第6章 供電系統(tǒng)繼電保護(hù)原理

第六章供電系統(tǒng)繼電保護(hù)原理學(xué)習(xí)重點(diǎn)供電系統(tǒng)繼電保護(hù)原理目錄6.1繼電保護(hù)基礎(chǔ)6.2電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護(hù)原理6.3電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù)原理6.4電力變壓器保護(hù)6.5電力電容器的保護(hù)6.6高壓電動機(jī)的保護(hù)6.7母線保護(hù)6.1繼電保護(hù)基礎(chǔ)6.1.1繼電保護(hù)裝置的任務(wù)繼電保護(hù)裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。為了保證安全可靠地供電，電力系統(tǒng)中主要電氣設(shè)備及線路都要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置的任務(wù)是：（1）當(dāng)被保護(hù)設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置迅速動作，有選擇地將故障部分?jǐn)嚅_，以減輕故障危害，防止事故蔓延。（2）當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置一般作用于信號，以便及時(shí)采取措施，防止事故發(fā)生。在供電系統(tǒng)中，為了提高可靠性，除了裝設(shè)繼電保護(hù)裝置外，還設(shè)有各種自動裝置，如自動重合閘、備用電源自動投入裝置等。6.1.2繼電保護(hù)裝置的組成在供電系統(tǒng)中應(yīng)用各種繼電保護(hù)裝置，盡管它們在結(jié)構(gòu)上各不相同，但基本上是由測量、邏輯、執(zhí)行三種功能部分組成，如圖6-1所示?，F(xiàn)分述如下。圖6-1繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖6.1.3繼電器的分類目前繼電器按用途可分為控制繼電器（controlrelay）和保護(hù)繼電器（protectionrelay）兩大類。本章中只討論保護(hù)繼電器。1.電磁式電流繼電器和電壓繼電器當(dāng)前常用的DL-10系列電磁式電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-3所示。圖6-2DL-10系列電磁式電流繼電器的基本結(jié)構(gòu)1-線圈，2－電磁鐵，3－鋼舌片，4－靜觸點(diǎn)，5－動觸點(diǎn)，6－起動電流調(diào)節(jié)螺桿，7－標(biāo)度盤，8－軸承，9－反作用彈簧，10－軸圖6-3

DL-10系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號（a）DL-11型；（b）DL-12型；（c）DL-13型；（d）集中表示的圖形；（e）分開表示的圖形KA12-常閉（動斷）觸點(diǎn)，KA34-常開（動合）觸點(diǎn)過電流繼電器線圈中能夠使繼電器動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流，用表示。過電流繼電器動作后，減小線圈電流到一定值時(shí)，鋼舌片在彈簧的作用下返回起始位置過電流繼電器線圈中能夠使繼電器由動作狀態(tài)返回的最大電流，稱為繼電器的返回電流，用表示。繼電器的返回電流與作電流的比值，稱為繼電器的返回系數(shù)（resettingratio），用表示，即（6-1）2.電磁式時(shí)間繼電器電磁式時(shí)間繼電器（timedelayrelay）在繼電保護(hù)裝置中，用來使保護(hù)裝置獲得所要求的延時(shí)（時(shí)限）。時(shí)間繼電器的文字符號為KT。在供電系統(tǒng)中常用的DS-110、120系列電磁式時(shí)間繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-4所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-5所示。圖6-4DS-110、120系列時(shí)間繼電器的基本結(jié)構(gòu)１－線圈，２－電磁鐵，３－可動鐵心，４－返回彈簧，５、6－瞬時(shí)靜觸點(diǎn)，7－絕緣件，８－瞬時(shí)動觸點(diǎn)，９－壓桿菌，10－平衡錘，11－擺動卡板，12－扇形齒輪，13－傳動齒輪，14－主動觸點(diǎn)，15－主靜觸點(diǎn)，16－標(biāo)度盤，17－拉引彈簧，18－彈簧拉力調(diào)節(jié)器，19－摩擦離合器，20－主齒輪，21－小齒輪，22－掣輪，23、24-鐘表機(jī)構(gòu)傳動齒輪圖6-5

DS-110、120系列時(shí)間繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號(a)DS-111、112、113、121、122、123型；(b)DS-111C、112C、113C型；(c)DS-115、116、125、126型；(d)時(shí)間繼電器的緩吸線圈及延時(shí)閉合觸點(diǎn)；(e)時(shí)間繼電器的緩放線圈及延時(shí)斷開觸點(diǎn)3.電磁式信號繼電器電磁式信號繼電器（signalrelay）在繼電保護(hù)裝置中用來發(fā)出指示信號，信號繼電器的文字符號為KS。在供電系統(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：電流型信號繼電器線圈的特點(diǎn)是阻抗小，串聯(lián)在二次回路內(nèi)，不影響其他二次元件的動作；電壓型信號繼電器線圈的特點(diǎn)是阻抗大，必須并聯(lián)使用。信號繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-6所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-7所示。圖6-6DX-11型信號繼電器的基本結(jié)構(gòu)1－線圈，2－電磁鐵，3－彈簧，4－銜鐵，5－信號牌，6－玻璃窗孔，7－復(fù)位旋鈕，8－動觸點(diǎn)，9－靜觸點(diǎn)，10－接線端子圖6-7DX-11型信號繼電器內(nèi)部接線和圖形符號(a)內(nèi)部接線；（b）圖形符號4.電磁式中間繼電器電磁式中間繼電器（auxiliaryrelay）在繼電保護(hù)裝置中用作輔助繼電器，以彌補(bǔ)主繼電器觸點(diǎn)數(shù)量或觸點(diǎn)容量的不足。其文字符號為KM。供電系統(tǒng)中常用的DZ-10系列中間繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。當(dāng)其線圈通電時(shí)，銜鐵被快速吸向電磁鐵，從而使觸點(diǎn)切換。當(dāng)線圈斷電時(shí)，繼電器快速釋放銜鐵，觸點(diǎn)全部返回起始位置。這種快吸快放的電磁式中間繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號如圖6-9所示。圖6-8DZ-10系列中間繼電器的基本結(jié)構(gòu)1－線圈，2－電磁鐵，3－彈簧，4－銜鐵，5－動觸點(diǎn)，6、7－靜觸點(diǎn)，8－連接線，9－接線端子，10－底座圖6-9DZ-10系列中間繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號(a)DZ-15型;(b)DZ-16型;(c)DZ-17型;(d)圖形符號6.1.4對繼電保護(hù)裝置的基本要求1.選擇性2.快速性3.靈敏性4.可靠性圖6-10單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中有選擇性動作的說明6.2電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護(hù)原理6.2.1電流速斷保護(hù)1.保護(hù)的動作原理與整定計(jì)算圖6-11電流速斷保護(hù)整定計(jì)算說明圖現(xiàn)在以AB線路斷路器處的電流速斷保護(hù)為例來分析電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算原則。首先應(yīng)計(jì)算AB線路各處三相和兩相短路時(shí)的短路電流。若忽略線路的電阻分量，則歸算至斷路器1QF處的系統(tǒng)等效電源的相電勢為，等效電源的阻抗最大值為（稱此時(shí)該等效電源系統(tǒng)為最小運(yùn)行方式），最小值為（稱此時(shí)該等效電源系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式），故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離為，設(shè)每公里線路正序電抗為，則在線路各點(diǎn)三相短路時(shí)最大短路電流和兩相短路時(shí)最小短路電流分別為為了保證電流速斷保護(hù)動作的選擇性，對保護(hù)１來講，其動作電流必須整定得大于k2點(diǎn)短路時(shí)可能出現(xiàn)的最大短路電流，即在最大運(yùn)行方式下變電所Ｂ母線上的三相短路電流。故保護(hù)１處的電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)整定為式中，為電流速斷保護(hù)的可靠系數(shù)，可取1.2-1.3，用于保證在有各種誤差（如元件整定誤差和互感器誤差等）的情況下該保護(hù)在區(qū)外短路時(shí)不動作。（6-2）（6-3）（6-4）速斷保護(hù)的靈敏度，通常用保護(hù)區(qū)長度與被保護(hù)線路全長的百分比來表示，一般要求在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍應(yīng)不小于15％。最小保護(hù)范圍的長度可由最小運(yùn)行方式下兩相短路電流（曲線２）與保護(hù)動作電流（直線３）的交點(diǎn)Ｎ求得。因?yàn)樗裕?-5）(6-6)２．電流速斷保護(hù)的接線電流速斷保護(hù)的原理接線如圖6-12所示。電流繼電器接于電流互感器的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)串聯(lián)信號繼電器而接通斷路器的跳閘線圈。中間繼電器有兩個作用：（1）利用它的觸點(diǎn)接通跳閘回路，起到增加電流繼電器觸點(diǎn)容量的作用。（2）當(dāng)線路上裝設(shè)有管形避雷器時(shí)，利用中間繼電器來增大保護(hù)裝置的固有動作時(shí)間，以避免避雷器放電時(shí)，引起速斷保護(hù)誤動作。一般避雷器放電時(shí)間可能持續(xù)到40ms～60ms，因此利用具有延時(shí)60ms～80ms動作的中間繼電器即可滿足這一要求。圖6-12電流速斷保護(hù)的原理接線圖在個別的情況下，電流速斷保護(hù)也可以保護(hù)線路的全長。如圖6-13所示線路-變壓器組接線。圖6-13線路-變壓器組接線的電流速斷保護(hù)6.2.2限時(shí)電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分，而該線路剩下部分的短路故障必須依靠另外一種電流保護(hù)，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)。對它的要求，首先是在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長，并具有足夠的靈敏度，其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時(shí)限。正是由于它能以較小的時(shí)限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為限時(shí)電流速斷保護(hù)（specifiedtimecurrentquickbreakprotection）。１．限時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理及整定計(jì)算限時(shí)電流速斷保護(hù)的工作原理及整定計(jì)算可用圖6-14說明.

圖6-14限時(shí)電流速斷保護(hù)整定計(jì)算說明以圖6-14的保護(hù)１為例，其限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值為式中，為可靠系數(shù),一般取1.1～1.2。限時(shí)電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)，按最小運(yùn)行方式下仍能可靠地保護(hù)線路全長進(jìn)行校驗(yàn)，對于圖6-14中的保護(hù)裝置１可按下式計(jì)算：式中，指在最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端Ｂ點(diǎn)的兩相短路電流；

（6-7）

(6-8)２．限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線如圖6-15所示

圖6-15限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理接線圖6.2.3定時(shí)限過電流保護(hù)

1.過電流保護(hù)動作電流的整定過電流保護(hù)（overcurrentprotection）通常是指其動作電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置。它在正常運(yùn)行時(shí)不應(yīng)該起動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，則能反應(yīng)于電流的增大而動作，在一般情況下，它不僅能夠保護(hù)本線路的全長，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長，以起到后備保護(hù)的作用。下面以圖6-16所示的斷路器1QF處定時(shí)限過電流保護(hù)為例，其動作電流應(yīng)按以下兩個條件進(jìn)行整定。（1）正常運(yùn)行并伴有電動機(jī)自啟動而流過保護(hù)的最大負(fù)荷電流為時(shí)，該電流保護(hù)不動作，即要求動作電流應(yīng)滿足下式：式中，為電動機(jī)的自啟動系數(shù)，數(shù)值大于1，應(yīng)由電網(wǎng)具體接線和負(fù)荷性質(zhì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等因素確定；為正常情況下流過被保護(hù)線路的可能的最大負(fù)荷電流。圖6-16過電流保護(hù)動作電流的整定計(jì)算說明（6-9）（2）故障線路的定時(shí)限過電流保護(hù)在故障切除后，且下一母線有電動機(jī)啟動而流過最大負(fù)荷電流時(shí)，應(yīng)能可靠返回，即要求保護(hù)裝置1的返回電流滿足下式：即式中，――可靠系數(shù)，一般采用1.15～1.25；由于保護(hù)裝置的起動與返回是通過電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的，因此，由返回系數(shù)公式，一般采用0.85，則保護(hù)裝置的起動電流為（6-10）（6-11）（6-12）2.過電流保護(hù)動作時(shí)限的整定圖6-17過電流保護(hù)動作時(shí)限的選擇說明6.2.4三段式電流保護(hù)裝置

1.三段式電流保護(hù)的構(gòu)成由于電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長，限時(shí)電流速斷又不能作為相鄰線路的后備保護(hù)，因此輸電線路通常采用三段式電流保護(hù)（threestepcurrentprotection），即由電流速斷作為第Ⅰ段保護(hù)，限時(shí)電流速斷作第Ⅱ段保護(hù)，定時(shí)限過電流作為第Ⅲ段保護(hù)，構(gòu)成一整套保護(hù)裝置。第Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段的動作電流分別對應(yīng)前述、、。圖6-18三段式電流保護(hù)配合的示例2.三段式電流保護(hù)裝置的原理接線圖圖6-19三段式電流保護(hù)的原理接線6.2.5電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化較大時(shí),電流速斷保護(hù)靈敏度可能不滿足要求（保護(hù)范圍很小，甚至于沒有保護(hù)區(qū)），此時(shí)可采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)（currentblockedvoltagequickbreakprotection），以提高保護(hù)的靈敏度。電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)原理接線如圖6-20所示圖6-20電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)原理接線為了提高保護(hù)的靈敏度又不至于失去選擇性，電流和電壓繼電器的動作值均可按正常運(yùn)行方式下保證本線路75％長度的保護(hù)范圍進(jìn)行整定。如圖6-21中斷路器１處電流、電壓的一次動作值分別為（6-13）（6-14）式中，為正常運(yùn)行方式下歸算到保護(hù)安裝處的等效電源阻抗；為正常運(yùn)行方式下無時(shí)限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，即＝75％。動作值和及其對應(yīng)的線路長度如圖6-21所示。圖中，給出了被保護(hù)線路各點(diǎn)短路時(shí)母線I上殘余線電壓的變化曲線。為了躲開線路末端故障以保證選擇性，電流繼電器整定值和電壓繼電器整定值之間應(yīng)滿足可靠系數(shù)的要求，即式中，為可靠系數(shù)，一般取1.3（6-15）6.2.6電流保護(hù)的接線方式電流保護(hù)的接線方式是指保護(hù)中電流互感器與電流繼電器之間的連接方式。對于相間短路保護(hù)常用的接線方式有三相星形接線（又稱完全星形接線方式）、兩相星形接線（又稱不完全星形接線方式）、兩相單繼電器的兩相電流差接線。如圖6-22所示。圖6-22電流互感器的接線圖6-23小接地電流電網(wǎng)中發(fā)生兩點(diǎn)接地分析表6-1圖6-23中兩條線路上兩相兩點(diǎn)接地各種組合時(shí)的保護(hù)動作情況

6.2.7電流、電壓保護(hù)的性能分析1.電流電壓保護(hù)的選擇性2.電流電壓保護(hù)的動作速度3.電流電壓保護(hù)的靈敏度4.電流電壓保護(hù)的可靠性6.2.8三段式電流保護(hù)計(jì)算實(shí)例如圖6-24所示，35kV網(wǎng)絡(luò)中每條線路的斷路器上均裝有三段式電流保護(hù)。已知電源最大、最小等效阻抗分為,

。線路阻抗為，；線路WL2的過流保護(hù)時(shí)限為2.5s，線路WL1最大負(fù)荷電流為150A；電流互感器采用兩相星形接線，其變比為300/5。試計(jì)算WL1各段保護(hù)動作電流及動作時(shí)限，校驗(yàn)保護(hù)的靈敏系數(shù)。圖6-24三段式電流保護(hù)計(jì)算實(shí)例示意圖解（1）計(jì)算k2、k3點(diǎn)最大、最小運(yùn)行方式下的三相短路電流。對于K2點(diǎn)：對于K3點(diǎn):（2）線路WL1的斷路器1QF處電流保護(hù)第Ⅰ段整定計(jì)算，即電流速斷保護(hù)①保護(hù)裝置一次動作電流的計(jì)算：②保護(hù)裝置二次側(cè)動作電流，即繼電器的動作電流：③最小靈敏系數(shù)的校驗(yàn)。根據(jù)式（6-6）可得，在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍（對應(yīng)的線路長度的阻抗）：（3）線路WL1的斷路器1QF處電流保護(hù)第II段整定計(jì)算，即限時(shí)電流速斷保護(hù)。①考慮到斷路器1QF處的第Ⅱ段的動作電流應(yīng)和相鄰線路WL2的電流速斷相配合，故首先要計(jì)算線路WL2的電流速斷的動作電流：②線路WL1電流保護(hù)第段的動作電流：③繼電器的動作電流

④動作時(shí)限應(yīng)與WL2的電流速斷相配合，，

則⑤校驗(yàn)電流保護(hù)第II段靈敏系數(shù)（4）線路WL1的斷路器1QF處電流保護(hù)第III段整定計(jì)算。①定時(shí)限過電流保護(hù)一次側(cè)動作電流的計(jì)算，根據(jù)式（6-12）

合格②繼電器的動作電流：③動作時(shí)限應(yīng)與WL2的過電流保護(hù)動作相配合，④靈敏系數(shù)的校驗(yàn)：近后備保護(hù)，

遠(yuǎn)后備保護(hù)，

合格合格6.3電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù)原理6.3.1方向電流保護(hù)的作用原理隨著電力工業(yè)的發(fā)展和用戶對供電可靠性要求的提高，現(xiàn)代供電系統(tǒng)實(shí)際上都是由多個電源組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。如圖6-25所示為兩側(cè)電源輻射型電網(wǎng)。圖6-25雙側(cè)電源輻射形電網(wǎng)圖6-26雙側(cè)電源方向過流保護(hù)時(shí)限特性圖6-27具有方向性的過電流保護(hù)的單相原理接線6.3.2功率方向繼電器的工作原理(a)圖6-28功率方向繼電器工作原理（a）系統(tǒng)接線；（b）正向故障時(shí)；（c）反向故障時(shí)因此功率方向繼電器（directionalpowerrelay）的工作原理，實(shí)際就是判斷母線電壓和線路斷路電流之間的相位角，這種功率方向繼電器的動作方程可表示為≤≤式中，arg表示求相量的幅角，即分子的相量超前于分母相量的角度。其動作特性可用圖6-29(a)所示相量圖表示。(6-16)圖6-29功率方向繼電器的動作特性在實(shí)際應(yīng)用中，為適應(yīng)判斷各種正方向短路故障時(shí)，功率方向繼電器的測量功率最大，具有最好的靈敏性，繼電器中應(yīng)有可以調(diào)整的內(nèi)角α（interiorangle），這時(shí)功率方向繼電器的動作方程為：或≤≤

(6-17)≤≤

(6-18)

(6-19)這時(shí)繼電器的動作條件可以表示為6.3.3方向電流保護(hù)的整定原則1.保護(hù)裝置的動作時(shí)間≤≤

(6-20)圖6-30方向過電流保護(hù)時(shí)限整定配合2.保護(hù)裝置的起動電流方向過電流保護(hù)的電流繼電器是用來保證在正常情況下保護(hù)裝置不誤動，而在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)能可靠動作，它按以下3個條件來整定。（1）躲過最大負(fù)荷電流（2）躲過非故障相電流（3）相鄰線路靈敏度要相配合3.保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)6.4電力變壓器保護(hù)6.4.1概述根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：（1）為反應(yīng)油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對于0.8MVA及以上的油浸變壓器和戶內(nèi)0.4MVA以上的變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。（2）為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路，以及中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)（longitudinaldifferentialprotection）或電流速斷保護(hù)。對于6.3MVA及以上并列運(yùn)行變壓器和10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行變壓器，以及6.3MVA及以上的廠用變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)；對于10MVA以下變壓器其過電流保護(hù)的時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；對于2MVA以上變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏度不滿足要求時(shí)，也應(yīng)裝設(shè)縱差動保護(hù)。（3）為反應(yīng)外部相間短路引起的過電流和作為瓦斯、縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。（4）為反應(yīng)直接接地系統(tǒng)外部接地短路，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。（5）為反應(yīng)過負(fù)荷應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。（6）為反應(yīng)變壓器過勵磁應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)。6.2.4變壓器的瓦斯保護(hù)

1-變壓器油箱，2-聯(lián)通管，3-氣體繼電器，4-油枕圖6-31瓦斯繼電器安裝示意圖1-蓋，2-容器，3-上油杯，4-永久磁鐵，5-上動觸點(diǎn)，6-上靜觸點(diǎn)，7-下油杯，8-永久磁鐵，9-下動觸點(diǎn)，10-下靜觸點(diǎn)，11-支架，12-下油杯平衡錘，13-下油杯轉(zhuǎn)軸，14-擋板，15-上油杯平衡錘，16-上油杯轉(zhuǎn)軸，17-放氣閥，18-接線盒圖6-32開口杯擋板式瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)圖

圖6-33瓦斯保護(hù)原理接線圖6.4.3變壓器的電流速斷保護(hù)圖6-34變壓器電流速斷保護(hù)的原理接線圖速斷保護(hù)的動作電流，按躲過變壓器外部故障（如k1點(diǎn)）的最大短路電流整定，即變壓器電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)按保護(hù)安裝處（K2點(diǎn)）的最小兩相電流校驗(yàn)，即（6-21）（6-22）電流速斷保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，動作迅速。但作為變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)它存在以下缺點(diǎn)：（1）當(dāng)系統(tǒng)容量不大時(shí)，保護(hù)區(qū)很短，靈敏度達(dá)不到要求。（2）在無電源一側(cè)，套管引出線的故障不能保護(hù)，要依靠過電流保護(hù)，這樣切除故障時(shí)間長，對系統(tǒng)安全運(yùn)行影響較大。（3）對于并列運(yùn)行的變壓器，負(fù)荷側(cè)故障時(shí)，如無母聯(lián)保護(hù)，過流保護(hù)將無選擇性地切除所有變壓器。6.4.4變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)

1．保護(hù)原理及不平衡電流圖6-35變壓器差動保護(hù)單相原理接線（a）雙繞組變壓器；（b）三繞組變壓器由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證差動保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個二次電流相等，例如在圖6-35(a)中，應(yīng)使即

(6-23)不平衡電流產(chǎn)生的原因和克服的辦法。電流互感器的影響變壓器勵磁涌流的影響由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流對于電力系統(tǒng)常用的Y，d11接線方式的變壓器，其兩側(cè)電流之間有30°相位差。如果此時(shí)變壓器兩側(cè)的電流互感器仍采用相同的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會有一個差動電流流入繼電器。為消除相位差造成的不平衡電流，通常采用相位補(bǔ)償?shù)姆椒?，即變壓器星形?cè)的3個電流互感器二次接成三角形，而將變壓器三角側(cè)的3個電流互感器接成星形，使相位得到校正，如圖6-36所示。圖6-36Y，d11接線的變壓器兩側(cè)電流互感器的接線及電流相量圖（a）接線；（b）相量圖按圖6-36接線進(jìn)行相位校正后，高壓側(cè)保護(hù)臂中電流比該側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大倍，為使正常負(fù)荷時(shí)兩側(cè)保護(hù)臂中電流相等，故此時(shí)選擇變比的條件是：（6-24）2．變壓器差動保護(hù)的整定計(jì)算（1）差動保護(hù)起動電流的整定原則①在正常運(yùn)行情況下，為防止電流互感器二次回路斷線時(shí)引起差動保護(hù)誤動作，保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)大于變壓器的最大負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷電流不能確定時(shí)，可采用變壓器的額定電流，則保護(hù)裝置的動作電流為②躲開保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大不平衡電流，此時(shí)繼電器的啟動電流應(yīng)為（6-25）（6-26）為保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大不平衡電流，可按下式來確定：式中，為電流互感器容許的最大相對誤差，取0.1；為電流互感器的同型系數(shù)，取1；為由帶負(fù)荷調(diào)壓所引起的相對誤差，如果電流互感器二次電流在相當(dāng)于被調(diào)節(jié)變壓器額定抽頭的情況下牌平衡時(shí)，則等于電壓調(diào)整范圍的一半；為由于所采用的互感器變比或平衡線圈的匝數(shù)與計(jì)算值不同，所引起的相對誤差，取實(shí)際計(jì)算值；為保護(hù)范圍外部最大短路電流歸算到二次側(cè)的數(shù)值。③躲開變壓器勵磁涌流的影響，即（2）差動保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)變壓器差動保護(hù)的靈敏系數(shù)可按下式來校驗(yàn)（6-27）（6-29）3.采用BCH-2型差動繼電器保護(hù)構(gòu)成的差動保護(hù)變壓器差動保護(hù)繼電器必須具有躲過勵磁涌流和外部短路故障的能力，而保護(hù)區(qū)內(nèi)故障應(yīng)可靠動作。由圖6-37可得，A、B、C各心柱的總磁通、、分別為（6-30）（6-31）（6-32）圖6-37BCH-2型差動繼電器結(jié)構(gòu)圖圖6-38BCH-2型差動繼電器內(nèi)部電路圖6.4.5變壓器相間短路的后備保護(hù)變壓器相間短路的后備保護(hù)既是差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。根據(jù)變壓器容量和系統(tǒng)短路電流水平的不同，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方式有過電流保護(hù)、低電壓啟動的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等。1.變壓器過電流保護(hù)對于單側(cè)電源的變壓器，過電流保護(hù)裝置的電流互感器安裝在電源側(cè)，保護(hù)動作時(shí)切除變壓器各側(cè)開關(guān)。變壓器過流保護(hù)的原理接線圖如圖6-39所示，其工作原理與定時(shí)限過電流保護(hù)相同。保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)按躲開變壓器的最大負(fù)荷電流來整定。圖6-39變壓器過電流保護(hù)原理接線3.復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)的原理接線如圖6-40所示，這種保護(hù)是低電壓啟動過電流保護(hù)發(fā)展來的。它的電壓取樣部分由有一個負(fù)序電壓繼電器KVN和一個接于線電壓上的低電壓繼電器KV所組成。圖6-40復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)的原理接線保護(hù)裝置中電流繼電器和低電壓繼電器KV的整定原則與低電壓啟動過電流保護(hù)相同。負(fù)序電壓的啟動電壓按躲開正常運(yùn)行方式時(shí)的最大不平衡電壓來整定，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可取復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小，因此，在不對稱短路時(shí)，電壓元件的靈敏度高；（2）當(dāng)經(jīng)過變壓器后面發(fā)生不對稱短路時(shí)，電壓元件的工作情況與變壓器的接線方式無關(guān)；（6-33）（3）在三相短路時(shí)，如果由于瞬間出現(xiàn)負(fù)序電壓，使繼電器KVN和KV動作，則在負(fù)序電壓消失后，KV又接于線電壓上，這時(shí)只要繼電器KV不返回，就可以保證保護(hù)裝置繼續(xù)處于動作狀態(tài)。由于低電壓繼電器返回系數(shù)大于1，因此，實(shí)際上相當(dāng)于靈敏系數(shù)能提高（其值為1.15～1.2）倍。6.5電力電容器的保護(hù)6.5.1概述1.電容器故障類型及其保護(hù)方式（1）電容器組與斷路器之間連線的短路（2）單臺電容器內(nèi)部極間短路（3）電容器組多臺電容器故障2.電容器組的不正常運(yùn)行及其保護(hù)方式（1）電容器組的過負(fù)荷（2）母線電壓升高（3）電容器組失壓6.9電力電容器的保護(hù)

一、電容器組的故障類型和應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)故障類型電容器組和斷路器之間連線上的短路；電容器組內(nèi)部故障及其引出線上的短路；電容器組回路內(nèi)的單相接地短路；個別電容器的切除而引起的過電壓等。應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)每臺電容器應(yīng)裝設(shè)熔斷器進(jìn)行保護(hù)；對于多臺電容器連接而成的電容器組，應(yīng)根據(jù)連接方式的不同裝設(shè)過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、橫差保護(hù)等。二、電容器組的過電流保護(hù)動作電流：躲過電容器投運(yùn)時(shí)的沖擊電流，即式中，Krel取2～2.5。靈敏度校驗(yàn)

：≥1.5式中，為最小運(yùn)行方式下，電容器組首端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流。動作時(shí)限

：保護(hù)裝置可不帶時(shí)限或帶0.1～0.2s的短時(shí)限。三、電容器組的橫差保護(hù)橫差保護(hù)的接線圖6-61電容器中性線電流平衡保護(hù)原理接線圖中性線電流平衡保護(hù)：主要用于保護(hù)雙星形接線電容器組的內(nèi)部故障，其原理接線圖如圖6-61所示。橫聯(lián)差動保護(hù)：用于保護(hù)雙三角形接線電容器組的內(nèi)部故障，其原理接線圖如圖6-62所示。圖6-62電容器組橫聯(lián)差動保護(hù)原理接線圖橫差保護(hù)的動作電流為了防止誤動作，保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)電流互感器二次側(cè)差動回路中的最大不平衡電流，即單臺電容器內(nèi)部有50%～75%的串聯(lián)元件擊穿時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)有足夠的靈敏度，即式中，Krel取2。式中，Ks為橫差保護(hù)的靈敏系數(shù)，取1.5；Idsq為一臺電容器內(nèi)部50%~75%串聯(lián)元件擊穿時(shí)二次回路中的不平衡電流。四、電容器組的過電壓保護(hù)當(dāng)電容器組所接母線電壓升高時(shí)，為保護(hù)電容器組不致?lián)p壞，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)，延時(shí)動作于信號或跳閘。過電壓繼電器的動作電壓按母線電壓不超過110%額定電壓整定，即式中，Ku為為電壓互感器的變比；

UNC為電容器的額定電壓。6.5.2電容器組與斷路器之間連線短路故障時(shí)的電流保護(hù)電容器組與斷路器之間連線的短路故障應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)外部故障的過電流保護(hù)，圖6-41為采用三相三繼電器式接線的過電流保護(hù)原理接線圖。圖6-41電容器組采用三相三繼電器式接線的過電流保護(hù)原理接線電流繼電器的動作電流可按照下式整定（6-34）保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)可按下式進(jìn)行校驗(yàn)（6-35）6.5.3電容器組的橫聯(lián)差動保護(hù)雙三角形連接電容器組的內(nèi)部故障，常采用如圖6-42所示的橫聯(lián)差動保護(hù)（transversedifferentialprotection）。圖6-42電容器組的橫聯(lián)差動保護(hù)原理接線圖電流繼電器的動作值可按以下兩個原則計(jì)算：（1）為了防止誤動作，電流繼電器的整定值必須躲開正常運(yùn)行時(shí)電流互感器二次回路中由于各臂的電容量的不一致而引起的最大不平衡電流，即（2）在某臺電容器內(nèi)部有50%～70%串聯(lián)元件擊穿時(shí)，保證裝置有足夠的靈敏系數(shù)，即（6-36）（6-37）6.6高壓電動機(jī)的保護(hù)6.6.1概述電動機(jī)的主要故障是定子繞組的相間短路，其次是單相接地故障。6.6.2電動機(jī)的相間短路保護(hù)1.電流速斷保護(hù)電動機(jī)的電流速斷保護(hù)通常用兩相式接線，如圖6-43(a)所示。當(dāng)靈敏度允許時(shí)，可采用兩相電流差的接線方式，如圖6-43(b)所示。6.8電動機(jī)保護(hù)一、電動機(jī)的故障類型和應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)故障類型故障定子繞組的相間短路一相繞組的匝間短路單相接地短路異常運(yùn)行狀態(tài)：過負(fù)荷、低電壓、同步電機(jī)失步和失磁等應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)相間短路保護(hù)對2000kW以下的電動機(jī)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；對2000kW以上和2000kW以下速斷保護(hù)靈敏度不滿足的電動機(jī)，應(yīng)裝設(shè)差動保護(hù)。接地短路保護(hù)：用于接地電容電流大于5A的情況。單相接地電流為10A及以下時(shí)動作于信號或跳閘；單相接地電流大于10A時(shí)動作于跳閘。過負(fù)荷保護(hù)：對易發(fā)生過負(fù)荷的電動機(jī)應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動作于信號、跳閘或減負(fù)荷。低電壓保護(hù)為保證重要電動機(jī)的自起動，對不重要的電動機(jī)應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)；對不需要自起動的電動機(jī)，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)；對需要參加自起動，但在電源電壓長時(shí)間消失后自起動有困難的電動機(jī)，也要裝設(shè)低電壓保護(hù)。二、電動機(jī)的相間短路保護(hù)1．電流速斷保護(hù)動作電流：躲過電動機(jī)的起動電流，即式中，Krel取1.4～1.6（DL型）或1.8～2（GL型）。靈敏度校驗(yàn)

：≥2

式中，為電動機(jī)出口最小兩相短路電流。在小接地電流系統(tǒng)中，可采用兩相不完全星形接線；若靈敏度能夠滿足要求，也可采用兩相電流差接線方式。2．縱聯(lián)差動保護(hù)在小接地電流系統(tǒng)中，可采用兩相式接線，選用兩個BCH-2型或DL-11型繼電器構(gòu)成差動保護(hù)，如圖6-58所示。動作電流：躲過電動機(jī)的額定電流，即式中，Krel取0.5～1（BCH-2型）或1.2～1.5（DL-11）型。靈敏度校驗(yàn)

：同上，要求Ks≥2。

圖6-58電動機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)原理接線圖a）由DL－11型電流繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)b）由BCH－2型差動繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)三、電動機(jī)的單相接地保護(hù)當(dāng)小接地電流系統(tǒng)中接地電容電流大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)單相接地保護(hù)。電動機(jī)的單相接地保護(hù)一般采用零序電流保護(hù)，如圖6-59所示。圖6-59電動機(jī)零序電流保護(hù)原理圖動作電流：躲過電動機(jī)本身的故障電容電流，即式中，Krel取4~5；為電動機(jī)外部單相接地故障時(shí)，流經(jīng)被保護(hù)電動機(jī)的最大接地電容電流。靈敏度校驗(yàn)

：≥1.25～1.5式中，為電動機(jī)外部單相接地故障時(shí)，流經(jīng)被保護(hù)電動機(jī)的最小接地電容電流。四、電動機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)動作電流：躲過電動機(jī)額定電流，即式中，Krel取1.05～1.1（保護(hù)動作于信號時(shí)）或

1.2～1.25（保護(hù)動作于減負(fù)荷或跳閘時(shí)）；Kre取0.85。動作時(shí)間：一般取15～20s。五、電動機(jī)的低電壓保護(hù)低電壓保護(hù)的動作電壓和動作時(shí)限整定當(dāng)電源電壓短時(shí)降低或中斷后又恢復(fù)時(shí)，為保證重要電動機(jī)的自起動，需要對次要電動機(jī)裝設(shè)0.5s時(shí)限的低電壓保護(hù)，電壓整定值一般為電動機(jī)額定電壓的60%～70%。對不允許或不需要參加自起動的電動機(jī)，應(yīng)