供配電技術 課件 第8、9章 供配電系統的繼電保護、供電系統的二次回路及自動裝置

第8章

供配電系統的繼電保護

在供配電系統發(fā)生故障時，必須有相應的保護裝置將故障部分從系統中切除以保證非故障部分繼續(xù)工作，或者發(fā)出報警信號，以便提醒值班人員檢查并采取相應措施。低壓線路的過電流保護一般采用斷路器或熔斷器保護，而高壓供配電系統的保護一般采用繼電保護裝置。主要內容繼電保護的基本知識常用的保護繼電器電力線路的繼電保護電力變壓器的繼電保護微機繼電保護

（一）繼電保護的基本原理8.1繼電保護的任務和要求

保護——在電力系統中檢出故障或其他異常情況，從而使故障切除、終止異常情況或發(fā)出信號或指示。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來構成保護裝置，所以延稱繼電保護。

電力系統故障的顯著特征及其保護：電流劇增：反應電流劇增的繼電保護就是過電流保護。電壓銳減：反應電壓銳減的繼電保護就是低電壓保護。電壓降低且電流增加：同時反應電壓降低和電流增加的一種保護原理就是阻抗（距離）保護。

保護裝置——一個或多個保護繼電器和邏輯元件按需要結合在一起，完成某項特定保護功能的裝置。（二）保護分類

主保護——滿足系統穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。

后備保護——主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可分為遠后備和近后備兩種方式。繼電保護裝置的原理框圖

輔助保護——為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。（三）對保護性能的要求

保護的速動性——保護裝置應能盡快地切除短路故障，其目的是提高系統穩(wěn)定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。

保護的選擇性——保護檢出電力系統的故障區(qū)和/或故障相的能力。當系統出現故障時，首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當該保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護切除故障。繼電保護選擇性動作示意圖WB1

保護的靈敏性——在設備或線路的被保護范圍內發(fā)生故障時，保護裝置具有的正確動作能力的裕度，一般以靈敏系數來描述。

保護的可靠性——在給定條件下的給定時間間隔內，保護能完成所需功能的概率。保護所需功能是當需要動作時便動作、當不需要動作時便不動作。保護裝置一次動作電流保護區(qū)的最小短路電流過電流保護裝置

上述“四性”之間既有有機聯系，又相互制約，特別是可靠性和靈敏性、選擇性和速動性之間應統籌兼顧。8.2常用的保護繼電器及其接線（一）保護繼電器及其發(fā)展

電氣繼電器——當控制該器件的輸人電路滿足一定條件時，在其一個或多個輸出電路中會產生預定躍變的電氣器件。電氣繼電器包括:量度繼電器——在規(guī)定的準確度條件下，當其特性量達到其動作值時即進行動作的電氣繼電器。保護繼電器就是探測電力系統或電力設備的故障或異常情況的量度繼電器，常用的有電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器等。量度繼電器在繼電保護裝置中裝設在第一級，用來反應被保護元件的特性量變化，屬于主繼電器或起動繼電器。有或無繼電器——預定由數值在其工作值范圍內或實際上為零的某一激勵量激勵的電氣繼電器。如時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器等。

有或無繼電器在繼電保護裝置中用來實現特定的邏輯功能，屬輔助繼電器。保護繼電器的發(fā)展：

機電式繼電器——由機械部件相對運動產生預定響應的電氣繼電器。

靜態(tài)繼電器——由電子、磁、光或其他無機械運動的元件產生預定響應的電氣繼電器。

模擬式繼電器——主要由模擬信號處理獲得動作功能的電氣繼電器。

數位式繼電器——主要由數字信號處理獲得動作功能的靜態(tài)繼電器。

數字式繼電器——由算法運算獲得動作功能的數位式繼電器。

微機保護裝置——多功能綜合性的數字式繼電器。感應式電流繼電器電磁式電流繼電器電磁式中間繼電器電磁式時間繼電器電磁式信號繼電器靜態(tài)繼電器實物圖片微機型保護測控裝置（二）電流繼電器的繼電特性電流繼電器的輸入—輸出特性

電流繼電器的動作電流Iop——流入電流繼電器線圈中的使繼電器從初始狀態(tài)進入動作狀態(tài)的最小電流。

電流繼電器的返回電流Ire——流入電流繼電器線圈中的使繼電器由動作狀態(tài)返回到初始狀態(tài)的最大電流。

電流繼電器的返回系數Kre——電流繼電器的返回電流與動作電流的比值，即（三）過電流保護的時限特性過電流保護的定時限特性曲線

有定時限特性和反時限特性兩種。過電流保護的反時限特性曲線

速斷電流Iqb——繼電器線圈中的使定時限元件動作的最小電流。速斷電流倍數為動作時間預先整定，與電流大小無關反時限特性——動作時間與電流平方成反比電流速斷特性

8.3

電力線路的繼電保護8.3.1電力線路的常見故障按GB50062—92《電力裝置的繼電和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：應裝設相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護。作為線路的單相接地保護，有兩種方式：(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，亦動作于信號，但當單相接地危及人身和設備安全時，則應動作于跳閘。作為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。如過電流保護的時限不大于0.5～0.6s時，可不裝設電流速斷保護。相間短路保護應動作于跳閘，以切除短路故障。用戶內部高壓線路的電壓等級一般為6～35KV，線路較短，通常為單端供電，常見故障有相間短路、單相接地和過負荷。電流保護的接線方式和接線系數（1）三相三繼電器連接方式電流保護中的電流繼電器與電流互感器二次繞組的連接方式。特點：能夠反映各種短路故障，流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組的電流相等，其接線系數在任何短路情況下均等于1。將3只電流繼電器分別與3只電流互感器相連接，也稱完全星形接法。主要用于高壓大接地電流系統，保護相間短路和單相短路。

8.3

電力線路的繼電保護（2）兩相兩繼電器連接方式電流保護的接線方式和接線系數將2只電流繼電器分別與設在A、C相的電流互感器相連接，也稱不完全星形接法。特點：由于B相沒裝設電流互感器和電流繼電器，不能反應單相短路，只能反應相間短路，其接線系數在各種相間短路時均等于1。主要用于小接地電流系統的相間短路保護。

8.3

電力線路的繼電保護電流保護的接線方式和接線系數（3）兩相一繼電器連接方式流入繼電器的電流為兩個電流互感器二次繞組電流之差，也稱兩相電流差接線。主要用于高壓電動機的保護。當正常工作或三相短路時：當A、C兩相短路：當A、B或B、C兩相短路：

8.3

電力線路的繼電保護

8.3.2

過電流保護按其動作時限特性分，“反時限”過電流保護：由感應式電流繼電器構成。保護裝置的動作時限原先是按10倍動作電流來整定，而實際的動作時間則與短路電流呈反比關系變化，短路電流越大，動作時間越短。當通過線路的電流大于繼電器的動作電流時，保護裝置起動，并用時限保證動作的選擇性?！岸〞r限”過電流保護：由電磁式繼電器構成。保護裝置的動作時限時按照預先整定的動作時間固定不變的，與短路電流大小無關。

8.3.2

過電流保護1）過電流保護的接線和工作原理（1）定時限過電流保護裝置的接線和工作原理原理圖：所有元件組成部分都各自歸總到一起。展開圖：所有元件組成部分都按所屬回路分開繪制。

8.3.2

過電流保護1）過電流保護的接線和工作原理（2）反時限過電流保護裝置的接線和工作原理動作時限與短路電流有關

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（1）動作電流整定（1）正常運行時，保護裝置不動作保護裝置一次側的動作電流應大于線路的最大負荷電流；（2）保護裝置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（1）動作電流整定設保護裝置所連接的電流互感器變流比為Ki，保護裝置接線系數為Kw，保護裝置的返回系數為Kre，則線路的最大負荷電流換算到繼電器的電流為要求繼電器返回電流也躲過最大負荷電流而返回電流即計入一個可靠系數動作電流整定依據

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（1）動作電流整定可靠系數，DL型繼電器1.2，GL型繼電器1.3繼電器返回系數，DL型繼電器0.85，GL型繼電器0.8電流互感器變比可取線路計算電流1.5~3.0倍接線系數，由保護的接線方式決定；兩相兩繼電器接線為1，兩相一繼電器式為保護裝置一次側的動作電流：TA二次側電流

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（2）動作時限整定動作時限的實現由時間繼電器完成保護裝置的啟動由電流繼電器完成定時限過電流保護裝置的動作時限整定動作時限與短路電流大小無關，取決于時間繼電器時間

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（2）動作時限整定時間繼電器整定時間應由選擇性確定為保證動作的選擇性，自負載側向電源側，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應比前一級線路保護的動作時限大一個時限級差：定時限過電流保護裝置的動作時限整定

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（2）動作時限整定具有反時限動作特性，在整定反時限過電流保護的動作時限時指出某一動作電流倍數（通常為10倍）時的動作時限為保證動作的選擇性，反時限過電流保護時限整定也應按照“階梯原則”反時限過電流保護裝置的動作時限整定反時限過電流保護裝置動作時限整定保護2的動作電流為Iop.KA2，保護1的動作電流為Iop.KA1

：①計算WL2首端的三相短路電流Ik反應到KA2中去的電流：②計算對KA2的動作電流的倍數：③確定KA2的實際動作時間。④計算KA1的實際動作時間。⑤計算WL2首端的三相短路電流Ik反應到KA1中去的電流值⑥計算對KA1的動作電流Iop(1)的倍數：⑦由t1和n1確定保護1繼電器特性曲線上的一個點，由該點找出保護1的特性曲線，并確定10倍動作電流的動作時間

8.3.2

過電流保護2）保護整定計算（3）保護靈敏度校驗保護裝置一次側動作電流過電流保護靈敏度用線路末端兩相短路電流校驗過電流保護的范圍：本級線路和下級線路，本級線路為過電流保護的主保護區(qū)，下級線路是其后備保護區(qū)。1.5(主保護時)1.25(后備保護時)定時限過電流保護整定簡單，動作準確，動作時限固定，但使用繼電器較多，接線較復雜，須直流操作電源。反時限過電流保護使用繼電器少，接線簡單，可采用交流操作，但動作準確度不高，動作時間與短路電流有關，呈反時限特性，動作時限整定復雜。例題6-1：試整定線路1WL的定時限過電流保護。已知1TA的變比為650/5A，線路最大負荷電流為660A，保護采用兩相兩繼電器接線，線路2WL定時限過電流保護的動作時限為0.6s，最大運行方式時K1點三相短路電流為4kA，K2點三相短路電流為2.5A，最小運行方式時，K1和K2點三相短路電流分別為3.2KA和2KA。解：(1)整定動作電流查表A-16，選DL-11/10電流繼電器，線圈并聯，整定電流為6A。(2)整定動作時限線路1WL定時限過電流保護的動作時限應較線路2WL定時限過電流保護動作時限大一個時限級差Δt過電流一次側動作電流解：(3)檢驗保護靈敏度保護線路1WL的靈敏度，按線路1WL末端最小兩相短路電流校驗保護線路2WL的后備保護靈敏度，按線路2WL末端最小兩相短路電流校驗可見，保護整定滿足靈敏度要求。例題6-1：試整定線路1WL的定時限過電流保護。已知1TA的變比為650/5A，線路最大負荷電流為660A，保護采用兩相兩繼電器接線，線路2WL定時限過電流保護的動作時限為0.6s，最大運行方式時K1點三相短路電流為4kA，K2點三相短路電流為2.5A，最小運行方式時，K1和K2點三相短路電流分別為3.2KA和2KA。

8.3.3

電流速斷保護過電流保護存在的不足：線路越接近電源，過電流保護的動作時限越長，而短路電流越大，危害也越大。GB50062——92規(guī)定，當過電流保護動作時限超過0.5~0.6s時，應裝設瞬動的電流速斷保護。

8.3.3

電流速斷保護1）電流速斷保護的接線和工作原理配合使用，共用一套電流互感器TA和中間繼電器KM

8.3.3

電流速斷保護2）電流速斷保護的整定線路末端最大三相短路電流（近似等于下級線路首端短路電流）（1）動作電流整定由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保證速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時，電流速斷保護不應動作可靠系數，DL型繼電器1.3，GL型繼電器1.5電流互感器變比接線系數，由保護的接線方式決定；兩相兩繼電器接線為1，兩相一繼電器式為動作電流整定計算值

8.3.3

電流速斷保護2）電流速斷保護的整定（1）動作電流整定對GL型電流繼電器，還要整定速斷動作電流倍數過電流保護繼電器動作電流整定值電流速斷保護繼電器動作電流整定值由于電流速斷保護的動作電流躲過了線路末端的最大短路電流，因此靠近末端的一段線路上發(fā)生的不一定是最大的短路電流（例如兩相短路電流）時，電流速斷保護不會動作，這說明，電流速斷保護不可能保護線路的全長。這種保護裝置不能保護的區(qū)域，稱為“死區(qū)”。為了保護死區(qū)得不到保護的缺陷，所以凡是裝設有電流速斷保護的線路，必須配備帶時限的過電流保護，過電流保護的動作時間應比電流速斷保護至少長一個時間級差Δt=0.5~0.6s，而且前后的過電流保護的動作時間仍須符合“階梯原則”，以保證選擇性。

8.3.3

電流速斷保護2）電流速斷保護的整定（2）靈敏度校驗保護裝置一次側動作電流線路首端最小兩相短路電流過電流保護由保護的動作時限實現選擇性，電流速斷保護由保護的動作電流實現選擇性，在電流速斷保護區(qū)內，電流速斷保護為主保護，過電流保護為輔助保護，在電流速斷保護的死區(qū)內，過電流保護為基本保護。例題6-2：試整定線路1WL的電流速斷保護。已知1TA的變比為650/5A，線路最大負荷電流為660A，保護采用兩相兩繼電器接線，線路2WL定時限過電流保護的動作時限為0.6s，最大運行方式時K1點三相短路電流為4kA，K2點三相短路電流為2.5A，最小運行方式時，K1和K2點三相短路電流分別為3.2KA和2KA。已知線路1WL首端最小三相短路電流為9.2A.解：(1)整定動作電流查表A-16，選DL-11/50電流繼電器，線圈并聯，整定電流為35A。(2)靈敏度校驗以線路1WL的首端最小短路電流校驗速斷保護一次側動作電流

8.3.4

單相接地保護

在小接地電流的電力系統中，發(fā)生單地接地故障時，只有很小的接地電容電流，而相間電壓仍是對稱的，其值也未變，因此可暫時繼續(xù)運行。 由于非故障相的對地電壓要升高為正常時對地電壓的倍，故對線路絕緣是一威脅，如果長此下去，可能引起非故障相的對地絕緣擊穿而導致兩相接地短路，引起線路開關跳閘，造成停電事故。 為此，這種小接地電流系統中，必須裝設無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置或有選擇性的單相接地保護裝置，以便在發(fā)生單相接地故障時，發(fā)出報警信號，以便運行值班人員及時發(fā)現和處理。

8.3.4

單相接地保護1）多線路系統單相接地分析多回路出線電纜WL1的A相單相接地電纜頭電纜金屬外皮接地線零序電流互感器WL1：A相不存在對地電容電流，只有B相和C相存在電容電流I1和I2；其他類似。A相芯線上流過所有電容電流I1~I6。除故障電纜外其他電纜所有電容電流I3~I6經過電纜頭接地線流入地中。流過故障線路接地線的總接地電流：等于所有在電氣上有聯系的線路的接地電容電流之和減去線路的接地電容電流；流過非故障線路接地線的總接地電流：該非接地故障線路的接地電容電流。

流經故障線路的零序電流與流經非故障線路的零序電流在大小和方向上均不同。

8.3.4

單相接地保護2）單相接地保護（1）單相接線保護的接線和工作原理零序電流互感器接地線，必須穿過零序電流互感器的鐵心電纜頭零序電流互感器：利用單相接地所產生的零序電流使保護裝置動作，給予信號。對架空線路，采用同型號規(guī)格的3只電流互感器同極性并聯構成零序電流互感器。一般工廠的架空線路一般不長，很少裝設。接地線流過不平衡電流（零序電流），在零序電流互感器的鐵心中產生磁通，使其二次繞組感應出電動勢，使接于二次側的電流繼電器動作，發(fā)出報警信號。

8.3.4

單相接地保護2）單相接地保護（1）單相接線保護的接線和工作原理

8.3.4

單相接地保護2）單相接地保護（2）動作電流整定保護裝置一次側動作電流為：當系統中某一線路發(fā)生單相接地故障時，其他線路上都會出現不平衡的電容電流，而這些線路因本身是正常的，其接地保護裝置不應該動作，因此單相接地保護的動作電流Iop應躲過在其他線路發(fā)生單相接地故障時在本線路上引起的電容電流Ic其他線路發(fā)生單相故障，被保護線路流過的接地電容電流可靠系數，保護裝置不帶時限時4~5，保護裝置帶時限1.5~2零序電流互感器變比單相接保護動作電流的整定計算公式為：

8.3.4

單相接地保護2）單相接地保護（3）靈敏度校驗單相接地保護的靈敏度，應按被保護線路末端發(fā)生單相接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，而這一電容電流為與被保護線路有電氣聯系的總電網電容電流Ic.Σ與被保護線路本身電容電流Ic之差。零序電流互感器變比單相接保護的靈敏度必須滿足的條件：1.5（架空線路）1.25（電纜線路）

8.3.4

單相接地保護3）絕緣監(jiān)視裝置

當變電所出線回路較少或線路允許短時停電時，可采用無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護裝置。在變電所每段母線上，裝一只三相五柱式電壓互感器或3只三繞組電壓互感器，在接成Y形的二次繞組上接3只相電壓表，在接成開口三角形的二次繞組上接一只電壓繼電器。根據接地信號和電壓表讀數判斷哪一段母線、哪一相發(fā)生單相接地，但不能判斷哪一條線路發(fā)生單相短路。

8.3.5

過負荷保護

線路一般不裝設過負荷保護，只有經常發(fā)生過負荷的線路，才裝設過負荷保護，延時動作于信號。由于過負荷電流對稱，過負荷保護采用單相式接線，并和相間保護共用電流互感器。一般取10～15s。1）動作電流整定1）動作時間整定可靠系數，取1.2~1.3按計算電流整定電流互感器變比8.4.1電力變壓器故障分析與保護設置原則

（一）電力變壓器常見故障與保護設置8.4電力變壓器的保護

變壓器內部故障和引出線的相間短路

——設置電流速斷保護或縱聯差動保護（主保護）

變壓器外部短路而引起的過電流

——設置帶時限過電流保護（后備保護）

變壓器中性點直接接地側的單相接地短路

——設置單相接地保護

過負荷而引起的過電流——設置過負荷保護

變壓器溫度升高和油冷卻系統的故障——設置溫度保護

油浸式變壓器油箱內部故障和油面降低——設置瓦斯保護密閉油浸變壓器的油箱壓力過高——設置壓力保護（二）電力變壓器二次側故障在一次側引起的故障電流分布三相短路兩相短路單相短路Yyn0聯結K——變壓器變比（相電壓比＝K）Yyn0聯結的變壓器低壓側b相短路時的電流相量分析

三相短路兩相短路單相短路Dyn11聯結K——變壓器變比（相電壓比＝）三相短路兩相短路單相短路8.4.2過電流保護與電流速斷保護1.過電流保護

變壓器過電流保護的組成原理與線路過電流保護相同。即采用帶時限（定時限或反時限）的過電流保護。

其動作時間按“階梯原則”整定。對3kV～10kV終端變電所，其動作時間可整定為最小值（0.5s）。

變壓器過電流保護的靈敏性，按變壓器低壓側母線在系統最小運行方式下發(fā)生兩相短路的高壓側穿越電流值來檢驗，要求Ks＞1.5。

動作電流整定2.低電壓閉鎖的過電流保護或復合電壓起動的過電流保護

過電流保護的動作電流是按躲過包括電動機起動電流在內的短時最大負荷電流整定的，整定偏大，導致靈敏性降低。

短路故障時常導致電流的增大和電壓的降低，在保護中增加低電壓元件，就構成低電壓閉鎖的過電流保護，只有在“電流的增大和電壓的降低”這兩個條件同時滿足時保護才發(fā)出跳閘命令。

在將過電流保護用于變壓器的后備保護時，再增加一個負序電壓元件，作為一個閉鎖條件，這樣就構成了復合電壓起動的過電流保護，在后備保護范圍內發(fā)生不對稱短路時，有較高靈敏性。

采用低電壓元件后，過電流保護的動作電流可以不再考慮可能出現的短時最大負荷電流，只需按躲過變壓器額定電流整定。由于動作電流整定值的減小，低電壓閉鎖的過電流保護靈敏性將有較大提高。。3.電流速斷保護

變壓器的電流速斷保護，其組成、原理與線路的電流速斷保護完全相同。

變壓器電流速斷保護的速斷電流按躲過低壓母線三相短路來整定。

變壓器電流速斷保護的靈敏性，按保護裝置裝設處在系統最小運行方式下發(fā)生兩相短路的短路電流來檢驗。

變壓器的電流速斷保護也存在保護“死區(qū)”，在其保護“死區(qū)”內，由帶時限的過電流保護實現主保護。8.4.3變壓器低壓側的單相接地保護

對于3～10kV降壓變壓器，其低壓繞組的中性點一般直接接地，由以上的分析可知，變壓器低壓側的單相短路電流并不能完全反映到裝在高壓側的保護裝置中，這就使得過電流保護裝置在保護變壓器低壓側的單相短路故障時靈敏性較低。

對Dyn11聯結的變壓器，由于低壓側的單相接地故障電流比較大?？衫酶邏簜鹊倪^電流保護裝置兼作低壓側的單相接地保護。

變壓器低壓母線單相短路電流反映到高壓側的電流值為要求保護靈敏系數

而對Yyn0變壓器，由于低壓側的單相接地故障電流比較小。高壓側過電流保護的靈敏度不夠。

動作電流Iop（z）按躲過變壓器低壓側最大不平衡電流來整定。

保護動作時間一般取0.5～0.7s。

需在變壓器低壓側中性點引出線上裝設零序電流保護。

例8-2一臺Dyn11聯結的SCB10-1600/10型配電變壓器配置了由靜態(tài)電流繼電器組成的定時限過電流保護和電流速斷保護，采用三相三繼電器式接線，直流操作。保護所連接的電流互感器變流比為150／5A。變壓器高壓側在系統最小運行方式下的兩相短路電流為5.1kA；低壓母線在系統最大運行方式下的的三相短路電流為34.1kA，在系統最小運行方式下的的兩相短路電流和單相接地短路電流分別為22.6kA和21.8kA。試整定該定時限過電流保護和電流速斷保護的動作電流，并較驗其靈敏性，并問能否兼作低壓側的單相接地保護。解：1.過電流保護（1）整定動作電流

取Krel=1.2，Kre=0.85，Ki=150／5=30，故過電流保護的動作電流查附錄表28，選用JL-83靜態(tài)電流繼電器，動作電流整定為6.1A。（2）整定保護動作時間

對10/0.4kV配電變壓器，整定為0.5s。（3）較驗靈敏性滿足要求（4）校驗能否兼作低壓側的單相接地保護滿足要求2．電流速斷保護（1）整定速斷電流

查附錄表28，選用JL-84靜態(tài)電流繼電器，動作電流整定為60A。（2）靈敏性的檢驗滿足要求8.4.4變壓器的過負荷保護

一般只對并列運行的變壓器或工作中有可能過負荷（如作為其它負荷的備用電源）的變壓器才裝設。

變壓器過負荷保護的動作電流Iop(OL)可按下式計算

當變壓器低壓側電壓為0.4kV時，一般不在高壓側裝設過負荷保護，而是利用其低壓側總斷路器兼作變壓器的過負荷保護。過負荷保護通常采用一個電流繼電器裝于一相電路中。過負荷保護動作時限為10～15s。8.4.5瓦斯保護與溫度保護（一）油浸式變壓器的瓦斯保護與溫度保護

按GB50062－2008規(guī)定，400kVA及以上的車間內油浸式變壓器和800kVA及以上的一般油浸式變壓器，以及帶負荷調壓變壓器的充油調壓開關，均應裝設瓦斯保護。

瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器。它裝設在變壓器的油箱與油枕之間的聯通管上，利用油浸式電力變壓器內部故障時產生的氣體進行工作。

可以反應變壓器油箱內部是否發(fā)生輕微故障、嚴重故障、油箱漏油等情況。

規(guī)范還規(guī)定容量在1000kVA及以上的油浸式變壓器應裝設溫度保護。變壓器瓦斯保護與溫度保護的接線圖（二）干式變壓器的溫度保護干式變壓器溫顯、溫控系統原理圖（1）風機自動控制（2）超溫報警、跳閘（3）溫度顯示系統干式變壓器溫度保護的接線圖8.4.6差動保護

按GB50062－2008規(guī)定：電壓為10kV以上，容量在10000kVA及以上的單獨運行變壓器和6300kVA及以上的并列運行變壓器，應裝設縱聯差動保護；容量小于10000kVA單獨運行的重要變壓器，可裝設縱聯差動保護。電壓為10kV的重要變壓器或容量在2000kVA及以上的變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時，宜采用縱聯差動保護。（一）變壓器差動保護的基本原理

變壓器的差動保護，主要用來保護變壓器內部以及引出線和絕緣套管的相間短路，并且用來保護變壓器的匝間短路，其保護區(qū)為變壓器一、二次側所裝電流互感器之間。

變壓器縱聯差動保護的單相原理電路

變壓器差動保護是利用保護區(qū)內發(fā)生短路故障時變壓器兩側電流在差動回路（即差動保護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。（二）變壓器差動保護中的不平衡電流及其減小措施1．由變壓器接線(Y,d11)而引起的不平衡電流2．由兩側電流互感器變流比選擇而引起的不平衡電流3．由變壓器勵磁涌流引起的不平衡電流

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％。但當變壓器空載投人時，其電源側將流過數值很大的勵磁電流，即勵磁涌流。

變壓器兩側電流互感器計算變比選擇條件：

由于電流互感器實際變比與計算變比不一致，在差動回路中引起的不平衡電流i0t

勵磁涌流特點：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；含有大量的高次諧波，尤其是二次諧波可達到15％以上；波形間有明顯的間斷。ΦΦti0一、概述

微機保護——利用微型計算機系統采集和處理來自電力系統運行過程中的數據，并通過數值計算迅速而準確地判斷系統中發(fā)生故障的性質和范圍，經過嚴密邏輯過程后有選擇性地發(fā)出各項指令。8.5微機保護及應用可靠性很高。保護性能的選擇和調試都很方便。具有較完善的通信功能，便于構成綜合自動化系統。

與機電式或電子元件構成的模擬式繼電保護相比較，微機保護的優(yōu)點：

二、微機保護的硬件數據采集系統微機系統開關量輸入/輸出系統配電變壓器采用微機保護的一個實例接線圖三、微機保護的軟件

微機保護的軟件以硬件為基礎，通過算法及程序設計實現所要求的保護功能，包括監(jiān)控程序和運行程序兩部分。

監(jiān)控程序包括對人機接口鍵盤命令處理程序及為插件調試、整定設置顯示等配置的程序。運行程序就是指保護裝置在運行狀態(tài)下所需執(zhí)行的程序，主要包括主程序（包括初始化，全面自檢、開放中斷等）、采樣中斷服務程序（包括數據采集與處理、保護起動判定，完成多CPU之間的數據傳送等）和故障處理程序（在保護起動后才投入，用以進行保護特性計算、判定故障性質等）。

運行程序中的保護算法是微機保護的核心，根據模數轉換器提供的輸入電氣量的采樣數據進行分析、運算和判斷，以實現各種繼電保護功能。四、微機電流保護應用（一）微機電流保護功能原理

單側電源輻射型網絡的微機電流保護通常設置為三段式電流保護，即I段電流保護（電流速斷保護）、Ⅱ段電流保護（限時電流速斷保護）、Ⅲ段電流保護（可設為定時限過電流或反時限過電流保護）。有時為了增加保護的靈敏度可設置低電壓閉鎖的過電流保護。I段、Ⅱ段電流保護邏輯框圖定時限過電流保護邏輯框圖反時限過電流保護邏輯框圖（二）微機電流保護整定有關電流保護的整定計算在微機電流保護中均適用，其時限整定原則也相同。五、微機變壓器差動保護應用（一）微機變壓器差動保護的特點Yd聯結變壓器的Y側電流互感器的二次側仍采用Y接線，其相位補償由數值計算（軟件）來實現，消除了由于電流互感器的Y-△變換在二次回路中帶來的不平衡環(huán)流；通過引入平衡調整系數進行二次側電流差的數值計算，進一步減小因互感器變比和特性不同引起的不平衡電流，比采用平衡線圈更為合理有效；利用比率制動原理準確區(qū)分內部故障和外部故障，利用二次諧波制動原理鑒別勵磁涌流，大大提高差動保護的可靠性和靈敏性；具有變壓器內部嚴重故障加速保護功能（差動速斷保護）。采用運算和邏輯處理實現CT和PT斷線的報警和閉鎖。（二）微機型變壓器差動保護的原理

引入一個能夠反應外部短路電流大小的制動量，使外部短路電流大時產生的制動作用大，保護動作電流也隨著增大；外部短路電流小時產生的制動作用小，保護動作電流也減小。這種制動作用稱之為比率制動。比率制動差動保護的動作特性差動量制動量差動量與制動量的關系兩折線動作特性外部短路時不平衡曲線差動保護速斷電流差動保護最小動作電流折線拐點對應的制動電流比率制動差動保護的動作特性

兩段折線式比率制動差動保護的動作判據

另外，微機型變壓器差動保護中還廣泛采用二次諧波制動的方法來防止勵磁涌流引起差動保護的誤動。比率制動系數二次諧波制動元件的動作判據為比率制動和二次諧波制動差動保護邏輯框圖注：Iop為差動定值曲線上的電流值差動速斷保護不受二次諧波閉鎖和CT斷線閉鎖。小結

本章重點：供配電系統電力線路的保護、電力變壓器的保護。

本章難點：電力變壓器的差動保護、微機型繼電保護。

教學基本要求：了解變配電所常用保護繼電器、微機保護裝置；理解供配電系統電力線路和電力變壓器的繼電保護原理；掌握供配電系統電力線路和電力變壓器的過電流保護及速斷保護整定計算方法。第9章

供配電系統的二次回路

及自動裝置供配電系統的二次回路是對一次系統的運行進行控制、指示、監(jiān)測和保護的電路。二次電路對保障一次電路安全、可靠、優(yōu)質、經濟的運行起著十分重要的作用。二次回路基本知識操作電源電氣測量回路與絕緣監(jiān)視高壓斷路器的控制和信號回路中央信號裝置電測量儀表和測量回路供配電電系統自動測量裝置變電站綜合自動化主要內容：9.1二次回路的基本知識供電系統的二次接線是指用來對一次接線的運行進行控制、監(jiān)測、指示和保護的電路，亦稱二次回路。

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、繼電保護回路以及自動化裝置等。二次回路功能示意圖9-1所示。二次回路按電源性質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：由電壓互感器供電一、二次接線概念圖9-1二次回路功能示意圖二、二次接線圖分類分原理電路圖和安裝接線圖(包括屏背面接線圖、端子接線圖等）。續(xù)上頁端子接線圖原理電路圖屏背面接線圖9.2二次回路的操作電源作用：正常運行時操作電源應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，操作電源應能保證繼電保護系統可靠地工作。性質：直流（可靠性高）交流（可靠性不高）操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護回路、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。一、操作電源概念要求：操作電源應充分可靠，容量足夠并具有獨立性。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鉛酸蓄電池高頻開關電源成套裝置。二、直流操作電源充電模塊監(jiān)控模塊直流饋電柜交流配電單元電池室絕緣監(jiān)測模塊小型分屏柜小型一體柜續(xù)上頁高頻開關直流電源原理框圖續(xù)上頁一種直流電源系統圖三、交流操作電源小型10kV配變電所一般選用交流操作電源，可以從所用變壓器或電壓互感器取得220V電壓源。轉換開關中間變壓器電壓繼電器續(xù)上頁用電壓互感器作交流操作電源，可靠性差，只能作為斷路器正常跳合閘以及油浸式變壓器瓦斯保護或干式變壓器溫度保護的工作電源。去分流跳閘方式過電流保護的操作方式：①采用電流互感器作為操作電源，作用于電流脫扣器跳閘。②采用整流儲能裝置，將電流轉換成電壓，作用于電壓脫扣器，使斷路器跳閘。③采用不間斷電源UPS。作用于電壓脫扣器跳閘，使斷路器跳閘。9.3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或遙控命令操作斷路器跳、合閘的回路。信號回路是用來指示一次系統設備運行狀態(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)。在系統出現不正常狀態(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：預告信號：斷路器的控制和信號回路要滿足一定的基本要求。一、概述對斷路器控制回路的基本要求如下：（1）應能監(jiān)視電源及跳、合閘回路的完好性，以保證斷路器的正常工作。

(2)跳合閘完成后，應能自動解除跳合閘命令脈沖。

(3)應能指示斷路器正常合閘和跳閘的位置狀態(tài)，并在自動合閘和自動跳閘時有明顯的指示信號。

(4)斷路器事故跳閘信號的啟動回路，應按不對應原則接線。

(5)能夠防止斷路器短時間內連續(xù)多次分合閘的跳躍現象發(fā)生。二、采用燈光監(jiān)視就地操作的斷路器控制與信號回路控制開關是開關柜就地控制斷路器跳、合閘的操作元件。這種控制開關有六個位置：兩個預備操作位置（“預備合閘”和“預備跳閘”）；兩個操作位置（“合閘”和“跳閘”）；兩個固定位置（“合閘后”和“跳閘后”）。LW12型萬能轉換開關外形圖續(xù)上頁LW12－16D/49.4636.6開關接點圖表

觸點號1－23－45－67－89－1011－1213－1415－1617－1819－20

手柄位置

跳

閘

后－×－－－－×－－×預備合閘×－－－×－－－×－合

閘－－×－－×－×－－合

閘

后×－－－×－－×－－預備跳閘－×－－－－×－×－跳

閘－－－×－－×－－×續(xù)上頁斷路器控制與信號回路分析：1.手動儲能合閘采用彈簧操動機構的斷路器在首次合閘前需先儲足能量。按鈕旋鈕指示燈行程開關3412續(xù)上頁儲足能量后，就可進行合閘操作。3412續(xù)上頁2.手動跳閘3412續(xù)上頁3.自動跳閘3412續(xù)上頁斷路器自動跳閘后，而控制開關SA仍處于“合閘后”位置，這種情況稱為“不對應”關系。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。事故信號的解除：將SA轉至“預備跳閘”→“跳閘”→“跳閘后”位，使其與斷路器恢復對應關系。4.電氣防跳利用SA的閉鎖觸點。3412三、采用微機遠方監(jiān)控的斷路器控制和信號回路

“遠方/就地”選擇開關SA2，它有三個位置:“1”為就地操作位置，當選擇在“就地”位置時,斷路器只能由控制開關SA1控制跳、合閘。“2”為遠方操作位置，當選擇在“遠方”位置時，斷路器只能由遙控命令控制跳、合閘?！?”為斷開位置。(1)斷路器的遠方控制(2)控制回路的完好性監(jiān)視(3)電氣防跳電路的工作特點分析：遠方就地防誤操作聯鎖觸點合位繼電器合保繼電器跳保繼電器跳位繼電器續(xù)上頁9.4

中央信號裝置

對中央事故信號裝置的要求是：在任一斷路器事故跳閘時，能瞬時發(fā)出音響信號(電笛)，并在控制屏或配電裝置上有表示事故跳閘的具體斷路器位置的燈光指示信號。中央信號:事故信號和預告信號有能重復動作和不能重復動作兩種,并能手動或自動復歸。

對中央預告信號裝置的要求是：當供電系統發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)但不需立即跳閘的情況時，應及時發(fā)出音響信號（電鈴），并有顯示故障性質和地點的指示信號（光字牌指示）。續(xù)上頁下圖是不能重復動作的中央事故信號裝置回路圖，為便于分析其工作原理，將變配電所的所有斷路器事故跳閘信號回路繪在一起列于圖右。

續(xù)上頁下圖是不能重復動作的中央預告信號裝置回路圖，為便于分析其工作原理，將配電裝置的預告信號回路列于圖右。9.5電測量儀表與測量回路9.5.1儀表的準確度要求測量要求互感器準確度電度表準確度配置說明計費計量0.2級0.5級有功電度表0.5級專用電能計量儀表月平均用電量在1×106kWh及以上的計量點0.5級1.0級有功電度表1.0級專用電能計量儀表2.0級無功電度表①月平均用電量在1×106kWh及以下的計量點；②315kVA及以上的變壓器高壓側計量點；

計費計量及一般計量1.0級2.0級有功電度表3.0級無功電度表①315kVA及以下的變壓器低壓側計量點；②75kW及以上電動機電能計量；③企業(yè)內部技術經濟考核而不計費的計量點一般測量1.01.5級和0.5級測量儀表

3.02.5級測量儀表非重要用戶9.5.2互感器和測量儀表的配置1．電流互感器的配置凡裝有斷路器的回路均應裝設電流互感器。未裝斷路器的變壓器中性點以及變壓器的出口等回路中，也應裝設電流互感器。在中性點直接接地的三相電網中，電流互感器按三相配置；在中性點非直接接地的三相電網中，電流互感器按二相配置。變壓器回路按三相配置。繼電保護用電流互感器，應盡可能減小或消除不保護區(qū)。2．電壓互感器的配置每段母線都必須裝設電壓互感器，供測量、保護等用。6～10kV母線裝設一只三相五柱式或三只單相電壓互感器。35kV以上母線一般裝設三只單相電壓互感器。3．電氣測量儀表的配置(1)在電源進線上，或經供電部門同意的電能計量點，必須裝設計費的有功電能表和無功電能表，而且宜采用全國統一標準的電能計量柜。為指示負荷電流，進線上還應裝設一只電流表。(2)變配電所的每段母線上，必須裝設電壓表測量電壓。在中性點非有效接地的系統中，各段母線上還應裝設絕緣監(jiān)視裝置。(3)35～110／6～10kV的電力變壓器，應裝設電流表、有功功率表、無功功率表、有功電能表和無功電能表各一只。(4)3～10kV的配電線路，應裝設電流表、有功和無功電能表各一只。如不是送往單獨經濟核算單位時，可不裝無功電能表。(5)380V的電源進線或變壓器低壓側，各相應裝一只電流表。低壓動力線路上，應裝設一只電流表。低壓照明線路及三相負荷不平衡率大于15％的線路上，應裝設三只電流表分別測量三相電流。如需計量電能，一般應裝設一只三相四線有功電能表。(6)并聯電力電容器組的總回路上，應裝設三只電流表，分別測量三相電流，并應裝設一只無功電能表。測量儀表單相電子式多費率電能表三相電子式多費率電能表普通機械表多功能數字表9.5.3電氣測量回路與絕緣監(jiān)視任務：監(jiān)視供電系統的運行狀態(tài)和計量一次系統消耗的電能，保證供電系統安全、可靠、優(yōu)質和經濟合理地運行。要求：對電氣測量儀表，要保證其測量范圍和準確度滿足變配電設備運行監(jiān)視和計量的要求，并力求外形美觀，便于觀測，經濟耐用等。（一）電氣測量的任務與要求

續(xù)上頁（二）電氣測量回路示例10kV線路電氣測量原理電路圖電能表接線續(xù)上頁380V電源進線回路電氣測量原理電路圖。續(xù)上頁基于先進的數字信號處理和單片機技術的新型數字式智能表，集測量、顯示、報警輸出、參數設置和數據存儲為一體，已逐步在重要的變配電所及其自動化工程中得到應用。下圖是多功能綜合數字式智能表的測量原理電路圖。交流系統的絕緣監(jiān)視利用一次系統接地后出現的零序電壓給出信號或跳閘。一、電源自動切換裝置9.6供配電系統自動控制裝置

（一）電源自動投入裝置的作用與類型

工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用:指在正常時，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時才投入工作。暗備用:指在正常時，兩電源都投入，互為備用。

作用：用于兩路及以上電源進線的變配電所中，提高供電可靠性。

微機備用電源自動投入裝置（Auto-PowerswitchDevice，簡稱APD）。

在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負荷由工作電源供電。

當工作電源故障時，APD動作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復供電。

正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個電源分別向兩段母線供電。

若電源A(B)發(fā)生故障，APD動作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時全部負荷均由B(A)電源供電。（二）對備用電源自動投入裝置的基本要求應保證在工作電源斷開后投入備用電源。工作電源故障或斷路器被錯誤斷開時，自動投入裝置應延時動作。手動斷開工作電源、電壓互感器二次回路斷線和備用電源無電壓的情況下，不應起動自動投入裝置。自動投入裝置動作后，如備用電源投到故障上，應使保護加速動作并跳閘。應保證自動投入裝置只動作一次，以免將備用電源重復投入永久性故障回路中。自動投入裝置中，可設置工作電源的電流閉鎖回路。（三）微機備用電源自動投入裝置的原理微機備用電源自動投入裝置的動作邏輯框圖二、自動重合閘裝置（一）概述

運行經驗表明，電力系統的故障特別是架空線路上的故障大多是暫時性的，多數能很快地自行消除。因此，采用自動重合閘裝置（ARE），迅速恢復供電，從而大大提