建筑电气第五章.ppt

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1、5 继电保护,目录,在供配电系统的运行过程中，往往由于电气设备的绝缘损坏、操 作维护不当以及外力破坏等原因，造成系统故障或不正常的运行状 态。在供配电系统中最常见的故障和不正常运行状态为断线、短路、 接地及过载。为了保证供电系统的安全可靠运行，避免过载引起的过 电流或短路产生的故障电流对系统的影响，因此在供电系统中需装设 不同类型的保护装置。保护装置的作用是：在发生故障时自动检测出 故障，迅速而有选择地将故障区域从供电系统中切除，以免系统设备 继续遭到破坏。另一作用是及时发现系统中不正常运行，如过载、欠 电压等情况时，能发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。,5.1 绪论,5.1 绪

2、论,供配电系统常用保护装置的类型主要有： (1) 继电保护用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合， 构成继电保护装置。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电 系统中。 (2) 熔断器保护适用于高低压供电系统。由于装置简单经济，在 供电系统中广泛应用，但是它的断流能力较小、选择性差，熔体熔断 后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场 所不宜用。 (3) 低压断路器保护又称低压自动开关保护。由于低压断路器带 有多种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等， 而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁 操作的低压供电系统中广泛应用。,5.1

3、绪论,继电保护装置最早是以机电式继电器构成为主的，当代的继电保 护装置虽然已发展到以微机或可编程序控制器为主构成，但仍然沿用 “继电保护”一词。 继电保护装置的基本任务是： 迅速、有选择性地将故障元件从系统中切除，使其免于继续遭受 破坏，并保证其他恢复正常运行。 反应不正常运行状态，发出相应信号，由运行人员进一步处理或 自动进行调整，也可以延时将继续运行会引起事故的电气元件切除。 与供配电系统中其他自动化装置（如重合闸）配合，采取预定措 施，尽快恢复供电，缩短事故停电时间，提高系统运行可靠性。,动作于跳闸的继电保护，在技术层面上应满足四个基本要求，即 选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 1. 选

4、择性 选择性是指当供配电系统发生故障时，保护动作只切除故障设 备，最大限度地缩小停电范围，保证系统中非故障设备继续运行。 满足选择性要求的做法是：由距故障点最近的电源侧断路器动作 切除故障。 2. 速动性 为了防止事故扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳 定性，在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，迅速切除故障。,5.1 绪论,5.1 绪论,故障切除时间为保护装置动作时间和断路器动作时间之和。一 般的快速保护动作时间在0.060.12s；一般断路器的动作时间为 0.060.15s。 3. 灵敏性 指保护装置在其保护范围内对故障或不正常运行状态的反应能 力。如果保护装置对其保护区内极轻微

5、的故障都能及时地反应动 作，就说明保护装置的灵敏性高。 4. 可靠性 保护装置的可靠性是指在保护范围内发生了它应该动作的故障 时，不应该拒绝动作；而在任何不属于它应该动作的情况下，则不 应该误动作。,1. 继电保护工作原理 供配电系发生故障或不正常运行状态，电气物理量会改变。会引 起电流的增加和电压的降低，以及电流、电压间相位角的变化，出现 负序和零序分量等等。继电器是在电气物理量达到规定值时，其电气 输出电路被接通或分断的自动电器。它是组成继电保护装置的基本元 件。常见的继电保护有： 反映电流增大的电流速断、带时限的过电流保护。 反映电压改变的低电压或过电压保护。 根据故障时被保护元件两端电

6、流相位和大小的变化，可构成差动 保护。,5.1 绪论,5.1 绪论, 既反映电流又反映电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护。 根据接地故障出现的零序分量，可构成零序电流保护等。 除了反映各种电气物理量而动作的保护外，还有反应非电参数 的保护装置，如电力变压器的气体(瓦斯)保护、温度保护等。 传统的模拟型继电保护一般工作原理如图5.1所示。它由测量部 分、逻辑部分和执行部分组成的。 1）测量部分 测量部分作用是测量被保护对象的输入物理量，如电 流、电压等等，以确定系统是否发生了短路故障或出现不正常运行 状态。 2）逻辑部分 根据测量部分各输出量的大小、性质、先后顺序及它,5.1 绪论,们的组

7、合等进行逻辑判断，以确定保护装置的动作，并向执行部分发 出相应信号。 3）执行部分 根据逻辑部分传送的判断结果，最后完成保护装置的 任务。如故障时，发出切除故障的跳闸脉冲；不正常运行时，发出指 示信号；或者根据保护的选择性，不予动作等。 2. 继电保护分类 供配电系统继电保护根据被保护对象不同，有输配电线保护和电 气设备保护(如发电机、变压器、电动机、母线、电容器等保护)。 根据保护的动作原理可分为：过电流保护、欠电压保护、差动保 护、功率方向保护等。 按保护作用，可分为主保护、后备保护和辅助保护和异常运行保 护。,5.1 绪论,1) 主保护 在保护范围内发生各种类型的故障都能能以最快速度有选

8、择的 切除故障的保护。 2) 后备保护 当主保护动作失败后，用以切除故障的保护；分为近后备、远 后备保护。 近后备是当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护实现 后备的保护；或当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备 保护。 远后备是当保护切除故障失败，由相邻设备或线路的保护来实 现的后备。,5.1 绪论,3) 辅助保护 考虑到主保护和后备保护退出运行或者补充主保护及后备保护 的性能而设置的保护。 4) 异常运行保护 反应被保护对象(输配电线路或电力设备)异常运行状态而动作 的保护。,电流互感器的接线，是指电流互感器二次线圈与电流继电器线 圈之间的电气连接方式。为了表示实际流入继电器线圈

9、的电流Ij与 电流互感器二次侧电流I2的关系，引入接线系数Kj的概念。Kj表示 实际流入继电器的电流Ij与电流互感器二次侧电流I2之比值，即： （5-1） 1. 三相三继电器完全星形接法 此接线由接成星形的三只电流互感器和三只电流继电器构成。 由于每相都装有电流互感器，并且每个电流互感器回路均有电流继 电器，因此可以反映出三相、两相和单相短路以及中性点直接接地 电网中的单相接地短路故障。,5.2 互感器接线,5.2 互感器接线,三相三继电器完全星形接法，其接 线系数Kj=1。 2. 两相两继电器不完全星形接法 接线方式如图5.4所示。中相(B相)不 装设电流互感器，当B相发生单相短路与 单相接

10、地故障时不能起保护作用。两相两 继电器不完全星形接法又称为“V”形接法， 可以提供三相、两相短路保护，其接线系 数Kj=1。 两相两继电器不完全星形接法作为过 电流保护应用于此电压等级的供配电网络 较为合适。,图5.3 电流互感器三相完全星形接法,图5.4电流互感器两相不完全星形接法,5.2 互感器接线,3. 两相一继电器差接法 此接法流过电流继电器的电流 是两相 互感器二次电流的相量差。正常工作和三相 短路时，三相电流对称。A、C两相电流互感 器二次侧电流大小相等，相位差120，流过 电流继电器的电流 数值上等于电流互感器 二次电流的倍，接线系数。 A、B两相或C、B两相短路时，仅一只电流互

11、感器二次侧有短路 电流，所以接线系数Kj=1。 A、C两相短路时，两只电流互感器的二次侧短路电流与在数值 上相等，相位差180，所以接线系数Kj=2。 两相一继电器差接法能构成三相、两相短路保护，不过保护灵 敏度会随相间短路的类型而变。,图5.5电流互感器的两相差接法,5.3 高压线路继电保护,发生短路故障时，高压供配电线路上的电流急剧增大同 时电压降低，利用这个特点可以构成电流电压保护。当线路 电流大过启动电流值或低于启动电压值时动作。 高压供配电线路上的电流保护依据启动参数整定原则的 不同可分为：不带时限的电流速断保护、带时限的电流速断 保护和定时限过流保护三种。,1. 动作原理与参数整定

12、 不带时限电流速断属于瞬动保护，它的动作不带时限(仅有 继电器本身固有动作时间)，用最短的时间切除故障，以满足继 电保护的速动性要求。为保证其选择性，动作电流按躲过被保 护线路末端最大短路电流来整定。这种保护装置称为不带时限 的电流速断保护。 不带时限电流速断保护又称为段电流保护，其整定原理 用图5.7加以说明。,5.3 高压线路继电保护,5.3 高压线路继电保护,图5.7是单侧电源供电线路，不带 时限电流速断保护设在线路的电源侧， 其动作电流按躲开相邻下一级线路出 口处(k-2点)短路条件来整定。因保护 范围末端(k-1点)短路的电流值与相邻 下一段线路首端(k-2点)的短路电流值 几乎相等

13、，所以不带时限电流速断保 护的动作电流值也可按躲开本线路末 端(k-1点)短路来整定。 所谓“躲开”的意思是指：速断保护KA1的一次动作电流 大 于在最大运行方式下(k-1点)三相短路时流过被保护元件的短路电 流，即：,5.3 高压线路继电保护,（5-2） （5-3） 式中： I段电流保护可靠系数，当采用DL型电磁式电流继电器 时，取1.21.3；当采用GL型感应式电流继电器时，取1.41.5；对 过电流脱扣器取1.82。 最大运行方式下，线路末端(k-1点)三相短路时，一次侧 短路电流周期分量有效值； 段电流保护的二次整定电流； Kj电流互感器变比。,5.3 高压线路继电保护,从图5.7中可

14、看出，从电源侧开始短路电流的数值沿着线路呈递 减分布。因不带时限电流速断保护的动作电流值是在末端最大短路 电流基础上乘上大于一的系数得到，所以保护的最大范围小于线路 WL1的全长。在线路末端短路时保护将不动作，被称为死区。死区 的范围会随着运行方式、短路类型的不同而变化。 因为不带时限电流速断保护不能保护线路的全长，其灵敏度 按保护安装处(即线路首端)最小运行方式下两相短路电流进行校 验。 （5-4）,不带时限电流速断保护不能 切除死区内的故障，必须由另外 的保护来负责。因此线路上考虑 再增设第二套保护即段电流速 断保护。 第段电流速断保护要求在 任何情况下都能保护线路全长， 其保护范围必然延

15、伸到相邻下一 段线路中，如图5.8所示。,5.3 高压线路继电保护,5.3 高压线路继电保护,图5.8中WL1线路的第段电流速断保护的一次电流动作值 是在下一段WL2不带时限电流速断保护(即段)的一次电流动作值 基础上再乘上段可靠系数 得到的，即： （5-5） 第段电流速断保护二次电流整定值 为： （5-6） WL1线路的第段电流速断保护，其保护范围延伸到下一段相 邻线路前端，与下一段WL2线路不带时限电流速断保护保护范围有 重叠。 第段电流速断保护为了具有选择性，必须带有时限。当下一 段相邻线路前端短路时，下一段段电流速断保护先于本段第段 电流速断保护动作切除故障，同时为了保证速动性的要求，

16、通常所,5.3 高压线路继电保护,带时限只比不带时限电流速断保护高一个时限的级差t，所以称它 为带时限电流速断保护。 在图5.8中，WL1线路的带时限电流速断保护的动作时限 高 于下一段线路WL2不带时限电流速断保护动作时限 一个t，即： （5-7） 时限级差t原则上是尽量的短，一般t在0.30.7s，可取0.5s。 带时限电流速断保护能够保护线路全长，校验段灵敏度 要 用本段线路末端发生短路故障时的最小两相短路电流 ，即系统 最小运行方式下，线路末端发生两相短路电流。 （5-8）,带时限的过电流保护包括定时限和反时限过电流保护。其动作电 流值按躲过线路最大负荷电流整定。并且考虑到线路最大负荷

17、电流通 过保护装置可能引起的误动作，还要求其返回电流也要大于线路最大 负荷电流。带时限的过电流保护以时限来保证动作的选择性。因启动 电流相对较小，当电网发生短路故障时，它不仅能保护本条线路全 长，而且也能保护相邻下一级线路的全部。既可作近后备保护，也可 作远后备保护。 1. 定时限过流保护 所谓定时限过流保护装置，就是保护装置的动作时限是一定的， 不随通过保护装置电流大小的变化而变化。定时限过流保护是电流保,5.3 高压线路继电保护,5.3 高压线路继电保护,护的第段，简称过流保护。其启动 以后的动作时限是固定的，不随通过 电流的大小而变。 图5.9所示为单侧电源电网中过流 保护的配置。图中，

18、TA1、TA2、 TA3假定全为过流保护，分别安置 在线路WL1、WL2和WL3的电源侧。 若在线路WL3上k-3点发生短路，短路电流将由电源经过线路WLl、 WL2、WL3流至k-3点。短路电流大于各级保护装置的动作电流时， 三套保护装置将同时启动。但是根据保护装置选择性的要求，应该 由距k-3故障点最近的保护装置KA3动作，使断路器QF3跳闸，切除 故障。而保护装置KA1、KA2则应在故障切除后立即返回。所,5.3 高压线路继电保护,以要求各保护装置整定时限不同，越靠近电源侧时限越长，即： （5-9） （5-10） （5-11） 图5.9表明：定时限过流保护之间动作时限的配合曲线为阶梯形

19、状。从线路未端到电源侧逐级增加，越靠近电源，过电流保护的动 作时限越长。各段保护的动作时限固定，与通过电流的大小无关。 定时限过流保护的动作电流值，是按其返回电流躲开通过最大 负荷电流整定的，即： （5-12） （5-13） 式中： 过电流保护的可靠系数。,5.3 高压线路继电保护,因动作电流与返回电流之间的关系是： （5-14） 式中：Ire电流继电器的返回电流； Iop电流继电器的启动电流； Kre电流继电器的返回系数。 所以，过电流保护的一次动作电流值为： （5-15） 过电流保护的二次动作电流整定值为： （5-16） 过电流保护按其保护范围末端最小短路电流进行灵敏度校验。 如图5.9所

20、示，当WL1线路首端的过流保护KA1作为近后备保护 时，选择末端k-1点短路作为校验点，其近后备保护灵敏系数为：,5.3 高压线路继电保护,式中： 本线路末端发生短路时的最小两相短路电流的稳态值； 近后备保护灵敏系数。 注：后备保护的作用和特点是什么？ （1）后备保护有近后备和远后备两种构成方式。 （2）远后备在每个被保护元件配置的一套保护中有分别起主保 护、后备保护作用的两部分。作为后备保护的部分既可作为该元件 主保护拒动的后备，更主要是作为相邻下一元件的断路器或保护拒 动的后备。 （3）近后备在每个被保护元件上都装设分别起主保护和后备保 护作用的两套独立保护，近后备作用实现的特点为：首先是

21、“就近” 实现，不依靠相邻上一元件处的保护；其次是主保护拒动，由本处 的后备保护起作用。断路器拒动则由本站装设的断路器失灵保护,5.3 高压线路继电保护,（属近后备）动作切除连接在该段母线上的其它断路器。 （4）远后备保护的功能比较完善，它对相邻元件的保护装置、断路 器、二次回路和直流电源故障引起的拒动都能起到后备作用，同时 比较简单经济，宜优先采用。一般只有当远后备保护不能满足灵敏 度要求时，才考虑采用近后备方式。 当过流保护KA1作为线路WL2远后备保护时，选择k-2点短路作 为校验点，其近后备保护灵敏系数为： （5-18） 式中： 流经保护安装处的相邻下一段线路末端短路时的最小两 相短路

22、电流稳态值。,5.3 高压线路继电保护,2. 反时限过电流保护 反时限过电流保护的原理，如图5-10所示。反时限过电流保护 的动作时限与线路通过电流的大小成反比，当通过的故障电流越大 时动作时限越小。反时限过电流保护可以由传统的GL系列感应型过 电流继电器构成，也可以由LL系列半导体器件的反时限过流继电 器，JGL系列 集成电路反时 限过流继电器 构成。,5.3 高压线路继电保护,图中KA(KA1、KA2)为反时限过电流继电器。正常时，常闭触 点闭合，常开触点打开。当一次回路相间短路时，KA按反时限特性 动作，其常开触点闭合，常闭触点打开；断路器的交流脱扣器OR (OR1、OR2)被串入电流互

23、感器二次回路，因分流而跳闸。 反时限过电流保护的动作时限随电流 大小变化的情况可用反时限动作特性曲线 表达出，如图5.11所示。 反时限过电流保护的动作时限特性曲 线实际上有许多条，是曲线束。当按不同 的时间档次选择t时，实际上是在选择曲线 束中的某一束。比如，在10倍动作电流的 条件下把保护的动作时间整定为t1，那么,5.3 高压线路继电保护,动作特性曲线1将被选中；动作时间调 整为t2时，动作特性曲线2被选中。 反时限过电流保护之间的时限配合， 从选择性的角度仍然要满足由负载端到 电源端按t逐级增大的原则。因反时 限过电流保护的动作时限与电流大小有 关，在给定的电流范围内，上下级保护间的时

24、限配合均要满足选择 性的要求才行；所以时限配合实际上是动作曲线之间的配合。反时 限过电流保护的动作曲线是按照10倍动作电流时间来整定的。 图5.12所示的线路中，假定线路WL1和WL2分别装设有反时限 过电流保护KA1、KA2，并且最后一级线路的反时限电流保护KA2 的10倍动作电流时间已经整定为t2，如图5.11。KA2的动作时限特性,5.3 高压线路继电保护,因此被定为曲线2。KA1的动作特性曲线，需要通过整定10倍动作电 流的动作时间t1而得到。步骤如下： 设置WL2首端短路点K-2，计算出K2点短路的电流值IK2。 计算出K2点短路时KA2的动作电流倍数n2= IK2/Iop2。 在图

25、5.11中，KA2的曲线上确定出K-2点短路时KA2的实际动作时间t2。 计算K-2点短路KA1的实际动作时间t1 = t2 +t，t可取0.7s。 计算K-2点短路时KA1的动作电流倍数n1= IK2/Iop1。 在图5.11中，由和n1的交汇点确定出KA1的动作曲线(即动作特性曲线1)。 在图5.11中，动作特性曲线1上找出KA1 的10倍动作电流时间t1。 最后把保护KA1反时限继电器上的10倍动作电流时间整定为t1。,5.3 高压线路继电保护,反时限过电流保护的动作电流仍可按(5-15)、(5-16)式原则整定， 反时限过电流保护的一次动作电流值为： （5-19） 反时限过电流保护的二

26、次动作电流整定值为： （5-20） 反时限过电流保护的灵敏系数按(5-17)、(5-18)式计算。,1. 三段式电流保护组成 上面介绍的不带时限电流速断 保护，带时限电流速断保护，定时 限过流保护分别是供配电线路的第 段、第段、第段保护，合在 一块构成一套完整保护称为三段式电流保护。 如图5.13所示，第1、段电流保护合起来构成线路的主保护。 第段电流保护的保护范围为本线路段中前端一部分，动作时限为保护装置无延时的固有动作时间。第二段电流保护的保护范围为本,5.3 高压线路继电保护,5.3 高压线路继电保护,线路段后端的死区，其动作范围一直延伸到下一段线路中，动作时限 为本线路段第段电流保护动

27、作时限再加t。第段电流保护作为本 线路段主保护的近后备保护和下一段线路的远后备保护。其保护范围 为本线路段和下一段线路的全部。其动作时限按照阶梯原则与下一段 定时限过电流保护配合。 三段式电流保护虽然很完整，但也应根据具体的情况灵活设置。 有些情况下可只装设第I、段电流保护或只需装设第、段电流 保护。 2. 三段式电流保护装置的展开式原理图 展开式原理图属于电力系统的二次接线图，它将二次接线中的每 个电流流通的回路划分开来。各个回路一行一行的由上到下排列，回 路中的元件一般沿电流通过的方向按先后动作顺序从左向右排列。各 回路中属于同一元件的要采用相同的文字符号。,5.3 高压线路继电保护,图5

28、.14为传统电磁式继电器构成的三段式电流保护的展开式原理 图，包括交流电流回路、直流保护回路、信号回路三个部分。 交流电流回路是电流互感器的二次部分，a、b相分别接有六个 继电器线圈，它们两两成对构成三个保护的电流测量回路。 直流保护回路中有三段式电流保护的启动回路、延时回路和KM 中间继电器启动的 跳闸出口回路。 信号回路有三 段式电流保护信号 继电器的触点，当 它们闭合后向中央 信号装置发事故信号。信号继电器的触点是手动复归的。,在经常过负荷的电缆或电缆与架空线混合的3KV66KV线路 上，可以装设线路的过负荷保护。过负荷是对称性的，因此只在一 相设置线路的过负荷保护即可。过负荷保护一般延

29、时动作于信号， 必要时也可动作于跳闸，动作时间取1015s。 过负荷保护的动作电流值应按躲过线路的最大负荷电流整定，过负荷保护的二次动作电流 的整定值为： （5-21） 式中：Ki电流互感器变比。 Ilmax 最大负荷电流。,5.3 高压线路继电保护,中性点非有效接地系统在发生单相接地时，不构成短路，接地 电流很小；并且三相线电压的对称性也没有遭受破坏，三相负荷供 电不受影响，电力用户可以继续运行2个小时。 但是此系统单相接地后，非故障相对地电压将升高倍，为了避 免非故障相绝缘薄弱而损坏，进一步造成接地短路事故，保护应及 时发出信号，以便值班运行人员采取措施，及时消除故障。对人身 和设备的安全

30、造成危险时，应有选择性地动作于跳闸。 1. 绝缘监视装置 中性点非有效接地系统在发生单相接地时，系统中会出现零序电压分量，利用它可构成无选择性的电压型接地保护，即绝缘监视,5.3 高压线路继电保护,5.3 高压线路继电保护,装置。 绝缘监视装置可采 用一只三相五柱式三绕 组电压互感器或三只单 相三绕组电压互感器构 成。电压互感器接成开口三角形的二次绕组，构成了零序电压过滤 器，开口端接有一只过电压继电器。 当系统中任一线路发生单相接地时，都将在开口三角形的开口 处出现100V左右的零序电压，使继电器动作，发出灯光与音响的报 警信号。不过，绝缘监视装置发出的是无选择性信号。为了要找出 故障线路，

31、值班人员可以依次断开各条线路；当断开某条线路零序 电压消失，说明该线路即是故障线路。,5.3 高压线路继电保护,2. 零序电流保护 单相接地时会产生零序电流分量，并且故障线路零序电流与非 故障线路零序电流的大小方向各不相同，借此可以区分出故障线路 和非故障线路，构成有选择性的零序电流保护(或零序功率方向保 护)，根据需要发信号或动作于跳闸。 电缆引出线路(包括电缆线路和 电缆改架空线路)可以采用零序电流 互感器构成零序电流保护接线，如图 5.15(a)；架空线路引出则要采用三只 相同的电流互感器同极性并联构成， 如图5.15(b)。在中性点不接地系统中 发生单相接地时，由母线向非故障线,5.3

32、 高压线路继电保护,路流过本线路的电容性零序电流，由故障线路向母线流回所有非故 障线路的电容性零序电流之和，一般数值较大。因此，零序电流保 护的动作电流按躲开非故障线路上的电容性零序电流进行整定。 在安装零序电流互感器的电缆引出线路上，其二次动作电流整定为： （5-22） 式中： 零序电流保护的可靠系数，不带时限动作取45，带时限 动作取1.52。 Ki电流互感器变比。 3倍本线路每相的正常对地电容电流(单相接地时，非故障 线路的电容性零序电流为正常时本线路每相对地电容电流的三倍)。 Ico很难通过接地电容来精确计算，实际应用中使用经验公式：,5.3 高压线路继电保护,（5-23） 式中：UN

33、系统额定电压，kV。 L(oh)架空线路的长度，km。 L(cab)电缆线路的长度，km。 采用零序电流滤过器的架空线路，其零序保护的动作电流为： （5-24） 式中： Iuc2滤过器二次侧正常运行时的不平衡电流，A。 零序电流保护灵敏度校验公式： （5-25） 式中： 单相接地时，所有非故障线路三倍每相的正常对地电 容电流之和，A。 中性点不接地系统中，如果出线回路少，故障线路与非故障线 路零序电流差别较小，零序电流保护可能不满足灵敏度的要求，这,5.3 高压线路继电保护,时可采用判断故障线路与非故障线路首端零序电流流向的零序功率 方向保护。 中性点不接地系统，发生单相接地时，如果接地电流较

34、大，会 在接地点形成间歇性放电电弧，引起35倍于相电压的或更高的弧 光过电压。过电压使系统中的绝缘薄弱环节击穿，对整个电网系统 都有很大的危害。 因此3kV10kV铁塔或钢筋混凝土杆的架空线路构成系统，所 有35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流超过10A；3kV 10kV电缆线路构成的系统，单相接地故障电容电流超过30A时，其 电源中性点应采取经消弧绕组接地方式。 消弧线圈相当于一个电感线圈，接在电源中心点与大地之间。 系统发生单相接地故障后，提供一感性电流，补偿接地电容电流，,5.3 高压线路继电保护,使接地电流减小。通常消弧线圈采取过补偿的方式运行，即补偿到 接地点的残余接地电流

35、是感性的。由于是过补偿，当线路单相接地 时，零序功率方向保护无法选择故障线路；并且补偿后的接地残余 电流不大，采用零序电流保护很难满足灵敏性要求。因此在这类系 统中，需要采用其他方式构成接地保护。,电力变压器作为用电负荷的电源在供配电系统中大量使用，其 安全运行关系到供配电系统工作的可靠性。必须根据其容量的大小 和重要程度，设置性能良好、动作可靠的保护装置，确保变压器的 正常运行。 变压器故障分内部故障和外部故障两种。常见内部故障包括：线 圈的相间短路、匝间或层间短路、单相接地短路以及烧坏铁芯等。 这些故障都伴随有电弧产生，电弧将会引起绝缘油的剧烈气化，从 而可能导致油箱爆炸等更严重的事故。

36、常见的外部故障包括：套管及引出线上的短路和接地。最容易 发生的外部故障是由于绝缘套管损坏而引起引出线的相间短路和碰,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压器保护,壳后的接地短路。 变压器常见的不正常工作状态是：过负荷、温升过高以及油面 下降超过了允许程度等。变压器的过负荷和温度的升高将使绝缘材 料迅速老化，绝缘强度降低，除影响变压器的使用寿命外，还会进 一步引起其它故障。 根据继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T 142852006 的规定，对升压、降压、联络变压器，以上变压器的故障和异常运 行状态应装设相应的保护装置。,变压器电流速断保护的构成原理与线路的电流速断保护大同小 异，保护动

37、作电流的整定原理如 图5.16所示。 变压器电流速断保护动作电 流按躲过变压器负荷侧母线K-2 点短路时，流过电源侧保护的最 大短路电流计算，即： （5-26） （5-27）,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压器保护,式中：Iop1变压器电流速断保护一次整定电流； Krel变压器电流速断保护可靠系数，采用DL型电磁电流继电 器时，取1.31.4； 最大运行方式下，变压器负荷侧母线K-2点短路时，流过电源侧短路电流周期分量有效值； Iop2变压器电流速断保护的二次整定电流； Kj接线系数； Ki电流互感器变比。 变压器电流速断保护动作电流的整定，还要躲过变压器空载投入或突然恢复电压时出现的

38、励磁涌流。 变压器电流速断保护的灵敏系数按保护安装处(K-1点)最小运行 方式下两相短路电流 校验，即： （5-28）,5.4 电力变压器保护,变压器的电流速断保护也有“死区”，因此不能单独作为主保护 使用，还需与别的保护相配合。 电流速断保护的不足之处是保护范围受到限制，一般只能保护 到变压器电源侧的部分线圈。因此，电流速断保护必须和瓦斯保护 以及过电流保护互相配合，才能可靠的对中小容量的变压器起到保 护作用。 变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁 电流，为了避免电流速断保护误动作，可在速断电流整定后，将变 压器空载试投若干次，以检查速断保护是否误动作。,过电流保护作为变压

39、器相间短路的后备保护使用，既可以是变 压器主保护的后备，又可以是相邻母线或线路的后备。变压器过电 流保护的构成原理与线路过电流保护相同。其动作电流按躲开变压 器最大负荷电流整定，即： （5-29） 式中：Iop1过电流保护的一次动作电流值。 Krel过电流保护的可靠系数。 Kre电流继电器的返回系数。 ITmax变压器的最大负荷电流。 变压器过电流保护的二次动作电流整定值为： （5-30）,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压器保护,确定变压器的最大负荷电流时要考虑到：对并列运行的变压 器，切除一台变压器后的负荷电流大小；以及对降压变压器应考虑 负荷中电动机自启动时的最大电流。ITmax可

40、取1.53倍的变压器一次额定电流。 变压器过电流保护的动作时限和线路过电流保护相同，仍然按 阶梯原则整定。 变压器过电流保护的灵敏系数校验公式为： （5-31） 式中： 保护范围末端发生短路时，流过保护安装处的最小两相 短路电流的稳态值。 Sp变压器过电流灵敏系数，近后备保护取1.3，远后备保护取1.2。 如变压器过电流保护的灵敏度不满足要求，可采用复合电压启 动的过电流保护等。,变压器过负荷保护的组成、工作原理与线路过负荷保护的 组成、工作原理完全相同，动作电流整定计算公式与线路过负 荷保护基本相同，只是式中的应为变压器一次侧的额定电流。 动作时间取1015s。 运行中的变压器发出过负荷信号

41、时，当班人员应检查变压 器各侧电流是否超过规定值，并即时报告，然后检查变压器的 油温、油位是否正常，同时将冷却器全部投入运行，及时掌握 过负荷情况，并按规定巡视检查。,5.4 电力变压器保护,电力变压器的瓦斯保护属于非电参数保护，其主要元件是安装 在油箱与油枕之间联通管道上的瓦斯继电器(气 体继电器)，如图5.17所示。 瓦斯保护可以对油浸式变压器内部的如：变 压器的匝间、层间短路，铁芯故障，套管内部故 障，油面下降等故障提供保护。当油浸式变压器 的油箱内部发生故障时，电弧烧灼变压器油或者 绝缘材料，分解并产生大量的气体，故障越严 重，产生的气体越多。,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压

42、器保护,瓦斯保护分为轻瓦斯和重瓦斯两种。当变压器油箱内部发生轻微 故障时，少量气体慢慢上升，进入瓦斯继电 器内部，汇集于顶部。气体慢慢增多，不断 降低继电器内部的油面，最终使轻瓦斯动作。 轻瓦斯动作后发出灯光和音响的预告信号。 当变压器油箱内部发生严重故障时，产 生的大量气体，带动油流迅猛地通过联通管 道，使重瓦斯动作。重瓦斯动作于跳闸，同 时发出灯光和音响的事故信号。 瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单，但它只能反映油 箱内部故障，不能保护油箱的外部电路，因此，瓦斯保护不能单独 作为变压器的主保护使用。,变压器的差动保护，主要是用来保护变压器线圈及其引出线和 绝缘套管的相间保护，还可以保

43、护变压器的匝间短路。保护区在变 压器一、二次侧所装电流互感器之间。 10000kVA及以上的单独运行的变压器和6300kVA及以上的并列 运行变压器，应装设纵联差动保护；6300kVA及以下单独运行的重 要变压器，也可装设纵联差动保护。当速断保护灵敏度不满足要求 时，也应装设纵联差动保护。差动保护利用故障时产生的不平衡电 流来动作，保护灵敏度很高，而且动作迅速。它与瓦斯保护都是变 压器的主保护。在工厂企业的35kV的变电所常使用，10kV变电所一 般不用。,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压器保护,差动保护分为纵联差动保护和横联差动保护。纵联差动保护比 较被保护元件两端的电流幅值与相位，

44、用于单回路；横联差动保护 比较两个平行回路的电流幅值与方向。变压器差动保护为纵联差动 保护，用于保护变压器的内部、套管及引出线的各 种短路，是大容量或重要变压器的主保护。变压器 差动保护的原理接线如图5.18所示。 1. 变压器差动保护动作原理 在变压器正常工作和保护区外部K-1点短路时， 流入差动继电器KD的是变压器一、二次侧电流互感 器二次电流的差值IKD=I1-I2。因I1与I2差别很小， 所以差动继电器KD不动作。当保护区外部K-2点短 路时，进入差动继电器KD的电流IKD=I1，超过保护 的动作电流值Iop(d)，KD瞬时动作于断路器跳闸。,5.4 电力变压器保护,2. 变压器差动保

45、护不平衡电流产生与减少 1) 建筑物内部变电所常采用Yd11型连接组别的变压器，绕组两 侧电流有30的相位差。如果两侧电流互感器采用相同接线，即使 调整变比让互感器二次电流相等，差动回路的不平衡电流仍可达到 互感器二次电流的0.518倍。为了减小Yd11型连接组别变压器差动回 路的不平衡电流，将变压器星形接线一侧的电流互感器接成三角形 连接，三角形接线侧的电流互感器接成星形连接，这样可以使变压 器两侧电流互感器二次电流相位一致。 2）差动保护电流互感器变比的计算值与标准变比系列不一致， 两侧电流互感器采用的型号不同，都会引起差动回路的不平衡电 流。可在保护回路中接入自耦变流器来变换某一个电流互

46、感器的二,5.4 电力变压器保护,次电流，以使两电流互感器二次电流达到一致；或者采用带速饱和 变流器的差动继电器的平衡线圈来实现平衡等。 3）变压器在空载投入运行，以及外部故障切除恢复电压时，短 时将产生相当大的励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流只通过变压 器一次绕组，会在差动回路中产生很大的不平衡电流。可采用具有 速饱和铁芯的差动继电器等减小励磁涌流的影响。 此外，变压器调压时，变压器变压比改变而电流互感器变流比 没变，会造成不平衡电流；保护范围外短路，暂态过程中会产生不 平衡电流；正常下变压器的励磁电流也会产生不平衡电流等等。不 平衡电流产生的因素很多，完全消除很难，现实中应尽量将其限制 在

47、最小水平。,5.4 电力变压器保护,3. 变压器差动保护动作电流整定 变压器差动保护动作电流值的整定应满足以下几个条件： 1) 应躲开变压器的励磁涌流 （5-32） 式中： 变压器差动保护一次动作电流。 Krel可靠系数，可取1.31.5。 I1NT变压器一次额定电流。 2) 应躲开电流互感器二次断线的不平衡电流 （5-33） 式中： 变压器差动保护一次动作电流。 Krel可靠系数，可取1.3。 I1max变压器最大负荷电流。 3) 应躲开保护区外部短路的最大不平衡电流,5.4 电力变压器保护,（5-34） 式中： 变压器差动保护一次动作电流。 Krel可靠系数，可取1.3。 Ikbmax外部

48、短路造成的最大不平衡电流。 选取上述条件中最大值作为变压器差动保护一次动作电流整定 值。 差动保护的灵敏度 按变压器二次绕组出线侧最小运行方式 下两相短路 条件校验，即： （5-35）,建筑供配电系统中的降压变压器，一次侧接在 10kV及以下非有效接地系统中，绕组为Yyn0接线 的，低压侧的单相短路保护可以采取以下两种措施： 1）变压器低压中性点装设零序电流保护，如图 5.19所示。 变压器的零序电流保护按躲开变压器低压侧最 大不平衡电流来整定，即： （5-36） 式中： 变压器零序电流保护一次动作电流。 变压器零序电流保护可靠系数，可取1.3。,5.4 电力变压器保护,5.4 电力变压器保护,Kbph不平衡系数，可取0.25。 I2NT变压器二次侧额定电流。 变压器零序电流保护的动作时限可取0.50.7s。 变压器零序电流保护的灵敏度 按低压主干线末端单相短路 条件进行校验。 （5-37） 2）灵敏度满足要求时，变压器高压侧可采用三相三继电器式相 间过电流保护，在变压器低压侧单相短路时，带时限跳开变压器各 侧断路器。,Thank You !,