkV供電系統(tǒng)中應用廣泛。7.2高壓配電電網的繼電保護7.2.1概述高壓線路的相間短路保護，主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護，動作于斷路器的跳閘機構，使斷路器跳閘，切除短路故障部分。單相接地保護：(1)絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變配電所的高壓母線上，動作于信號。(2)有選擇性的單相接地保護(零序電流保護)，亦動作于信號，但當危及人身和設備安全時，則應動作于跳閘。對可能經常過負荷的電纜線路，應裝設過負荷保護，動作于信號7.2.2保護裝置的結線方式1、兩相兩繼電器式結線(見圖7-16)這種結線，如一次電路發(fā)生三相短路或任意兩相短路，至少有一個繼電器動作，且流人繼電器的電流就是電流互感器的二次電流7.2高壓配電電網的繼電保護圖7-16兩相兩繼電器式結線圖圖7-17兩相一繼電器式結線圖為了表征繼電器電流與電流互感器二次電流間的關系，特引入一個結線系數（7-3）兩相兩繼電器式結線屬相電流結線，，即保護靈敏度都相同。7.2高壓配電電網的繼電保護2、兩相一繼電器式結線(見圖7-17)這種結線，又稱兩相電流差結線，或兩相交叉結線。正常工作和三相短路時，流人繼電器的電流為A相和C相兩相電流互感器二次電流的相量差，即，而量值上，如圖7-18a所示。在A、C兩相短路時，流進繼電器的電流為電流互感器二次側電流的2倍，如圖7-18b所示。在A、B或B、C兩相短路時，流進電流繼電器的電流等于電流互感器二次側的電流，如圖7-18c所示。三相短路：流過繼電器的電流為A、B相或B、C相短路：流過繼電器的電流為A、C相短路：流過繼電器的電流為

可見，兩相電流差結線的結線系數與一次電路發(fā)生短路的形式有關，不同的短路形式，其結線系數不同。)三相短路b)A相、C相短路c）A相、B相短路圖7-18兩相電流差結線在不同短路形工下電流7.2高壓配電電網的繼電保護

可見，兩相電流差結線的結線系數與一次電路發(fā)生短路的形式有關，不同的短路形式，其結線系數不同。7.2.3帶時限的過電流保護1、定時限過電流保護裝置（1）、定時限過電流保護裝置的組成及動作原理圖7-19定時限過電流保護的原理電路圖a)原理圖b)展開圖QF-高壓斷路器TAl、TA2-電流互感器KAl、KA2-Dl型電流繼電器7.2高壓配電電網的繼電保護

當一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KAl、KA2中至少一個瞬時動作，閉合其動合觸點，使時間繼電器KT起動。KT經過整定限時后，其延時觸點閉合，使串聯的信號繼電器(電流型)KS和中間繼電器KM動作。KM動作后，其觸點接通斷路器的跳閘線圈YR的回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。與此同時，KS動作，其信號指示牌掉下，接通燈光和音響信號。在斷路器跳閘時，QF的輔助觸點隨之斷開跳閘回路，以切斷其回路中的電流，在短路故障被切除后，繼電保護裝置中除KS外的其他所有繼電器均自動返回起始狀態(tài)，而KS可手動復位。（2）、動作電流的整定：過動作電流的整定必須滿足下面兩個條件。1）應該躲過線路的最大負荷電流(包括正常過負荷電流和尖峰電流)以免在最大負荷通過時保護裝誤動作。2)保護裝置的返回電流Ire也應該躲過線路的最大負荷電流，以保證保護裝置在外部故障切除后，能可靠地返回到原始位置，避免發(fā)生誤動作。 過電流保護動作整定公式：(7-4)7.2高壓配電電網的繼電保護式中——保護裝置的可靠系數，對DL型繼電器可取1.2，對GL型繼電器可取1.3；——保護裝置的結線系數，按三相短路來考慮，對兩相兩繼電器結線(相電流結線)為1，對兩相二繼電器結線(兩相電流差結線)為；——線路的最大負荷電流(含尖峰電流)，可取為(1.5～3)，為線路的計算電流。+（3）動作時間整定

為了保證前后級保護裝置動作時間的選擇性，過電流保護裝置的動作時間（也稱動作時限），應按“階梯原則”進行整定，也就是在后一級保護裝置所保護的線路首端（如圖6-20a中的k點）發(fā)生三相短路時，前一級保護的動作時間應比后一級保護中最長的動作時間都要大一個時間差t。即t大約在0.5～0.7S之間對于定時限過電流保護，可取t=0.5S；對于反時限過電流保護，可取t=0.7S?！輙7.2高壓配電電網的繼電保護2、反時限過電流保護裝置（1）、電路組成及原理圖7-20是一個交流操作的反時限過電流保護裝置圖當一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KAl、KA2至少有一個動作，經過一定時延時后(延時長短與短路電流大小成反比關系)，其常開觸點閉合，緊接著其常閉觸點斷開，這時斷路器跳閘線圈YR因“去分流”而通電，從而使斷路器跳閘，切除短路故障部分。在繼電器去分流跳閘的同時，其信號牌自動掉下，指示保護裝置已經動作。在短路故障被切除后，繼電器自動返回，信號牌則需手動復位。

圖7-21反時限過電流保護的原理電路圖a)按集中表示法繪制

b)按分開表示法繪制7.2高壓配電電網的繼電保護

一般繼電器轉換觸點的動作順序都是常閉觸點先斷開后，常開觸點再閉合。而這種繼電器的常開、常閉觸點，動作時間的先后順序必須是：常開觸點先閉合，常閉觸點后斷開(如圖7-22所示)。這里采用具有特殊結構的先合后斷的轉換觸點，不僅保證了繼電器的可靠動作，而且還保證了在繼電器觸點轉換時電流互感器二次側不會帶負荷開路。圖7-22先合后斷轉換觸點的結構及動作說明a)正常位置b)動作后常開觸點先閉合

c)接著常閉觸點斷開（2）、動作電流的整定動作電流的整定與定時限過電流保護相同，式7-4中取1.37.2高壓配電電網的繼電保護（3）、動作時間的整定GL型繼電器的時限調節(jié)機構是按10倍動作電流的動作時間來標度的,而實際通過繼電器的電流一般不會恰恰為動作電流的10倍，因此必須根據繼電器的動作特性曲線來整定。4、過電流保護的靈敏度及提高靈敏度的措施---低電壓閉鎖保護按規(guī)定過電流保護的靈敏系數必須滿足的條件為（1）、過電流保護的靈敏度當過電流保護作后備保護時，如滿足上式有困難，可以=≥1.5(7-10)≥1.2

當過電流保護靈敏系數達不到上述要求時，可采用下述的低電壓閉鎖保護來提高靈敏度。2）、低電壓閉鎖的過電流保護動作電流的整定計算公式為≥(7-11)7.2高壓配電電網的繼電保護a)b)圖7-25低電壓閉鎖的過電流保護電路接線圖

b)展開圖7.2高壓配電電網的繼電保護QF-高壓斷路器TA-電流互感器TV-電壓互感器KA-電流繼電器KM-中間繼電器KS-信號繼電器KV-低電壓繼電器YR-斷路器跳閘線圈7.2.4電流速斷保護1、電流速斷保護的組成及速斷電流的整定對于采用GL型電流繼電器，直接利用繼電器本身結構，既可完成反時限過電流保護，又可完成電流速斷保護，不用額外增加設備，非常簡單經濟。對于采用DL型電流繼電器，其電流速斷保護電路如圖7-26、7-27所示。圖7-26電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護結線圖（按集中表示法繪制）圖7-26、27是同時具有電流速斷和定時限電流保護的結線圖和展開圖7.2高壓配電電網的繼電保護定時限過電流保護：KAl、KA2、KT、KSl、KM構成電流速斷保護：KA3、KA4、KS2、KM構成為了保證保護裝置動作的選擇性,電流速斷保護繼電器的動作電流(即速斷電流)應按躲過它所保護線路末端的最大短路電流（即三相短路電流）來整定。只有這樣，才能避免在后一級速斷保護所保護線路的首端發(fā)生三相短路時，它可能發(fā)生的誤跳閘。（因后一段線路距離很近，阻抗很小，所以速斷電流應躲過其保護線路末端的最大短路電流）。7.2高壓配電電網的繼電保護圖7-27電力線路定時限過電流保護和電流速斷保護展開圖圖7-28線路電流速斷保護的保護區(qū)和死區(qū)-前一級保護應躲過的最大短路電流-前一級保護整定的一次速斷電流7.2高壓配電電網的繼電保護

如圖7-28所示電路中，WLl末端k-1點的三相短路電流，實際上與其后一段WL2首端k-2點的三相短路電流是近乎相等的.

因此可得電流速斷保護動作電流(速斷電流)的整定計算公式為=(7-13)——可靠系數，對DL型繼電器，取1.2～1.3；對GL型繼電器，取1.4～1.5；對脫扣器，取1.8～2。式中2、電流速斷保護的“死區(qū)”及其彌補

在速斷保護區(qū)內，速斷保護作為主保護,過電流保護作為后備保護；而在速斷保護的“死區(qū)”內，則過電流保護為基本保護。3、電流速斷保護的靈敏度電流速斷保護的靈敏度必須滿足的條件是Sp=≥1.5～2(7-14)式中——線路首端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流7.2高壓配電電網的繼電保護圖7-29絕緣監(jiān)測裝置接線圖

圖7-29中在變壓所的母線上接一個三相五芯式電壓互感器，其二次側的星形聯結繞組接有電壓表，以測量各相對地電壓，通過轉換開關測量相間電壓；另一個二次對地繞組接成開口三角形，接入電壓繼電器，用來反應線路單相接地時出現的零序電壓。

7.2.5中性點不接地的單相接地保護1、絕緣監(jiān)測裝置7.2高壓配電電網的繼電保護系統(tǒng)正常運行時，三相電壓對稱，開口三角形兩端電壓接近于零，繼電器不動作，在系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，接地相電壓為零，其它兩相對地電壓升高到倍，開口處出現100V的零序電壓，使繼電器動作，發(fā)出報警的燈光和音響信號。

這種保護裝置簡單，雖給出故障信號，但沒有選擇性，難以找到故障線路。值班人員根據信號和電壓表指示可以知道發(fā)生了接地故障且知道故障的相別，但不能判斷哪一條線路發(fā)生了接地故障。因此這種監(jiān)視裝置可用于出線不太多、并且允許短時停電的供電系統(tǒng)中。2、有選擇性的單相接地保護裝置（1）單相接地時，系統(tǒng)中的電容電流分布如圖7-30

（2）、單相接地保護

如圖7-31，在電力系統(tǒng)正常運行及三相對稱短路時，因在零序電流互感器二次側由三相電流產生的三相磁通相量之和為零，即在零序電流互感器中不會感應山零序電流，繼電器不動作。當發(fā)生單相接地時，就有接地電容電流通過，此電流在二次側感應出零序電流，使繼電器動作，并發(fā)山信號。

架空線路的單相接地保護，一般采用由三個電流互感器同極性并聯所組成的零序電流互感器。如圖7—31（a）圖但一般供電用戶的高壓線路不長，很少采用。7.2高壓配電電網的繼電保護對于電纜線路，則采用圖7—31(b)和專用零序電流互感器的接線。注意電纜頭的接地線必須穿過零序電流互感器的鐵心，否則零序電流(不平衡電流)不穿過零序電流互感器的鐵心,保護就不會動作。

圖7---31零序電流保護裝置a)架空線路用，b)電纜線路用（3）、單相接地保護動作電流的整定

對于架空線路，采用圖7-31a)的電路，電流繼電器的整定值需要躲過正常電流負荷下產生的不平衡電流和其它線路接地時在本線路上引起的電容電流,即=

+

（

）

（7-15）式中——可靠系其值取4～5，保護裝置帶時限時,其值取1.5～27.2高壓配電電網的繼電保護(A)

（7-16）

式中

(A)

Ic≈

（4）、單相接地保護的靈敏度≥1.2

---被保護電路有電氣聯系的總電網電容電流----線路本身電容電流——零序電流互感器的變流比

和

均按公式（1-2）計算

作業(yè)：思考題7-5、7-6、7-9習題：7-1、7-2——正常運行負荷電流不平衡在零序電流互感器輸出端出現的不平衡電流；——其它線路接地時,在本線路的電容電流。如果是架空電路,(A),若是電纜線路

≈

≈

其中線路的額定電壓(kV)；為線路長度(km)。對于電纜電路，則采用圖7-31b)的電路，整定動作電流只需躲過本線路的電容電流即可，因此，——零序電流互感器的變流比。

7.3電力變壓器的繼電保護7.3.1概述

1、高壓側為6—10KV的車間變電所的主變壓器，通常裝設有帶時限的過電流保護和電流速斷保護。如果過電流保護的動作時間范圍為0.5---0.7s，也可不裝設電流速斷保護。

2、容量在800KVA及以上的油浸式變壓器（如安裝在車間內部，則容量在400及以上時），還需裝設瓦斯保護。3、并列運行的變壓器容量（單臺）在400KVA及以上，以及雖為單臺運行但又作為備用電源用的變壓器有可能過負荷時，還需裝設過負荷保護，但過負荷保護只動作于信號，而其他保護一般動作于跳閘。4、是如果單臺運行的變壓器容量在10000KVA及以上、兩臺并列運行的變壓器容量（單臺）在6300KVA及以上時，則要求裝設縱聯差動保護來取代電流速斷保護。高壓側為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓